При кодировке позиций КИПиА, а также при разработке схем
автоматизации и соответствующих им мнемосхем следует придерживаться
существующих отечественных стандартов и ГОСТ 21.404-85, которые, в
основном соответствуют международным нормам.
5) Автоматизируемые управляющие функции:
Должна быть реализована функция программного и логического
управления технологическим процессом, осуществляемая за счет решения
задач программно-логического и дистанционного управления в реальном
масштабе времени, таких как минимизация вероятности развития
аварийных ситуаций, их распознавания и парирования с помощью системы
противоаварийной защиты (ПАЗ).
Функция управления системой доступа, должна быть реализована
путем разграничения прав доступа, защитой от несанкционированного
доступа к базе данных и программному обеспечению, его порчи или
останова работы в результате некорректных действий оператора-
технолога.
Функция распределения информационных потоков и сетевых
ресурсов, должна осуществляться за счет решения задачи организации
информационной связи между компонентами различных уровней АСУ ТП.
Функция управления базой данных, должна осуществляться за счет
решения следующих задач:
хранение состава и структуры КТС АСУ ТП;
хранение настроек и параметров программного обеспечения;
хранение текущего состояния технологического оборудования и
параметров технологического процесса;
хранение истории состояний технологического оборудования и
изменений параметров технологического процесса;
надежное сохранение данных при авариях электроснабжения и
отказе блоков и модулей КТС.
45
Функция сбора и первичной обработки информации, должна
осуществляться за счет опроса аналоговых и дискретных датчиков с
периодом опроса переменных для системы управления (СУ) равным 1 с, и
для системы ПАЗ равным 0,1с, фильтрацию сигналов от высокочастотных
помех и выбросов, выделение достоверной входной информации,
масштабирование и перевод в действительные значения в соответствии с
градировочными характеристиками аналоговых измерительных элементов,
с последующей логической обработкой и анализом.
Диагностика состояния технических средств АСУ ТП:
автоматическая диагностика состояния элементов системы;
автоматическая диагностика измерительных каналов;
автоматическая диагностика сетевых компонентов.
Функция представления информации оперативному персоналу и
руководству, удобной для восприятия оперативной информации о текущем
состоянии технологического процесса и оборудования должна
осуществляться в виде мнемосхем, графиков, гистограмм, таблиц.
Реализация функции представления информации оперативному
персоналу и руководству должна осуществляться за счет решения
следующих задач:
вывод, по запросу оператора, удобной для восприятия
оперативной информации о текущем состоянии технологического
процесса и оборудования в виде мнемосхем, графиков, гистограмм,
таблиц;
формирование и печать системных отчетов, хронологических
перечней технологических и системных событий;
формирование и печать отчетов о предаварийных ситуациях;
выдача сигнализации достижения предаварийных и
предупредительных значений.
На видеокадрах отображается информация различного характера:
46
о состоянии технологического оборудования;
о состоянии технологических процессов;
об изменении значений технологических параметров во времени
на заданном интервале;
об отклонении технологических параметров от регламентных
норм.
В отчетах в хронологической последовательности регистрируются
данные о состоянии технологического оборудования и технических
средств, действиях оператора, возникновении предаварийных ситуаций,
нарушениях технологического процесса, отклонениях параметров за
допустимые пределы и т.д.
В АСУ ТП регистрируются и архивируются в хронологическом
порядке с возможностью последующего просмотра и вывода на печать
данные о ходе технологического процесса – числовые значения
измеренных величин с заданной периодичностью (тренды), в том числе
накопленные данные технико-экономических показателей.
Должна быть реализована функция автоматического составления
отчетов и рабочих (режимных) листов за определенные периоды времени.
В системе должен автоматически формироваться режимный лист
оператора-технолога (1 раз в смену), суточный, месячный и годовой
отчеты, отчет технико-экономических параметров.
Должна быть реализована функция получения информации от
системы ПАЗ, сигнализация и регистрация срабатывания подсистемы ПАЗ,
с формированием сообщений срабатывания предупредительной и
аварийной сигнализации.
Должна быть реализована функция надежной защиты собственных
баз данных и программного обеспечения от несанкционированного
доступа. Все действия оператора-технолога должны быть защищены от
возможных ошибок. Для этого, в особо важных случаях, при попытке
47
оператора провести некоторые управляющие воздействия, система должна
запрашивать подтверждение действия.
Во второй главе выпускной квалификационной работы проведен
анализ деятельности ООО "ИЗКОРМ", которое занимается приготовление
кормов для скота. Выявлено отсутствие автоматизации на линии
дозирования и смешения кормов. Операторы дистанционно управляют
системой подачи компонентов кормов для получения продукта,
отсутствует единая система отчетности, каждая служба применяет свои
программы, а архивирование данных по произведенной продукции
осуществляется вручную.
Для оптимизации процесса приготовления кормов решено
разработать систему автоматического управления технологическими
процессами ООО «Изкорм».
В ходе сравнения аппаратно-программных средств Yokogawa Centum
VP и Siemens Step 7 со SCADA системой WinCC для реализации АСУТП
ООО «Изкорм» решено применить последнюю, поскольку при прочих
равных, WinCC имеет более мощную систему визуализации трендов и
архивных событий, что важно для реализуемого проекта.
Проведенные исследования и полученные авторские выводы
позволяют перейти к рассмотрению материала третьей главы,
посвященной разработке и внедрению АСУ ТП на предприятии ООО
"ИЗКОРМ".
48
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ АСУ ТП НА
ПРЕДПРИЯТИИ ООО "ИЗКОРМ"
3.1. Разработка АСУ ТП приготовления комбикорма
В базовом варианте системы управления каждый из питателей имеет
два состояния, включено и выключено. Включение питателей производит
рабочий (оператор), выключение, по заданной уставке производится
весовым модулем. При выключении питателей по заданному весу
происходит выбег несущей части питателя, таким образом, в дозатор
попадает излишек дозируемого компонента. В связи с таким поведением
питателей происходит разброс в пропорциях и изменение свойств
конечного продукта. Из этого следует, что система управления нуждается
в модернизации. [22]
Необходимо предусмотреть возможность более точного дозирования
для этого для этого по мере наполнения дозатора до определенной массы
скорость движения несущей части питателя должна ступенчато
уменьшатся. Кривая поведения системы управления при точном
дозировании приведена на рисунке 12. [22]
Рисунок 12 - Точное дозирование
49
На участке должны непрерывно выполняться циклы смешивания в
автоматическом режиме.
Количество работников на данном оборудовании должно составлять
три человека, которые прошли инструктаж по технике безопасности и
ознакомлены с работой данного оборудования.
Система должна сигнализировать о состоянии оборудования
световыми или звуковыми сигналами.
Система должна выполнять цикл смешивания с заданными
режимами по нажатию на кнопку и закончить цикл по окончании выгрузки
готового продукта в тару. [23]
Блок управления должен иметь следующие органы управления:
Кнопка запуска начала цикла смешивания;
Кнопки ручного включения и отключения системы аспирации;
Кнопки задания веса компонентов.
Так же блок управления должен иметь индикатор «Сеть» - индикатор
подключения к электрической сети.
Необходимо предусмотреть автоматический запуск системы
аспирации при нажатии на кнопку начала смешивания.
Анализ циклограммы пневмопривода, рисунок 13, начнем с момента
включения управляющего устройства (в данном случае конечного
выключателя), из которого выходной сигнал в виде давления сжатого
воздуха поступает на вход распределителя, рисунок 14.
После срабатывания распределителя воздух из магистрали подается
по трубопроводу в полость рабочего цилиндра. Движение сжатого воздуха
начинается тотчас же после момента начала открывания отверстия в
распределителе. Некоторый период времени оба процесса (открывание
отверстия распределителя и распространение волны давления сжатого
воздуха до рабочего цилиндра) происходят одновременно и заканчиваются
в разные моменты времени.
50
Для упрощения задачи предположим, что волна давления возникает
после полного открытия отверстия. При таком допущении не вносится
большая погрешность, так как время открытия распределителя у
большинства пневмоприводов невелико по сравнению с временем всего
рабочего цикла.
Вместе с тем указанное допущение позволяет отдельно определять
интервалы времени этих процессов t
1
– время открытия распределителя и t
2
— время распространения волны давления от распределителя до цилиндра.
Данные для расчета приведены в таблице 2. [27]
Таблица 2 - Данные для расчета
Параметр Значение
Диаметр поршня, м 0,1
Диаметр штока, м 0,025
Рабочий ход поршня, м 0,1
Вредное пространство рабочей и выхлопной полости,
м
3
0,157*10
-3
Длинна трубопровода от цилиндра до
распределителя, м
0,5
Диаметр трубопровода, м 0,015
Коэффициент расхода падающей линии 0,13
Коэффициент расхода выхлопной линии 0,26
Нагрузка на поршень с учетом сил трения, кгс 25,3
Вес поступательно движущихся частей привода, кгс 1,937
Давление в магистрали, кгс/м
2
5*10
4
Атмосферное давление, кгс/м
2
1*10
4
Время срабатывания распределителя, с 0,1
Скорость распределения звука в воздухе, м/с 341
51
f
f
в
p
1
p
2
p
м
S
X
0 1
X
0 2
x
P
т р
P
п о л
P м е х
P
а
P
М
П р я м о й х о д
Рисунок 13 - Схема типового пневмопривода
Рисунок 14 - Циклограмма цикла срабатывания пневмопривода
Время распространения волны давления от распределителя до
цилиндра:
t
2
=
L
т
a
, (1)
где: t
2
– время распределения волны давления, с;
52
L
т
– Длинна трубопровода от цилиндра до распределителя, м;
a – скорость распределения звука в воздухе, м/с.
t
2
=
0 ,5
341
=1 , 466∗1 0
−3
V
0
=V
0 вред
+
3 , 14∗d
т
4
∗L
т
, (2)
где V
0
– начальный объем рабочей полости, м
3
;
V
0вред
– вредное пространство рабочей и выхлопной полости, м
3
;
d
т
– диаметр трубопровода, м;
L
т
– длинна трубопровода от цилиндра до распределителя, м.
V
0
=0 ,157∗1 0
−3
+
3 ,14∗0 , 015
4
∗0 , 5=2 , 453 ∗10
−4
V в=V
0 в
+
3 , 14∗(D
2
−d
2
)
4
∗s
, (3)
где Vв – начальный объем выхлопной полости, м
3
;
V0в - Вредное пространство и выхлопной полости, м
3
D – Диаметр поршня, м;
d – диаметр штока, м;
s – длинна трубопровода от распределителя до пневмоцилиндра.
V в=0.157∗1 0
−3
+
3 ,14∗(0 , 1
2
−0 , 02 5
2
)
4
∗0 , 1=9 , 813 ∗1 0
−4
Определяем безразмерную нагрузку на поршень
χ =
P
p
м
∗F
1
, (4)
где χ – коэффициент безразмерной нагрузки на поршень;
P - Нагрузка на поршень с учетом сил трения, кгс;
p
m
- Давление в магистрали, кгс/м
2
F
1
– площадь поршня, м
2
.
F
1
=
3 , 14∗D
2
4
, (5)
где D – Диаметр поршня, м.
53
F
1
=
3 , 14∗0. 1
2
4
=7.85∗1 0
−3
χ =
25 , 3
5∗1 0
4
∗7 , 85∗1 0
−3
=0 ,065
Находим значения относительных давлений σ
д
и σ
вд
в момент начала
движения поршня, для чего предварительно вычисляем параметр:
υ=
V
0
∗μ
в
∗f
в
V
в
∗μ∗f
, (6)
где V
0
– начальный объем рабочей полости, м
3
;
μ - Коэффициент расхода падающей линии;
f – площадь входа пневмоцилиндра, м
2
;
μ
в
- Коэффициент расхода выхлопной линии;
f
в
– площадь выхода пневмоцилиндра, м
2
.
f =
3 ,14∗d
т
2
4
, (7)
где f – площадь входа пневмоцилиндра, м
2
;
d
т
– диаметр трубопровода, м.
f =
3 ,14∗0 ,01 5
2
4
=1 ,766∗1 0
−4
υ=
2 , 453∗1 0
−4
∗0 ,13∗1 ,766∗1 0
−4
9 , 813∗1 0
−4
∗0 ,26∗1 , 766∗1 0
−4
=0 , 5
Находим поправочный коэффициент.
П
1 ,2
=
F
2
F
1
, (8)
где: F
1
– площадь поршня без штока, м
2
;
F
2
– площадь поршня со стоком, м
2
.
F
2
=
3 , 14∗(D
2
−d
2
)
4
, (9)
где D – Диаметр поршня, м
d – диаметр штока, м.
П
1 ,2
=
7
7.85∗1 0
−3
54