Программное обеспечение DeltaV для разработки АСУТП

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования и науки Российской Федерации

Тюменский Государственный Нефтегазовый Университет

Институт Промышленных Технологий и Инжиниринга

Кафедра «Автоматизация Технологических Процессов и производств»

ОТЧЕТ ПО ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКЕ

Выполнил: студент группы АТПт-11-(11)-1

Черныш И.О.

Проверил: Мохов В.И.

Тюмень 2013

Содержание

Введение

1. Обзор программного обеспечения DeltaV

2. Система управления вариаторами

2.1 Алгоритм работы вариатора

2.2 Система управления

2.3 Панели оператора

3. АСУТП переработки нефти

3.1 Описание технологического процесса

3.2 Контрольно-измерительные приборы и автоматика АСУТП

3.3 Панели оператора

3.4 Интерфейс оператора

Заключение

Литература

Введение

программный обеспечение вариатор автоматизация

В период с 23.09.2013 г. по 8.12.2013 г. я проходил производственную практику в отделе проектирования на предприятии ЗАО «ТюменьТел», которое занимается созданием и внедрением проектов АСУТП.

В ходе выполнения производственной практики передо мной были поставлены следующие задачи:

1. изучение программного обеспечения DeltaV для разработки АСУТП;

2. участие в разработке системы управления вариаторами для регулирования температуры в холодильных камерах;

3. участие в разработке АСУТП переработки нефти.

Для реализации двух последних задач применялось программное обеспечение DeltaV.

1. Обзор программного обеспечения DeltaV

Масштабируемая система управления DeltaV (Fisher-Rosemount Systems) предоставляет мощное и легкое в использовании программное обеспечение, предназначенное для управления технологическими процессами.

В состав системы DeltaV входят следующие основные компоненты:

1. несколько (или одна) рабочих станций DeltaV, предоставляющих графический интерфейс пользователя для доступа к процессу и ресурсам системы;

2. сеть управления для обмена данными между узлами системы;

3. несколько (или один) контроллеров DeltaV, выполняющих локальное управление и передачу данных между подсистемой ввода/вывода и сетью управления;

4. подсистема ввода/вывода каждого контроллера, обрабатывающая информацию полевых приборов;

5. источники питания;

6. системный идентификатор, уникальным образом идентифицирующий систему DeltaV.

Рисунок 1.1 Общая структура системы DeltaV

Система DeltaV помогает пользователям создавать системы автоматизированного управления технологическими процессами, отличающиеся легкостью в установке и эксплуатации, согласованностью и надежностью. Для достижения этих целей в программном обеспечении DeltaV используются:

- технология конфигурирования аппаратуры plug-and-play;

- библиотека многократно используемых модулей управления (включающих в себя панели оператора и параметры архивирования);

- продуманный графический интерфейс рабочей среды, основанный на интерфейсе MS Windows;

- встроенная контекстно-зависимая интерактивная справочная система и электронная документация;

- аппаратные и программные решения, обеспечивающие надежность и целостность системы.

Управление в системе DeltaV основано на модулях. Модуль - наименьшая логическая единица в системе с точки зрения управления, содержащая алгоритм управления с уникальной идентификацией, реализующий некоторую логику. Если модуль формировать на основе отдельного полевого прибора и связанной с ним логики управления, то упрощается его создание, загрузка, отладка, и становится возможным его непосредственное отключение, не затрагивающее другие модули.

Модуль может содержать алгоритмы, условия, алармы, экраны, архивные параметры и другие характеристики, описывающие оборудование технологического процесса.

Алгоритмы - логические шаги, определяющие поведение модуля.

Функциональные блоки - строительные блоки алгоритмов, осуществляющих управление процессом или его контроль. Библиотека DeltaV содержит шаблоны функциональных блоков для аналогового управления (отношение/смещение, опережение/запаздывание, ПИД-регулирование и т. д.), ввода/вывода (аналоговый/дискретный ввод/вывод) и других основных функций. Каждый функциональный блок обладает параметрами, которые можно изменить, настраивая, тем самым, алгоритм. Диапазон алгоритмов простирается от простого преобразования при вводе до сложных стратегий управления. Функциональные блоки для создания сложных алгоритмов могут объединяться в составные функциональные блоки.

Кроме функциональных блоков для построения алгоритмов могут использоваться диаграммы функциональных последовательностей, предназначенные для решения таких задач управления, в которых отдельные операции связаны по времени или по событиям.

Параметры - заданная пользователем информация, используемая в алгоритме модуля для реализации его вычислений и логических операций. Параметры могут описываться типом информации, которую они несут в себе, например, входная или выходная. Таблицы параметров и их свойств включены в интерактивную документацию.

Система DeltaV содержит библиотеку готовых шаблонов модулей с базовыми характеристиками, которые могут быть модифицированы.

Модули, связанные между собой в ходе выполнения определенной функции управления процессом, обычно группируются по областям производства (отделениям). Область - логическое подразделение системы управления технологическим процессом. Логическое разбиение системы на области выполняет инженер, занимающийся конфигурированием.

Узлы - физические блоки оборудования в сети управления, например, контроллеры или рабочие станции, управляющие процессом. Модули загружаются в соответствующие узлы.

Алармы (сигналы тревоги) предупреждают оператора о наступлении определенного события. Они связаны с модулями. Для привлечения внимания оператора может использоваться как визуальная индикация аларма, так и звуковая сигнализация.

Рисунок 1.2 Иерархическая структура системы DeltaV

В среде оператора DeltaV разрабатывается графический интерфейс АСУТП. Она работает в двух режимах. Режим Конфигурирования используется для создания графики процесса реального времени. В режиме выполнения оператор взаимодействует с технологическим процессом с помощью приложения Среда Оператора DeltaV. Графика с высоким разрешением позволяет детально и гибко выводить информацию на мнемосхему. Стандартный Операторский Экран разработан специально для системы управления DeltaV и обеспечивает легкую в управлении, высоконадежную среду.

Представление алармов и управление ими сосредоточивает внимание оператора на наиболее значительных событиях.

2. Система управления вариаторами

2.1 Алгоритм работы вариатора

Для регулирования температуры в холодильных камерах используются вариаторы - вентиляторы с управляемой частотой вращения. Температура в камере зависит от частоты вращения вентиляторов. В некоторых камерах стоит по два вариатора (соответственно, А и Б).

Вариатор имеет несколько режимов работы:

- STOP (вариатор стоит);

- VARIATOR (частота вращения регулируется в диапазоне 20 - 100% от максимальной частоты);

- BYPASS (частота вращения не регулируется; вариатор вращается на максимальной частоте);

- REVERSE (вариатор вращается в обратном направлении; частота вращения регулируется в диапазоне 20 - 80% от максимальной частоты).

Для поддержки заданной температуры в холодильных камерах в режиме VARIATOR для вариатора предусматривается автоматическая работа (задание частоты вращения в зависимости от температуры).

2.2 Система управления

Система управления вариатором реализует два основных режима функционирования:

- ручной (задаются непосредственно режим работы и частота вращения вариатора);

- автоматический (задается температура в холодильной камере; система регулирует частоту вращения вариатора в режиме работы VARIATOR).

Частота вращения, соответствующая выбранной температуре, в автоматическом режиме регулируется с помощью ПИД-регулятора, действующего по рассогласованию между заданной и средней измеренной температурой. Средняя измеренная температура вычисляется по трем температурным датчикам, установленным в соответствующей вариатору холодильной камере.

От вариатора в систему управления передаются текущие режим работы (статус), мощность, частота вращения и коды ошибок. От системы управления на вход вариатора подаются заданные мощность, частота вращения и статус.

В системе управления заданы 3 аларма - при возникновении двух групп ошибок и при невозможности изменения статуса вариатора в соответствии с заданным. Система управления вариатором, разработанная с помощью системы DeltaV, представлена на рисунках 2.1, 2.2, 2.3.

Рисунок 2.1 Блок VAR системы управления вариатором (см. далее рисунок 2.2)

Рисунок 2.2 Блок VAR системы управления вариатором (продолжение)

Рисунок 2.3 Система управления вариатором (общий вид)

На рисунке 2.3 блок VAR содержит в себе структуру, представленную на рисунках 2.1 и 2.2.

Пояснения к входным параметрам на рисунках:

DESC - строковая переменная, содержащая название вариатора;

TI1, TI2, TI3 - показания температурных датчиков в холодильной камере;

TAVER - средняя температура в холодильной камере;

STATUS - текущий статус вариатора (расшифровка представлена на рисунке 2.2);

MISTAKE1, MISTAKE2 - коды ошибок вариатора (расшифровки представлены на рисунке 2.2);

TURNOVERS_ALT, POWER_ALT - текущие частота вращения и мощность вариатора;

SET_MODE (NAMESET) - задание режима работы вариатора;

SP - заданная температура;

DELTA_RANGE - диапазон регулируемых частот вращения.

Пояснения к выходным параметрам на рисунках:

TURNOVERS, POWER - заданные частота вращения и мощность вариатора (% от максимальных);

CUR_MODE - текущий режим работы вариатора;

SET-POINT - задание режима работы вариатора;

V_SP - задание температуры с выхода регулятора (% от максимально допустимой);

STATUS_BAD, STATUS_BAD_NEW - статус ошибки.

Пояснения к функциональным блокам:

CALC_IN - вычисление средней температуры;

SCLR - масштабирующие блоки;

PID1 - ПИД-регулятор;

RAMP1 - блок линейного нарастания сигнала;

BFO - преобразователи последовательного кода в параллельный;

BFI - преобразователи параллельного кода в последовательный;

CALC1 - выбор режима «ручной/автоматический»;

CALC_IN1 - вычисление ошибочного статуса.

Аналогичная система управления используется для управления двойными вариаторами.

2.3 Панели оператора

Для обеспечения интерфейса оператора были созданы панель для управления вариатором и детальная панель для задания уставок, имитации модели и настройки регулирующего ПИД-контура.

Рисунок 2.4 Панель управления вариатором

Описание панели управления вариатором (см. рисунок 2.4):

«VAR_TEST» - имя вариатора;

Зеленая шкала и значение «PV» - текущая температура холодильной камеры;

Белая шкала и значение «OUT» - заданная частота вращения вариатора (% от максимального значения);

Синяя шкала, окошко ввода и значение «SP» - заданная температура (% от максимального значения);

Кнопки «РУЧ/АВТО» - переключение между режимами функционирования вариатора Ручной/Автоматический;

Кнопки «С/В/Б/Р» - кнопки задания режимов работы вариатора (соответственно STOP/VARIATOR/BYPASS/REVERSE/);

Значение «Stop» - текущий режим работы вариатора;

Значения «РУЧ» белое и желтое - заданный и текущий режимы функционирования вариатора соответственно;

Индикатор «Статус» - вывод ошибки;

Кнопки с зелеными и белыми стрелками - задание уставок по белой и синей шкалам соответственно;

На панели присутствуют кнопки открытия детальной панели, истории процесса, отключения алармов, а также закрепления и закрытия панели.

Рисунок 2.5 Детальная панель вариатора

Описание детальной панели вариатора (см. рисунок 2.5):

Список «Уставки» - задание уставок алармов, максимальных и минимальных заданных выхода (частоты вращения) и температуры;

Список «Имитация» - настройки для работы с имитацией вариатора;

Список «Настройка» - задание параметров регулирующего ПИД-кон-тура.

Была разработана панель отображения текущих выходных параметров вариатора.

Рисунок 2.6 Панель отображения текущих выходных параметров вариатора

Описание детальной панели вариатора (см. рисунок 2.6):

«T1», «T2», «T3» - текущие показания температурных датчиков в холодильной камере (в градусах Цельсия);

«Мощность» - текущая мощность вариатора (в кВт);

«Кол-во об» - частота вращения (в об/сек);

«Статус» - код статуса вариатора в десятеричном формате;

«Ошибка 1», «Ошибка 2» - коды ошибок вариатора в десятеричном формате.

3. АСУТП переработки нефти

3.1 Описание технологического процесса

Требуется разработать автоматизированную систему управления технологическим процессом переработки нефти на технологической установке атмосферной перегонки с использованием среды DeltaV.

Технологическая установка предназначена для атмосферной перегонки нефти с получением:

- бензиновой фракции;

- керосиновой фракции;

- дизельной фракции;

- остаточного продукта (мазута).

Система создается с целью обеспечения высокого качества функционирования технологической установки и ее безопасной работы.

В операторной размещается центральный пост управления, с которого осуществляются контроль и управление технологическим процессом.

Возможности оператора должны включать в себя контроль загазованности, автоматизированный учет количества поступившей нефти, регистрацию параметров процесса, индикацию состояния оборудования, дистанционное управление исполнительными механизмами и др.

3.2 Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА)

В разрабатываемой АСУТП используются:

а) аналоговые измерительные приборы:

- датчики давления;

- датчики температуры;

- датчики концентрации;

- датчики уровня;

- расходомеры;

б) индикаторы наличия/включения;

в) исполнительные устройства:

- насосы;

- электрифицированные задвижки (UV);

- запорные клапаны (UV);

- регулирующие клапаны.

Все аналоговые датчики были созданы на основе следующих классов, в зависимости от своего типа:

- устройства HART (протокол HART является промышленным стандартом и позволяет передавать одновременно аналоговый и цифровой сигнал по одной паре проводов);

- устройства FieldBus (не только обеспечивают цифровую связь полевого оборудования с системой управления, но и дают возможность приборам взаимодействовать друг с другом без участия устройств верхнего уровня - узлов).

Аналоговый датчик содержит аларм, срабатывающий при предельно допустимых нижних и верхних уровнях сигнала.

Рисунок 3.1 Класс «Аналоговый датчик»

В структуре класса аналогового датчика используется функциональный блок Analog Input (см. рисунок 3.1).

Индикаторы (дискретные датчики) были созданы на основе класса, содержащего один функциональный блок Discrete Input (см. рисунок 3.2).

Дискретный датчик содержит один аларм, срабатывающий при переходе в ненормальное состояние (Change from normal).

Рисунок 3.2 Класс «Дискретный датчик»

Управление электрифицированными задвижками создано на основе класса, в состав которого входят дискретный вход и блок «Управление устройством» (Device Control) для задания состояний задвижки «OPEN», «CLOSED», «UNDEFINED» (см. рисунок 3.3).

Задвижка имеет один аларм, срабатывающий, если устройство в течение заданного времени не перешло в требуемое состояние (Failed).

Рисунок 3.3 Класс «Электрифицированная задвижка»

Управление запорными клапанами создано на основе класса, в состав которого входят входной параметр BLK (ссылка на дискретный датчик, управляющий состоянием клапана), дискретный выход и блок «Управление устройством» (Device Control) для задания состояний клапана «OPEN», «CLOSED», «UNDEFINED» (см. рисунок 3.4).

Клапан имеет один аларм, срабатывающий, если устройство в течение заданного времени не перешло в требуемое состояние (Failed).

Рисунок 3.4 Класс «Клапан запорный»

Управление регулирующими клапанами создано на основе класса, в состав которого входят входной параметр AI (ссылка на аналоговый датчик, управляющий степенью открытия клапана), аналоговый выход для задания степени открытия клапана (% от максимально открытого состояния) и ПИД-регулятор между ними (см. рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 Класс «Регулирующий клапан»

Управление насосами создано на основе класса, в состав которого входят входной параметр BLK (ссылка на дискретный датчик «отсутствия жидкости», блокирующий работу насоса при срабатывании), дискретный вход для задания режима работы («РУЧНОЙ» или «АВТО»), дискретный выход и блок «Управление устройством» (для задания состояний насоса «STOPPED» и «RUNNING») (см. рисунок 3.6).

Насос имеет аларм, срабатывающий, если устройство в течение заданного времени не перешло в требуемое состояние (Failed).

Рисунок 3.6 Класс «Насос»

3.3 Панели оператора

Все измерительные и исполнительные устройства разрабатываемой АСУТП имеют свои условные анимированные обозначения (динамо) на мнемосхемах интерфейса, а также панели управления и детальные панели.

Рисунок 3.7 Основная панель аналогового датчика

На рисунке 3.7 представлена основная панель аналогового датчика, на которой выводятся имя датчика, его текущее показание (на шкале и в цифровом виде), уставки алармов на шкале а также кнопки вызова других панелей и закрытия.

На рисунке 3.8 представлена детальная панель аналогового датчика, на которой отображаются и регулируются уставки, алармы, имитация и др.

Рисунок 3.8 Детальная панель аналогового датчика

На рисунке 3.9 представлена основная панель дискретного датчика, на которой выводятся имя датчика, его текущее показание, а также кнопки вызова других панелей и закрытия.

На рисунке 3.10 представлены основная панель (выводятся кнопки выбора состояния, текущее состояние, отсчет времени до срабатывания аларма, а также кнопки вызова других панелей и закрытия) и детальная панель запорного клапана и задвижки (отображаются и регулируются уставки, алармы, имитация, состояния входов и выходов и др).

Рисунок 3.9 Основная панель дискретного датчика

На рисунке 3.11 представлены основная панель (выводятся кнопки выбора состояния, текущее состояние, разрешение управления, выбор режима работы, отсчет времени до срабатывания аларма, а также кнопки вызова других панелей и закрытия) и детальная панель насоса (отображаются и регулируются уставки, алармы, имитация, состояния входов и выходов и др).

На рисунке 3.12 представлены основная панель (выводятся кнопки выбора режима работы, текущий режим работы состояние, шкалы для регулирования открытия задвижки, а также кнопки вызова других панелей и закрытия) и детальная панель регулирующего клапана (отображаются и регулируются уставки, алармы, имитация, настройка регулятора и др).

Рисунок 3.10 Основная и детальная панели задвижки и запорного клапана

Рисунок 3.11 Основная и детальная панели насоса

Рисунок 3.12 Основная и детальная панели регулирующего клапана

3.4 Интерфейс оператора

Интерфейс оператора представляет собой набор мнемосхем, с возможностью перехода между ними. Каждая мнемосхема отражает свою подсистему всей АСУТП (например, нагрев нефти, получение мазута и т. д.).

На мнемосхемах представлены анимированные изображения (динамо) с открывающимися панелями, соответствующие приведенным выше измерительным приборам и исполнительным устройствам. Они приведены на рисунке 3.13. К ним относятся:

а) Аналоговые датчики. Выводятся текущее показание, единицы измерения, имя. Имя датчика состоит из типа (P - давление, T - температура, Q - концентрация, F - расход, L - уровень) и номера.

б) Дискретные датчики. Выводятся цветом красный/зеленый дискретное состояние и имя. Имя датчика состоит из типа и номера.

в) Электрифицированные задвижки. Выводятся состояние названием и цветом (красный - CLOSE, зеленый - OPEN, серый - UNDEF) и имя. Имя состоит из типа (UV) и номера.

г) Запорные клапаны. Выводятся состояние названием и цветом (красный - CLOSE, зеленый - OPEN, серый - UNDEF) и имя. Имя состоит из типа (UV) и номера.

д) Насосы. Выводятся цветом красный/зеленый состояние и режим работы (L - ручной, D - автоматический) и имя. Имя состоит из типа и номера.

е) Регулирующие клапаны. Изображение управляющего датчика аналогично аналоговому датчику, но имеются подсветка экранов вывода в зависимости от алармов, добавлен вывод режима работы клапана и в имени датчика к типу добавляется буква C. Регулирующий датчик соединяется пунктирной линией с регулирующим клапаном, у которого выводится процент открытия.

Рисунок 3.13 Динамо приборов АСУТП

Интерфейс оператора состоит из следующих мнемосхем:

1. Мнемосхема выбора подсистемы процесса (рисунок 3.14);

2. Мнемосхема контроля загазованности (рисунок 3.15);

3. Мнемосхема нагрева нефти (рисунок 3.16);

4. Мнемосхема получения бензиновой фракции (рисунок 3.17);

5. Мнемосхема получения керосиновой фракции (рисунок 3.18);

6. Мнемосхема получения дизельной фракции (рисунок 3.19);

7. Мнемосхема получения мазута (рисунок 3.20);

8. Мнемосхема системы подачи природного газа (рисунок 3.21);

9. Мнемосхема товарного парка мазута и бензина (рисунок 3.22);

10. Мнемосхема товарного парка керосина и дизельного топлива (рисунок 3.23);

11. Мнемосхема вспомогательного оборудования (рисунок 3.24).

Рисунок 3.14 Мнемосхема выбора подсистемы процесса

Рисунок 3.15 Мнемосхема контроля загазованности

Рисунок 3.16 Мнемосхема нагрева нефти

Рисунок 3.17 Мнемосхема получения бензиновой фракции

Рисунок 3.18 Мнемосхема получения керосиновой фракции

Рисунок 3.19 Мнемосхема получения дизельной фракции

Рисунок 3.20 Мнемосхема получен ия мазута

Рисунок 3.21 Мнемосхема системы подачи природного газа

Рисунок 3.22 Мнемосхема товарного парка мазута и бензина

Рисунок 3.23 Мнемосхема товарного парка керосина и дизельного топлива

Рисунок 3.24 Мнемосхема вспомогательного оборудования

Заключение

В ходе прохождения производственной практики мной были выполнены поставленные задачи - изучена система DeltaV и с ее помощью разработаны система управления вариаторами для регулирования температуры в холодильных камерах и АСУТП переработки нефти.

Для управления вариаторами была разработана система управления и созданы панели контроля и настройки для нее.

Для АСУТП переработки нефти помимо систем управления КИПиА и их панелей настройки были разработаны мнемосхемы процессов для обеспечения интерфейса оператора.

Таким образом, я был ознакомлен с основными этапами разработки автоматизации технологических процессов, что в будущем позволит мне с большей эффективностью получать образование по направлению «Автоматизация Технологических Процессов и производств».

Литература

1. Клюев А.С., Глазов Б.В., Дубровский А.Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. М.: Энергия, 1980. 512 с.

2. РМ4-2-78. Системы автоматизации технологических процессов. Схемы функциональные. Методика выполнения. М.: Проектмонтажавтоматика, 1978. 39 с.

3. Кузьминов Г.П. Основы автоматики и автоматизации проиводственных процессов. ЛТА им. С.М. Кирова. Л., 1974. 89 с.

4. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Под ред. Б.Д. Кошарского. Л.: Машиностроение, 1976. 488 с.

5. Камразе А.И., Фитерман М.Я. Контрольно-измерительные приборы и автоматика. М.: Высшая школа, 1980. 208 с.

Размещено на Allbest.ru