разработка автоматизированной информационно-управляющей системы

Как и в контроллере системы управления (FCS) AFS30Sсистемы управления CENTUMCS3000, в контроллере безопасности (SCS) системы ProSafe- RSк Блоку управления также можно подключать до 10 узлов.В данной работе все модули подключались к блоку узла для резервированной шины ESB «SNB10S». Данный блок также может вмещать в себя до восьми модулей ввода/вывода.Для данного блока узлов справедливы все описанные выше условия и способы его установки при различных температурных условиях.Рисунок 4 — Название и положение слотов в блоке узла «SNB10S»с наложенными ограничениями В данной работе в блоке узла №1 используются:Аналоговые входные модули «SAI143-H» с функцией HART-связи. Данный модуль способен принимать до 16 сигналов в виде токовой петли 4-20 мА. HARTпротокол используется для диагностирования полевого оборудования (датчиков). Используется 2 модуля, для связи с датчиками тока и давления. Также при подключении датчиков к модулям специально в каждом модуле было оставлено (зарезервировано) до 25% свободных выводов. Резерв закладывается на случай выхода из строя отдельных каналов ввода/вывода, а также для обеспечения возможных расширений при дальнейших модернизациях системы. Это правило применимо ко всем подключенным к блоку узла модулям ввода/вывода [27].Дискретный входной модуль «SDV144». Данный модуль способен принимать вплоть до 16 сигналов. Используется для связи с датчиками уровня [27].Дискретный выходной модуль «SDV541». Данный модуль способен отправлять вплоть до 16 сигналов. Используется для отключения оборудования [27].Вспомогательный модуль интерфейса шины «SSB401». Представляет собой модуль связи (коммуникационный модуль), установленный в локальных узлах. Он осуществляет связь с главной платой интерфейса шины ESB (SSB301).Блок питания «SPW702». Используется для запитывания узла переменным током с напряжением в 220-240 В.ДатчикиДля унификации разрабатываемых решений и во избежание проблем с совместимостью в качестве производителя датчиков и исполнительных механизмов была выбрана компания Yokogawa.Датчик уровня/прибор раздела фазВ качестве датчика уровня нефти и прибора раздела используется волноводный радарный измеритель уровня FLEX 83Y[16].Выбор данного датчика обусловлен тем, что из всех предоставленных производителей датчиков, датчики только этой серии способны измерять уровень раздела фаз [16].Например, анализ радарных датчиков серии PULS60Y[17] и ультразвуковых датчиков серии SON60Y[18] показывает, что они могут измерять только уровень жидкости или сыпучих материалов. В это же время, датчик серии FLEX 80Yспособен измерять как уровень жидкости или сыпучих материалов, так и уровень раздела фаз.а)б)в)Рисунок 5 — Возможные виды измерений датчиком FLEX 83Y:а) уровень в жидкостях; б)уровень раздела фаз;в)уровень сыпучих материаловДатчик температурыВ качестве датчиков температуры используются датчики температуры полевого монтажа YTA310 [14]. Основным их преимуществом является то, что они разработаны для работы в самых суровых условиях. Выбор данного датчика обусловлен тем, что данный датчик соответствует уровню безопасности SIL3, в то время как датчики серий YTA610 [15] не соответствуют требованиям SIL. Так как данное производство является взрывоопасным, было решено использовать датчики именно этой серии. Чувствительным элементом данного измерительного прибора является термометр сопротивления, поскольку диапазон измеряемых температур находится в пределах 20^100 °С.Датчик давленияВ качестве датчиков давление используются дифференциальные датчики давления EJX110A[12]. При проектировании системы был проведен анализ двух серий датчиков: EJA-E, EJX-A, в ходе которого было проведено сравнение двух датчиков EJA118Eи EJX110A.Сравнительный анализ этих датчиков показал, что датчик EJA118Eобладает точностью ±0,2% и временем отклика 200 мс [13], в то время как датчик EJX110Aобладает большей точностью ±0,04% и меньшим временем отклика, равным 90 мс[12]. Также датчикEJX110Aспособен измерять статичное давление, что позволяет использовать его для измерения давления в танкерах и термоотстойниках.Датчик расходаВ качестве датчика расхода используется кориолисовый расходомер ROTAMASSTotalInsight[10]. При выборе датчика расхода в первую очередь рассматривались те типы датчиков, которые будут удовлетворять следующим условиям:Измерение расхода загрязнённых жидкостей;Устойчивость к коррозии;Устойчивость к абразивам;Измерение потоков газа или пара;Возможность функционирования при высоких температурах сырья.В ходе исследования было выяснено, что вихревые датчики расхода соответствуют пунктам 1, 3, 4, 5 [9]. Электромагнитные расходомеры соответствовали пунктам 1, 2, 3, 5 [11]. Кориолисовые датчики соответствуют всем выше перечисленным пунктам, что позволяет использовать их на всём производстве без ограничений [10]. Кориолисовые датчики представлены только серией ROTAMASSTotalInsight.Датчик токаВ качестве датчика тока используется 701930 CURRENTPROBE10 MHZ/ 150 ARMS [21]. Данный датчик способен измерять силу тока до 150А. Так как в данной работе измеряемая сила тока не превышает 90 А, то было принято решение использовать данный датчик.Исполнительные механизмыВ качестве исполнительного механизма регулирования потока нефти, воды и пара используется электропневматический преобразователь PK200[19]. Данное устройство преобразует приходящий на него токовый сигнал 4-20 мА в пропорциональный пневматический. Данный преобразователь единственный,предлагаемый компанией Yokogawa, пригоден для ПИД-регулирования расхода пара, воды или нефти, так как он единственный из всех способен преобразовывать токовый сигнал.В качестве исполнительного механизма регулирования уровня использутся позиционер клапана YVP110[20]. Он представляет собой устройство управления клапаном, которое в зависимости от приходящего на него дискретного сигнала открывает или закрывает клапан. Из всех представленных компанией Yokogawa исполнительных механизмов, только этот способен выполнять выше описанные функции.Заключительным этапом в разработке автоматизированной системы управления процессами обессоливания является создание прикладного программного обеспечения (ППО) для системы противоаварийной защиты. Ниже будет описан процесс создания проекта и программы. ППО разрабатывалось в среде ProSafe-RS.После создания и инициализации проекта необходимо определить модули входов/выходов. Для этого в окне I/OWiringопределяются сами модули входов/выходов (Приложение Б). Затем в окне словаря Dictionaryопределяются как переменные входов/выходов, так и другие переменные (Приложение В), которые используются в ППО.В систему добавляются переменные (далее блоки), которые будут участвовать в обеспечении функции безопасности. Тип блока IO_BOOLозначает, что данная переменная является дискретной, IO_REAL- аналоговой. Блок типа ANNявляется сигнализатором (анунсиатор). Данный блок выполняет роль отображения информации на АРМ оператора при возникновении какого-либо события. Блок типа ANLG_Sпредставляет собой функциональный блок аналоговых входов. Он выполняет сравнение приходящей информации с блока типа IO_REALи выдаёт определенный выходной сигнал. Блок типа ECW_Bявляется так называемым ключом байпасирования. Он выполняет роль блокировки прохождения сигнала там, где это необходимо. Блок типа MOB_RSпредставляет собой обычную ручную кнопу стоп [28].Далее, после того, как были введены все переменные, необходимо настроить поведение программы при обнаружении обрыва цепи датчика (Приложение Г). Для этого в окне I/OParameterBuilderв столбце InputProcessingatFaultотмечается, как будет вести себя программа при обнаружении отказа обработки входных данных. Для модулей аналогового входа: Hold(удержание) означает, что при определении отказа сохраняется (удерживается) величина всостоянии, определенном непосредственно перед его обнаружением; FixedValue(Фиксированное значение) означает, что при определении отказа устанавливается заданное значение (задаётся в процентах в столбце InputValueatFault).Для модулей дискретного входа: 0 означает, что при обнаружении ошибки для входной величины устанавливается значение 0.Следующим этапом в разработке ППО является создание тегов. Теги необходимы для того, чтобы созданные в среде ProSafe-RSпеременные могли отображаться на мнемосхемах, созданных на базе CENTUMRS3000. При создании тегов в колонке "TagName" прописывается имя тега, которое будет видно на мнемосхемах. В колонке "TagComment" - комментарий к тегу на мнемосхемах.После создания тегов в среде CENTUM-RS3000 были созданы мнемосхемы, на которых показан технологический процесс по потокам, а также созданы таблицы, по которым оператор сможет увидеть как изменяются параметры, связанные с безопасностью, и увидеть срабатывание блокировки Заключительным этапом в создании в создании ППО является создание программы обработки входных данных на языке FBD. Программа будет описана на примере защиты электродегидратора ЭДГ1 от повышения силы тока и понижения уровня нефти (рисунок 40). Рисунок 40 - Программа отключения дегидратора ЭДГ1Блок "Сила тока ЭДГ1" - это блок входных данных о силе тока, которые поступают с датчика силы тока EIAE 26-1. Блок "Уровень в ЭДГ1" - это блок входных данных об уровне нефти, которые поступают с датчика уровня LAE 25-1. Функциональный блок ANLG_S "EISAH_26_2 - Сила тока ЭДГ1" генерирует сигнализации на основе анализа значений аналогового входа, так что он может осуществлять сбор событий, если активировать соответствующую функцию "SOER". Вывод "НН" используется для ввода в блок того значения данных, при котором происходит аварийное отключение. Вывод "РН" используется для ввода в блок того значения данных, при котором происходит аварийная сигнализация. Вывод "NHTR" используется для вывода сигнала аварийной остановки. Установленный в состояние TRUE вывода "SOER" означает, что будет происходить запись событий.Блок ECW_B "ByPass_I_26_2-Ключ байпасированияпо поз. EISAH 26_2" используется для отключения возможного ошибочного срабатывания отключения дегидратора ЭДГ1 при отсутствии датчика EIAK 26-1 (при тех. обслуживании датчика). Так как подобные блоки не имеют встроенной сигнализации, к нему подключают блок сигнализации ANN"AN_BP_I_26_2 - Байпас по поз. EISAH 26_2 включен".При срабатывании блокировки дегидратора Э1 срабатывает блок ANN "AN_Stop_EDG1 - Стоп ЭДГ1", который сигнализирует о том, что произошла аварийная остановка дегидратора ЭДГ1, и происходит собственно отключение электрической цепи ЭДГ1 (блок Stop_EDG1.v).Блок MOB_RS"MB_Stop_EDG1-Кнопка стоп ЭДГ1" выполняет роль ручного отключения электрической цепи дегидратораЭДГ1.Когда сила тока в ЭДГ1 превышает 90А блок ANLG_S "EISAH_26_2- Сила тока Э1" с выхода "NHTR" отправляет сигнал на логический элемент И. Если ключ байпассировнияByPass_I_26_2 не установлен, то поступают сигналы на блок "Stop_EDG1.v-отключение электрической цепи ЭДГ1" и на "AN_Stop_EDG1 - Стоп ЭДГ1". Также сигнал приходит на блок"Memory_I_26_2", который показывает оператору, что произошла блокировка именно по значению силы тока. Для того чтобы сигнал не исчезал, блок "Memory_I_26_2" подключен к RS-триггеру. После отключения блокировки триггер необходимо сбросить.Для включения блокировки по уровню нефти "L_25_2.v" программа производит те же выше описанные действия. Отличие заключается в том ,что так как сигнал по уровню является дискретным к нему не нужно подключать блок ANLG_S. Оставшиеся программы будут выведены в приложение Д.После того как проект был полностью создан и были написаны все программы, дерево проекта приняло вид показанный на рисунке 41.Рисунок 41 — Дерево проекта с созданными программамиДалее была проведена компиляция проекта. Как видно из рисунка 42 проект был построен без ошибок и предупреждений.Рисунок 42 — Успешная компиляция проектаОписание принципиальных электрических схем.Разработка программного модуля САПР.ЗаключениеВ ходе выполненной работы была модернизирована автоматизированная система управления процессом обессоливания. В процессе работы была модернизирована функциональная схема автоматизации и были разработаны структурная схема системы управления и алгоритм работы системы. Также был проведен расчет контура регулирования расхода пара для пароподогревателей: АСУ имеет трехуровневую иерархию. Она осуществляет управление 129 контурами управления. Задачи автоматического управления контурами системы, на основе заданныхуставок, осуществляют станция управления AFS30Sи контроллер системы безопасности SSC10D.Разрабатываемая система выполняет ряд функций: поддержание заданной температуры сырой нефти, обеспечение безопасного протекания процесса и т.д. Все они направлены на повышение уровня автоматизации и защиты технологического объекта.Также в данном проекте заложена возможность расширения функционала АСУ, а именно в системе могут быть реализованы функции расширенной диагностики состояния полевых устройств, с использованием HART- протокола.Данная разработка соответствует всем современным требованиям, предъявляемым к системам управления непрерывными технологическими процессами опасных производств, реализована на современном оборудовании и имеет все возможности для дальнейшего развития (реализации в ней интеллектуальных модулей - процедур усовершенствованного управления, сценариев пуска и останова и т.д.).Список использованных источниковХомченко В. Г. Проектирование автоматизированных систем. Конспект лекций. / В.Г. Хомченко - Омск: ОмГТУ, 2007. - 175 с.Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 1. / А. Л. Нестеров - СПб: ДЕАН, 2006. - 551 с.Федотов А. В. Анализ и синтез систем автоматического регулирования при проектировании средств автоматизации. Учебное пособие. / А. В. Федотов - Омск: ОмГТУ, 1995. - 48 с.Федотов А. В. Автоматизация технологических процессов и производств. Сборник заданий для практических занятий и самостоятельной работы по дисциплине. / А. В. Федотов - Омск: ОмГТУ, 2007. - 34 с.Распределительные щиты и шкафы фирмы Rittal[Электронный ресурс], - http://www.novec.rU/catalog/novosibirsk/catalog/rittal/1 .pdf(дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Вихревой датчик расхода - digitalYEWFLO[Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/GS01F06A00-01EN_023.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Кориолисовый датчик расхода ROTAMASSTotalInsight[Электронный ресурс],https://web-material3.yokogawa.com/RCxP_GS01U10B04-00EN-R.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Электромагнитный датчик расхода ADMAGAXF[Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/GS01E20D01-01E_019.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Дифференциальный датчик давления EJX110AAXF[Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/GS01C25B01-01EN_030.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Дифференциальный датчик давления EJA118E[Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/GS01C31H01 -01EN_012.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Датчик температуры полевого монтажа YTA310 [Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/GS01C50B02-00EN_028.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Датчик температуры полевого монтажа YTA610 [Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/GS01C50H01 -01EN_005.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Радарный измеритель уровня FLEX 83Y[Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/VEGA_FCR-L-F-1000_ed3.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете. - С.22-31Радарный датчик серии PULS60Y[Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/VEGA_FCR-L-F - 1000_ed3.pdf(дата обращения10.05.2017), статья в интернете. - С.2-21Рльтразвуковой датчик серии SON60Y[Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/VEGA_FCR-L-F-1000_ed3.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете. - С.32-40,Электропневматический преобразователь PK200 [Электронный ресурс], - https://web-material3.yokogawa.com/GS21B03D01-00E_020.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Позиционер клапана YVP110 [Электронный ресурс], - http://web-material3.yokogawa.com/IM21B04C01-01E.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Датчика тока 701930 CURRENTPROBE10 MHZ/ 500 ARMS[Электронный ресурс], - http://tmi.yokogawa.com/files/uploaded/701928_32_ Cur-rent_Probe_Bulletin_3.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Степени защиты:IPи NEMA[Электронный ресурс], -http://www.picad.com.ua/0404/pdf/56.pdf (дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.CENTUMVP- Станции управления. Руководство пользователя. IM 33M50E40-40R. 1-е издание. 2008. - 300 с.CENTUMVP - Модули входов/выходов. Руководство пользователя. IM 33M50G10-40R. 1-е издание. 2008. - 410 с.ProSafe-RS- Справочное руководство по контроллерам системы безопасности. . Руководство пользователя. IM 32S03B10-01R. 3-е издание. 2006. - 390 с.ProSafe-RS- Контроллеры системы безопасности. Руководство пользователя. IM 32S0600-01R. 3-е издание. 2006. - 214 с.ProSafe-RS- Общая структура модулей в/в. Технические характеристики. GS 32S06K20-01R. 1-е издание. 2005. - 8 с.ProSafe-RS- Workbench. Руководство по курсу обучения. 1-е издание. 2006. - 378 с.ProSafe-RS- Руководство по безопасности. Руководство пользователя. IM 32S01S10-01R. 3-е издание. 2006. - 28 с.Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга 2. / А. Л. Нестеров - СПб: ДЕАН, 2009. - 943 с.Нефтепереработка. Обессоливание нефти [Электронный ресурс], - http://proofoil.ra/Oilrefining/Oilrefining5.html(дата обращения 10.05.2017), статья в интернете.Приложение А