Введение
Внедрение АСУ является наиболее прогрессивным направлением в области автоматизации. При большом расстоянии между технологическими аппаратами и щитами управления целесообразно применять электрические средства автоматизации. Химические производства относятся к числу взрывопожароопасных, и автоматизация осуществляется на основе использования взрывозащищенных средств автоматизации с использованием контроллеров и персональных компьютеров (ПК).
Контроллер – многофункциональное программируемое средство организации измерительных каналов. ПК обрабатывает по заложенной в нем программе информацию, поступившую от датчиков. Высвечивает на табло значения измеренных параметров. ПК применяется во-первых, для облегчения работы оператора, т.к. за короткий промежуток времени обрабатывает большое количество информации; во-вторых может выполнять роль «советчика», при котором ЭВМ рекомендует оператору оптимальные знания режимных параметров процесса.
Иерархическая структура АСУТП включает в себя:
Ø 1- й уровень полевого КИП;
Ø 2 -й уровень - станции управления процессом;
Ø 3-й уровень оперативного персонала, базирующийся на инженерных и станциях операторов технологического процесса.
1-й уровень АСУТП реализован на базе датчиков и исполнительных механизмов. На уровне 1 частично применяются датчики интеллектуальной серии, и на них выполняются функции опроса и шкалирования измеряемых сигналов с передачей информации по протоколу HART.
Технические средства 2 и 3 уровней размещаются в помещении операторной. Станции управления процессом реализованы на базе контроллера РСУ (распределенная система управления) которая собирает информацию, вырабатывает регулирующие воздействия) и контроллера ПАЗ (система противоаварийной защиты) позволяющей контролировать нарушения в ходе технологического процесса, осуществлять защиту и блокировку аппаратов и вырабатывать защитные воздействия.
Функции РСУ и ПАЗ выполняют программируемые контроллеры.
Контроллеры выполняют следующие функции:
ü воспринимают аналоговые, дискретные электрические унифицированные сигналы;
ü измеряют и нормируют принятые сигналы;
ü выполняют программную обработку сигналов с первичных преобразователей и формируют аналоговые и дискретные управляющие сигналы;
ü отображают информацию на экране;
ü управляются при помощи стандартной клавиатуры.
![]() |
З-й уровень АСУТП представлен автоматизированными рабочими местами оператора-технолога и оператора-инженера. Обеспечивается ведение базы данных, визуализация состояния технологического оборудования, обработка данных, формирование и печать отчетных документов, ручное дистанционное управление технологическим оборудованием. Станции оснащены современными ПК. Информация с контрольно-измерительных приборов и датчиков в виде аналоговых и дискретных сигналов поступает с 1 уровня на технические средства 2 уровня, на которых реализуются в автоматическом режиме функции сбора, первичной обработки информации, регулирования, блокировок. Информация, необходимая для контроля и управления технологическими процессами, поступает от контроллеров на 3-й уровень – операторские станции и станции главных специалистов. Cхема «Структура АСУТП», представленная выше в упрощенном виде, демонстрирует связи между уровнями.
Диалог оператора с системой управления осуществляется с использованием цветного дисплея, клавиатуры и манипулятора «мышь». На операторской станции сконфигурирован пользовательский интерфейс для взаимодействия оператора с системой. Для вызова необходимой информации оператору достаточно при помощи «мыши» выбрать на экране надпись или изображение какого-либо объекта и одной или двумя манипуляциями вывести на экран необходимую информацию. Клавиатура также может быть использована для получения необходимой информации. Кроме этого при помощи клавиатуры производится ввод текстовой и цифровой информации. Сообщения о нарушениях предупредительных и предаварийных границ для аналоговых параметров, действиях операторов по управлению технологическими процессами регистрируются и выводятся на печать по запросу оператора. Выход аналогового параметра за допустимые границы, сигнализация, нарушение связи с объектами по какому-либо из каналов связи отображается на операторской станции звуковой сигнализацией и цветовым отображением изменений на мнемосхемах. Информация, выводимая оператору на экран монитора по его запросу, может иметь различные виды:
ü обобщенная мнемосхема, представляющая весь объект автоматизации. С этой мнемосхемы можно перейти на подробную мнемосхему любого узла, выбрав его на экране курсором;
ü мнемосхемы отдельных узлов, отображающие часть технологической цепочки с индикацией величин аналоговых сигналов;
ü оперативные тренды, показывающие состояние параметра;
исторические тренды, позволяющие отслеживать состояние аналогового параметра за длительные периоды (смена, сутки, месяц);
ü панели контроля и управления аналоговыми регуляторами;
аварийные и технологические сообщения.
![]() |
При выборе контроллера решающими факторами являются:
надежность модулей ввода/вывода;
скорость обработки и передачи информации;
широкий ассортимент модулей;
простота программирования;
распространенность интерфейса связи с ЭВМ.
Этим условиям удовлетворяет контроллеры фирмы Moore Products Company, также контроллеры Allen Bradley SLC 5/04 корпорации Rockwell (семейство SLC 500 малых программируемых контроллеров), контроллеры YS 170 YOKOGAWA и контроллеры серии TREI-Multi (и, разумеется, ряд наших отечественных контроллеров).
В данном проекте использованы контроллеры фирмы Moore Products Company: контроллер APACS+ (подсистема РСУ), контроллере QUADLOG (подсистема ПАЗ).
Контроллер APACS+ управляет работой отдельных агрегатов (30-50 контуров регулирования), технологических участков (150 контуров регулирования), цехов с непрерывными и периодическими процессами. Контроллер QUADLOG имеет также несколько модулей. Стандартный аналоговый модуль (SAM) входит в семейство модулей ввода/вывода. Он предназначен для подключения аналоговых и дискретных сигналов. Модуль SAM обеспечивает высокую пропускную способность для стандартных сигналов ввода/вывода (аналоговые входные сигналы (4-20) мА, аналоговые выходные сигналы (4-20) или (0-20) мА, а также дискретные входы и выходы). К модулю SAM можно подключить до 32 каналов. Каждый канал может быть сконфигурирован для работы с аналоговым входом (4-20) мА, аналоговым выходом (4-20) мА или (0-20) мА, дискретным входом или дискретным выходом. Стандартный дискретный модуль (SDM) имеет 32 канала ввода/вывода, каждый из них может быть сконфигурирован как дискретный вход/выход, дискретный импульсный выход. Модуль позволяет управлять работой электродвигателя, отсечного канала.
Контроллер QUDLOG обеспечивает: повышенные характеристики безопасности, отказоустойчивости и защиты выходов; высокий уровень готовности системы; отказоустойчивость. Система QUDLOG полностью интегрирована с системой управления технологическими процессами APACS+. Это позволяет использовать один операторский интерфейс и средства программирования, что устраняет необходимость дополнительных усилий при установке, конфигурировании, обслуживании и обучении персонала, а также при организации связи систем управления безопасностью и технологическими процессами.
![]() |
Технологический регламент (анализ требований технологии и условий эксплуатации)
Для получения качественного продукта, а также обеспечения надежной и безопасной работы на данной фазе производства необходимо контролировать и регулировать следующие технологические параметры.
Таблица 1
Перечень параметров разрабатываемой схемы для фазы прессования и в частности аппарата Ш-2В
Аппарат | Параметры | ||||
Шнек-пресс Ш-2В | давление | уровень | температура | pH | расход |
+ | + |
Внимательно проанализировав требования технологии и условия эксплуатации, была составлена наиболее рациональная схема автоматизации.Нужно стремиться к тому, чтобы составленная схема отражала вопросы техники безопасности, чтобы в ней были предусмотрены решения по сигнализации, защите, автоматической блокировке, автоматическому пожаротушению и другие.
Таблица 2
Виды автоматизации, предлагаемые для данной стадии процесса
Аппарат и параметр | Величина параметра и размерность | Вид автоматизации | ||||
Шнек-пресс Ш-2В Давление в цилиндре Температура воды на входе в шнек-пресс Температура воды на выходе из шнек-пресса Относительная влажность в помещении Статическое электричество Концентрация паров спирта и эфира Температура воздуха в помещении | 55-75 кгс/см2 20°С 25°С 65% 0,2 мг/л 20°С | измерение + + + + + + | регулирование + + + + | сигнализация + + + + | защита + | блокировка |
![]() |
Спецификация технических средств автоматизации
Таблица 3
Номер позиции на функцио-нальной схеме | Наименование параметра среды и места отбора импульс | Предел. рабочее значение параметра | Место установки | Наименование и характеристика | Тип и модель | Завод изготови тель | Примечание | |
1-1 | Регулирование давления расплава вязкой пластической массы в головке экструдера с использованием мотора-вариатора | 75 кгс/ см2 | По месту | Тензометрический преобразователь давления. Служит для измерения давления при переработке пластмасс в технологических процессах и химической промышленности. Выходной сигнал – 4-20 мА. Допустимая температура измеряемой среды: +20…+400°С. степень защиты IP 65 | Тип 4 ADM-35 | JUMO, Германия | Каталог «JUMO», 2009 | |
1-2 | По месту | Магнитный пускатель для включения электромагнитного клапана. Окр. среда: температура (-40¸+55)0C, влажность – до 100%. | ПМ 12-250 | ООО Уралэлектроконтактор НФ АК «Практик» | Каталог, 2007,стр.8 |
![]() | |||||||
1-3 | По месту | Мотор-вариатор. Диапазон регулирования – 5,8. Частота вращения выходного вала, об/мин: макс. 1000, мин. 170; мощность макс. 0,22, мин. 0,25 кВт. | МВ-005 | НТЦ «Редуктор», г. Санкт-Петербург | Каталог НТЦ «Редуктор», 2008 | ||
2-1 2-2 | САР температурной депрессии (разности температур) на входе в аппарат | 5°С | По месту | Интеллектуальный преобразователь температуры. Выходной сигнал 4-20mA/HART, НСХ K, диапазон измеряемых температур (-50¸+1000)0C. Доп. погр. анал. сигн. 2,50C, цифр. сигн. 20C. | Метран-281- Exd | ПГ Метран, г. Челябинск | Каталог«Метран», 2009 |
2-3 | По месту | Регулирующий клапан с пневмоприводом АТА – 7. Нормально открытый, Dу=100 мм. Максимальный перепад давления: 0,6 МПа. Вход 4-20 mA Комплект поставки: электропневматический позиционер с двумя манометрами. Исполнение по взрывозащите ExiaIICT4. | Камфлекс, серия 35-30232 4700Е (8013) | Фирма «DS-Controls», г. Великий Новгород | Каталог 2009. | ||
3-1 | Анализ проб газа и жидкостей (нефтехимическ., перерабат. Пром., химической, фармацевтич.,черной металлургии, а также в энергетике и при контроле за окружающей средой). | 0,2 мг/л Спирто-эфирного раствори-теля в воздухе | По месту | Хроматографический анализатор анализирует пробы газа и жидкостей с температурами кипения до 450°С. ЖКИ. Используемые типы детекторов TCD, FID, FPD. Пределы измерений TCD: 10 ррm…100%; FID: 1 ррm…100%; FPD: 1ррm…0,1%. Максимальное количество измеряемых компонентов 255. Парам. Окружающей среды температура: (-10¸ 50)°С;влажность: < 95%. Выход (4¸20)мА. | GC1000 Mark ΙΙ | Yokogawa Electric CIS | Каталог «Измерение и анализ» 2006. |
![]() |
4-1 | CАР относительной влажности газовой среды в помещении. | 65% | По месту | Измерительный преобразователь температуры и влажности. Выход (4-20) мА. Допускаемое давление измеряемой среды 1,6 МПа, температура окружающей среды (-30¸+50) °С. Диапазон измерений (0-100)%, к=2. Длина рабочей части (80 –1000) мм; масса (0.4 –0,7) кг. Гарантия 12 мес. | ИПТВ – 056 (модификация М3-04) | Фирма «DS-Controls» | Каталог 2001. |
4-2 | По месту | Регулирующий клапан с пневмоприводом АТА – 7. Нормально закрытый, Dу=100 мм. Максимальный перепад давления: 0,6 МПа. Вход (4-20) mA. Класс проточки ANSI: VI Коэффициент пропускной способности принятый: Cv = 310. Комплект поставки: электропневматический позиционер с двумя манометрами. Исполнение по взрывозащите ExiaIICT4. | Камфлекс, серия 35-30232 4700Е (8013) ExiaII | ПГ «Метран», Челябинск. | Каталог «Метран», | ||
5-1 5-2 5-3 5-4 | Регулирова-ние температуры воздуха в помещении в системах отопления с приточной вентиляцией | 20°С | По месту | Интеллектуальный преобразователь температуры. Выходной сигнал (4-20) mA/HART, НСХ K, диапазон измеряемых температур (-50¸ +300)0C. Доп. погр. анал. сигн. 10C, цифр. сигн. 0,50C. | Метран-281- Exia | ПГ Метран, г. Челябинск | Каталог «Метран», 2009 |
5-5 5-6 | По месту | Магнитный пускатель. Окр. среда: температура (-40¸+55) 0C, влажность – до 100%. | ПМ 12-250 | ООО Уралэлектроконтактор НФ АК «ПРАКТИК» | Каталог, 2007, стр.8. |
![]() |
5-7 | . | По месту | Клапан электромагнитный нормально открытый, Ду = (15-150) мм, Ру = 1,6 (2,5; 4,0)МПа температура среды от -40 до 450 0C. | 25с947нж | «АРМАГУС», г. Гусь-Хрустальный | Номенклатур ный каталог «АРМАГУС», 2008 |