Разработка интегрированной системы проектирования и управления колонны К-4 установки АВТ-4
Курсовая работа
по курсу “Интегрированные
системы проектирования и управления”
На тему «Разработка
интегрированной системы проектирования и управления колонны К-4 установки
АВТ-4»
Содержание
Задание
Введение
.
Формирование требований к АС
.1
Изучение объекта и существующей АСУТП
.2
Формирование требований пользователя к автоматизированным системам
.2.1
Требования к АСУ в целом
.2.2
Требования к функциям АСУ
.2.3
Требования к подготовленности персонала АСУ
.3
Оформление отчета о выполненной работе
.
Разработка концепции АС
.1
Разработка вариантов концепции АС
.2
Отчет о выполненной работе
.
Техническое задание
.
Технорабочий проект
.
Ввод в действие
Заключение
Литература
Задание
1. изучить существующую АСУТП колонны К-4 стабилизации
бензина установки АВТ-4 ООО «Новоуфимский НПЗ» (далее - Объект);
2. выделить недостатки существующей АСУТП;
. предложить модель новой АСУТП (далее - Система);
. разработать технический проект РСУ, ПАЗ, привести
все необходимые схемы;
. разработать мнемосхемы технологического процесса.
. оформить все проделанные работы согласно ГОСТ
34.601-90.
Стадии создания АС по ГОСТ 34.601-90
Данный ГОСТ предусматривает следующие стадии и этапы создания
АС:
. Формирование требований к АС
.1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания
АС
.2. Формирование требований пользователя к АС
.3. Оформление отчета о выполненной работе и заявки на
разработку АС (тактико-технического задания)
. Разработка концепции АС
.1. Изучение объекта
.2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ
.3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта
концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователя
.4. Оформление отчета о выполненной работе
. Техническое задание
.1. Разработка и утверждение технического задания на создание
АС
. Эскизный проект
.1. Разработка предварительных проектных решений по системе и
ее частям
.2. Разработка документации на АС и ее части
. Технический проект
.1. Разработка проектных решений по системе и ее частям
.2. Разработка документации на АС и ее части
.3. Разработка и оформление документации на поставку изделий
для комплектования АС и (или) технических требований (технических заданий) на
их разработку
.4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях
проекта объекта автоматизации
. Рабочая документация
.1. Разработка рабочей документации на систему и ее части
.2. Разработка или адаптация программ
. Ввод в действие
.1. Подготовка объекта автоматизации к вводу АС в действие
.2. Подготовка персонала
.3. Комплектация АС поставляемая изделиями (программными и
техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными
изделиями)
.4. Строительно-монтажные работы
.5. Пусконаладочные работы
.6. Проведение предварительных испытаний
.7. Проведение опытной эксплуатации
.8. Проведение приемочных испытаний
. Сопровождение АС
.1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными
обязательствами
.2. Послегарантийное обслуживание
Данный ГОСТ также допускает:
· исключение стадии "Эскизный проект" и
отдельные этапы работ на всех стадиях;
· объединение стадий "Технический
проект" и "Рабочая документация" в одну стадию
"Технорабочий проект";
· в зависимости от специфики создаваемых АС
и условий их создания, выполнение отдельных этапов работ до завершения
предшествующих стадий, параллельное во времени выполнение этапов работ,
включение новых этапов работ.
Согласно общему плану и приведенным допущениям, был составлен
план разработки АСУТП, оптимальный для Объекта.
План разработки АСУ ТП
Формирование требований к АС
.2. Формирование требований пользователя к АС
1.3. Оформление отчета о выполненной работе
. Разработка концепции АС
.1. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта
концепции АС
.2. Отчет о выполненной работе
. Техническое задание
.1. Разработка технического задания
. Технорабочий проект
. Ввод в действие
Введение
Стадия сопровождение АСУ ТП предполагает проведение следующих
этапов работ:
· Выполнение работ в соответствии с
гарантийными обязательствами - осуществляются работы по устранению недостатков,
выявленных при эксплуатации АСУ ТП в течение установленных гарантийных сроков,
внесению необходимых изменений в документацию по АСУ ТП.
· Послегарантийное обслуживание -
осуществляют работы по:
а) анализу функционирования системы;
б) выявлению отклонений фактических эксплуатационных
характеристик АС от проектных значений;
в) установлению причин этих отклонений;
г) устранению выявленных недостатков и обеспечению
стабильности эксплуатационных характеристик АСУ ТП;
д) внесению необходимых изменений в документацию на АСУ ТП.
Виды, периодичность и регламент обслуживания технических
средств должны быть указаны в соответствующих инструкциях по эксплуатации.
Общие требования к системам контроля, управления, сигнализации и
противоаварийной защиты при эксплуатации, монтаже, наладке и ремонте
определяются ПБ 09-540-03 "Общие правила взрывобезопасности для
взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих
производств". Конкретные требования по эксплуатации КИП и СА регламентируются
общезаводскими инструкциями.
1. Формирование требований к АС
1.1 Изучение объекта и существующей АСУТП
В качестве объекта был выбран блок стабилизации бензина
установки АВТ-4. Стабилизатор К-4 предназначен для стабилизации прямогонного
бензина путем отгонки из него углеводородных газов и сероводорода.
Блок стабилизации состоит из ректификационной колонны К-4,
рибойлера Т-1, емкости Е-3, теплообменников Т-4/1-4, воздушного холодильника
Х-3 и водяного холодильника Х-4.
Колонна К-4 оборудована 35 тарелками из них 15 желобчатые и
20 провального типа.
Описание работы Объекта
Нестабильный бензин прокачивается через межтрубное
пространство теплообменников Т - 4/2-4, Т- 4/1 и поступает на 20 тарелку
стабилизатора К-4.Температура нестабильного бензина, поступающего на 20 тарелку
стабилизатора К-4, составляет 120-160°С.
С верха стабилизатора К-4 углеводородные газы и сероводород
направляются в аппарат воздушного охлаждения Х-3, где конденсируются,
охлаждаются до 50оС и поступают в рефлюксную емкость Е-3. Не
сконденсировавшийся газ из емкости Е-3 в емкость Е-2а. Рефлюкс с Е-3 подается
на орошение стабилизатора К-4, а балансовый избыток откачивается в парк
высокого давления или на установки АГФУ, ГФУ.
Температура верха стабилизатора К-4 поддерживается не более
80оС. Температура паров с верха колонны К-4, после аппарата
воздушного охлаждения Х-3, поддерживается не более 50оС.
Расход орошения составляет 6,0-14,0 м3/час.
При понижении уровня в емкости Е-3 ниже 20% и повышении выше
80% срабатывает сигнализация.
Температура вывода рефлюкса поддерживается не более 50оС.
При повышении давления в стабилизаторе К-4 более 9 кгс/см2
(0,9 МПа) срабатывает сигнализация.
С низа колонны К-4 бензин перетекает в рибойлер Т-1, где
отпариваются легкие углеводороды и по шлемовой линии возвращаются в низ К-4, а
стабильный бензин из Т-1 через межтрубное пространство теплообменников Т-4/2-4,
погружной холодильник Х-4 откачивается в парк.
Температура стабильного бензина на выходе с установки
поддерживается не более 50оС.
Расход стабильного бензина на выходе с установки
поддерживается в пределах 20-100 м3/час.
При понижении уровня в рибойлере Т-1 ниже 20% и повышении
выше 80% срабатывает сигнализация.
Температура низа колонны К-4 поддерживается не более 150-180оС.
интегрированный проектирование автоматизированный управление
Таблица 1 - Краткая характеристика технологического
оборудования блока стабилизации
№ п/п
|
Наименование
оборудования
|
Номер позиции
на схеме
|
Техническая
характеристика
|
1
|
Стабилизатор
бензина для отгонки из бензина легких газов
|
К - 4
|
Температура -
200°С Давление - 1,05 МПа Диаметр - 1400 мм Объём - 35,4 м3 Длина
цилиндрической части - 27800 мм
|
2
|
Рефлюксная
ёмкость
|
Е - 3
|
Температура -
50°С Давление - 1,05 МПа Диаметр - 2400 мм Объем - 32 м3 Длина
цилиндрической части - 11350 мм
|
3
|
Аппарат
воздушного охлаждения для конденсации паров бензина, воды и газа, выводимых с
верха колонны К-4
|
Х - 3
|
Температура -
200°С Давление - 0,2 МПа Поверхность одной секции - 1045 м2 Длина
трубок - 6000 мм Мощность электродвигателя - 18 кВт Тип электродвигателя -
КМР-180-М6А Число оборотов - 980 об/мин Напряжение - 380 В Тип привода -
прямой
|
4
|
Рибойлер для
поддержания температуры низа колонны К-4
|
Т - 1,1а
|
Температура -
200°С Давление - 1,05 МПа Диаметр - 2400 мм Длина труб - 8430 мм Поверхность
- 100 м2
|
5
|
Теплообменник
кожухотрубчатый с плавающей головкой нестабильный бензин-дизельное топливо
’’Л’’
|
Т - 4/1
|
Температура -
200°С Давление - 0,4 МПа Диаметр труб - 800 мм Длина труб - 5720 мм
Поверхность - 130 м2 Среда: межтрубное пространство - нестабильный
бензин; трубное пространство - дизельное топливо ’’Л’’
|
6
|
Теплообменник
кожухотрубчатый с плавающей головкой - стабильный бензин-нестабильный бензин
|
Т - 4/2-4
|
Температура -
200°С Давление - 0,4 МПа Диаметр труб - 800 мм Длина труб - 5720 мм
Поверхность - 130 м2 Среда: межтрубное пространство - нестабильный
бензин; трубное пространство - стабильный бензин
|
7
|
Теплообменник
кожухо-трубчатый с плавающей головкой - стабильный бензин - нестабильный
бензин
|
Т-4/3÷5
|
Межтрубное
пространство: Давление -12 кг/см2 (1,2 МПа); Температура - 200ºС; Среда - нестабильный бензин Трубное
пространство: Давление - 12 кг/см2 (1,2 МПа); Температура - 200 ºС Среда - стабильный бензин Диаметр -
700 мм; Длина - 6275 мм; Поверхность - 130 м2:
|
8
|
Х - 4
|
Температура -
200°С Давление - 0,1 МПа Поверхность одной секции - 177 м2 Длина
трубок - 6000 мм Диаметр труб - 89 мм Тип соединения труб - с помощью калачей
Количество секций - 18
|
9
|
Насос орошения
К-4 и откачки рефлюкса из Е-3
|
Н-17
|
Марка насоса НК
65/125; Температура - 50 ºС;
Напор - 105 м.вод.ст; Производительность - 27 м3/ч; Число оборотов - 2950
об/мин; Тип эл.дв. - ВАО 81-2/42; Мощность эл.двигателя - 55 кВт;
Исполнение - ВЗГ;
|
10
|
Насос орошения
К-4 и откачки рефлюкса из Е-3
|
Н-19
|
Марка насоса
НК-200/120; Температура - 50 ºС; Напор - 120 м.вод.ст;
Производительность - 110 м3/ч; Число оборотов - 2950 об/мин; Тип эл.дв. -
ВАО 81-2/42; Мощность эл.двигателя - 55 кВт; Исполнение - ВЗГ;
|
11
|
Погружные
холодильники стабильного бензина
|
Х-4,4а
|
Температура -
200 ºС;
Давление - 10 кг /см2 (0,1 МПа); Поверхность одной секции- 177 м2; Длина
трубок- 6000 мм; Диаметр труб - 89 мм; Тип соединения труб с помощью
калачей; Количество секций - 13.
|
Контроль технологических параметров процесса
Всякий технологический процесс характеризуется определенными
физическими величинами (параметрами). Для оптимального хода технологического
процесса некоторые его параметры требуется поддерживать постоянными, а
некоторые - изменять по определенному закону. При работе того или иного объекта
на него поступают различные внешние и внутренние возмущающие воздействия,
нарушающие оптимальный ход технологического процесса объекта. Одной из основных
задач автоматического регулирования является поддержание оптимальных условий
протекания технологического процесса.
В качестве контролируемых параметров выбираются возмущения,
которые важны для проведения процесса, но на них невозможно или недопустимо
воздействовать. В качестве регулируемых параметров выбирают технологические
параметры, изменение которых ведёт к нарушению прохождения процессов в
аппарате.
Температура:
Необходимо контролировать температуру верха и низа колонны и
температуру подачи сырья в колонну после теплообменников Т-4/1 для диагностики
работы, проверки соответствия параметров технологическим нормам и правилам и
расчета теплового баланса данных технологических аппаратов. От температуры
зависит как качество конечного продукта и производительность процесса, так и
его безопасность. Изменение температуры в колонне может привести к повышению
давления. Необходимость контроля температуры сырья после теплообменника Т-4/1
обуславливается тем, что он должен поступать в колонну с определенной
температурой.
Давление:
Для безопасной эксплуатации колонны необходимо контролировать
давление в ней. Очень важно контролировать в колонне, т.к. изменение давления
может привести к ухудшению качества нефтепродуктов и к взрывоопасным ситуациям
на установке.
Уровень:
Необходимо контролировать уровень в ёмкости Е-3 для
обеспечения непрерывности технологического процесса. Изменение уровня может
привести к переполнению нефтепродуктов в ёмкости, следовательно попадание их в
другие технологические аппараты.
Расход:
Расход на входных и выходных потоках необходимо контролировать
для оценки эффективности работы блока и материального баланса установки. Расход
влияет на качество получаемого продукта. Нарушение работы расходомера может
привести к колебаниям температуры и давления в колонне.
1.1.2 Существующая АСУ
В настоящее время на установке "АВТ-4" используется
система управления Centum-XL. Это программно-аппаратный комплекс фирмы Yokogawa
второго поколения.
В системе Centum-XL станция оператора (EOPS) выполняет
функции индикации промышленных регуляторов, а станция управления участком
EFCS/EFCD производит регулирование.
Микропроцессор в EFCS/EFCD производит обработку для 80
контуров регулирования.
Функции таких стандартных аналоговых приборов, как регуляторы
и индикаторы, заложены в программном обеспечении микропроцессора станции
управления участком. Панели настройки всех приборов, имеющихся в виде
программных алгоритмов в станции EFCS/EFCD могут быть показаны на экране.
Каждая станция управления участком может содержать до 255 приборов. Выходы от
регуляторов, подключаемые к участку, обрабатываются многоточечной платой
аналоговых входов/выходов МАС2, многоточечной платой импульсных
входов/аналоговых выходов РАС или индикаторами контуров CLDU.
Функции соединения контуров CENTUM идентичны соответствующим
функциям соединения клемм приборов проводами в стандартных аналоговых
устройствах (или трубками в пневматических системах). Функции соединения
контуров могут, например, объединять два регулятора в каскад (для управления),
соединять регулятор и селектор (для автоселекторного управления), или регулятор
и блок задания соотношения (для управления соотношением).
В станциях управления участком внутренние соединения - все
соединения, кроме подключения кабелей с участка к платам входа/выхода,
создаются в программном обеспечении. Внутренние соединения включают в себя
соединения между приборами CENTUM, a также между приборами CENTUM и платами
входа/выхода.
В систему включены разнообразные функции проверки тревоги,
такие как проверка на превышение порогов тревоги выше верхнего, ниже нижнего
пределов, превышение верхнего и нижнего пределов тревоги, отклонение,
диагностика неисправности приборов по скорости изменения сигнала.
Сигнал тревоги может сгенерировать состояние тревоги и
вывести на экран сигнализаторы, вывести на печать сообщения и активизировать
функции логического управления.
Операторская станция EOPS обеспечивает работу и функции
наблюдения, требуемые для управления в целом системы CENTUM-XL. Расширенная
емкость применения поддерживает до 16000 позиций, 300 страниц графических
панелей и свыше 2300 точек записи трендов на одну операторскую станцию.
Разнообразные функции записи трендов объединены с возможностями эффективного
анализа производства и наблюдения. Техника развитого программного обеспечения
позволяет обеспечить время доступа 1 секунда ко всем дисплеям.
Несмотря на все достоинства этой передовой для своего времени
системы, в настоящее время она морально устаревает. Современные аппаратные и
программные средства способны обеспечить более высокую мощность и скорость
обработки сигналов, а следовательно более точное регулирование процессов, в
результате чего повышается качество продуктов. Также серьезным недостатком
является отсутствие совместимости системы CENTUM-XL с современным программным
обеспечением, т.к. в настоящее время разработано огромное количество программ
для анализа систем и происходящих в них процессов, анализа экономической
эффективности этих систем и процессов.
В настоящее время, с учетом указанных недостатков разработана
система третьего поколения CENTUM CS3000.
1.2 Формирование требований пользователя к
автоматизированным системам.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ (ГОСТ
24.104-85)
1.2.1 Требования к АСУ в целом
· АСУ любого вида должна соответствовать
требованиям настоящего стандарта, требованиям технического задания на ее
создание или развитие (далее - ТЗ на АСУ), а также требованиям
нормативно-технических документов, действующих в ведомстве заказчика АСУ.
· Ввод в действие АСУ должен приводить к
полезным технико-экономическим, социальным или другим результатам, например:
снижению численности управленческого персонала;
повышению качества функционирования объекта управления;
повышению качества управления и др.
· АСУ должна обеспечивать достижение целей
ее создания (развития), установленных в ТЗ на АСУ.
· В АСУ должна быть обеспечена совместимость
между ее частями, а также с автоматизированными системами (АС),
взаимосвязанными с данной АСУ.
· АСУ в целом и все виды ее обеспечения
должны быть приспособлены к модернизации, развитию и наращиванию в пределах
требований, указанных в ТЗ на АСУ.
· Надежность АСУ в целом и каждой ее
автоматизированной функции должна быть достаточна для достижения установленных
целей функционирования системы при заданных условиях применения.
· Адаптивность АСУ должна быть достаточной
для достижения установленных целей ее функционирования в заданном диапазоне
изменений условий применения.
· В АСУ должны быть предусмотрены контроль
правильности выполнения автоматизированных функций и диагностирование, с
указанием места, вида и причины возникновения нарушений, правильности
функционирования АСУ.
· В АСУ, имеющих измерительные каналы,
должна быть предусмотрена возможность контроля метрологических характеристик
измерительных каналов.
· В АСУ должны быть предусмотрены меры
защиты от неправильных действий персонала, приводящих к аварийному состоянию
объекта или системы управления, от случайных изменений и разрушения информации
и программ, а также от несанкционированного вмешательства.
· Любая поступающая в АСУ информация
вводится в систему однократно с помощью одного входного канала, если эти не
приводит к невыполнению требований, установленных в ТЗ на АСУ (по надежности,
достоверности и т.п.).
· Выходная информация одного и того же
смыслового содержания должна быть сформирована в АСУ однократно, независимо от
числа адресатов.
· Информация, содержащаяся в базах данных
АСУ, должна быть актуализирована в соответствии с периодичностью ее
использования при выполнении функций системы.
· АСУ должна быть защищена от утечки
информации если это оговорено в ТЗ на АСУ.
· Наименование АСУ должно включать
наименование вида АСУ и объекта управления.
1.2.2 Требования к функциям АСУ
· АСУ в необходимых объемах должна
автоматизированно выполнять:
сбор, обработку и анализ информации (сигналов, сообщений,
документов и т.п.) о состоянии объекта управления;
выработку управляющих воздействий (программ, планов и т.п.);
передачу управляющих воздействий (сигналов, указаний,
документов) на исполнение и ее контроль;
реализацию и контроль выполнения управляющих воздействий;
обмен информацией (документами, сообщениями и т.п.) с
взаимосвязанными автоматизированными системами).
· Состав автоматизированных функций (задач,
комплексов задач - далее функций) АСУ должен обеспечивать возможность
управления соответствующим объектом в соответствии с любой из целей,
установленных в ТЗ на АСУ.
· Состав автоматизированных функций АСУ и
степень их автоматизации должны быть технико-экономически и (или) социально
обоснованы с учетом необходимости освобождения персонала от выполнения повторяющихся
действий и создания условий для использования его творческих способностей в
процессе работы.
1.2.3 Требования к подготовленности персонала АСУ
· Квалификация персонала АСУ должна
обеспечивать эффективное функционирование системы во всех заданных режимах.
· Персонал АСУ должен быть подготовлен к
выполнению своих обязанностей в соответствии с инструкциями организационного
обеспечения.
· Каждое лицо, входящее в состав персонала
АСУ, должно уметь применять соответствующие информационные модели и работать с
используемыми им техническими средствами и документацией, определяющей порядок
его деятельности.
1.3 Оформление отчета о выполненной работе
Примечание: пункты отчета «Характеристики объекта и
результатов его функционирования», «Описание существующих средств
автоматизации, и информационно-управляющей системы», «Описание требований к
средствам измерений автоматизируемого технологического процесса» были
рассмотрены на этапах 1.1, 1.2 и далее рассматриваться не будут.
Описание недостатков существующих средств автоматизации и
информационно-управляющей системы
) использование оборудования различных отечественных и
зарубежных производителей, что ухудшает совместимость частей АСУТП, затрудняет
эксплуатацию и диагностику;
) информационно-управляющая система основана на устаревшей
элементной базе и программном обеспечении. Последние отличает громоздкость
оборудования, невысокое быстродействие, неудобный интерфейс СОТ;
) высокая погрешность измерительных каналов;
) отсутствие связи РСУ с общезаводской сетью;
) ряд важных параметров процесса контролируется только по
месту, хотя уместно вести наблюдение за ними со станции оператора;
) АСУТП не выполняет целый ряд современных требований к
системам подобного рода (см. далее), а имеющиеся в ней функции (например, вывод
на печать отчета) выполняются очень медленно.
Обоснование необходимости совершенствования существующих
средств автоматизации и информационно-управляющей системы объекта
В связи с перечисленными выше недостатками существующей
АСУТП, возникает необходимость её полной реконструкции.
Цели, критерии и ограничения создания АСУТП
Цель: создать АСУТП Объекта, обеспечивающую
· максимально возможную безопасность ведения
технологического процесса;
· функциональность, соответствующую всем
современным требованиям;
· удобство в эксплуатации.
Система должна соответствовать требованиям технологического
регламента.
Критериями эффективности данной Системы будут являться
количества опасных и «безопасных» отказов и связанных с ними остановов Объекта,
за годовой период эксплуатации.
Ограничения, связанные с созданием Системы, делятся на
· технологические, обусловленные требованиями
технологического процесса и характеристиками оборудования. Далее в ходе
разработки АСУТП они будут учитываться;
· финансовые.
Выводы и предложения
Необходимо создать АСУТП на Объекте, удовлетворяющую всем
современным требованиям безопасности и функциональности.
2. Разработка концепции АС
.1 Разработка вариантов концепции АС
Специфика лабораторных работ по курсу «Интегрированные
системы проектирования и управления» приводит нас к выбору компании SIEMENS как
к поставщику всех средств автоматизации для нашей Системы.
Обновление технических средств КИПиА проводится поэтапно:
· 1-й этап - внедрение современного оборудования
РСУ и ПАЗ с использованием существующего полевого КИП и, если это необходимо,
электропневмо- и пневмоэлектрических преобразователей;
· 2-й этап - замена устаревшего оборудования
КИП на электронную технику.
Архитектура АСУТП представляет собой следующее:
· полевой КИП на современной электронной технике;
· контроллеры РСУ и ПАЗ, связанные с
рабочими станциями промышленного исполнения;
· квалифицированный персонал.
Предусматривается связь с заводской локальной и с
корпоративной вычислительной сетью.
В Системе используются следующие средства автоматизации:
· датчик перепада давления Yokogawa EJX118A
(кол-во: 3)
· датчик давления Yokogawa EJA430A
· нормирующий преобразователь YTA70 (кол-во:
3)
· программируемые логические контроллеры
SIMATIC S7-300 (2), модули блоков питания (PS), сигнальные модули (SM),
коммутационные процессоры (CP) для подключения к сети PROFIBUS;
· аварийная панель оператора SIEMENS MP370
(1);
· промышленные компьютеры для станций
оператора (OS) и инжиниринговой станции (ES) (3);
· промышленная сеть PROFIBUS DP для связи
контроллеров с АРМ.
2.2 Отчет о выполненной работе
Обоснование выбора наиболее рационального варианта концепции
и описание предлагаемой АСУТП
Предлагаемый вариант является единственным и заведомо
наиболее рациональным.
Системы РСУ и ПАЗ реализованы на независимых друг от друга
ПЛК S7-300. Система РСУ имеет: 7 аналоговых входных сигналов и 3 аналоговых
выходных сигнала. Система ПАЗ имеет: 7 дискретных входных сигналов и 8
дискретных выходных сигналов.
На самом нижнем уровне расположены полевые устройства (КИП и
исполнительные механизмы). Поскольку полевые устройства не требуют сложной
диагностики либо диагностики в реальном времени, решено было отказаться от
внедрения интерфейса PROFIBUS PA на полевом уровне. Передача сигнала ПЛК и ИМ
(здесь это ток 4-20 мА) происходит по обыкновенным проводам.
На уровне УСО (устройств связи с объектом) расположены
контролеры S7-300. Они монтируются в шкаф оборудования на профильные шины
(Rack). Контроллеры имеют коммутационные процессоры CP 342-5 для подключения к
сети PROFIBUS DP. Контроллер РСУ является ведомым устройством кольцевой сети
PROFIBUS DP.
На верхнем уровне, в операторной располагаются две станции
оператора (СОТ или OS), инженерная станция (ES) и аварийная панель MP370.
Ожидаемые результаты и эффективность реализации выбранного
варианта концепции АСУТП
· повышение надежности работы оборудования,
снижение риска тяжелых аварий;
· обеспечение автоматизированного
эффективного управления технологическими процессами в нормальных, переходных,
предаварийных и аварийных режимах работы;
· защита технологического оборудования и
обслуживающего персонала при угрозе аварии;
· улучшение условий труда эксплуатационного
персонала;
· снижение затрат на эксплуатацию,
диагностику и ремонт оборудования;
· возможно сокращение количества
эксплуатационного персонала установки, откуда следует снижение затрат на оплату
труда;
· засчет снижения погрешности измерительных
цепей, обеспечивается более точный учет исходного сырья и конечных продуктов;
· повышение экологичности технологического
процесса, в соответствии с международными стандартами об охране окружающей
среды.
Ориентировочный план реализации выбранного варианта
построения АСУТП
) Замена старых МСКУ контроллерами SIEMENS S7-300, установка
панели MP370.
) Замена старых промышленных компьютеров новыми моделями;
) Монтаж сигнализаторов уровня, замена датчиков давления,
температуры. Для этого потребуется останов процесса.
Оценка затрат на реализацию проекта создания АСУТП
Оценим примерные затраты на оборудование (не включая
промышленные компьютеры для ES и OS):
· кабель PROFIBUS FC, стандартный - цена 1 евро за
1 метр. Для АСУТП потребуется приблизительно 400 м.
· штекера RS485 - цена 48 евро за 1 шт.
Потребуется 12 шт.
· датчик перепада давления Yokogawa EJX118A
- цена 840 евро.
· датчик давления Yokogawa EJA430A -280
евро.
· нормирующий преобразователь YTA70 -150
евро.
· термопара - 100 евро.
· ПЛК SIMATIC S7-300: блок питания (PS 307)
- 100 евро, центральный процессор (CPU 312) - 300 евро, коммуникационный
процессор (CP 342-5) - 700 евро, модуль ввода-вывода дискретных сигналов (SM
323) - 200 евро; модуль ввода аналоговых сигналов (SM 331) - 380 евро, модуль
вывода аналоговых сигналов (SM 332) - 450 евро.
· панель оператора SIEMENS MP370 - цена 4000
евро.
· прочие неучтенные расходы - примем 2000
евро.
Таким образом, общая сумма затрат на оборудование составит
10876 евро.
3. Техническое задание
Разработка и утверждение технического задания на
создание АС
Техническое задание на АСУТП разрабатывается по ГОСТ
34.602-89 и содержит следующие разделы:
. Общие сведения
.1. Полное наименование Системы
.3. Наименование Организаций - разработчиков, проектировщиков,
заказчика, и их реквизиты
.4. Перечень документов, на основании которых создается
Система
.5. Сроки выполнения работ
.6. Источники и порядок финансирования
.7. Порядок оформления и предъявления заказчику результатов
работы
. Назначение и цели создания Системы
.1. Назначение Системы
.2. Цели создания Системы
. Характеристика объекта автоматизации
. Требования к Системе
.1. Требования к Системе в целом
.1.1. Требования к структуре и функционированию Системы
.1.2. Требования к численности и квалификации персонала
.1.3. Требования к показателям назначения
.1.4. Требования к надёжности
.1.5. Требования безопасности
.1.6. Требования по эргономике и технической эстетике
.1.7. Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию,
ремонту и хранению
.1.8. Требования к защите информации от несанкционированного
доступа
.1.9. Требования по сохранности информации при авариях
.1.10. Требования к средствам защиты от внешних воздействий
.1.11. Требования к патентной чистоте
.1.12. Требования по стандартизации и унификации
.1.13. Дополнительные требования
.2. Требования к функциям, реализуемым Системой
.2.1. Перечень задач РСУ и требования к качеству их
выполнения
.2.2. Перечень и критерии отказов для каждой функции РСУ
.2.3. Перечень задач системы ПАЗ
.2.4. Перечень и критерии отказов для каждой функции системы
ПАЗ
.3. Требования к видам Обеспечения
.3.1. Требования к Прикладному программному обеспечению
.3.2. Требования к Информационному обеспечению
.3.3. Требования к Лингвистическому обеспечению
.3.4. Требования к Стандартному программному обеспечению
.3.5. Требования к Техническому обеспечению
.3.6. Требования к Метрологическому обеспечению
.3.7. Требования к Организационному обеспечению
. Состав и содержание работ по созданию АСУТП
.1. Первое организационное совещание
.2. Обработка исходных данных
.3. Разработка Технического проекта
.4. Рассмотрение Технического проекта
.5. Конфигурация функций контроля и управления
.6. Конфигурация функций представления информации
.7. Приемка Рабочего проекта
.8. Шефмонтаж и пусконаладка
.9. Пуск АСУТП в эксплуатацию
.10. Гарантийный срок
. Порядок контроля и приемки
. Требования к составу и содержанию работ по подготовке
объекта к вводу АСУТП в действие
. Требования к документированию
. Источники разработки
. СОСТАВЛЕНО
. СОГЛАСОВАНО
4. Технорабочий проект
ФСА представлена на рис. 1.
Структура предлагаемой АСУТП представлена на рис. 2.
Сигналы входящие/выходящие:
· аналоговые входные: уровень в колонне, уровень в
емкости, температура низа колонны, температура сырья, температура верха
колонны, расход сырья, давление в колонне (количество: 7)
· аналоговые выходные: задвижки на сырье, на
дистиллят, сигнал на насос Н-17 (количество: 3)
· дискретные сигналы: максимальное давление
в колонне, минимальный/ максимальный уровень в емкости, максимальный/
минимальный уровень в колонне, минимальный/максимальный уровень в рибойлере,
сигнализация световая/звуковая на давление в колонне, на уровни в емкости,
колонне рибойлере (количество: 7).
Рисунок 2 - Структура АСУТП
На полевом уровне расположены датчики и исполнительные
механизмы, осуществляющие связь между АСУ ТП и технологическим процессом.
На нижнем уровне контроллеры АСУ ТП выполняют измерение
параметров технологического процесса и управляют его протеканием. Передают,
через коммуникационный сервер сетевого уровня, информацию на верхний уровень.
На верхнем уровне расположены операторские станции и сервер
системы. На сервере системы располагается вся архивная информация, база данных
ПО контроллеров. На операторских станциях отображается мнемосхема объекта, со
всеми текущими, измеренными параметрами и оператор ведёт технологический
процесс, имея всю нужную информацию на экране монитора.
В случае необходимости, основные параметры технологического
процесса могут передаваться в центральную диспетчерскую, головной офис, через
АСДУ по радиоканалу или телефонной линии.
Таблица 2 - Перечень технологических параметров, которые
измеряются и регулируются и перечень сигнализаций и блокировок технологических
параметров
№
|
Наиме-нование
оборудования
|
Крити- ческий
параметр
|
Величина
устанавливаемого предела
|
Блокировка
|
Сигнализация
|
Операция по
отключению, включению, переключению и другому воздействию
|
|
|
|
|
min
|
max
|
min
|
max
|
min
|
max
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
1
|
Давление PICAH
215
|
Колонна К-4
|
10,5 кгс/см2
|
|
8,9 кгс/см2
(0,89 МПа)
|
|
|
|
9,0 кгс/см2
(0,9 МПа)
|
Свет, звук
|
2
|
Уровень LICAHL
407 (LICAHL 408)
|
Рибойлер Т-1
(Т-1а)
|
|
21%
|
79%
|
|
|
20%
|
80%
|
Свет, звук
|
3
|
Уровень LICAHL
416
|
Емкость Е-3
|
|
21%
|
79%
|
|
|
20%
|
80%
|
Свет, звук
|
4
|
Уровень LALL
457
|
Емкость Е-3
|
|
11%
|
|
10%
|
|
10%
|
|
Свет, звук.
Остановка насоса Н-17 (Н-19)
|
Описание автоматических функций управления и защиты
Система ПАЗ предусматривает:
· аварийную сигнализацию - оповещением оператора
зажжением соответствующей надписи на экране мнемосхемы.
· автоматическую блокировку позиционера;
· предусматривается также ручная блокировка
всех трех позиционеров (для этого введено специальное меню на мнемосхеме);
· приблизительный вариант программы ПЛК ПАЗ
представлен ниже. В программе использовано 2 типа блоков: блоки сравнения (CMP)
и блоки установки дискретной переменной (S).
Создание программы ПЛК ПАЗ в Step 7
5. Ввод в действие
Стадия ввод в действие предполагает проведение следующих
этапов работ:
· Подготовка объекта автоматизации к вводу
АСУ ТП в действие -
проводят работы по организационной подготовке объекта
автоматизации к вводу АСУ ТП в действие, в том числе: реализацию проектных
решений по организационной структуре АСУ ТП; обеспечение подразделений объекта
управления инструктивно-методическими материалами; внедрение классификаторов
информации;
· Подготовка персонала - проводят обучение
персонала и проверку его способности обеспечить функционирование АСУ ТП;
· Комплектация АСУ ТП поставляемыми
изделиями - программными и техническими средствами, программно-техническими
комплексами, информационными изделиями;
· Пусконаладочные работы - проводят
автономную наладку технических и программных средств, загрузку информации в
базу данных и проверку системы её ведения; комплексную наладку всех средств
системы;
· Проведение предварительных испытаний:
а) испытания АСУ ТП на работоспособность и соответствие
техническому заданию в соответствии с программой и методикой предварительных
испытаний;
б) устранение неисправностей и внесение изменений в
документацию на АСУ ТП, в том числе эксплуатационную в соответствии с
протоколом испытаний;
в) оформление акта о приёмке АСУ ТП в опытную эксплуатацию;
· Проведение опытной эксплуатации -
проводят: опытную эксплуатацию АСУ ТП; анализ результатов опытной эксплуатации
АСУ ТП; доработку (при необходимости) программного обеспечения АСУ ТП;
дополнительную наладку (при необходимости) технических средств АСУ ТП;
оформление акта о завершении опытной эксплуатации;
· Проведение приемочных испытаний:
а) испытания на соответствие техническому заданию в
соответствии с программой и методикой приёмочных испытаний;
б) анализ результатов испытания АСУ ТП и устранение недостатков,
выявленных при испытаниях;
в) оформление акта о приёмке АСУ ТП в постоянную
эксплуатацию.
Заключение
Разработана концепция, архитектура АСУ ТП колонны К-4
стабилизации бензина установки АВТ-4 ООО «Новоуфимский НПЗ». Выбраны средства
автоматизации фирмы SIEMENS. Составлена мнемосхема в SCADA-пакете WinCC.
Составлена программа работы аварийной сигнализации и блокировки в пакете
программирования ПЛК SIMATIC STEP 7. Разработанная АСУТП является современной,
надежной, функциональной, удобной, и рассматривается как хорошая замена
предыдущей АСУТП данного объекта.
Изучены стадии создания АС по ГОСТ 34.601-90.
Литература
1. Анищенко,
В.С. Динамические системы / В.С. Анищенко // Соросовский образовательный
журнал. - 2009. - №11. - М. - С. 77--84
. Васильков,
Ю.В. Компьютерные технологии моделирования: учеб. пособие / Ю. В. Васильков -
М.: Финансы и статистика, 2010. - 256 с.
. Введение
в математическое моделирование: учебное пособие / под ред. П.В. Трусова;
рецензенты: А.Р. Абдулаев, В. П. Матвиенко; Министерство образования РФ.- М.:
Логос, 2004.- 440 с..
. Данилов,
Ю.А. Лекции по нелинейной динамике. Элементарное введение: учеб. пособие / Ю.А.
Данилов.; - 2-е изд. - М.: КомКнига, 2011. - 208 с.
. Новик,
И.Б. О философских вопросах кибернетического моделирования / И.Б. Новик - М.:
Знание, 2010.