СКАЧАТЬ:  pas_.zip [407,43 Kb] (cкачиваний: 69)

1. Назначение и цели создания системы

  Цель создания системы – получение достоверной информации о ходе технологического процесса атмосферной перегонки нефти, замена физически и морально устаревших средств автоматизации и систем управления, повышение безопасности производства. Снижение трудоемкости управления процессами.

Система должна обеспечивать:

- ведение технологического процесса на основе автоматического контроля технологических параметров;

- снижение трудоемкости при измерении и управлении технологическими операциями;

- визуализацию и хронометрирование параметров технологических процессов и аварийных событий;

- архивацию данных, позволяющих оценить качество управления технологическими параметрами с целью выработки рекомендаций по улучшению работы установки;

- автоматическое включение резервного оборудования при нарушении работы основного (насосы и др.);

- автоматическое управление исполнительными механизмами;

- безаварийный пуск/останов и переключение технологического оборудования;

- предотвращение развития аварийных ситуаций и обеспечение безопасного завершения процесса по заданной программе;

- прием информации с верхнего уровня системы автоматизации и формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы;

- функционирование программ управления технологическим процессом в соответствии с логикой алгоритмов управления;

- вычисление и анализ расчетных параметров, косвенно характеризующих технологический процесс.

1.1. Формирование требований заказчика к АС

При исследовании объекта автоматизации были сформулированы следующие требования:

-  Оперативный мониторинг производственного и технологического процессов, осуществляемый в реальном масштабе времени;

-  Управление материальными и энергетическими потоками в соответствии с изменениями производственной ситуации и указаниями вышестоящего уровня управления;

-  Мониторинг и управление качеством продукции;

-  Прогностический анализ возникновения сбоев, отказов и аварийных ситуаций и формирование демпфирующих корректирующих управлений;

-  Автоматизированное накопление и хранение производственного опыта в информационном хранилище и т.п.;

-  Повышение безопасной работы обслуживающего персонала, путём обнаружения отклонений режимных параметров оборудования и его отклонения;

-   Уменьшение числа и тяжести аварий, связанных с выходом из строя технологического оборудования, путём автоматического контроля и диагностики параметров технологического оборудования при их отклонении.     

-   Цель направлена на сокращение расходов по ремонту, электроэнергии и т.д.;

-  Повышение эффективности работы персонала, занятого сбором, анализом информации, и лиц, ответственных за принятие решений;

-  Уменьшение потери нефти, газа и воды путём их достоверного учёта.

Далее на этом этапе проводят оформление отчета о выполненных работах на данной стадии и оформление заявки на разработку АС (тактико-технического задания) или другого заменяющего её документа с аналогичным содержанием.

2. Предпроектная подготовка атмосферной перегонки нефти

Процесс переработки нефти можно разделить на 3 основных этапа:
          1. Разделение нефтяного сырья на фракции, различающиеся по интервалам температур кипения (первичная переработка);

2. Переработка полученных фракций путем химических превращений содержащихся в них углеводородов и выработка компонентов товарных нефтепродуктов (вторичная переработка);

3. Смешение компонентов с вовлечением, при необходимости, различных присадок, с получением товарных нефтепродуктов с заданными показателями качества (товарное производство).

Установка предназначена для фракционирования нефти, с целью получения светлых нефтепродуктов. Состав установки:

• колонна отбензиневания
• емкость орошения
• 4 воздушных конденсатора холодильника
• теплообменник
• 5 насосов

2.1          . Описание технологического процесса

Потоки нефти  нагретой обессоленной и обезвоженной нефти поступаю в ректификационную колонну. Здесь происходит процесс ректификации – это тепло – и – массообменный процесс разделения жидкостей, различающихся по температуре кипения, за счет противоточного, многократного контактирования паров и жидкости. В колонне через каждую тарелку противотоком проходят 2 потока:

1. жидкость – флегма, стекающая с вышележащей на нижележащую тарелку;
2. пары, поступающие с нижележащей на вышележащую тарелку;

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в равновесие стремятся к этому. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадая в зону более низкой температуры, конденсируется, и часть высококипящего продукта из этого потока переходит в жидкость. Концентрация компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего – повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно меняется. Часть ректификационной колонный, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода – отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.

С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты – ректификат, а с нижней тарелки – жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом. В отгонной части происходит отпарка из этой жидкости легкокипящих фракций, а из нижней части колонны выводится высококипящий продукт – кубовый остаток.

Таким образом, с верха колоны смесь углеводородных газов, паров бензина и водяного пара отводится в воздушные конденсаторы холодильники ХВК1-ХВК4. Здесь происходит конденсация паров, за счет воздушного охлаждения до 35^oС. Далее конденсат попадает в емкость орошения. Здесь конденсат отстаивается и разделяется на бензин и воду. Вода сбрасывается из емкости и выводится с установки.

Бензин из емкости орошения поступает на прием насосов Н3/1-Н3/2. Часть бензина из емкости этими же насосами подается наверх колонны в качестве острого орошения. Другая часть бензина с балансовой температурой, через клапан, выводится с установки, в качестве готового продукта.

Углеводородный газ с верха емкости направляется в сепаратор топлив-

ного газа. В трубопровод на выходе из колонны, для предотвращения хлористоводородной и сероводородной коррозии оборудования, подаются растворы ингибитора коррозии типа «Геркулес 1017», в количестве 10г/т нефти и нейтрализатора.

Для исключения повышения давления в колонне и емкости выше максимально допустимого на них установлены клапаны ручного управления, для открытия сброса в факельный коллектор.

Отбензиненная нефть с низа колонны насосами H2/1-H2/2, после предварительного нагрева в теплообменнике, где смешивается с нефтью из ректификационной колонны получения продукта с более высокой температурой кипения, направляется для дальнейшей переработки.

Предусмотрена возможность аварийной откачки избытка нефти из колонны насосами H2/1-H2/2 обратно в сырьевой парк.

3. Проектирование системы управления

Система имеет двухуровневую иерархическую структуру. Нижний уровень представлен программируемым контроллером  SIMATIC S7 -300, станцией распределенного ввода/вывода ET200M с подключенными к ней датчиками и исполнительными механизмами, верхний уровень включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора и инженера КИП.

Нижний уровень системы управления обеспечивает:

- сбор информации от датчиков, установленных по месту;

- постоянный контроль параметров процесса и поддержание их заданных значений, контроль состояния оборудования;

- обработку и передачу информации о состоянии объектов на АРМ, прием информации с АРМ и формирование управляющих воздействий;

- автоматическое управление техпроцессом, автоматическое включение резервного оборудования при нарушении работы основного;

- предотвращение развития аварийных ситуаций и обеспечение безопасного завершения процесса по заданной программе.

Рисунок 3.1 -  Контроллер S7-300

Управление осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ), где размещены АРМ  операторов, обслуживающих секции установки.

Учитывая повышенные требования к надежности систем контроля и управления взрывоопасных  производств, применены контроллеры типа SIMATIC S7-300 фирмы Siemens.

Контролеры SIMATIC S7-300 фирмы Siemens являются мощным вычислительным средством и способны выполнять задачи любой сложности.

Контроллер обеспечивает непрерывный опрос датчиков, диагностику модулей.

Эксплуатационные характеристики ПЛК:

• температура окружающей среды 1 - 50 градусов
• относительна влажность воздуха при температуре 30 градусов не более 90%
• атмосферное давление 750 мм рт. ст.
• амплитуда вибрации частотой до 25 Гц, мм, не более 0,1
• вид обслуживания – периодический
• режим работы – круглосуточный

Технические характеристики контроллера зависят от выбора установленных модулей. Связь контроллера  и устройств нижнего уровня осуществляется через станцию распределенного ввода-вывода ЕТ200М и сеть PROFIBUS-DP.

В состав контроллера входит:

• Каркас
• Центральный процессор CPU 315-2DP
• Блок питания PS -307
• Коммуникационный процессор CP 343-1

Центральный процессор CPU 315-2DP

CPU исполняет программу пользователя; подает питание 5В на расположенную с задней стороны модулей шину S7-300;

CPU 315–2 DP отличаются следующими свойствами:

          •может использоваться как Master-устройство DP (DP-Master) или как Slave-устройство DP (DP-Slave)

         •48 Кбайт рабочей памяти

         •80 Кбайт встроенной загрузочной памяти RAM; может быть расширена с помощью платы памяти емкостью от 16 Кбайт до 512 Кбайт, в CPU программируемы до 256 Кбайт

Рисунок  3.2  – Элементы CPU 315-2DP

Блок питания PS -307

Преобразует напряжение сети (AC 120/230 В ) в рабочее напряжение DC 24  для питания S7-300, а также для электропитания цепей нагрузки DC 24 V.

Источник питания PS 307; 10 A имеет следующие отличительные характеристики:

           •выходной ток 10 A

           •выходное напряжение 24 в пост. тока; защита от короткого замыкания и обрыва цепи

           •подключение к однофазной системе переменного тока (входное напряжение 120/230 В перем. тока, 50/60 Гц)

           •надежная электрическая изоляция в соответствии с EN 60 950

           •может быть использован как источник питания нагрузки

Технические характеристики приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Коммуникационный процессор CP 343-1

Коммуникационный процессор CP 343-1 позволяет производить подключение контроллеров SIMATIC S7-300 к сети Industrial Ethernet. Он разгружает центральный процессор контроллера от выполнения коммуникационных задач и обеспечивает поддержку:

• Транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP.

• PG/OP функций связи (связь с программаторами и устройствами человеко-машинного интерфейса).

• S7 функций связи (клиент, сервер, мультиплексирование).

• S5 функций связи.

Модуль оснащен встроенными интерфейсами AUI/ITP и RJ45. Переключение между интерфейсами AUI и промышленной витой пары (ITP) выполняется автоматически. Передача данных производится в дуплексном или полудуплексном режиме со скоростью 10 или 100 Мбит/с. Операции определения скорости передачи и настройки на эту скорость выполняются автоматически. При использовании протокола UDP поддерживается передача широковещательных сообщений. CP 343-1 позволяет выполнять дистанционное программирование контроллеров через сеть, а также подключать контроллеры к офисной сети Ethernet. Конфигурирование коммуникационного процессора выполняется с помощью пакета NCM S7 для Industrial Ethernet. Этот пакет входит составной частью в STEP 7 V5 и более поздних версий.

CP 343-1 поставляется с предварительно установленным уникальным Ethernet адресом. Он осуществляет независимую передачу данных по сети Industrial Ethernet с соблюдением требований международных стандартов. Он снабжен собственным микропроцессором и способен работать в комбинированном режиме, обеспечивая поддержку транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP. При этом для организации обмена данными могут использоваться PG/OP- и S7- функции связи, а также функции S5-совместимой связи. Для контроля соединений возможна настройка времени отклика для всех TCP-соединений с активными и пассивными партнерами по связи.

Станция распределенного ввода-вывода ЕТ200M

Так как датчики распределены по объекту и удалены от  контроллера на значительное расстояние, необходима  система для приемо - передачи сигналов.

Для этого используется станции распределенного ввода-вывода. Станции ЕТ200M предназначены для построения систем распределенного ввода-вывода и поваляют использовать в своем составе все сигнальные и функциональные модули. Станция работает в сети PROFIBUS-DP и выполняет функции ведомого устройства.

 Станция включает в свой состав подчиненный интерфейсный модуль IM 153-3 (рисунок  3.3), модули входных или выходных аналоговых/дискретных сигналов. А так же в состав входит источник  питания (PS-307). Станция поддерживает выполнение диагностических функций, с помощью которых контролируется техническое состояние  модулей ввода -  вывода, короткие замыкания в выходных цепях модулей, ошибки в передаче данных, наличие напряжения питания (=24 В), подключение и удаление модулей. Результаты диагностики могут считываться  по сети PROFIBUS-DP или контролироваться по светодиодам станции. В каждом интерфейсном модуле может быть до 8 модулей ввода-вывода информации.

Рисунок 3.3 - Интерфейсный модуль IM 153-3

Для режима резервирования с помощью IM 153–3 выполняются следующие предпосылки следующие предпосылки: DP–Master 1 - центральный процессор CPU 315-2DP  и DP–Master 2 - центральный процессор CPU 315-2DP.

•  обрабатывают одну и ту же программу пользователя

•  имеют для IM 153–3 одинаковую параметризацию и конфигурирование.

Рисунок 3.4  - Принцип резервирования PROFIBUS с помощью IM 153–3

IM 153–3 в принципе состоит из 2 подчиненных интерфейсных модулей, модулей PROFIBUS. Оба модуля PROFIBUS взаимно контролируют свои рабочие состояния.

Передача данных пользователя всегда происходит через оба модуля PROFIBUS к соответствующему Master-устройству DP. Один из модулей PROFIBUS всегда активен. Только через этот активный модуль PROFIBUS осуществляется передача данных пользователя непосредственно на выходы или от входов периферийных модулей. Другой модуль пассивен и “находится в состоянии готовности”.

Имеется два способа выполнения переключения между модулями PROFIBUS:

           •Если активный модуль PROFIBUS выходит из строя, то IM 153–3 переключается на пассивный модуль PROFIBUS. Тогда передача данных пользователя продолжается с помощью отображения этих данных из памяти.

           •DP–Master принудительно переключает с активного на пассивный модуль PROFIBUS (напр., через STOP CPU).

Модули ввода-вывода

Входные аналоговые модули  обеспечивают возможность первичной фильтрации сигналов, а также установку зоны нечувствительности при изменении параметров для сокращения объема пересылаемых данных в систему контроля и управления.

Модули ввода-вывода обеспечивают:

• Прием сигналов от следующих датчиков:

1. Термопар
2. Датчиков уровня
3. Расходомеров вихревых
4. Сигнализаторов уровня
5. Аналоговых датчиков с сигналом 4 - 20 мА
6. Дискретных датчиков типа «сухой контакт»
7. Устройств, обменивающихся информацией по шине PROFIBUS-DP

• Формирование управляющих сигналов:

1. 4 - 20 мА для электропневмоклапанов
2. дискретных сигналов постоянного тока = 24 В

Модули позволяют выполнить горячую замену модулей без отключения всей подсистемы. Модули имеют индикаторы состояния, облегчающие диагностику их работоспособности, а так же поиск неисправностей. Указанные модули могут работать в тяжелых заводских условиях, в соответствии со стандартом, при температуре окружающей среды от –40 до +70 градусов. Надежность обеспечивается резервированием питания, лини связи с управляющими контроллерами, а также возможность горячей замены блоков питания.

Для согласования различных уровней сигнала процесса используется следующие модули: 

-       Ввода: аналоговые сигналы -  SM 331 Ex AIx32 (4-20 mA).. Дискретные сигналы -  SM 321 DIx32 (24 В), SM 321 DIx16 (24 В). 

-       Вывода: дискретные сигналы - SM 322 DОx32 (24 В).Аналоговые сигналы: SM 332 AOx32(4-20 mA).

-       Ввода/вывода: дискретные сигналы – SM 323 DOx8/DIx8 (24 В)

Модуль  ввода аналоговых сигналов SM 331 Ех AIx32 (4-20 mA) оснащен встроенными искробарьерами.

Для согласования дискретных сигналов переменного тока 220 В со входными дискретными сигналами применяется релейная гальваническая развязка.

Верхний уровень системы управления обеспечивает:

- предоставление информации о ходе технологического процесса в виде числовых значений параметров, цветовой индикации состояния оборудования, технологических сообщений, а также изменения технологических параметров. В качестве форм представления информации используются фрагменты мнемосхем, панели управления, графики, тренды, окна текущих и архивных сообщений и др.;

- диспетчерское и оперативное управление технологическим процессом;

- сбор, хранение и обработку базы данных технологических параметров, архивацию параметров, событий и действий оператора;

- индикацию граничных значений параметров с выдачей сообщений, содержащих полную информацию о параметре;

- индикацию обрыва канала связи с выдачей сообщения, однозначно указывающего канал и др.

В качестве автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора используется рабочая станция – персональный компьютер, выполненный в промышленном исполнении. Основные характеристики: ОС Windows XP Professional, двухъядерный процессор Pentium P-820 (2,8 ГГц), 22'' ЖК-монитор, внешние громкоговорители, 73 Гб SCSI HDD, 1 Гб ОЗУ, 48Х DVD-CDRW Drive, 3 сетевых порта.

На компьютер устанавливаются необходимые драйвера, а также следующее программное обеспечение: Microsoft Office 2007 (обязательная установка MS Access), речевое ядро и речевой синтезатор, для озвучивания событий поступающих в протокол, пакет STEP7 Lite, SCADA систему InTouch.

Компьютер должен иметь 4 USB порта, к ним присоединяются: клавиатура, мышь, лазерный принтер и источник бесперебойного питания. Отметим, что питание всех компонентов системы управления осуществляется от источников бесперебойного питания ИБП.

Для обеспечения обмена между рабочей станцией и контроллером используется локальная вычислительная сеть (ЛВС) Ethernet – сеть управления SIMATIC, являющаяся выделенной для обеспечения надежности и высокой производительности. Для подключения к внешней ЛВС производства, предоставляется отдельный интерфейс Ethernet в составе интеграционной станции.

  Итак, на нижнем уровне обе подсистемы программируемых логических контроллеров работают автономно друг от друга и не зависимо от состояния АРМов операторов-технологов, автоматически и циклически выполняют следующие функции:

-      сбор, обработку, архивирование информации поступающей от аналоговых двухпозиционных датчиков о состоянии процесса и оборудования;

-      вычисление и приведение к нормальному виду значений параметров процесса в соответствии с заданным диапазоном измерений и свойств КИПиА;

-      реализацию алгоритмов автоматического управления и блокировок с выдачей управляющих воздействий на исполнительные устройства (клапаны, электрические задвижки, электромагнитные пускатели двигателей насосов);

-      самодиагностику.

В штатном режиме, ПЛК нижнего уровня обменивается информацией с верхним уровнем контроля и управления (АРМами) в объеме:

-         прием от АРМов и отработку команд оператора-технолога на изменения режима работы регулятора (автоматическое, ручное), изменения задания для технологических параметров участвующих в контурах управления и процентного открытия регулирующих затворов, дистанционного управления оборудованием, выбор рабочих емкостей, насосов;

-         прием от АРМов и обработку команд на изменение состояния деблокирующих ключей для параметров участвующих в блокировках ( доступ по паролю начальника установки);

-         прием от АРМов и обработку команд по изменению настроек ПИД регуляторов;

-         передача информации о состоянии процесса и оборудования на АРМы.

Каждое АРМ состоит из монитора, клавиатуры, мыши или трекбола и предназначено для:

-         представления оперативному персоналу информации поступающей от аналоговых и двухпозиционных датчиков о состоянии процесса и оборудования;

-         возможность оценивать состояние технологического процесса, как по мгновенным показателям режима, так и наблюдать динамику изменения параметров во времени по трендам;

-         получать сообщения о предупредительной и аварийной сигнализации отклонений технологического процесса от регламентных норм, нарушение в работе силового оборудования;

возможности проанализировать качество ведения технологического режима по историческим трендам, архивному журналу сигнализации, журналу действий оператора.

4. Техническое задание

На этой стадии проводят разработку, оформление, согласование и утверждение технического задания (ТЗ) на АС и, при необходимости, технических заданий на части АС.

ТЗ разрабатывают на основании исходных данных, в том числе содержащихся в документации стадии «Исследование и обоснование создания АС».

ТЗ на АС является основным документом, определяющим требования и порядок разработки автоматизированной системы, в соответствии с которым производится разработка АС и ее приемка при вводе в действие.

Целью создания системы является получение достоверной информации о ходе  технологического процесса, оперативный контроль и управление работой технологического оборудования, замена физически и морально устаревших средств автоматизации и систем управления, повышение безопасности производства, снижение трудоемкости управления технологическими процессами.

Функции системы заключаются в следующем:

-  прием, обработка и отображение значений параметров технологического процесса с установленных на объекте датчиков;

-  аварийная звуковая/световая сигнализация при выходе контролируемых технологических параметров за заданные значения;

-  управление исполнительными механизмами;

-  автоматическое поддержание значений технологических параметров в диапазоне, заданном оператором;

-   автоматический останов технологического оборудования при аварии;

-  архивирование значений технологических параметров, сообщений, возникающих тревог и аварий с действиями оперативного персонала.

АСУ будет эксплуатироваться в промышленных условиях технологического процесса (ТП)  и климатических условиях, соответствующих региону.

Кроме вышеперечисленных требований имеется ряд других требований:

-  АС должна быть надежной;

-  система должна функционировать в автоматическом и дистанционном режимах;

-  для обслуживания системы необходимы группы специалистов: операторы, наладчики и системный инженер;

-  система должна быть приспособляема к изменению процессов и методов управления;

-  система должна быть эргономичной с технической точки зрения.

Утверждение ТЗ на АС осуществляют руководители предприятий разработчика и заказчика системы.

5. Эскизный проект

5.1. Разработка предварительных проектных решений по

системе и её   частям

Данную и последующие стадии проектирования возможно реализовать с помощью CASE-систем и CALS-технологий.

CASE-системы позволяют производить концептуальное проектирование систем (функциональное проектирование, проектирование базы данных (БД)), а так же являются инструментальной системой для автоматического проектирования ПО (сокращение затрат на разработку ПО, улучшение качества продукта).

CALS-технологии предназначены для унификации и стандартизации промышленной продукции на всех этапах жизненного цикла изделий.

Данные технологии позволяют существенно сократить объем проектных работ, облегчают решение проблемы ремонтопригодности, адаптироваться к меняющимся условиям эксплуатации, позволяют многократно воспроизводить части проекта в новых разработках.

В настоящее время данные технологии играют  важную роль и позволяют проектировщикам находить оптимальные варианты АС за короткое время, а так же позволяют решать проблемы стандартизации и унификации составных частей системы.

Создаваемая АС должна выполнять следующие функции:

-  функция измерения - прием  обработка сигналов от датчиков, а также их отображение на АРМ оператора;

-   функция индикации состояния - изображение объекта на мнемосхеме определенным цветом, соответствующим его состоянию;

-   функция сигнализации - сравнение показаний приборов с некоторой заданной величиной, являющейся пределом изменения значений данного параметра, сопровождающееся световым и звуковым сигналом;

-   функция выдачи управляющих воздействий - выдача по команде оператора управляющих сигналов на исполнительные механизмы объекта

управления;

-   функции конфигурирования и обслуживания системы - необходимые для настройки системы в процессе пусконаладочных работ и адаптации;

-   функция самодиагностики - непрерывно выполняемая функция  в течение функционирования АС для определения неисправности комплекса технических средств системы (КТС).

-  Структурная схема управления приведена на рисунке 5.1.

Рис.5.1. Типовая функциональная схема современной АСУ ТП

1.Нижний уровень  - это уровень датчиков, измерительных преобразователей и исполнительных устройств, которые установлены непосредственно на технологическом оборудовании.

       Датчики поставляют информацию локальным контроллерам, которые могут обеспечить реализацию следующих функций:

- сбор, первичная обработка и хранение информации о состоянии  оборудования и параметрах технологического процесса;

- автоматическое логическое управление и регулирование;

- исполнение команд с пункта управления;

- самодиагностика работы программного обеспечения и состояния самого контроллера; обмен информацией с пунктами управления.

 2. Средний уровень -  уровень контроллеров. Средний уровень обеспечивает    управление технологическим процессом и оборудованием в соответствии с заданными алгоритмами функционирования и системой аварийных защит и сигнализации.

3. Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть установлен сервер базы данных. На верхнем уровне могут быть организованы рабочие места (компьютеры) для специалистов, в том числе и для инженера по автоматизации. Часто в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.

Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призвано решать прикладное программное обеспечение SCADA, ориентированное на разработку и поддержание интерфейса между диспетчером/оператором и системой управления, а также на обеспечение взаимодействия с внешним миром.

Все аппаратные средства системы управления объединены между собой каналами связи. На нижнем уровне контроллеры взаимодействуют с датчиками и исполнительными устройствами, а также с блоками удаленного и распределенного ввода/вывода с помощью специализированных сетей удаленного ввода/вывода и полевых шин.

6. Технический проект

6.1. Разработка проектных решений по системе и её частям

6.1.1. Выбор технических средств автоматизации

Для поддержания оптимальных параметров работы технологического процесса атмосферной перегонки нефти,  необходимо постоянно отслеживать технологические параметры, такие как уровень, расход, давление, температуру. Для этого используется комплекс технических средств - датчиков, измерительных преобразователей, устройств связи, контроллеров, и технических средств высших уровней. Технические решения по автоматизации атмосферной перегонки нефти  выполнены с соответствующими нормами и правилами проектирования, предусматривающими мероприятиями по обеспечению взрыво- и пожаробезопасности при работе технологического оборудования при соблюдении установленных правил эксплуатации.

        1)При выборе датчика для измерения давления на входе и выходе   рассмотрим характеристики следующих датчиков:

     - Метран - 100;

- Fisher-Rosemount 3051TG;

- Yokogawa 530A.

Результаты сравнения приведены в табл.6.1.

Таблица 6.1.

Согласно данным, приведенным в таблице 6.1, выбираем  средство измерения давления  Yokogawa 530A компании Yokogawa. К отличительным особенностям датчиков давления Yokogawa 530A относятся: высокие метрологические характеристики, компактность, надежность, возможность удаленной калибровки и реконфигурирования, взрывозащищенность, наличие  HART и Foundation Fieldbus протоколов, позволяющих получать более точные, по сравнению с аналоговыми сигналами, цифровые сигналы.

      2) При выборе датчика  для измерения  температуры рассмотрим характеристики следующих датчиков.

- ТСМ-Метран-274;

- УКТ-38;

- Fisher-Rosemount 644H. 

Результаты сравнения приведены в табл.6.2.

Таблица 6.2.

Согласно данным, приведенным в таблице 6.2, выбираем  средство измерения температуры   Fisher-Rosemount 644H. К отличительным особенностям датчиков температуры  относятся: высокие метрологические характеристики, компактность, надежность, взрывозащищенность, наличие  HART-протокола, позволяющих, цифровые сигналы, возможность измерения температуры нескольких сред одновременно, возможна сигнализация достижения предельного значения.

3) Выбор контроллерных средств. Для реализации уровня сравним следующие контроллеры:

- SIMATIC S7-300;

- FlexLogic5433.

Для выбора контроллерного средства составим таблицу сравнения.

Таблица 6.3.

Выбираем  программируемый контроллер FlexLogic5433 американской компании «Allen Bradley». В состав процессора также включен канал RS-232/485, который обеспечивает асинхронный последовательный коммуникационный интерфейс данных с терминальными устройствами. Резервирование контроллеров, а также обмен данными с устройствами ввода/вывода осуществляется по сети DeviceNet. Для подключения к технологической шине DeviceNet  используется сетевая карта 1788-DNBO. Данная карта устанавливается в процессор в один из двух свободных слотов. Данная карта в зависимости от установленной конфигурации, позволяет осуществлять обмен данными с подключенными устройствами к шине DeviceNet.

Система автоматики выполняет следующие основные технологические задачи: 

- оперативный контроль (мониторинг) технологического процесса;

- автоматизирование функций производственного персонала;

- снижение потерь нефти и воды за счет их достоверного учета;

- снижение затрат на ремонт оборудования за счет оперативного представления аварий;

- повышение надежности работы системы управления;

-повышение точности измерения и регулирования технологических параметров.

Преимущества:

       - Мощные, но при этом доступные по цене – программируемые контроллеры FlexLogic5433 применимы для широкого спектра приложений, включая автоматические линии, управление отоплением, вентиляцией и кондиционированием воздуха, высокоскоростные сборочные операции, управление небольшими процессами, управление простым перемещением и системы SCADA (диспетчерского управления и сбора данных).

        - Модульность – модульные процессоры, источники питания устройства ввода/вывода, различные варианты запоминающих устройств и коммуникационные интерфейсы обеспечивают возможность конфигурирования и наращивания системы. Вы можете сконфигурировать свою систему на необходимое вам

число модулей ввода/вывода, объем памяти и коммуникационные сети. Впоследствии систему можно наращивать, добавляя модули ввода/вывода, память или коммуникационные интерфейсы.

       - Расширенный набор инструкций – включает косвенную адресацию, широкие математические возможности и инструкцию вычисления.

      - Гибкость коммуникационной сети – богатый выбор интегрированных Ethernet, DH+ или DH-485, а также вариантов коммуникаций посредством ControlNet, DeviceNet или Remote I/O.

       - Широкий выбор устройств ввода/вывода – выбор из более чем 60 модулей

 для работы с цифровыми, аналоговыми и температурными сигналами. Также от партнеров по программе Encompass можно получить специализированные модули третьих фирм для различных решений по управлению в соответствии с требованиями вашего приложения.

       - Продукт, рассчитанный на производственные условия - способен выдерживать вибрацию, экстремальные температуры и электрические шумы в условиях производства.

      - Пакет программирования на платформе Windows – пакет программирования RSView32 максимизирует производительность, упрощая разработку и отладку программ.

7. Выбор программного обеспечения

автоматизированного рабочего места

          Система RSView32 – это интегрированное программное обеспечение  человеко-машинного интерфейса (HMI) для сбора данных, оперативного контроля и управления автоматизированными устройствами и технологическими процессами. Производитель RSView32 – компания Rockwell  Automation, признанный мировой лидер в области производства комплексных  средств для автоматизации. RSView32 – это программный продукт, являющийся одним из компонентов комплекса средств  для визуализации   технологических процессов View AnyWare компании Rockwell Automation.

        ViewAnyWare – это набор операторских интерфейсов, PC-совместимых рабочих станций и ПО, имеющий следующие общие черты:

- высокая надёжность оборудования и ПО;

- интуитивно понятный интерфейс пользователя;

- использование только открытых коммуникационных стандартов;

- совместимость с полным спектром аппаратных платформ Allen Bradley;

- открытая и гибкая архитектура, основанная на DNA for Manufacturing

фирмы Microsoft.

      Вообще SCADA – это программное обеспечение, предназначенное для обеспечения  помощи инженеру в создании в кратчайшие сроки надежной и быстродействующей системы управления процессом. Именно по этому пользователей SCADA интересуют прежде всего следующие аспекты ПО для управления:

- удобство разработки проектов;

- производительность;

- коммуникации.

          Рассмотрим, как эти требования реализованы в RSView32. Разработка графического представления процесса: система разработки  RSView32 использует современные технологии Windows и предоставляет  пользователю интуитивно-понятный интерфейс для создания «экранов» – графических представлений участков технологического процесса. Каждый  проект RSView может содержать любое количество экранов, каждый из  которых отображает ту или иную детализацию управляемого объекта. Экраны  RSView32 могут содержать как простые графические объекты (эллипсы, прямоугольники и др.), так и более сложные объекты, такие как тренды или  отчеты по сигналам тревоги.

       RSView32 предлагает ряд средств и технологий для уменьшения времени разработки и облегчения построения визуализации, среди них:

- объектно-ориентированное проектирование, упрощающее реализацию

проектов;

- большой набор графических библиотек, состоящий из сотен объектов;

- возможность импортировать растровую графику популярных

графических форматов, а также чертежи и векторную графику, созданные в

CorelDRAW или AutoCAD;

- возможность создавать собственные библиотеки графических объектов;

- использование графических объектов и элементов управления ActiveX.

Обо всех изменениях контролируемого процесса оператор должен получать визуальную информацию, которая передается визуально с помощью анимации экранов. Анимация в RSView32 осуществляется с помощью  управления видимостью, цветом, заполнением, положением, размером и  вращением. RSView32 предоставляет следующие возможности анимации:

- технология «Object Smart Path» - чтобы определить диапазон движения

графического объекта по дисплею, необходимо просто поместить объект в

начальную и конечную позиции. RSView 32 автоматически вычислит все

промежуточные состояния объекта;

- объединять объекты в группы и производить анимации над группами;

- копировать элементы анимации различных типов с одного объекта на

другой.

    Связь с оборудованием: для связи с управляемыми устройствами  RSView32 использует высокопроизводительные стандарты OPC или DDE, которые стали основными технологиями для связи верхнего и нижнего уровня автоматизации.    OPC (OLE for process control) позволяет RSView32 выступать в качестве клиента или сервера, обеспечивая передачу данных как  между различными станциями RSView32, так и другими серверами OPC.

Для  обмена данными по DDE RSView32 стандартный  DDE или высокоскоростной  Advanced DDE. Особо следует отметить механизм связи RSView32 с контроллерами  Allen-Braldey. Для соединения с техникой Allen-Bradley используются прямые  драйверные связи, где максимально эффективно используются  коммуникационные технологии Rockwell Automation. Это делает систему  RSView32 самой высокопроизводительной SCADA-системой для управления  контроллерами Allen-Bradley.

         В состав пакета RSView32 входит утилита мониторинга тегов, позволяющая в любой момент времени проверить наличие связи SCADA- системы с каждым из исполнительных устройств.

Отладка проектов: важная часть процесса разработки. По некоторым данным, время отладки сложного проекта может в несколько раз превышать время его разработки. Наличие мощного средства отладки системы автоматизации позволит минимизировать время тестирования проекта, а также  предотвратить возникновение ошибок при работе готовой системы. RSView32 предлагает ряд уникальных средств тестирования и отладки:

        - тестовый запуск участка для быстрого тестирования отдельного экрана,

графического объекта или анимации. Это позволит получить данные с объекта  и быстро запустить только отдельный участок проекта, а не запускать на  выполнение весь проект целиком;

- изменения проекта в режиме on-line. В RSView для того, чтобы

совершить изменения в интерфейсе проекта, нет необходимости завершать  процесс; редактирование какого-либо окна SCADA-системы можно  производить во время выполнения процесса, при этом изменения войдут в силу  при следующем открытии этого окна;

- возможность тестирования проекта при различных условиях за счет

использования наборов параметров, рассматриваемых как единое целое  состояние системы.

Защита проектов: при запуске проектов немаловажно разграничить доступ различных операторов к отдельным частям проекта. RSView32 дает возможность обезопасить проекты с помощью 16 уровней защиты проекта и  защиты на уровне системы. Защита на уровне проекта позволит ограничить доступ пользователей или групп пользователей к определенным дисплеям или запретить им изменять определенные значения тегов. Защита на уровне системы позволит заблокировать пользователей внутри проекта RSView32 так, что они не смогут выйти в операционную систему Windows.

        Если разработчику проекта не достаточно встроенных возможностей RSView32, он может автоматизировать HMI-приложения с помощью мощного встроенного языка программирования Visual Basic for Applications (VBA).

        Среда VBA предназначена для расширения возможностей RSView32. Запускать  VBA-подпрограммы можно по событию, в макрокоманде или пользователем из   командной строки.

      Контроль значений и протоколирование: несмотря на то, что в хорошо разработанном HMI-проекте все основные критические участки выполнения системы должны визуализироваться, в больших проектах оператору просто невозможно уследить за всей системой целиком. Для помощи оператору в этом случае используются специальные сигналы оповещения. К тому же, состояния некоторых объектов должны протоколироваться с целью дальнейшей  обработки данных. RSView32 предлагает целый комплекс средств, для  оповещения оператора и для протоколирования данных.

       Отслеживание трендов: тренды – это визуальное представление текущих или накопленных ранее параметров процесса, которое дает операторам возможность с помощью графиков отслеживать работу промышленного объекта.

Рис.7.1.Общий вид схемы АРМ оператора.

RSView32 позволяет строить графики, используя до 16 переменных на один тренд, и использовать затенение, выделяя момент пересечения  параметром контрольного значения.

      Обнаружение событий - события в RSView32 – это арифметические или логические выражения над тегами и параметрами процессов в управляемой системе.

       Эти выражения должны определять наступление какого-либо события, и инициировать реакцию SCADA-системы на это событие. Реакцией может быть автоматическое выполнение каких-либо команд или макросов. Контроль сигналов тревоги: сигналы тревоги – это сигналы, которые должны извещать оператора о наступлении каких-либо критических или аварийных событий, требующих немедленного вмешательства. Сигналы тревоги могут быть определены как для дискретных, так и для аналоговых параметров процесса. При поступлении сигналов тревоги  RS View выполняет определенные пользователем действия, среди которых может быть останов процесса, выдача световой или звуковой сигнализации или предупреждения.