Традиционный подход выделяет в системах промышленной автоматизации 5 уровней: ввод/вывод (В/В), управление В/В, диспетчерское управление и сбор данных (SCADA -- Supervisory Control And Data Acquisition), управление производством (MES) и планирование ресурсов предприятия (MRP).

В условиях реального производства необходимо наладить взаимодействие центрального управляющего блока с пространственно распределённым оборудованием системы автоматизации. Такую связь можно было бы организовать, например, с помощью сети Ethernet, но к промышленным сетям предъявляются особые требования по надёжности и помехоустойчивости. Для связи с удалёнными цифровыми устройствами промышленного назначения принято использовать бит-последовательные промышленные или полевые шины. К этой группе относятся несколько европейских (PROFIBUS (DIN 19245), FIP (UTE-C46-6хх), Bitbus (IEEE 1118), CAN (ISO/DIS 11898), Interbus-S (DIN 9258)) и американских (Foundation, HART) конкурирующих стандартов. Ведётся разработка общеевропейского стандарта EN 50170, объединяющего PROFIBUS и FIP.

Как показала практика, стоимость создания систем промышленной автоматизации определяется в основном затратами на разработку программного обеспечения (ПО), доля которого может доходить до 60%.

На уровне ПО мониторинга и управления (SCADA) существенное место занимает интерфейс человек-компьютер (MMI -- Man-Machine interface).[3]

2.4 Требования к предлагаемой АСУТП

Создаваемая АСУ ТП должна соответствовать ГОСТ 24.104-85 ЕСС АСУ "Автоматизированные Системы Управления. Общие требования", с учетом следующих требований:

Структура АСУ ТП должна соответствовать магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределенное программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам промышленной сети.

АСУ ТП должна быть 2-х уровневой. Под 2-х уровневой системой понимается система, в которой все реализуемые задачи программно и аппаратно разделяются на 2 уровня. Нижний уровень реализует задачи непосредственного управления объектом. Верхний уровень реализует задачи интерфейса оператора. Связь между нижним и верхним уровнями должна осуществляться преимущественно кодовым способом посредством специализированных промышленных сетей большой производительности, обеспечивающих полный цикл обмена данными между компонентами в пределах одной секунды. Обмен информацией должен осуществляться автоматически.

Система ПАЗ должна строиться на автономно функционирующих средствах микропроцессорной техники и обеспечивать гарантированную реализацию аварийной сигнализации и алгоритмов защитных блокировок технологических процессов в критических ситуациях.

АСУ ТП должна обеспечивать работу объекта автоматизации в круглосуточном режиме с количеством рабочих дней не менее 360.

АСУ ТП должна быть ориентирована на работу в реальном времени, т.е. быть предсказуемой и обеспечивать выполнение всех функций точно в срок.

ПАЗ должна иметь программную и аппаратную диагностику исправности сетей, станций, модулей и блоков, входных и выходных электрических цепей.

В ПАЗ должна быть предусмотрена возможность замены неисправных модулей и блоков в оперативном режиме.

В соответствии с требованиями ПБ 09-170-97 для обеспечения нормального функционирования АСУ ТП и предотвращения несанкционированного вмешательства в ход технологического процесса должна быть предусмотрена защита информации от несанкционированного доступа. Защита должна быть обеспечена с помощью ключей и программных паролей. АСУ ТП должна автоматически вести учет пользователей с регистрацией информации о начале и окончании работы, а также о действиях операторов-технологов в процессе работы. Эти данные должны быть защищены от возможного вмешательства и изменения после их регистрации.

Временный отказ технических средств или потеря электропитания не должны приводить к разрушению накопленной или усредненной во времени информации.

Оборудование системы ПАЗ должно обеспечивать возможность создания математических моделей технологических объектов и иметь необходимые технические и программные средства для обучения персонала современным методам управления.

Разрабатываемая АСУ ТП должна предоставлять следующие возможности:

1) автоматизированный сбор и первичную обработку технологической информации, определение значений параметров по измеренным сигналам;

2) автоматическую обработку информации, вычисление усредненных, интегральных и удельных показателей;

3) выдачу предупредительной и аварийной сигнализации при выходе технологических показателей за установленные границы и при обнаружении неисправности в работе оборудования АСУ ТП;

4) управление технологическими режимами в реальном масштабе времени, предотвращение аварийных ситуаций;

5) предоставление технологической и системной информации;

6) накопление, регистрацию и хранение поступающей информации;

7) автоматизированную передачу данных в общезаводскую сеть; самодиагностику, выдачу сообщений по отказам и предотвращение их последствий, и т.д.

Выбор средств контроля и регулирования зависит от условий технологического режима. При выборе средств контроля и регулирования необходимо руководствоваться следующими принципами:

1) приборы должны обеспечивать необходимую точность измерений, быть быстродействующими при измерении и регулировании;

2) показывающие приборы должны быть доступны для наблюдения;

3) приборы должны быть выполнены во взрыво- и пожаробезопасном исполнении;

4) средства автоматизации должны быть выполнены по государственной схеме приборов, использование которой даёт возможность применения электрических приборов в различных состояниях и имеют ряд следующих достоинств:

а) повышается надёжность, точность, быстродействие средств контроля и регулирования;

б) применение унифицированных блоков уменьшает номенклатуру и общее количество приборов, которое надо иметь в резерве при эксплуатации систем автоматизации;

в) уменьшает затрат на ремонт вследствие возможности замены модулей и блоков, а не всего устройства;

г) используется стандартный выходной сигнал 4-20 мА.

2.5 Разработка АСУТП установки

2.5.1 Описание структуры проектируемой АСУТП

Фирма WAGO Kontakttechnik GmbH, основанная в 1951 году в Германии, является крупнейшим разработчиком, производителем и поставщиком безвинтовых пружинных клеммных соединителей и разъемных соединителей, электронных и электротехнических интерфейсных модулей, а также интеллектуальных устройств распределенного ввода/вывода WAGO I/O для промышленных сетей.[3]

Система WAGO I/O имеет распределенный принцип построения управления технологическими процессами. Она предназначена для организации удаленного сбора данных и управления на основе различных промышленных сетей (Fieldbus): PROFIBUS, Interbus, CAN, ModBus, Ethemet, LonWorks.

Структурная схема распределенной АСУТП WAGO I/O показана на рисунке 2.1

Система позволяет принимать и передавать дискретные, аналоговые, числоимпульсные сигналы, а также обмениваться данными с различными специальными устройствами.

WAGO I/O позволяет подключиться к любой существующей промышленной сети, выбрав соответствующий сетевой адаптер. При этом нет необходимость менять весь контроллер. Подключение к различным промышленным сетям осуществляется путем применения соответствующих базовых контроллеров, при этом состав модулей может оставаться неизменным.

Система также позволяет максимально гибко изменять состав каналов ввода- вывода за счет использования модулей, рассчитанных на подключение четырех, двух или одного канала ввода- вывода. Это дает значительную экономию по сравнению с традиционными PLC, имеющими, как привило, модули, рассчитанные на 16/18 каналов ввода-вывода, за счет уменьшения избыточности системы.



Рисунок 2.1 - Структурная схема

Система WAGO I/O сертифицирована с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» и это позволяет разместить ее непосредственно в производственной взрывоопасной зоне рядом с датчиками, измерительными преобразователями, исполнительными устройствами на технологическом оборудовании, что очень важно при создании данной АСУ ТП, где приборы и средства нижнего уровня расположены во взрывоопасных средах, и поэтому выбор высоконадёжных и экономичных технических средств сбора и обработки информации является первоочередной задачей[5].

Таким образом, система WAGO I/O позволяет создавать надёжные децентрализованные системы автоматизации производственных процессов с распределением интеллекта между компонентами сети управления. В конечном итоге это дает возможность снизить капитальные затраты на автоматизацию предприятий, упростить построение и эксплуатацию АСУ ТП.

2.5.2 Выбор и обоснование контроллеров

Контроллер WAGO I/O серии 750 состоит из следующих трех основных компонентов:

1) Базовый программируемый контроллер узла сети. Данный контроллер выполняет управляющий алгоритм, на основании которого он и управляет состояние своих выходных модулей напрямую, без участия компьютера верхнего уровня. Программирование осуществляется с помощью стандартного технологического языка программирования WAGO I/O- PRO-32 стандарта МЭК 61131.3. Загрузка программ может быть осуществлена как локально, через диагностический порт контроллера WAGO I/O, так и дистанционно, по сети Fieldbus. Основные технические характеристики программируемых контроллеров WAGO I/O приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 - Технические характеристики программируемых контроллеров WAGO I/O

Характеристика	Значение
1.Объем памяти программ.	32 кбайт
2.Объем памяти данных.	32 кбайт
3.Максимальное число программируемых инструкций.	Около 3000
4.Количество одновременно выполняемых программ.	1
5.Время цикла исполнения программ.	Около 3 мс
6.Система программирования.	WAGO I/O - PRO - 32, в стандарте МЭК 61131.3
7.Поддерживаемые языки программирования.	LD,FBD,SFC, IL
8.Требования по питанию.	24 В, 500 мА
9.Диапазон рабочих температур.	0…50 С

2) Модули ввода- вывода.

Модули ввода- вывода обеспечивают сопряжение внешних сигналов с внутренней шиной. Модули позволяют подключать датчики и исполнительные устройства, а также содержат цепи гальванической развязки и индикаторы состояния каналов. Различаю несколько основных групп модулей ввода- вывода.

Модули ввода дискретных сигналов.

Позволяют подключать любые дискретные датчики с рабочим напряжением 24, 48, 220, В по 2-, 3-, и 4- проводной схеме, а также типа “сухой” контакт. В зависимости от типа модули поставляются в 2-, 3-, 4- и 8- канальном исполнении, могут содержать входной шумоподавляющий фильтр и работать с сигналами как положительной, так и отрицательной логики.

Модули вывода дискретных сигналов.

Обеспечивают подключение исполнительных механизмов с рабочим напряжением 24 или 220 В. Модули поставляются в 2-, 4-, и 8-канальном исполнении.

Модули ввода аналоговых сигналов.

Обеспечивают прием сигналов с аналоговых датчиков, имеющих стандартные уровни выходных сигналов: 0…20 мА, 4…20 мА, 0…10 В, а также осуществляют нормализацию сигналов термопар и термометров сопротивления. Модули поставляются в 2- и 4- канальном исполнении.

Модули вывода аналоговых сигналов.

Обеспечивают пропорциональное управление исполнительными механизмами и формируют сигналы 0…20 мА, 4…20 мА, 0…10 В. Модули поставляются в 2- и 4- канальном исполнении.

3) Служебные модули, обеспечивающие работу системы.

Оконечный терминальный модуль.

Замыкает линию адреса внутренней шины. Данный модуль должен быть установлен в собранный узел WAGO I/O с противоположной стороны от базового контроллера узла сети.

Модули подключения источников питания.

Обеспечивают подачу необходимых напряжений питания на логические и периферийные части модулей ввода- вывода.

Механическое соединение для модулей ввода- вывода обеспечивается с помощью монтажного DIN- рельса. Каждый модуль имеет на своей левой грани два соединителя для шины данных и напряжения питания. При последовательной установке модулей на DIN- рельс эти разъемы соединяются и обеспечивают сквозную передачу данных и питания от модуля к модулю. За счет этого в контроллере WAGO I/O практически отсутствует ограничение по количеству модулей ввода- вывода, соединяемых вместе. Сам контроллер устанавливается в небольшой герметичный клеммный ящик. Подключение сигналов к контроллеру производится при помощи пружинных клемм, обеспечивающих скорость и удобство при производстве монтажных работ, а также гарантирует надежность электрического контакта и устойчивость к вибрациям. [3]

Спецификация на технические средства автоматизации приведена в приложении В.

2.5.3 Выбор и обоснование промышленной сети

Связь модулей с контроллерами осуществляется по высокоскоростной коммуникационной шине данных PROFIBUS.

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) - это промышленная сеть полевого уровня, отвечающая требованиям части 2 европейских норм EN 50170 и международного стандарта IEC 61158-3 Ed2. Она используется для организации связи между программируемыми контроллерами с одной стороны, и станциями распределенного ввода-вывода, устройствами человеко-машинного интерфейса и другими приборами полевого уровня с другой. Кроме того, PROFIBUS позволяет выполнять дистанционное программирование и конфигурирование систем автоматизации, их отладку и диагностирование.

PROFIBUS позволяет использовать как электрические, так и оптические каналы связи. В последнем случае существенно возрастает стойкость сети к воздействию электромагнитных помех. Существенному снижению затрат на построение оптоволоконных каналов связи способствует наличие широкой гаммы интерфейсных модулей, коммуникационных процессоров и других сетевых компонентов, оснащенных встроенным оптическим интерфейсом.

Система WAGO I/O позволяет использовать следующие протоколы передачи данных для промышленной сети PROFIBUS:

- PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification - спецификация сообщений полевого уровня) Протокол PROFIBUS-FMS используется для решения универсальных коммуникационных задач на полевом уровне;

- PROFIBUS-DP (Distributed I/O stations - скоростной протокол обмена данными с периферийным оборудованием) ориентирован на организацию связи с устройствами распределенного ввода-вывода. Он обеспечивает высокоскоростной циклический обмен небольшими объемами данных.

Все протоколы могут быть использованы совместно в рамках одной сети. Основными преимуществами сети PROFIBUS являются высокая степень готовности, защита данных, стандартная структура сообщений и возможность свободного подключения и отключения сетевых узлов во время работы сети

2.5.4 Выбор и обоснование программных средств АСУТП

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события.

Для рассматриваемого производства предъявляются повышенные требования к надежности функционирования системы управления. Простой системы может вызвать большие экономические потери.

Программное обеспечение компании WAGO Kontakttechnik GmbH позволяет программировать системы, сделанные на базе контроллеров и коммуникационных плат серии WAGO I/O.

Программное обеспечение WAGO I/O-CHECK предназначено для визуального конфигурирования и тестирования контроллеров серии WAGO I/O-750 с произвольным набором модулей ввода- вывода. Поддерживаются как программируемые, так и не программируемые контроллеры. На экране пользователь может увидеть расположение модулей в контроллере, состояние входных и выходных цепей, увидеть значение аналоговых и дискретных входов, записать значения в аналоговые и дискретные выходные модули, получить доступ к диагностической информации от модулей.

WAGO I/O- PRO-32 представляет собой один из лучших на сегодняшний день компиляторов стандарта IEC 61131.3, специально разработанные для платформы WAGO I/O фирмой 3S Softwar, одним из лидеров в создании технологических систем программирования.

WAGO I/O- PRO-32 - это 32- разрядное приложение, работающее под управлением Windows 95/98/NT/2000.

Система позволяет:

- разрабатывать программы на любом из стандартных языков (IL, LL, FBD, ST и FC);

- загружать программы в контроллер как через диагностический интерфейс, так и по сети;

- отлаживать программы в контроллер как в симуляторе, так и в контроллере, в том числе и по сети;

- создавать собственные библиотеки для повторного использования;

- использовать большое количество готовых библиотек;

- создавать программы распределенных вычислений (для нескольких контроллеров общающихся по сети). [3]

Открытая система визуализации фирмы SIEMENS WinCC позволяет легко и просто интегрировать компоненты визуализации и обслуживания а создаваемые или уже су шествующие системы технологического управления, избежав при этом непомерных затрат на проектирование и написание программного обеспечения. Ядро продукта WinCC образует нейтральная по отношению к отраслям промышленности и технологиям базовая система, которая оснащена всеми важнейшими функциями визуализации и обслуживания.

Control center: служит для быстрого обзора всех данных проекта и глобальных установок, а так же осуществляет:

*запуск приложений проектирования или визуализации и обслуживания; управление данными проекта и системными установками:

*глобальные установки в системе (например: выбор языка);

*слежение за состоянием переменных в системе, загрузку и выгрузку изображении процесса в память, осуществление коммуникации с ПЛК.

Конфигурация соответствует многоместной системе, компоненты которой работают в рамках единой информационной сети по принципу "Клиент-сервер"

Graphics Designer: служит для создания мнемосхем и динамических графических объектов изображений процесса:

*создание стандартных объектов (текстов, линий, прямоугольников, кругов и т.д.);

*создание полей ввода/вывода, объектов состояния переменных, гистограмм, кривых и окон вывода рабочих сообщений;

*создание вспомогательных объектов управления визуализацией: кнопок и т.д.

Проектирование в режиме On-line для осуществления быстрой отладки:

возможна программная эмуляция ответов управляемой установки.

Alarm Logging: служит для сбора и архивации событий в системе. WinCC поддерживает два метода генерации сообщений: управляемую битовыми масками (каждому сообщению поставлена в соответствие некоторая битовая переменная) или управляемую данными, поступающими в виде пакетов.

Поступающие сообщения визуализируются и могут также генерировать звуковые сигналы тревоги. Все поступающие сообщения могут квитироваться в зависимости от степени их важности по отдельности или целыми группами.

Tag Logging: служит для сохранения текущих и архивированных измеряемых величин. WinCC предлагает различные методы архивации измеряемых величин. Архивация производится циклически или управляется событиями в системе. Может производится архивация отдельных данных или данных, сгруппированных в блоки. Затем данные из архива могут визуализироваться в вине кривых или таблиц. Возможно создание долговременных архивов данных, хранящихся в сжатой форме и служащих для статистической оценки работы систем. Методы архивирования могут выбираться из следующих вариантов:

-ациклический, по событию, архивирование срабатывает только в случае, когда произошло определённое событие:

-циклический, запускающийся во время загрузки системы исполнения Tag Loggin;

-циклический по событию Начало и коней архивирования происходят по заданному событию.

Время опроса и архивирования параметра устанавливается от 500 миллисекунд и выше.

Report Designer: служит для управляемой событиями в системе или повремени генерации отчетов в свободно-программируемом формате. Возможна генерация:

- протоколов последовательности поступавших сообщений;

- протоколов архивов сообщений и измеряемых величин;

- протоколов обслуживания системы;

- протоколов системных сообщений:

- пользовательских отчетов;

- распечаток данных проекта, например, списков переменных, текстов сообщений или изображений.

Global Scripts: служит для программирования действий, производимых с объектами. Данный компонент предоставляет пользователю программный интерфейс для работы с объектами системы визуализаций. Написанные пользователем на языке программирования ANSI-C функции могут, в частности:

- считывать и устанавливать значения переменных;

- вызывать на экран новые изображения и позиционировать их;

- генерировать, квитировать и выбирать рабочие сообщения или сообщения о неисправностях:

- запускать генерацию протоколов;

- сохранять текущие данные процесса.

User Administration: служит для удобного управления правами доступа пользователей в системе.

SCADA-система WinCC является 32-битным приложением и работает в среде Windows'95 или Windows NT.

2.5.5 Выбор и обоснование датчиков

Для контроля технического состояния технологического и вспомогательного оборудования используются разного рода измерительные первичные преобразователи (датчики). Датчики преобразуют физическую величину в электрический сигнал. Параметрами, характеризующими техническое состояние оборудования, являются: температура, давление, перепад давлений, вибрация и другие.

Так как процесс выделения из реакционной массы разложения гидроперекиси изопропилбензола товарного ацетона методом ректификации является взрыво- и пожароопасным, то все датчики выполнены во взрывозащищенном исполнении.

В качестве датчика избыточного давления используется "МЕТРАН"43Ф-ДИ-Ех, который обладает следующими преимуществами:

- долговременная стабильность сигнала;

- высокая точность преобразования;

- стойкость к вибрациям и гидроударам;

- повышенная стойкость к изменению температуры окружающей среды;

- долговечность.

Преобразователь измерительный давления агрессивных и кристаллизирующихся сред "МЕТРАН"43Ф-ДИ-Ех предназначен для работы в системам автоматического контроля, регулирования, управления технологическими процессами со взрывоопасными условиями производства и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - избыточного давления жидких и газообразных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Для измерения перепада давления предлагается использовать датчик разности давлений "МЕТРАН "43Ф-ДД-Ех.

Преобразователь измерительный давления агрессивных и кристаллизирующихся сред "МЕТРАН"43Ф-ДД-Ех предназначен для управления технологическими процессами со взрывоопасными условиями производства и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра -разности давлений жидких и газообразных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Для измерения уровня предлагается использовать датчик гидростатического давления "МЕТРАН"43Ф-ДГ-Ех.

Преобразователь измерительный уровня "МЕТРАН"43Ф-ДГ-Ех предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивает непрерывное преобразование значения измеряемого параметра - уровня жидкости, уровня границы раздела жидких фаз в стандартный токовый сигнал дистанционной передачи.

В качестве датчиков температуры предлагается использовать "Метран-206ТСП". Термопреобразователи этой серии обладают следующими преимуществами по сравнению с аналогами:

- срок службы увеличен в 1,5-2 раза;

- основная погрешность термопреобразователей снижена на 20-30%;

- рабочий диапазон окружающей среды расширен от - 450С до 850С;

- степень защиты от пыли и влаги доведена до уровня IP65.

Комплекс датчиков давления "МЕТРАН"-43 обеспечивает следующие преимущества перед аналогичными взаимозаменяемыми датчиками конкурирующих предприятий:

- повышены точностные характеристики; уменьшена дополнительная температурная погрешность для всех классов точности за счет улучшения схемы термокомпенсации; улучшены эксплутационные характеристики в части регулировки и подстройки диапазона измерения;

- повышена надежность за счет уменьшения числа электронных компонентов и плат; схемотехнические решения унифицированы с серией датчиков "МЕТРАН"; снижены цены с аналогичными моделями датчиков.

Спецификация на технические средства автоматизации приведена в приложении В.

2.5.6 Выбор и обоснование исполнительных механизмов2.5.3 Выбор и обоснование исполнительных механизмов

Так как пневматические исполнительные механизмы имеют более высокую скорость срабатывания и более высокую надежность по сравнению с электрическими, то в данной проекте выбраны пневматические исполнительные механизмы.

2.6 Описание схем основных контуров контроля и управления

С развитием средств автоматизации контура контроля и управления изменились из пневматических в электрические, а количество составляющих уменьшилось. Сейчас схема регулирования представляет собой контур, состоящий из:

- датчика, т.е. первичного преобразователя физической величины в токовый (как правило унифицированный) сигнал;

- программируемого микроконтроллера (например, WAGO I/O), состоящего из различного сочетания модулей в зависимости от решаемой задачи;

- системы сбора и обработки информации и управления процессом (Scada-система);

- электро-пневмопреобразователя, предназначенного для связи контроллера с исполнительным механизмом;

- исполнительного механизма, в качестве которых применяются мембранные, поршневые пневматические и гидравлические механизмы.

Рассмотрим описание основных схем контроля, управления и сигнализации в нормальном режиме:

1) Измерение, отображение и архивация по уровню

Уровень в емкости Е-65/1 воспринимается датчиком (поз. 114-1), с выхода которого электрический сигнал 4-20 мА пропорциональный уровню, поступает на модуль, аналогового ввода (поз. 114-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 114-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. С контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 114-4), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, отображение и архивация по уровню:

- емкость Е-65/2 позиции LIR 112;

- колонна К-70/1 позиции LIR 4;

- емкость Е-63 позиции LIR 128;

- емкость Е-125 позиции LIR 21;

- емкость Е-86 позиции LIR 107.

2) Измерение, регулирование и сигнализация по уровню

Уровень в Е-65/3 воспринимается датчиком (поз. 115-1), с выхода которого электрический сигнал 4-20 мА пропорциональный уровню, поступает на модуль, аналогового ввода (поз. 115-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине данных поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 115-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. Контроллер рассчитывает управляющее воздействие, которое по внутренней шине поступает на модуль аналогового вывода (поз. 115-5), с которого сигнал 4-20 мА поступает на электро-пневмопреобразователь (поз. 115-6), а далее на исполнительный механизм. Так как в данном контуре есть сигнализация параметра, то происходит сравнении поступившего параметра с допустимым, и в случае превышения параметром допустимого, срабатывает звуковая сигнализация с отображение на мониторе АРМ оператора (поз. 115-4). Также с контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 115-4), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, регулирование и сигнализация по уровню:

- емкость Е-76 позиции LIR 7;

- емкость Е-86 позиции LIR 13;

- колонна К-70/2 позиции LIR 9;

- колонна К-80 позиции LIR 16;

- емкость Е-129 позиции LIR 22;

- емкость Е-119а позиции LIR 23;

- колонна К-80а/1 позиции LIR 97;

- емкость Е-86а позиции LIR 110;

- колонна К-80а/2 позиции LIR 103.

3) Измерение, отображение и архивация по температуре

Температура в Е-65/1 воспринимается датчиком температуры (поз. 29-1), с выхода которого термо-ЭДС, поступает на модуль, температурного преобразователя (поз. 29-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 29-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. С контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 29-4), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, отображение и архивация по температуре:

- емкость Е-65/1 позиции ТIR 29;

- колонна К-70/1 позиции ТIR 30;

- колонна К-70/2 позиции ТIR 31;

- колонна К-80 позиции ТIR 15;

- колонна К-80 позиции ТIR 32;

- колонна К-80а/1 позиции ТIR 28;

- колонна К-80а/1 позиции ТIR 33;

- емкость Е-86а позиции ТIR 129;

- колонна К-80а/2 позиции ТIR 102;

- колонна К-80а/2 позиции ТIR 34.

4) Измерение, регулирование и сигнализация по температуре

Температура в колонне К-70/1 воспринимается датчиком температуры (поз. 3-1), с выхода которого термо-ЭДС, поступает на модуль, температурного преобразователя (поз. 3-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 3-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. Контроллер рассчитывает управляющее воздействие, которое по внутренней шине поступает на модуль аналогового вывода (поз. 3-5), с которого сигнал 4-20 мА поступает на электро-пневмопреобразователь (поз. 3-6), а далее на исполнительный механизм. Так как в данном контуре есть сигнализация параметра, то происходит сравнении поступившего параметра с допустимым, и в случае превышения параметром допустимого, срабатывает звуковая сигнализация с отображение на мониторе АРМ оператора (поз. 3-4). Также с контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 3-4), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, регулирование и сигнализация по температуре:

- колонна К-70/2 позиции ТIRСА 12;

- колонна К-70/1 позиции ТIRСА 3;

- колонна К-80 позиции ТIRСА 18;

- колонна К-80а/2 позиции ТIR 106.

5) Измерение, отображение и архивация по расходу

Расход фенольной воды на линии в расширитель воспринимается первичным датчиком (поз. 78-1), с выхода которого сигнал в виде перепада давления, подается на вход преобразователя разности давлений (поз. 78-2), с выхода которого пропорциональный электрический сигнал 4-20 мА, поступает на модуль, аналогового ввода (поз.78-3), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 78-4). С контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 78-5), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, отображение и архивация по расходу:

- на линии в колонну К-70/1 позиции FIR 1;

- на линии в колонну К-70/2 позиции FIR 10;

- на линии в теплообменник Т-79 позиции FIR 124;

- на линии в отделение 602 позиции FIR 117;

- на линии в колонну К-80а/1 позиции FIR 121;

- на линии подачи ацетона в товарное производство позиции FIR 122.

6) Измерение, отображение, архивация, регулирование и сигнализация по расходу

Расход раствора солей на линии отделения 602 воспринимается первичным датчиком (поз. 66-1),с выхода которого сигнал в виде перепада давления, подается на вход преобразователя разности давлений (поз. 66-2), с выхода которого пропорциональный электрический сигнал 4-20 мА, поступает на модуль, аналогового ввода (поз. 66-3), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 66-4) фирмы Kontakttechnik GmbH. Контроллер рассчитывает управляющее воздействие, которое по внутренней шине поступает на модуль аналогового вывода (поз. 66-6), с которого сигнал 4-20 мА поступает на электро-пневмопреобразователь (поз. 66-7), а далее на исполнительный механизм. Так как в данном контуре есть сигнализация параметра, то происходит сравнении поступившего параметра с допустимым, и в случае превышения параметром допустимого, срабатывает звуковая сигнализация с отображение на мониторе АРМ оператора (поз. 66-5). Также с контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 66-5), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, регулирование и сигнализация по расходу:

- на линии подачи соли в отделение 602 позиции FIRCA 66;

- на линии в колонну К-70/1 позиции FIRCA 6;

- на линии в колонну К-70/2 позиции FIRCA 18;

- на линии в расширитель позиции FIRCA 20;

- на линии в колонну К-80 позиции FIRCA 19;

- на линии питания в колонну К-80 позиции FIRCA 123;

- на линии подачи NAOH из отделения 602 позиции FIRCA 26;

- на линии в колонну К-80а/1 позиции FIRCA 25;

- на линии в расширитель позиции FIRCA 100;

- на линии подачи NAOH из отделения 602 в расширитель позиции FIRCA 119;

- на линии в колонну К-80а/1 позиции FIR 27;

- на линии в колонну К-80а/2 позиции FIR 101;

- на линии в колонну К-80а/1 позиции FIR 104.

7) Измерение, отображение и архивация по давлению

Давление в колонне К-70/1 воспринимается датчиком (поз. 5-1), с выхода которого электрический сигнал 4-20 мА пропорциональный значению давления, поступает на модуль, аналогового ввода (поз. 5-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 5-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. С контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 5-4), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, отображение и архивация по давлению:

- колонна К-70/1 позиции РIR 5;

- колонна К-70/2 позиции РIR 11;

- колонна К-80 позиции РIR 17;

- колонна К-80а/1 позиции РIR 94;

- колонна К-80а/2 позиции РIR 105.

8) Измерение, регулирование и сигнализация по давлению

Уровень в ПЭУ-84 воспринимается датчиком (поз. 116-1), с выхода которого электрический сигнал 4-20 мА пропорциональный значению давления, поступает на модуль, аналогового ввода (поз. 116-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 116-3) фирмы Kontakttechnik GmbH Контроллер рассчитывает управляющее воздействие, которое по внутренней шине поступает на модуль аналогового вывода (поз. 116-5), с которого сигнал 4-20 мА поступает на электро-пневмопреобразователь (поз. 116-6), а далее на исполнительный механизм. Так как в данном контуре есть сигнализация параметра, то происходит сравнении поступившего параметра с допустимым, и в случае превышения параметром допустимого, срабатывает звуковая сигнализация с отображение на мониторе АРМ оператора (поз. 116-4). Также с контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 116-4), где отображается и архивируется.

Принципиальные схемы регулирования представлены на чертежах 03,04.05,06.

2.7 Описание основных схем ПАЗ

Схема противоаварийной защиты выглядит следующим образом:

все данные о процессе от первичных преобразователей стекаются к микропроцессорным контроллерам и отображаются на мониторах промышленных компьютеров. Таким образом, оператор может отслеживать все необходимые изменения параметров. Система устроена так, что при достижении параметром какого-либо критического значения происходит визуальное оповещение непосредственно на мониторе и звуковое - через комплектующие промышленного компьютера, а также в зависимости от сложившейся ситуации система либо сама переходит в режим блокировки и ПАЗ, либо предоставляет оператору самостоятельно управлять процессом.

Рассмотрим описание основных схем ПАЗ:

1. Измерение, отображение, сигнализация и блокировка по уровню

Уровень жидкости в рабочей полости насоса Н-69 воспринимается датчиком (поз. 604-1), с выхода которого электрический сигнал 4-20 мА пропорциональный уровню, поступает на модуль, аналогового ввода (поз. 604-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 604-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. В случае превышения параметром верхнего или нижнего допустимого предела контроллером вырабатывается сигнал защиты, который по внутренней шине поступает на модуль дискретного вывода (поз. 604-5), и далее на насос Н-69, который закрывает линию электропитания насоса. Также с контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 604-4), где отображается и архивируется.

2. Измерение, отображение, сигнализация и блокировка по давлению

Давление нагнетания насоса Н-87 воспринимается датчиком (поз. 614-1), с выхода которого электрический сигнал 4-20 мА пропорциональный давлению, поступает на модуль, аналогового ввода (поз. 614-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по внутренней шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 614-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. В случае превышения параметром верхнего или нижнего допустимого предела контроллером вырабатывается сигнал защиты, который по внутренней шине поступает на модуль дискретного вывода (поз. 614-5), и далее на насос Н-87, который закрывает линию электропитания насоса. Также с контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 614-4), где отображается и архивируется.

Аналогично производится измерение, отображение, сигнализация и блокировка по давлению нагнетания насоса Н-87/а позиции PSA 608.

3. Измерение, отображение, сигнализация и блокировка по температуре

Температура подшипников в насосе Н-69 воспринимается датчиком температуры (поз. 603-1), с выхода которого термо-ЭДС, поступает на модуль, температурного преобразователя (поз. 603-2), где преобразуется в цифровой сигнал. Далее по шине поступает на базовый программируемый контроллер WAGO I/O (поз. 603-3) фирмы Kontakttechnik GmbH. В случае превышения параметром верхнего или нижнего допустимого предела контроллером вырабатывается сигнал защиты, который по внутренней шине поступает на модуль дискретного вывода (поз. 603-5), и далее на насос Н-87, который закрывает линию электропитания насоса. Также с контроллера по шине сигнал поступает на АРМ оператора (поз. 603-4), где отображается и архивируется.

Функциональная схема автоматизации узла выделения товарного ацетона объекта 101-615 производства фенола, ацетона и альфаметилстирола представлены на чертеже 01 и 02.

Выводы

Разработанная АСУ ТП узла производства товарного ацетона позволяет обеспечивать эффективное ведение технологического процесса с целью обеспечения безаварийной эксплуатации оборудования и поддержания заданных параметров процесса. АСУ ТП представляет собой комплекс программно-технических средств, реализующих следующие функции:

- выдача оперативной информации о ходе технологического процесса на станциях отображения информации (АРМ оператора);

- регулирование технологических параметров;

- сбор и архивирование оперативной информации о работе установки;

- контроль аварийных отклонений технологических параметров;

- автоматическая защита и блокировка оборудования.

Применение технологий SCАDA позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

Дружественность человеко-машинного интерфейса, предоставляемого SCADA-системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность «рычагов» управления и т. д. - повышает эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к минимуму критические ошибки при управлении.

Использование на нижнем уровне программируемых контроллеров с резервированной структурой WAGO I/O позволило построить систему управления, в которой возникновение отказов не влечет за собой появление опасности для жизни обслуживающего персонала и не приводит к остановке технологического процесса. Тем самым была обеспечена высокая надежность функционирования АСУ ТП.

Размещено на Allbest.ru