24
промышленности. Необходима интеграция всех систем управления
производством для плодотворной работы производственного предприятия, а
также принятия стратегических и тактических решений на верхнем уровне.
Возможность системы управления производством формируется составом
и функцией комплекса инструментальных программных средств, которые
предназначены для построения автоматизированных систем управления
технологическими процессами, а также для интеграции их с системой
управления производством верхнего уровня и средством управления нижнего
уровня, например, датчики, исполнительные механизмы и пр. [25]. Создание
интегрированных сквозных систем управления производством в таком масштабе
времени обеспечивается возможностью использования данного инструментария.
1.4 Обоснование проектных решений
1.4.1 Анализ организационно – технической структуры
В цехе 1419 отделения Р-14/1 на производстве получения азота, кислорода
используется распределённая структура управления технологическим
процессом.
Центральная управляющая вычислительная машина соединена
вычислительной сетью через устройства связи с локальными контроллерами,
которые координируют работу локальных контроллеров заданием уставок,
осуществляя многоканальное регулирование соответствующими частями [12].
Такая система надёжна, т.к. при выходе из строя центральной
управляющей вычислительной машины локальные системы остаются в
работоспособном состоянии на основе выданных данных в предыдущие
моменты времени.
При выборе контролируемых величин необходимо руководствоваться тем,
чтобы при минимальном числе обеспечивалось наиболее полное представление
о процессе.
Знание текущих значений, облегчающие пуск, наладку и ведение
технологического процесса подлежат контролю. К ним относятся все
регулируемые величины, нерегулируемые внутренние параметры, входные и
выходные параметры, при изменении которых в объект могут поступать
25
возмущающие воздействия.
Контролируют ещё одну группу параметров, данные которых необходимы
для хозучётных операций и подсчёта технико-экономических показателей, к
которым относятся, например, количество потребляемой электроэнергии, тепло-
и хладоносителей.
К выбору параметров сигнализации приступают после анализа объекта с
учётом его взрыво- и пожароопасности, а также токсичности и агрессивности
перерабатываемых веществ.
Сигнализации подлежат главные параметры регулирования в
многоконтурных системах; остановка оборудования, не предусмотренная
технологическим регламентом; предельные значения параметров, которые
контролируются с целью проведения оперативного управления.
Важное назначение устройств сигнализации является оповещение
обслуживающего персонала о нарушениях технологического процесса.
При значительном отклонении параметра срабатывает устройство
автоматической защиты. К ним относится повышение давление в аппарате до
опасного предела. Устройства автоматической блокировки должны
предотвратить неправильный пуск и останов аппаратов и машин.
Средства автоматизации, с помощью которых будет осуществляться
управление процессом, должны быть выбраны технически грамотно и
экономически обосновано.
Усовершенствованная структура автоматизированной системы
управления является распределённой по двум координатам: по
пространственной координате территории предприятия распределены блоки
ввода/вывода контроллеров/или сами контроллеры; по координате множества
микропроцессорных средств системы распределены прикладные программы,
реализующие отдельные функции контроля и управления [9].
В случае отклонения параметров от предельно - допустимой величины
предусмотрена световая и звуковая сигнализация и блокировка, базирующиеся
на приборах: ЭКМ-1У, ВЭ-16рб, УЗС-10А. Приборы сигнализации и блокировки
вынесены на центральный щит. Схемы сигнализации и блокировок собраны на
релейно-контактных элементах.
26
Система технических средств автоматизации установки выполнена на
элементной базе государственной пневматической системы «Старт».
Выбранные схемы регулирования, законы регулирования, точки
технологического контроля и места приложения регулирующих воздействий
удовлетворяют условиям поддержания технологического режима.
Задачей управления процессом является получение продукта заданного
качества при минимальных затратах на энергию. Существующая система
управления процессом не может в полной мере выполнить эту задачу.
Для реализации сложных законов регулирования требуется наличие у
системы управления вычислительных функций. Такие функции в системе
«СТАРТ» отсутствуют. Реализация же вычислительных функций с помощью
элементарных логических элементов, имеющихся в данной системе, ведёт к
резкому уменьшению надёжности оборудования. Таким образом, для устранения
вышеперечисленных недостатков необходимо разработать АСУТП, которая
должна быть проста в работе обслуживающего и операторного персонала,
удобна в представлении информационных результатов работы системы
управления.
При выборе комплекса технических средств (КТС) необходимо учитывать
точность, быстродействие, высокую чувствительность и надёжность в
соответствии с заданными метрологическими, эксплуатационными и
экономическими характеристиками.
В данной системе в основном нет приборов и алгоритмов цифрового
управления.
Такая система в принципе надёжная, что является достоинством во
взрыво- и пожаробезопасности. Пневматические системы на территории нашей
страны широко распространены, так как достаточно дешёвые, как средства
автоматизации, так и запасные части к ним. Ещё одно достоинство системы
"СТАРТ" - на производстве работает большой обученный штат специалистов в
этой области, который хорошо знаком с этой системой, его не надо переучивать.
Основная часть приборов КИП уже давно выработали срок эксплуатации,
они устарели, как морально, так и технически. Это сказывается на качестве
обслуживания и ведении технологического процесса.
27
Важнейшим показателем качества является точность полученного
результата. Результатом измерения представляет собой конечный продукт
производственного процесса, который имеет собственные показатели качества
[2].
Анализ данной системы автоматического управления обнаружил
следующие недостатки:
- используются первичные преобразователи типа МС-П1, которые имеют
большую погрешность измерений, большая металлоёмкость, морально и
технически устаревшие.
- используются регулирующие приборы типа ПВ 10-1Э, которые также
морально и технических устарели, они обеспечивают низкое качество
регулирования, на них трудно реализовываются сложные законы регулирования.
АСУТП реализуется на отечественных системах, поэтому функции
АСУТП в основном информационные. Для выполнения сложных законов
регулирования, где большое число коррекций и компенсаций, необходимо
наличие у системы управления вычислительной функции. Эти функции в данной
системе "СТАРТ" отсутствуют. Вычислительные функции выполняются при
помощи элементарных логических элементов, которые имеются в этой системе,
ведут к значительному уменьшению надёжности оборудования.
Ещё один недостаток, который связан с моральным старением данного
типа техники относится большое неудобство в обслуживании, крайне
примитивное средство отображения и хранения информации, которое
выражается в применении диаграммных лент и чернил.
Имеющаяся система ПАЗ также подлежит замене, она физически
устарела. Срабатывание ложных блокировок приводит к долговременным
остановам оборудования, убыткам и лишним затратам из-за, например,
невозможности быстрого пуска. А также использование большого количества
дистанционного ручного управления.
Основные проблемы, которые возникают с устаревшими вторичными
приборами КИП [24]:
- механический износ подвижных частей
- истекший срок службы
28
- низкие метрологические характеристики.
Приведённая выше система автоматизации не использует функции
верхних уровней управления, а также мало использует многосвязное
управление, приводящая к большому участию оперативного персонала, который
склонен к субъективным ошибкам. Не используется компенсация возмущения на
входе и выходе объектов регулирования.
Выбор параметров контроля и регулирования, происходит таким образом,
что не в полной мере обеспечивает качественное управление процессом.
Данная система автоматизации не всегда отвечает современным
требованиям, которые касаются автоматизации процессов. Используется
проведение технологического процесса к заданной последовательности с
помощью ручного (кнопочного) отключения одного технологического потока и
включение другого. Происходит относительно большая длительность
переходных процессов во время регулирования работы ректификационной
колонны, изменяя расход исходной смеси, дистиллята, флегмы, кубового
остатка, тепло- и хладоносителей. Это приводит к изменению режима работы
ректификационной колонны, что неблагоприятно сказывается на качестве
целевого продукта.
Данные факторы позволяют сделать вывод, что существующая система
управления на данном производстве не отвечает современным требованиям и
экономически не выгодна.
1.4.2 Обоснование проектных решений по программному
обеспечению
Для работы прикладных программ необходимо участие операционной
системы. Для этого выбираем операционную систему Windows 7, которая
управляет техническими средствами, поддерживая запуск и
работоспособное состояние программ.
В состав программных средств инжиниринговой станции входят
следующие пакеты:
1. Комплект RSView 32 Works c пакетом:
- RSView 32 Works – пакет визуализации;
29
- Комплект RSLOGIX 5000 с пакетами:
-RSLogix 5000 Professional – для программирования контроллеров
серии ControlLogix;
- RSNet Worxfor ControlNet – для конфигурирования сети Control
Net;
- RSLinx Professional – пакет организации связи контроллера с
компьютером;
RSLogix Emulate 5000- это пакет программ, предназначенный для
имитации работы реальных контроллеров серии Control Logix.
Пакет программ RSView 32 Works базируется на стандартах
пользовательского интерфейса фирмы Microsoft, включая в себя сбор и
обработка данных, представление их на экране монитора, архивация
данных на жестком диске компьютера и управление оператором за ходом
технологического процесса с клавиатуры персонального компьютера.
RSLogix 5000 необходимо для конфигурирования входов/выходов,
диагностики работы контроллеров в режиме Online, загрузки программ
контроллеров.
Таблица 4- Комплекты программного обеспечения, необходимые для
работы УВК
№
п/п
Наименование
Количество комплектов
1
Операционная система Windows 7
Встроенная
2
RSView 32 Runtime5К
2
3
RSView32 Works 5К
1
4
RSLinx-CD
3
5
RSLogix 5000 Professional
1
6
RSNetworx for Control Net
1
7
RSLogix Emulate 5000
1
В состав программных средств пультовых станций входит комплект
RSView32 Runtime с пакетами:
30
- RSView32 Runtime – пакет визуализации;
- RSLinx – пакет организации связи контроллера с компьютером.
1.4.2 Обоснование проектных решений по техническому
обеспечению
Управляющий вычислительный комплекс (УВК) представляет собой
программно-техническое изделие, обеспечивающее автоматический режим
контроля и управления установкой А-8-1 № 1и режим диалога оператора с
АСКУ.
УВК АСКУ выполнен на базе комплекса программно-технических средств
фирмы ROCKWELL AUTOMATION ALLEN-BREDLEY, которая является
ведущей компанией для снабжения промышленной автоматики качественными и
высокотехнологичными контроллерами, устройствами ввода/вывода, датчиками,
источниками питания, и персональные компьютеры операторской станции.
Операторская станция состоит из пультовых станций на базе компьютеров
HP Compaq, принтеров и сетевого оборудования для связи между компонентами.
В состав двух процессорных шасси входят резервируемые процессоры с
модулями памяти Compact Flash, адаптерами сети ControlNet, модули связи по
сети Ethernet, блоки питания, аналоговые и дискретные входные и выходные
модули.
Диалог с системой контроля и управления происходит через диалог
оператора с пультовой станцией. Для организации взаимодействия
оператора с АСКУ используется многооконный интерфейс. Изображение на
экране представляет собой набор окон дисплеев, мнемосхемы, таблиц,
отличающихся содержанием, размером, цветом. Вывод информации,
графиков, мнемосхем осуществляется принтером HP Color LaserJet 2605dn/
В окнах имеются изображения функциональных клавиш, на которые
нанесены соответствующие тексты. Выбор альтернативы в меню или выбор
функциональной клавиши осуществляется установкой указателя мыши в
соответствующую зону клика. Зонами клика являются строки меню,
изображения функциональных клавиш, шифры параметров, агрегатов,
31
исполнительных устройств, цифровые обозначения в таблицах настройки.
Таким образом целью выпускной квалификационной работы является
увеличение производительности, улучшение качества продукции, уменьшение
эксплуатационных затрат, снижение энергозатрат за счёт совершенствования
структуры автоматизированной системы управления технологическим
процессом (АСУТП). При этом должны учитываться все мероприятия по
обеспечению безопасности труда, повышению культуры производства,
улучшению условий труда, поскольку в конечном итоге эти мероприятия также
влияют на показатели эффективности работы системы автоматического
управления.
32
Глава 2. Разработка и описание системы контроля, регулирования
и управления технологическим процессом
2.1 Обоснование выбора технических средств автоматизации
Подача воздуха в воздухоразделительную установку осуществляется по
существующей схеме. Воздух поступает на всас воздушного компрессора К-350-
62-1 от удалённого воздухозабора, проходит очистку от механических примесей
и пыли в фильтре. Воздух, сжатый в компрессоре до давления 550 кПа и
охлаждённый в концевом воздухоохладителе компрессора до температуры не
выше 50°С направляется в воздухоразделительную установку А-8-1 №1.
Влажный воздух поступает в теплообменник пластинчатый АП001,
находящийся в отделении холодильных установок, где охлаждается до
температуры 3-7°С с помощью воды, нахоложённой в системе охлаждения
жидкости входящей в состав установки предварительного охлаждения воздуха
А-8-1. Охлаждённый воздух проходит через влагоотделительАП101, где
удаляется лишняя влага, и поступает на осушку в блок комплексной очистки
(БКО) воздуха - адсорберы АП201 и АП202 где осуществляется адсорбционная
очистка воздуха от двуокиси углерода и влаги перед его вводом в блок
разделения воздуха. Регенерация блока комплексной очистки осуществляется
отбросным азотом.
После БКО, очищенный и осушенный воздух через основной
теплообменник блока разделения воздуха (АП301) поступает на разделение в
основную колонну (АП304). При полных и частичных отогревах часть
осушенного воздуха, проходя через паронагреватель и электронагреватель,
используется для отогрева блока разделения воздуха.
Блок разделения воздуха работает по схеме низкого давления.
Холодопотери покрываются, в основном, холодопроизводительностью
турбодетандерного агрегата за счёт расширения в нем потока обогащённого
кислородом воздуха с подачей его после расширения в основной теплообменник.
Для измерения технологических параметров процесса необходимо
учитывать специфику процесса. В частности, такие особенности, как
температурный режим, высокая химическая активность среды, повышенная
взрывопожароопасность технологического процесса. Эти требования
33
предполагают выбор искробезопасной, надёжной и высокоточной системы КИП.
Датчики давления Метран 150 TG предназначены для работы в различных
отраслях промышленности, системах автоматического контроля, регулирования
и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное
преобразование измеряемых величин избыточного/абсолютного давления,
нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал
4-20 мА. Цифровой усилитель выполнен на базе 16-разрядного аналого-
цифрового преобразователя. Благодаря АЦП возможна активная компенсация
характеристик датчика, таких как нелинейность и температурная погрешность.
Цифро-аналоговый преобразователь формирует выходной сигнал 4...20 мА.
Кроме того, возможна локальная настройка датчика и настройка по HART-
протоколу.
Имеет штуцерную конструкцию из нержавеющей стали с использованием
кремниевого тензорезистивного сенсора для измерений избыточного и
абсолютного давлений с пределами измерений от 0...40 кПа до 0...60 МПа
(производится индивидуальная настройка диапазона по требованию заказчика).
- измеряемые среды: газ, кислород, жидкость, в тот числе нефтепродукты;
- конструкция корпуса сенсорного модуля: нержавеющая сталь 316L;
- основная приведённая погрешность: ±0,1%;
- нестабильность: ±0,1% за год в реальных условиях эксплуатации;
- перенастройка диапазонов измерений: 1:10;
- выходные сигналы: 4-20 мА с цифровым сигналом на базе HART-
протокола;
- напряжение питания 12-42 В;
- выходной сигнал 4-20 мА;
- верхний предел измерений: 1МПа;
- взрывозащита 1ExiаIICT5;
- степень защиты IP 65;
- класс точности 0,2.
Для измерения температуры был выбран ТСМУ Метран-2700. Он
предназначен для измерения температуры различных сред путем преобразования
сигнала первичного преобразователя температуры в унифицированный