Проектирование системы автоматизации

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 6

5.1 Решения по основным задачам проектирования

В ВКР были разработаны следующие документы:

- ведомость проекта;

- функциональная схема автоматизации (упрощенным способом);

- функциональная схема автоматизации (развернутым способом);

- структурная схема КТС;

- схема принципиальная однолинейная распределительной сети;

- схема принципиальная электрическая питания;

- схема принципиальная электрическая питания и сетевых подключений Honeywell;

- схема принципиальная электрическая контроля и управления;

- схема принципиальная комбинированная контроля и управления;

- шкаф СКУ. Перечень;

- шкаф СКУ. Общий вид;

- шкаф СКУ. Габаритный чертеж;

- шкаф СКУ. Таблица подключений;

- шкаф СКУ. Таблица соединений;

- схема соединений и подключений внешних проводок;

- план расположения оборудования кабельных и трубных проводок;

- заказная спецификация изделий оборудования и материалов.

Данные документы находятся в приложении.

5.2 Решения по электропитанию

Питание КТС осуществляется через шкафы распределения питания, в которых установлены автоматические выключатели для каждой из составных частей, что обеспечивает селективность защиты оборудования при возникновении неисправностей и создает необходимые предпосылки для удобного обслуживания.

В АСУ ТП сборника технологического конденсата подразумевается резервирование питания. Основной и резервный вводы обеспечиваются с помощью цехового распределительного пункта РП1. Блок автоматического блока резерва установлен в шкафу питания. Электропитание осуществляется с помощью однофазного переменного тока напряжением U= ~220В.

Распределение питание осуществляется согласно схеме на рисунке 15. Подробная схема отражена в ВКР15.03.04.АТП.2016-АТХ.06

Рисунок 14 – Схема распределительной сети

Для обеспечения бесперебойного питания системы управления и повышения надежности функционирования АСУ ТП сборника технологического конденсата, в состав КТС входит источник бесперебойного питания. ИБП установлен в шкафу питания. Далее представлен расчет необходимой мощности ИБП.

Суммарная мощность КТС:

-БП-906/24-8 - 44 ВА

-БП-96/24-2 – 15 ВА

-Метран 630-201 - 2 ВА х 5шт = 10 ВА

-Метран 630-205 - 2 ВА

-DeltaV - 100 ВА

-АИР-10Н – 0, 6 ВА

-VEGAFLEX 61 – 1 ВА

-Розетка РАр10-3-ОП TDM для питания электроинструмента – 200 ВА

В рамках разрабатываемого проекта отражена не вся аппаратура, применяемая в реальной установке, поэтому к общей сумме дополнительно прибавим 300 ВА.

На основе полученной мощности был выбран источник бесперебойного питания Huter INV900-TSW.

Рисунок 15 – Внешний вид ИБП Huter INV900-TSW

Характеристики ИБП Huter INV900-TSW:

Номинальная мощность: 0, 9 кВт

Максимальный потребляемый от сети ток: 8А

Напряжение аккумуляторов: 24В

Форма выходного напряжения: синусоидальная

Частота выходного напряжения: 50Гц

Время переключения между режимами: 0, 4 с

Максимальный зарядный ток аккумуляторов: 40А

Максимальная емкость подключаемых аккумуляторов: 400Ач

Вес нетто: 8кг

Габариты: 430x370x100 мм

ИБП при при максимальной нагрузке способен работать до 30 минут, что достаточно для устранения причин перебоев в сети.

Расчет номинального тока двухполюсного автоматического выключателя:

; А

На основании расчета подобран автоматический двухполюсный выключатель IEK 4А С ВА47-29.

Рисунок 16 – Внешний вид IEK 4А С ВА47-29.

5.3 Решения по контурам заземления

Для обеспечения электробезопасности все оборудование комплекса технических средств подключается к контуру защитного заземления с сопротивлением не более 4 Ом.

Все внешние элементы технических средств системы, находящиеся под напряжением, имеют защиту от случайного прикосновения человека, а сами технические средства – заземлены.

Цепи заземления КТС АСУ ТП разделены на цепи защитного заземления, сигнального (функционального/информационного) заземления и системы уравнивания потенциалов (главная заземляющая шина). Для организации контуров заземления КТС АСУТП используется выделенное заземляющее устройство (заземлитель), находящееся вне зоны растекания токов короткого замыкания от устройств заземления силовых установок.

Цепи защитного заземления, наряду с защитным отключением, являются средством защиты человека от поражения электрическим током. Шина защитного заземления установлена в здании в виде замкнутого контура, смонтированного по стенам помещения. Контур выполнен неизолированной металлической полосой и имеет сечение 100 мм² по стали (50 мм² по меди) с возможностью подключения под болт М6 по всей длине контура.

Объединительный проводник шины защитного заземления служит для подключения оборудования к контуру защитного заземления и установлен на кабельной магистрали так, чтобы иметь свободный доступ для подключения и визуального осмотра по всей длине. Объединительный проводник шины защитного заземления - медный с сечением 50 мм² и соединяется с контуром защитного заземления в двух местах. Подключение к объединительному проводнику выполнено проводом сечением 6 мм² под болт М6.

Шина защитного заземления соединяется с вновь организованным заземляющим устройством (заземлителем) двумя проводами в двух разных местах. Провода, соединяющие контур защитного заземления с заземлителем, имеют бронированную оболочку.

К шине защитного заземления подключаются корпуса (каркасы шкафов, столов) оборудования, подключенного к сети питания с глухозаземленной нейтралью и N – проводник.

Сигнальное заземление служит для снижения влияния на измерительные цепи наведенных (индуцированных) помех.

Контур сигнального заземления представляет собой совокупность локальных корпусных шин (медных, с соединением под болт), подключенных к объединительному проводнику шины сигнального заземления.

Сопротивление контура сигнального заземления с заземляющим устройством не превышает 4 Ом в любое время года.

Объединительный проводник шины сигнального заземления установлен на изоляторах кабельной магистрали так, чтобы иметь свободный доступ для подключения и визуального осмотра по всей длине. Объединительный проводник шины сигнального заземления - медный с сечением 50 мм². Подключение к объединительному проводнику выполнено проводом сечением не менее 6 мм² под болт М6. Объединительный проводник шины сигнального заземления установлен на удалении 1 м от цепей контура защитного заземления.

Шина сигнального заземления соединяется с контуром защитного заземления только в точке заземления.

Соединение с заземлителем выполнено двумя изолированными проводами в двух разных местах заземлителя. Провода, соединяющие контур сигнального заземления с заземлителем, имеют бронированную оболочку, изолированную от цепи сигнального заземления.

Сечение проводников контура сигнального заземления обеспечивает их сопротивление до заземляющего устройства не более 0.1 Ом.

К сигнальному заземлению подключаются экраны кабелей полевых и межшкафных соединений (экран кабеля подключается только с одной стороны).

5.4 Решения по применяемым в системе сигналам и интерфейсам

Информационное Обеспечение Системы управлениявключает в себя следующие категории данных:

- текущие значения технологических переменных, поступающих в Систему управленияв результате опроса датчиков и первичной переработки информации;

- усреднённые или сглаженные за определенные периоды времени значения переменных;

- границы переменных различных уровней, настройки алгоритмов управления, информация привязки программного обеспечения к конкретному объекту;

- тексты программ и загрузочные модули.

Для удобства манипулирования и обмена информацией в рамках системы управлениясоздана база данных, обеспечивающая доступ к данным от локальных элементов сети, которыми являются:

- периферийные многопроцессорные устройства - подсистемы управления или контроллеры;

- многофункциональные операторские станции - рабочие места технологического персонала;

- инженерная станция;

- прикладная рабочая станция.

Для удобства работы технологов-операторов с большими объёмами разнообразной информации и для выработки соответствующих стереотипов взаимодействия с Системой управления, Информационное Обеспечение Системы структурировано и имеет иерархическую организацию.

Виды операционных панелей:

Предусмотрены следующие Стандартные операционные панели (изображения, дисплеи, кадры, окна):

1) Панели общего обзора

Предназначены для контроля работы всего производства в целом и для получения доступа к более подробным панелям при возникновении такой необходимости.

2) Мнемосхемы

Относятся к наиболее важным типам операционных панелей. Представляют собой графическое изображение основного технологического оборудования, средств КИПиА, и отображают структуру алгоритмов управления и их состояние.

3) Панели группы управления

Представляют и описывают состояние лицевых панелей приборов.

4) Панели настройки

Описывают параметры конкретного устройства/прибора/регулятора и дают возможность его настройки.

5) Панели сигналов тревоги

Отражают в хронологическом порядке предупредительную сигнализацию о ходе процесса.

6) Панели регистрации хода процесса (тренды)

Предусмотрены 2 вида панелей для графического отображения данных о ходе процесса во времени:

- панель группы трендов;

- панель одиночного тренда.

Технологу-оператору представлены простые и естественные способы вызова различных панелей:

- нажатие соответствующей кнопки на клавиатуре оператора;

- указание элемента на экране;

- выбор из меню;

- ввод данных через соответствующую зону на экране.

Все настроечные константы, информация привязки, алгоритмы решения задач и тексты программ хранятся на дублирующих носителях и обновляются при внесении изменений в Систему управления.

5.5 Решения по составу программных средств, языкам деятельности

Комплекс инженерных средств DeltaV позволяет выполнять конфигурирование как с локальной, так и с удаленной станции, для всех элементов системы DeltaV и для интеллектуальных полевых устройств. Единая глобальная конфигурационная база данных позволяет координировать всю работу по конфигурированию.

DeltaV Explorer DeltaV Explorer (проводник) — это первичный инструмент для конфигурирования системы. DeltaV Explorer поддерживает конфигурирование и быстрый ввод в эксплуатацию устройств WiressHaRt, HaRt, FounDaton fieldbus и Profibus DP. Система DeltaV конфигурируется преимущественно на месте через интерактивные диалоги с DeltaV Explorer.

Простое конфигурирование ввода/вывода

Контроллеры DeltaV, модули В/В и устройства FounDation fieldbus автоматически обнаруживаются при подключении к управляющей сети и сразу добавляются в конфигурацию.

Студия управления DeltaV Control Studio Control Studio позволяет графически создавать и модифицировать отдельные модули и шаблоны, которые формируют стратегии управления. Система DeltaV поможет вам создавать и поддерживать стратегии управления как небольшие модульные компоненты (модули). Control Studio использует языки управления в соответствии со стандартом iEC 61131-3, включая схемы функциональных блоков, функциональные последовательности и структурированный текст.

Диагностика DeltaV

Как ключевой компонент цифровой архитектуры PlantWeb, диагностика DeltaV распространяется не только на компоненты системы, но также на компьютерную безопасность и интеллектуальные устройства и диагностику механического оборудования с ПОaMS Suite. Диагностика приборов FounDation fieldbus, ProfibusDP, Devicenet, HaRt и WirelessHaRt объединяется со стратегиями управления и операторской графикой, что позволяет уменьшить количество нештатных ситуаций и обеспечить быструю поддержку принятия решения для нормализации процесса.

6. Метрологический расчет

Погрешность данной измерительной системы складывается из погрешностей, вносимых датчиком температуры, расходомером, барьером искрозащиты, блоком аналогового входа и линией связи. На данный момент производители кабелей и интерфейсов передачи данных практически свели к нулю погрешность, вносимую линией связи, следовательно, её при расчетах не учитывают.

Точность процесса измерения технологических параметров может быть понижена за счет влияния систематической погрешности (неточно установлен ноль, неправильно установлен/смонтирован прибор, засор в импульсной линии и др.). При монтаже и эксплуатации измерительных каналов следует учесть все возможные варианты внесения погрешностей или попытаться исключить их.

Выполним метрологический расчет измерительных каналов, рассматриваемых в ВКР – канал измерения уровня и канал измерения расхода.

6.1 Расчет погрешности канала измерения уровня

Приведенная погрешность датчика уровня LS 5200 рассчитывается из условия класса допуска 1:

∆ L = 1, 5 см;

T_n = 425 см;

следовательно,

γ _T = ∆ T/ T_n *100% = 1, 5/425*100% = 0, 35%.

Приведенная погрешность барьеров искрозащиты Метран-360-201: γ _БИЗ = 0, 1%.

Приведенная погрешность модуля аналогового ввода: γ _AI = 0, 2%.

Приведенная погрешность АЦП контроллера MD Plus VE3006: γ _АЦП = 0, 15%.

Приведенная погрешность линии связи: γ _лс = 0%.

Таким образом, предел допускаемой погрешности измерительного канала составит:

6.2 Расчет погрешности канала измерения расхода

Приведенная погрешность датчика расхода Optimass 7050K: γ _F = 0, 125%.

Приведенная погрешность барьеров искрозащиты Метран-360-201: γ _БИЗ = 0, 1%.

Приведенная погрешность модуля аналогово ввода: γ _AI = 0, 2%.

Приведенная погрешность АЦП контроллера MD Plus VE3006: γ _АЦП = 0, 15%.

Приведенная погрешность линии связи: γ _лс = 0%.

Таким образом, предел допускаемой погрешности измерительного канала составит:

Выводы: выполнен метрологический расчет погрешности измерительных каналов. Погрешность для канала измерения уровня составила 0, 46%. Для канала измерения расхода составила 0, 28%. Таким образом, погрешности СИ позволяют обеспечить требуемую точность измерения параметров технологического процесса.

7. Расчет надежности САР

Под надежностью системы управления понимают способность системы выполнять предъявляемые к ней требования за заданное время в пределах, заданных ее техническими характеристиками. Полностью исключить отказ оборудования невозможно, следовательно, надежность не может быть 100%.

Мерой надежности служит интенсивность потока отказов .

где - число отказавших блоков (элементов) СУ за время .

– число блоков (элементов) СУ, работающих к моменту времени t.

Для характеризации надежности используют следующие виды распределения:

- экспоненциальное распределение (используется, когда интенсивность потока отказа практически не меняется);

- распределение Вейбулла (применяется при исследовании надежности аппаратов и систем, состоящих из большого числа однотипных элементов);

- усеченное нормальное распределение (используется для описания надежности элементов, отказы которых происходят из-за физического износа отдельных деталей или узлов, при этом число факторов, влияющих на появление отказа достаточно велико);

- γ –распределение (имеет те же параметры и формы кривых, что и при распределении Вейбулла).

Для определения надежности используют также экспериментальные методы:

- определительные испытания;

- контрольные испытания.

Показателями надежности СУ служат:

- наработка на отказ (с учетом восстановления);

- наработка до отказа (без учета восстановления) или вероятность безотказной работы за заданное время.

Вероятность безотказной работы за заданное время (2000 часов для промышленной автоматики) является нормативной характеристикой и вводится на все технические средства, входящие в САР.

Отказы, возникающие в САР можно классифицировать следующим образом:

- внезапные;

- параметрические (постепенные).

Внезапные отказы связаны с отказами в линиях связи, технических устройствах. Они сильно зависят от веществ, обращающихся в технологическом процессе, контакте с которыми находятся чувствительные элементы и регулирующие органы.

Параметрические отказы связаны с ухудшением качества работы САР, изменением динамических характеристик объекта управления. Их устраняют путем изменения настроечных параметров регуляторов.

Произведем расчет вероятности возникновения внезапных отказов измерительного канала, если известно, что:

- для контроллеров MD PlusVE3006 среднее время наработки на отказ равно 200000 часов (tср.н=200000 часов);

- для датчика температуры ТПУ 0304/М1-Н время наработки на отказ равно 150000 часов (tср.н=150000 часов);

- для датчика расхода Optimass 7050K время наработки на отказ равно 131400 часов (tср.н= 131400 часов);

- для барьеров искрозащиты Метран 630-201 время наработки на отказ равно 150000 часов (tср.н=150000 часов);

- для модулей ввода/вывода Emerson время наработки на отказ равно 200000 часов (tср.н=200000 часов);

- для соединительных проводов вероятность отказа за 2000 часов составляет 0, 004.

Условно примем, что закон распределения отказов экспоненциальный, тогда вероятность безотказной работы определяем по формуле: , где λ =1/t_ср.н

Вероятность безотказной работы контроллера MD Plus VE3006:

Вероятность безотказной работы датчика температуры ТПУ 0304/М1-Н:

Вероятность безотказной работы датчика расхода Optimass 7050K:

Вероятность безотказной работы барьера искрозащиты Метран 630-201:

Вероятность безотказной работы модулей ввода/вывода Emerson:

Вероятность безотказной работы линий связи:

Вероятность безотказной работы системы управления за 2000 часов:

Выводы: выполнен расчет надежности САР. Вероятность безотказной работы системы управления за 2000 часов равна 0, 935, что свидетельствует о высокой надежности используемой САР.

8. Конфигурирование системы управления в контроллере DeltaV

Для контуров регулирования расхода и уровня с помощью функциональных блоков была сконфигурирована система управления, представленная на рисунке 17.

Рисунок 17 – Система управления

Настройки блока PID для контура регулирования расхода представлены на рисунке 18.

Рисунок 18 – Настройки блока PID

Настройки блока PID для контура регулирования уровня представлены на рисунке 19.

Рисунок 19– Настройки блока PID

9. Технико-экономический эффект проекта автоматизации

Эффект автоматизации состоит из трех видов эффектов:

Э_тех- эффект технический

Э_соц – эффект социальный

Э_экон– эффект экономический

1. Техническим эффектом является результат технических решений по автоматизации, принятых в ВКР и проявляется в форме эффектов социального и экономического.

Технический эффект выражается в принятии технических решений, таких как идентификация объекта управления, расчет настроек регуляторов, правильный выбор ТСА, верно полученные передаточные характеристики.

2. Социальный эффект.

В качестве социального эффекта может быть улучшение условий труда, пожаробезопасности и т.д. В ВКР разработаны меры по предупреждению аварийных ситуаций, а конкретно реализована система высокого уровня автоматизации и контроля путём срабатывания сигнализации и блокировки при превышения допустимого уровня в резервуаре или иных аварийных происшествиях.

3. Экономический эффект проявляется в том, что введение в эксплуатацию системы сигнализации и блокировок по уровню приведет к предупреждению аварийных ситуаций.

Аварийные ситуации могут привести к разрушению аппарата, что повлечет за собой экономические потери и, возможно, остановку производства или его части. Однако усовершенствованная система автоматизации сможет вовремя нормализовать технологический режим в аппарате и избежать таких последствий

Заключение

В соответствии с заданием на ВКР за объект автоматизации принята автоматическая станция смешения бензинов 60-30 предприятия ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеорсинтез».

В разделе «Обследование технологического объекта автоматизации и существующей системы контроля и управления»:

- дана общая характеристика установки 60-30.

В разделе «Обоснование концепции автоматизации»:

- произведен анализ ТОУ.

В разделе «Идентификация и расчет системы управления»:

- с помощью программы Linreg произведена аппроксимация кривых разгона объекта автоматизации передаточными функциями;

- выполнен с помощью Linreg расчет настроек регуляторов;

- в пакете Simulink среды Matlab промоделирована система управления;

В разделе «Проектирование системы автоматизации» принято решение по структуре, средствам и способам связи для информационного обмена между компонентами системы, электропитанию, по применяемым сигналам и интерфейсам.

В разделе «Метрологический расчет»:

- произведен расчет погрешности канала измерения уровня;

- произведен расчет погрешности канала измерения расхода;

- раскрыты основные принципы надежности, приведены расчетные формулы, произведен расчет надежности САР.

В разделе «Конфигурирование системы управления» произведено конфигурирование системы управления автоматической станции смешения бензинов.

Список используемой литературы

1. Технологический регламент установки АССБ 60-30 ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез».

2. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебник для техникумов/ В. А. Голубятников, В. В. Шувалов. -2-е изд., перераб. и доп. - М.; Химия, 1985.-352 с., ил.

3. Теория автоматического управления: Учебник для вузов/ В. Я. Ротач. -2-е изд., перераб. И доп. – М.: МЭИ, 2004.-400 с., ил.

4. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя/ В. П. Дьяконов – М.: СОЛОН–Пресс, 2003. - 576 с.

5. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие/ А. С. Клюев, А. Т. Лебедев, С. А. Клюев, А. Г. Товарнов; Под. ред. А. С. Клюева.-2-е изд., переработанное и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-368 с., ил.

6. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А. С. Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский, А. А. Клюев; под. ред. А. С. Клюева.-2-е изд. перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-464 с.

7. Эмерсон: URL - http: //www.emerson.ru/

Приложение

Приложение А

Таблица 1

Расход Уровень Время Клапан

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56