книги / Разработка концепции и требований к системам управления технологическими процессами. Примеры отдельных технических решений
.pdfОкончание табл. 1 2
|
Код |
Обозначение |
|
|
|
|
|
|
№ |
ка- |
по функцио- |
|
Код заказа |
Завод- |
Метод |
|
Место |
нала/ |
нальной |
Приборы в контуре или измерительном канале |
изготови- |
Функции |
||||
п/п |
кон- |
схеме авто- |
|
ТСА |
тель |
измерения |
|
установки |
|
тура |
матизации |
|
|
|
|
|
|
12 |
Q601 |
601а |
|
|
|
|
Измерение |
|
|
|
|
|
|
|
|
содержания |
|
|
|
|
Сигнализатор загазованности с унифицированным |
|
|
|
вредных ве- |
|
|
|
|
токовым выходом СТМ-10 |
|
|
|
ществ, выра- |
Кронштей- |
|
|
|
Диапазон измерения: 0…50 % НКПР |
|
|
Термо- |
ботка преду- |
ны на стене |
|
|
|
Основная погрешность измерения: 5 % НКПР |
СТМ-10- |
«Аналит- |
каталити- |
предительно- |
технологи- |
|
|
|
Основная погрешность для срабатывания сигнализа- |
0001Дц |
Прибор» |
ческий |
го сигнала |
ческого |
|
|
|
ции: 1 % НКПР |
|
|
|
при достиже- |
помещения |
|
|
|
Токовый выходной сигнал: 4...20 мА |
|
|
|
нии критиче- |
|
|
|
|
Температура окружающей среды: –60...+50 °С |
|
|
|
ского порога |
|
|
|
|
|
|
|
|
загазованно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
сти |
|
13 |
|
101б, |
Одноканальный барьер искрозащиты серии 9163 |
|
|
|
|
|
|
|
102б, |
Гальваническое деление сигналов: 0/4...20 мА HART |
|
|
|
Разделение |
|
|
|
301б, |
Вход: искробезопасный [EEx ia] IIC |
|
|
|
между искро- |
|
|
|
301в, |
Двунаправленная передача сигналов HART |
|
STAHL |
|
безопасными |
Шкаф |
|
|
302б, |
Гальваническое деление между входом, выходом и |
9163 |
«Шталь» |
|
и искроопас- |
управления |
|
|
302в, |
цепью питания |
|
|
|
ными элек- |
|
|
|
401б, |
Контроль и сигнализация обрыва провода/короткого |
|
|
|
трическими |
|
|
|
402б |
замыкания |
|
|
|
цепями |
|
|
|
|
Применяется до SIL 2 (IEC 61508) |
|
|
|
|
|
14 |
|
A1 |
Универсальный низковольтный (380В) трехфазный |
|
|
|
Регулирова- |
|
|
|
|
частотно-регулируемый электропривод |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние частоты |
|
|
|
|
|
Питание: 3×180 (415, 440)В+10 –15 %; 50/60 Гц±2 % |
|
|
|
Электро- |
|
|
|
|
Триол АТ16 |
«Триол» |
|
вращения |
||
|
|
|
Выходное напряжение: 3×(0...380)В ±2 %; полная |
|
|
|
шнека- |
щитовая |
|
|
|
мощность: 120 кВА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дозатора |
|
|
|
|
|
Номинальная мощность двигателя 90 кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
111
Работа системы автоматического регулирования
Регулирование расхода греющей воды
Мгновенный расход греющей воды измеряется расходомером (поз. 301а). В случае изменения расхода, например из-за подключения еще одного потребителя, контроллер по ПИ-закону изменяет состояние регулирующего клапана (поз. 301в). Задание регулятору через интерфейс SCADA-станциивыставляет оператор.
Регулирование температуры смеси в смесителе
Регулирование температуры смеси осуществляется с помощью каскадного регулятора. Значение температуры смеси измеряется с помощью датчика температуры (поз. 101а) по интерфейсу «токовая петля» подается на контроллер, который реализует ПИД-закон регулирования и вычисленное управление подается в качестве задания на регулятор расхода греющего пара, реализующее регулирование по ПИ-закону. В случае изменения количества греющего пара, поступающего в теплообменник Т-1, за счет, например, подключения к коллектору пара других потребителей, этот регулятор изменяет положение регулирующего органа (поз. 302в) и расход пара остается постоянным. Задание регулятору температуры оператор устанавливает через интерфейс SCADA-станции (станции оператора).
Работа подсистемы ПАЗ
Вслучае отклонения какого-либо параметра (температуры уровня расхода) от допустимых значений сначала срабатывает предупредительная сигнализация. Если нарушение не устранено, срабатывает предаварийная сигнализация и одновременно реализуется противоаварийная защита.
Сигнализация отображается на интерфейсе SCADA-стан- ции и дублируется с помощью светосигнальной арматуры.
Вслучае аварийной разгерметизации и попадания паров ЛВЖ в атмосферу срабатывает сигнализатор до взрыва опасных
112
концентраций (поз. 601а) и передает информацию на SCADAстанцию, светосигнальную арматуру и вырабатывает сигнал на останов процесса.
Альтернативный вариант архитектуры системы
Рассмотренный пример архитектуры АСУТП предложен из соображений, что автоматизируемый технологические процесс является частью большой технологической линии и автоматизируется совместно с установками на других стадиях. В случае, если установка работает отдельно, а для ее автоматизации применима система с небольшим количеством информационных и управляющих каналов, типовыми функциями, как информационными, так и управляющими, для построения системы управления можно использовать дискретные (отдельные) технические и программно-технические средства автоматизации: регуляторы, вторичные показывающие приборы, блоки сигнализации и т.п., работающие независимо друг от друга.
Архитектурабудет выглядеть следующимобразом(рис. 25).
Аналоговые сигналы
ВП |
|
Р |
|
БСБ (ПАЗ) |
|
|
|
|
|
Д |
… |
|
|
|
|
ИУ |
|
|
|
ИУm |
Д |
|
Д |
|
|
Д |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Световая сигнализация
Рис. 25. Структурная схема системы управления на базе отдельных ТСА: ВП – вторичный показывающий и регистрирующий прибор; Р – регулятор; БСБ – блок сигнализации и блокировки; Д – датчики; ИУ – исполнительные устройства
Вэтом случае МПК не используется, отсутствуют SCADA
иинженерная станции. Отображение информации оператору происходит с помощью вторичного показывающего прибора,
113
а управление осуществляется с помощью кнопочных постов и задания регуляторам.
Анализ объекта, алгоритмов управления, входных/выходных сигналов не изменяется.
Взамен микропроцессорного комплекса добавляются следующие технические средства автоматизации.
Для отображения и регистрации измеряемых параметров использована станция сбора данных серии DX2000. Назначение: сбор, отображение обработкаирегистрацияаналоговых сигналов.
Модель DX2040-2-4- 2/A3/M1/USB1/D5/TPS8 Питание: 220В 50/60 Гц ±2 % 40 аналоговых входов 6 выходов сигнализации USB-интерфейс
Дополнительныематематические функции 8 питающих контуров 24 В Скорость опроса 125 мс
Для предупреждения световым и звуковым сигналом об отклонении от норм технологического режима использован блок оперативной сигнализации БС-2-8.
Назначение блока – предупреждение оператора световым и звуковым сигналами об отклонении контролируемых параметров от нормы по каждому каналу, регистрации и хранения времени срабатывания по каналам.
Модель БС-2-8 Питание: 220В 50/60 Гц Количество входов 8 Количество выходов 64
Степень защиты корпуса IP40 Искробезопасные входные ExiaIIC Напряжение на разомкнутом контакте датчика, не более 11 В
114
Выбор регулятора расхода воды в рубашку смесителе
Для управления небольшим количеством параметров целесообразнее применять локальные контроллеры, обеспечивающие управление одним-двумя параметрами. Поэтому для управления расходом воды в рубашку смесителя выбираем одноконтурный многофункциональный контроллер серии YS150 (производство компании Yokogawa). Назначение прибора: управление параметром по заданному закону регулирования.
Модель прибора YS150-012 Источник питания ~220 В
Входной сигнал: 1...5 В (для преобразования токового сигнала 4...20 мА в сигнал напряжения 1...5 В применен шунтирующий резистор 250 Ом)
Выходной сигнал: 4...20 мА Наличие выхода сигнализации
Температура окружающей среды 0...50 °С Класс защиты лицевой панели IP54 Функция управления: ПИД
Интерфейс связи: RS-485
Номинальная точность преобразования входного сигнала: ±0,2 % диапазона Номинальная точность преобразования выходного сигнала: ±1 % диапазона
Выбор каскадного регулятора температуры
Для реализации каскадного управления применяется программируемый контроллер серии YS1700 (производство компании Yokogawa). Назначение прибора: управление параметром по заданному закону регулирования.
115
Модель прибора YS1170-001 Источник питания ~220 В
Входные сигналы: 1...5 В (для преобразования токового сигнала 4...20 мА в сигнал напряжения 1...5 В применен шунтирующий резистор 250 Ом YS021)
Выходные сигналы: 4...20 мА Наличие выхода сигнализации
Температура окружающей среды 0...50 °С Класс защиты лицевой панели IP54 Функция управления: ПИД
Возможность реализации каскадного управления Интерфейс связи: RS-485
Номинальная точность преобразования входного сигнала: ±0,1 % диапазона Номинальная точность преобразования выходного сигнала: ±0,2 % диапазона
В таблицу технических средств автоматизации добавятся следующие позиции (табл. 13).
Выполнение функциональной схемы автоматизации
На основании разработанных требований к системе автоматизации, таблицы параметров и выбранных технических средств автоматизации разработана функциональная схема автоматизации (см. приложение).
Примечания к примеру оформления функциональной схемы автоматизации
Для удобства восприятия в рамках пособия, пример оформления функциональной схемы автоматизации выполнен на нескольких листах форматов А4 и А3. Пример схемы оформлен в виде трех разных вариантов. Первые два варианта схем выполнены для архитектуры системы управления на базе микропроцессорного контроллера общего назначения и SCADA-станции. Третий вариант схемы разработан для системы управления, выполненной с применением отдельных технических средств автоматизации: регуляторов (SLC), многоканального регистратора и блоков сигнализации и блокировок.
Все примеры схем выполнены развернутым способом.
116
Таблица 1 3
Перечень дополнительно используемых технических средств автоматизации при альтернативной схеме системы управления
|
Код |
Обозначение |
|
|
|
|
|
№ |
кана- |
по функцио- |
Приборы в контуре или измерительном канале |
Код за- |
Изготови- |
Функции |
Место |
п/п |
ла/ |
нальной схе- |
каза ТСА |
тель |
установ- |
||
|
кон- |
ме автомати- |
|
|
|
|
ки |
|
тура |
зации |
|
|
|
|
|
1 |
F302 |
302в |
Одноконтурный многофункциональный контроллер се- |
YS150- |
Yokogawa |
Управление расхо- |
Шкаф |
|
|
|
рии YS150 |
012 |
|
дом воды в рубашку |
управле- |
|
|
|
Входной сигнал: 1...5 В; выходной сигнал: 4...20 мА |
|
|
смесителя |
ния |
|
|
|
Наличие выхода сигнализации |
|
|
|
|
|
|
|
Функция управления: ПИД; интерфейс связи: RS-485 |
|
|
|
|
|
|
|
Номинальная точность преобразования входного сиг- |
|
|
|
|
|
|
|
нала: ±0,2 % диапазона |
|
|
|
|
|
|
|
Номинальная точность преобразования выходного сиг- |
|
|
|
|
|
|
|
нала: ±1 % диапазона |
|
|
|
|
2 |
Т101, |
101в |
Программируемый контроллер серии YS1700 |
YS1170- |
Yokogawa |
Управление темпе- |
Шкаф |
|
F301 |
|
Входные сигналы: 1...5 В; выходные сигналы: 4...20 мА |
001 |
|
ратурой в смесите- |
управле- |
|
|
|
Наличие выхода сигнализации |
|
|
ле; каскадное |
ния |
|
|
|
Функция управления: ПИД; возможность реализации |
|
|
управление |
|
|
|
|
каскадного управления |
|
|
|
|
|
|
|
Интерфейс связи: RS-485 |
|
|
|
|
|
|
|
Номинальная точность преобразования входного сиг- |
|
|
|
|
|
|
|
нала: ±0,1 % диапазона |
|
|
|
|
|
|
|
Номинальная точность преобразования выходного сиг- |
|
|
|
|
|
|
|
нала: ±0,2 % диапазона |
|
|
|
|
117
118
Окончание табл. 1 3
|
Код |
Обозначение |
|
|
|
|
|
№ |
кана- |
по функцио- |
Приборы в контуре или измерительном канале |
Код за- |
Изготови- |
Функции |
Место |
п/п |
ла/ |
нальной схе- |
каза ТСА |
тель |
установ- |
||
|
кон- |
ме автомати- |
|
|
|
|
ки |
|
тура |
зации |
|
|
|
|
|
3 |
|
1а |
Станция сбора данных серии DX2000 |
DX2040- |
Yokogawa |
Регистрация и ото- |
Шкаф |
|
|
|
2-4- |
|
бражение измеряе- |
управле- |
|
|
|
|
40 аналоговых входов; 6 выходов сигнализации |
2/A3/M1/ |
|
мых параметров |
ния |
|
|
|
USB-интерфейс; скорость опроса 125 мс |
USB1/D5 |
|
|
|
|
|
|
|
/TPS8 |
|
|
|
4 |
|
1б |
|
|
«МИК- |
Предупреждение |
Шкаф |
|
|
|
|
|
РОТЕРМ» |
оператора световым |
управле- |
|
|
|
|
|
|
и звуковым сигна- |
ния |
|
|
|
Блок оперативной сигнализации БС-2-8 |
|
|
лами об отклонении |
|
|
|
|
|
|
контролируемых |
|
|
|
|
|
Входы: 8 дискретных сигнала «Сухой контакт» |
|
|
|
|
|
|
|
БС-2-8 |
|
параметров от нор- |
|
|
|
|
|
Выходы: 64 дискретных |
|
|
||
|
|
|
|
|
мы по каждому ка- |
|
|
|
|
|
Искробезопасные входы ExiaIIC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
налу, регистрации и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хранения времени |
|
|
|
|
|
|
|
срабатывания по |
|
|
|
|
|
|
|
каналам |
|
5 |
|
1в |
Блок оперативной сигнализации БС-2-8-05 |
|
«МИК- |
То же |
Шкаф |
|
|
|
Входы: 4 входа 0...25,5 мА |
БС-2-8- |
РОТЕРМ» |
|
управле- |
|
|
|
Выходы: 64 дискретных |
05 |
|
|
ния |
|
|
|
Искробезопасные входы ExiaIIC |
|
|
|
|
Вариант 1. Этот вариант отображает функции АСУТП, реализуемые контроллерами и SCADA-станцией (станцией оператора), в виде прямоугольников с нанесенным названием функции (см. приложение).
Вариант 2. Этот вариант отображает функции АСУТП, реализуемые контроллерами и SCADA-станцией (станцией оператора), с применением графических обозначений заимствованных в ANSI/ISA-S5.1-1984. Поскольку эти обозначения не предусмотрены ГОСТ 21.404–85, они требуют расшифровки в пункте «Применяемые обозначения» на первом листе документа (см. приложение).
Вариант 3. Этот вариант оформления описывает, в отличие от предыдущих, систему управления с другой структурой. Поэтому графы (прямоугольники), изображающие микропроцессорные контроллеры, отсутствуют. Взамен добавляются дополнительные технические средства автоматизации (поз. 1а, 1б, 1в, см. приложение).
119
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Андреев Е.Б., Попадько В.Е. Программные средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности. – М.: Нефть и газ, 2005. – 268 с.
2.Андреев Е.Б., Попадько В.Е. Технические средства систем управления технологическими процессами в нефтяной и газовой промышленности. Ч. 1. – М.: Нефть и газ, 2005. – 270 с.
3.Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справ. пособие / Клюев А.С. [и др.]. – 2-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.
4.Клюев А.С., Таланов В.Д., Демин А.М. Проектирование систем автоматизации / под ред. А.С. Клюева. – 2-е изд., доп. –
М.: Испо-Сервис, 2002. – 148 с.
5.Технология, экономика и автоматизация процессов переработки нефти и газа: учеб. пособие / С.А. Ахметов [и др.]; под ред. С.А. Ахметова. – М.: Химия, 2005. – 736 с.
6.Техника чтения схем автоматического управления и технологического контроля / А.С. Клюев [и др.]; под ред. А.С. Клюева. – 3-еизд. перераб. идоп. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 432 с.
7.Федоров Ю.Н. Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и разработка: учеб.-практ. пособие. – М.: Инфра-
Инженерия, 2008. – 928 с.
8.Федоров Ю.Н. Основы построения АСУТП взрывоопасных производств: в 2 т. – Т. 2. Проектирование. – М.: СИНТЕГ, 2006. – 632 с.
9.Беспалов А.В., Харитонов Н.И. Системы управления хи- мико-технологическими процессами: учебник. – М.: Академ-
книга, 2007. – 696 с.
10.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 1983. – 536 с.
11.Денисенко В.В. Выбор аппаратных средств автоматизации опасных промышленных объектов // Современные технологии автоматизации. – 2005. – № 4. – С. 86–94.
120