Автоматизированная система управления (АСУ) процессом

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

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

Спецификация технических средств автоматизации

Таблица 3

1
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.