Проектирование автоматизированной системы управления технологическим процессом вакуумной компрессорной станции на КСП-23 Самотлорского месторождения

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Программирование


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВКС — вакуумная компрессорная станция

КСП — комплексно-сборный пункт

АСУ — автоматизированная система управления

ТП — технологический процесс

КСУ — концевая сепараторная установка

ГПЗ — газоперерабатывающий завод

К1 — компрессор № 1

К2 — компрессор № 2

МН — маслонасос

ПЭВМ — персональная электронная вычислительная машина

БКУ — блок-бокс компрессорной установки

ПО — программное обеспечение

ТЭН — трубчатый электронагреватель

САР — система автоматического регулирования

ЧС — чрезвычайная ситуация.

ВВЕДЕНИЕ

Добыча нефти неразрывно связана с природными и попутными нефтяными газами, образующимися в процессе бурения. Переработка попутного газа это сложный высокотехнологический процесс. Строительство газоперерабатывающих заводов требуют больших денежных вложений, поэтому нефтяные компании просто сжигают попутный газ, что приносит большой вред экологии [1]. Россия занимает ведущее место в мире по сжиганию попутного нефтяного газа. На ее долю приходится 13,6% мировых запасов нефти, при этом в стране сжигается 30% от всего сжигаемого в мире попутного нефтяного газа [2].

Для решения этой проблемы правительство планирует ввести жесткие штрафные санкции за сжигание попутного нефтяного газа санкции от денежных штрафов до отзыва лицензий. В связи с этим нефтяные компаниям придется, стремятся свести к минимуму количество сжигаемого газа [3].

Чтобы доставить попутный газ от месторождения до газоперерабатывающего завода используются компрессорные станции. На компрессорных станциях основной целью производства является надёжное обеспечение режимов перекачки при минимальных эксплуатационных издержках. Существующая система автоматического управления, выполненная на базе релейной автоматики, устарела и не соответствует современным требованиям, поэтому требуется внедрение автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) на базе микропроцессорного контроллера, а также применение высококачественных и точных приборов.

Объектом исследования дипломного проекта является вакуумная компрессорная станция № 23 (ВКС-23) Самотлорского месторождения, предназначенная для компримирования Компримирование — технология промысловой обработки и подготовки газа (сжатие) попутного нефтяного газа концевых ступеней сепарации и газа горячей ступени сепарации до давления, обеспечивающего подачу его в газопровод первой ступени сепарации нефти с комплексно-сборного пункта (КСП-23) и дальнейшего транспорта на газоперерабатывающий завод.

Цель работы — построение двухуровневой системы управления, которая должна включать на нижнем уровне преобразователи и датчики, на среднем программируемый логический контроллер, а на верхнем рабочую станцию с операторским интерфейсом.

1. Описание технологического объекта

1.1 Общая характеристика объекта управления

Объектом управления является вакуумная компрессорная станция на КСП-23 Самотлорского месторождения. Она предназначена для компримирования попутного нефтяного газа концевых ступеней сепарации и газа горячей ступени сепарации до давления, обеспечивающего подачу его в газопровод 1 ступени сепарации.

Мощность компрессорной станции -25 млн. м3/год. Для компримирования нефтяного газа применены две модернизированные компрессорные установки: КНГ-50−07 БМА, выпускаемые НПО «Казанькомпрессормаш», в количестве одного рабочего и одного резервного.

Проект привязки компрессорной установки КНГ-50−07-БМА выполнен Западно-Сибирским филиалом «ВНИПИгазпереработка». Строительство объекта осуществлял генподрядчик — трест «Мегионгазстрой», монтажные работы выполнены субподрядчиком СУ-14 треста «Тюменьнефтегазмонтаж».

1.2 Описание технологического процесса

Попутный нефтяной газ концевых ступеней сепарации с давлением -0,2 +0,2 кг/см2 и температурой от +5 до 40 оС поступает в газосепаратор С-101, где от него отделяется капельная жидкость. Выделившаяся жидкость из газосепаратора С-101 отводится в дренажную емкость Е-101, откуда периодически удаляется в систему сбора конденсата КСП-23. Давление газа на приеме компрессорной станции поддерживается в заданных пределах посредством регулирующего клапана РCV. В случае снижения давления газа ниже технологического приоткрывается клапан РСV с линии газа первой ступени сепарации на газоперерабатывающий завод (ГПЗ) и поддерживает заданное давление на входе в газосепаратор С-101.

Отсепарированный газ поступает на прием компрессоров ВК-101/1,2. В компрессоре газ сжимается до заданных параметров и одновременно смешивается с маслом, впрыскиваемым под давлением в полость сжатия компрессора. Далее газо-масляная смесь поступает по трубопроводу через обратный клапан в маслоотделитель С-102/1,2, где происходит отделение газа от масла. Очищенный газ поступает в газопровод первой ступени сепарации нефти с КСП-23 и транспортируется на ГПЗ.

Отделение масла от сжатого газа происходит в маслоотделителе в две ступени. Первая ступень осуществляется за счет резкого изменения скорости потока. Газо-масляная смесь из компрессора поступает по трубопроводу и ударяясь в набор маслоотбойных сеток отбрасывается к стенкам корпуса маслоотделителя и стекает вниз.

Вторая ступень представляет собой сетчатый фильтр, встроенный в верхнюю часть маслоотделителя, где происходит более тонкая очистка газа от оставшегося масла. Фильтр состоит из перфорированного барабана, с наложенными на него двумя слоями стеклоткани и тремя слоями матов из ультратонкого стекловолокна и набора сеток.

Масло из маслоотделителей поступает под давлением в блок маслоохладителей Т-101/1,2, где охлаждается до температуры не выше +70?С и далее через фильтр грубой очистки Ф-1 впрыскивается в полость компрессора:

— для снятия избытка тепла, выделяющегося при сжатии газа;

— для уменьшения трения и для смазки роторов компрессора;

— для уплотнения зазоров между роторами, а также роторами и проточной частью компрессора.

Часть масла после фильтра грубой очистки поступает на фильтр Ф-2 тонкой отчистки и под давлением подается в подшипниковые узлы.

Для облегчения запуска компрессора при минусовых температурах окружающей среды, когда в маслоохладителях имеется загустевшее масло и гидравлическое сопротивление маслоохладителей поэтому велико, на масляной линии установлен перепускной клапан, который поддерживает заданный перепад давления на входе и выходе маслоохладителя и открывается при перепаде давления в маслоохладителе выше 2,45 кгс/см2; при этом масло на компрессор поступает минуя маслоохладители.

С течением времени масло в маслоохладителях разогревается, сопротивление маслоохладителей падает, перепускной клапан закрывается и масло к компрессору поступает через маслоохладители.

Уровень масла в маслоотделителях контролируется визуально по уровнемерному стеклу, предусмотрена сигнализация и отключение электропривода компрессора при достижении минимального уровня масла.

Маслонасос, установленный в блоке, предназначен для закачки свежего масла в систему и откачки отработанного масла из системы в нефтепровод.

Для контроля за осевым сдвигом ротора компрессора на торце компрессора установлен датчик осевого сдвига ротора с выводом показаний в операторную. Предусмотрена сигнализация и отключение электропривода компрессора при достижении максимального значения осевого сдвига ротора компрессора [4].

Нормы технологического режима представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Нормы технологического режима

Наименование аппаратов,

оборудования

Ед. измер.

Предельно-допустимые параметры

Технологические параметры

Компрессор

Давление всасывания

кгс/см2

-0,04−0,1

-0,02−0,02

Давление нагнетания

кгс/см2

не более 0,7

0,5−0,7

Давление масла в коллекторе смазки

кгс/см2

не менее 0,1

0,3−0,4

Температура газо-масляной смеси

°С

не более 100

85−100

Температура подшипников электродвигателя

°С

Зима — не более 60

Лето — не более 85

Зима — не более 60

Лето — не более 85

Потребляемый ток электродвигателя

А

Не более 60

Не более 60

Наименование аппаратов, оборудования

Ед. измер.

Предельно-допустимые параметры

Технологические параметры

Осевой сдвиг ротора компрессора

мм

Не более 0,7

Не более 0,4

Маслоотделитель

Давление

кгс/см2

не более 0,7

0,5−0,7

Уровень масла

м

0−2

0−2

Приемный сепаратор

Давление газа

кгс/см2

-0,04−0,1

-0,02−0,02

Температура газа

°С

не более 40

5−40

Уровень конденсата

м

0−1

0−1

Вибрация

об/с

не более4000

не более 3500

Аппарат воздушного охлаждения масла

Давление на входе

кгс/см2

не более 0,7

0,5−0,7

Давление на выходе

кгс/см2

не менее 0,3

0,3−0,4

Температура начальная

°С

не более 100

85−95

Температура конечная

°С

не более +70

35−60

Насос перекачки масла

Давление нагнетания

кгс/см2

не более 0,7

не более 0,7

2. Постановка задачи

2.1 Недостатки имеющейся системы автоматизации

Существующая система управления имеет ряд очень важных недостатков:

— используется устаревшая релейная автоматика;

— недостаточная точность измерений;

— привлечение к работе с системой большого количества персонала;

— сложность процесса учёта;

— сложность ведения отчётности.

2.2 Характеристика комплекса задач

2.2.1 Назначение комплекса задач

Автоматизированная система управления технологическими процессами вакуумной компрессорной станции № 23 Самотлорского месторождения (далее в тексте — АСУ ТП ВКС-23) предназначена для контроля и управления процессом компримирования попутного нефтяного газа концевых ступеней сепарации и газа горячей ступени сепарации до давления, обеспечивающего подачу его в газопровод первой ступени сепарации нефти с комплексно-сборного пункта № 23 (КСП-23) и дальнейшего транспорта на газоперерабатывающий завод, а также учета расхода газа.

АСУ ТП ВКС-23 должна выполнять следующие основные функции:

а) визуализация;

б) регистрация;

в) управление.

Пункт (а) предусматривает измерение и отображение в цифровой форме технологических параметров по вызову оператора, а также вывод основных технологических параметров и состояния исполнительных механизмов на мнемосхемы, реализуя тем самым диалог с оператором-технологом. Необходимо обеспечить обнаружение и оперативное отображение отклонений технологических параметров и показателей состояния оборудования за установленные пределы.

Пункт (б) предусматривает формирование графиков тенденций изменения основных технологических параметров. Здесь же необходимо обеспечить обнаружение, сигнализацию и регистрацию отклонений технологических параметров и показателей состояния оборудования за установленные пределы, а также обнаружение и регистрацию аварийных ситуаций. По запросу оператора необходимо производить формирование и печать отчетно-учетных документов, таких как предыстория событий и подсчёт моточасов насосных агрегатов.

Пункт (в), предусматривает реализацию автоматического и дистанционного управления исполнительными механизмами в соответствии с заданным алгоритмом, основываясь на полученных данных о технологическом процессе.

2.2.2 Перечень объектов, при управлении которыми решают комплекс задач

В состав АСУ ТП ВКС-23 включены следующие технологические объекты:

— два блок-бокса компрессорных установок (БКУ):

— винтовой компрессор 7ВКГ-50/7 — 2шт. (К1,К2);

— вентиляторы маслоохладитель — 4 шт. ;

— маслоотделитель — 2 шт. ;

— маслонасос шестерённый Ш-25−3,6/4Б-1 — 2шт. ;

— Задвижки — 5 шт;

— Регулирующий клапан — 1 шт. ;

— приёмный сепаратор (С-101);

— подземная ёмкость сбора конденсата (Е-101).

Структурная схема ВКС представлена на рисунке 2.1.

/

Рисунок 2.1 — Структурная схема ВКС

2.2.3 Функции АСУ ТП

Разрабатываемая система автоматизации должна обеспечивать:

Автоматическое регулирование:

— давление на входе ВКС.

Дистанционный контроль:

— давление газа на входе ВКС;

— температура газа на входе ВКС;

— температура масла до и после маслоохладителя;

— температура подшипников;

— давление газа на выходе ВКС;

— температура газа на выходе ВКС;

— давление нагнетания;

— температура нагнетания;

— уровень конденсата в С-101;

— уровень масла в маслоотделителе;

— температура в блоке компрессорной установки (БКУ);

— уровень в маслоотделителе;

— положение регулирующего клапана;

— работа технологического оборудования;

— несанкционированный доступ к шкафу контроллера;

— Разряд батареи UPS;

— осевой сдвиг в компрессорах;

— вибрация в компрессорах;

— загазованность в блоке компрессорных установок.

Местный контроль:

— давление газа на входе ВКС;

— давление газа в С-101;

— давление газа на выходе ВКС;

— давление нагнетания;

— давление всасывания;

— давление масла;

— давление нагнетания маслонасоса;

— уровень масла в маслоотделителе;

— уровень масла в Е-101;

— уровень конденсата в С-101;

Дистанционное управление:

— всеми электроприводами технологических механизмов.

Местное управление:

— компрессорным агрегатам;

— электрозадвижками;

— вентиляторами маслоохладителя;

— маслонасосом.

Система должна обеспечивать сигнализацию предельных значений технологических параметров, блокировку компрессора и автоматическое управление технологическими механизмами, предусмотренное системой автоматики (таблица 2. 1).

Таблица 2.1 — Перечень сигнализаций, блокировок и автоматических воздействий

Наименование параметра

Значение

Характер воздействия на систему

Давления на всасывании, кгс/см2

-0,4

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Давления на нагнетании, кгс/см2

7,0

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Уровень конденсата в С-101, мм

930

Световая и звуковая сигнализация

Уровень масла С-101,С-201, м

0,3

Световая и звуковая сигнализация

Уровень масла С-101,С-201, м

0,6

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Давления масла в маслоотделителе, кгс/см2

0,7

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Температура нагнетания, ?С

100

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Температура подшипников, ?С

Лето — 85

Зима — 60

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Температура масла, ?С

95

Включение второго вентилятора маслоохладителя

Температура масла, ?С

70

Выключение второго вентилятора маслоохладителя

Давление на нагнетании маслонасоса, кгс/см2

7,0

Световая и звуковая сигнализация

Наименование параметра

Значение

Характер воздействия на систему

Загазованность в БКУ, %

9

Световая и звуковая сигнализация вкл. вентиляторов маслоохладителя

Загазованность в БКУ, %

18

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Температура в БКУ, єС

55

Световая и звуковая сигнализация

Температура в БКУ, ?С

70

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Перегрузка эл. двигателя компрессора, А

60

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Максимальная токовая отсечка, А

600

Остановка компрессора

Минимальное напряжение, кВ

0,7

Остановка компрессора

Пожар на установке

-

Световая и звуковая сигнализация, стоп компрессора

Предусмотрена исполнительная сигнализация, дающая информацию о состоянии компрессорных агрегатов, вентиляторов маслоохладителя и положении электроприводных задвижек.

3. Автоматизация технологического процесса

3.1 Общая характеристика системы контроля и управления

Существует несколько систем контролирования параметров технологического процесса:

— система Direct Control (DC) — местный контроль, состоящая из датчиков и исполнительных механизмов;

— система Distributed Control System (DCS) — распределенная система управления, контроль и управление происходит с помощью контроллера по месту;

— система Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) — удаленный контроль и сбор данных. Объединение нескольких систем DC и DCS, наличие интерфейса оператора, основанного на мнемосхемах [5].

В данной работе наиболее подходящей является система Supervisory Control And Data Acquisition, так как необходим удаленный контроль, управление и сбор данных.

Автоматизированная система управления технологическими процессами ВКС представляет собой двухуровневую структуру. Структурная схема АСУТП ВКС представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 — Структурная схема АСУТП ВКС

Нижний уровень реализован на базе контроллера и различных датчиков (давления, температуры, уровня, загазованности, осевого сдвига) имеющих цифровые и аналоговые выходные сигналы.

Выполняет следующие функции:

— сбор и обработку аналоговых измерений;

— сбор и обработку дискретных сигналов аварий, предупредительной сигнализации и состояний технологического оборудования;

— контроль выхода за уставки технологических параметров и формирование соответствующих воздействий и предупредительных сигналов;

— автоматическое управление технологическим оборудованием.

Верхний уровень реализован на базе персонального компьютера (ПЭВМ).

Функции ПЭВМ:

— непрерывный круглосуточный обмен информацией по проводной связи с контроллером первого уровня;

— обработка полученной информации, формирование предыстории и текущих событий;

— формирование и архивирование массивов данных по заданным параметрам;

— отображение полученной информации в форме таблиц или на мнемосхемах;

— формирование и печать отчетно-учетных документов;

— обеспечение возможности передачи массивов информации по корпоративной сети;

— дистанционное управление технологическим оборудованием;

— сигнализация событий и их регистрация;

— изменение уставок, настроек регуляторов;

— аварийная и предупредительная сигнализация.

Оповещение оператора о возникновении на ВКС аварийной ситуации осуществляется с помощью звукового сигнала ПЭВМ.

3.2 Комплекс технических средств нижнего уровня

Качество работы системы управления во многом зависит от применяемых контрольно-измерительных приборов и исполнительных механизмов. Именно они находятся непосредственно на объектах и подвергаются воздействию, как со стороны внешней среды, так и со стороны технологических факторов. В связи с этим к контрольно-измерительным приборам и исполнительным механизмам предъявляется ряд требований:

— устойчивость к технологическим параметрам (температура, давление, вибрации);

— взрывобезопасность;

— работа при низких температурах (до — 45оС);

— высокая надёжность работы;

— точность показаний.

3.2.1 Выбор датчиков давления

В соответствии с нормами технологического режима необходимо оборудовать ВКС датчиками избыточного давления (давление на выходе ВКС) и давления-разряжения (давление нагнетания). В таблице 3.1 приведены некоторые характеристики наиболее подходящих датчиков для сравнения.

Таблица 3.1 — Сравнительная характеристика датчиков давления

Тип датчика

Предел измеряемого давления, кгс/см2

Основная приведённая погрешность, %

Цена датчика, руб.

избыточного давления

разности давлений

Метран-100-Ех

10

±0,1

11 000

12 990

СДГ

15

±0,5

21 000

26 020

МИДА-ДИ

12

±0,25

14 900

12 990

Сапфир-22М

10

±0,15

15 390

16 890

Промышленная группа «Метран» — ведущая российская компания по разработке, производству и сервисному обслуживанию интеллектуальных средств автоматизации — датчиков давления и температуры, расходомеров, метрологического оборудования, комплексных проектов автоматизации. Датчики «Метран» являются одними из лучших в России. Технические решения, примененные в них — лучшие в области измерения давления. При этом соотношение цена/качество у них оптимальное [6]. Поэтому для измерения давления выбираем датчики фирмы Метран.

Для измерения давления нагнетателя используем Метран-100-Ех-ДИ. Метран-100-Ех-ДИ предназначен для преобразования избыточного давления в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Датчик обеспечивает высокую точность преобразования, стойкость к вибро- и гидроударам, долговременную стабильность сигнала[7].

Технические характеристики:

— измеряемая среда: жидкости, пар, газ;

— взрывозащищенный;

— максимальный диапазон измеряемого давления: 0 — 100 МПа;

— минимальный диапазон измеряемого давления: 0 — 0,04 кПа;

— основная погрешность: ±0,1%, ±0,15%, ±0,25%, ±0,5%;

— степень защиты от пыли и воды: IР65;

— выходной сигнал: 4−20 мА [7].

Для определения давления всасывания используется датчик давления-разряжения Метран-100-Ех-ДИВ.

Технические характеристики:

— измеряемая среда: жидкости, пар, газ, в том числе, газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси;

— взрывозащищенный;

— максимальный диапазон измеряемого давления: -100 — 150 МПа;

— минимальный диапазон измеряемого давления: 0 — 0,04 кПа;

— основная погрешность: ±0,1%, ±0,15%, ±0,25%, ±0,5%;

— степень защиты от пыли и воды: IР65.

Принцип действия датчиков Метран-100 основан на использовании пьезорезистивного эффекта в гетероэпитаксиальной плёнке кремния, выращенной на поверхности монокристаллической пластины из искусственного сапфира. При деформации чувствительного элемента под воздействием входной измеряемой величины изменяется электрическое сопротивление кремниевых пьезорезисторов мостовой схемы на поверхности этого чувствительного элемента. Электронное устройство датчика преобразует изменение электрического сопротивления в стандартный аналоговый сигнал постоянного тока.

Вместо сигнализаторов давления используются использовать реле давления РД 100, РД1600, РД400 производства Метран. Они подходят по требованиям и цена у них намного ниже аналогичных датчиков.

Технические характеристики:

— Контролируемая среда: газ, жидкость;

— Диапазон уставок от минус 90 до 1600 кПа;

— Одна или две независимые плавно регулируемые уставки.

Пределы допускаемой основной погрешности срабатывания реле:

— избыточного давления — не более ±1% от верхнего предела диапазона уставок;

— давления-разрежения — не более ±1% (для РДF0,1 ±4%) от суммы абсолютных значений верхних пределов избыточного давления и разрежения диапазона уставок.

Зона возврата — регулируемая для реле:

— избыточного давления — не более 10% от верхнего предела диапазона уставок;

— давления-разрежения — не более 5% (для реле РД-0,1 — не более 7,5%) от суммы абсолютных значений верхних пределов избыточного давления и разрежения диапазона уставок;

— нагрузка — активно-индуктивная;

— степень защиты от пыли и влаги IP54.

Принцип действия реле РД основан на передаче упругой деформации чувствительного элемента (мембраны) на коммутирующее устройство при воздействии давления или разрежения контролируемой среды на чувствительный элемент. Контролируемая среда через штуцер воздействует на мембрану, которая перемещает магнит, действующий своим магнитным полем на контакты геркона, замыкая или размыкая электрическую цепь. Настройка реле на определенную уставку производится потребителем по контрольному манометру вращением регулировочной гайки. Настройка реле может производится как в сторону повышения давления (тип уставки В _ верхняя), так и в сторону понижения давления (тип уставки Н _ нижняя), а также на замыкание или размыкание электрических цепей [7].

3.2.2 Выбор датчиков температуры

По технологии необходимо измерять температуру некоторых элементов насоса, температуру воздуха в блок-боксах и температуру газа. Проведём сравнительный анализ некоторых датчиков температуры. Основные характеристики датчиков занесём в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 — Сравнение датчиков температуры

Тип датчика

Измеряемый диапазон, оС

Погрешность, %

Цена, руб.

TR 70

-50…+200

1

6900

ТСМУ — 205Ех

-50…+150

1

5000

Jumo

-200…+600

1

8900

ТСМУ Метран-243

-50…+120

0,5

2450

Для определения температуры подшипников электродвигателя используем термопреобразователь сопротивления ТСМ Метран-243 (50М). он наиболее точный и выигрывает по стоимости.

Технические характеристики:

— выходной сигнал: 0−50 Ом;

— класс точности: 0,5;

— диапазон измеряемых температур: -50−120 0С [7].

В качестве вторичного преобразователя для ТСМ Метран-243 используется измерительный преобразователь Ш9321.

Измерительные преобразователи предназначены для преобразования сигналов термопреобразователей сопротивления типа ТСМ, ТСП в унифицированные сигналы постоянного тока 4−20 мА.

Технические характеристики:

— температура окружающего воздуха: 5 — 60? С;

— относительная влажность воздуха: 30 — 80%;

— атмосферное давление: 84 — 106,7 кПа;

— Ш9321 имеет сигнализацию обрыва линии связи с ТСМ;

— класс точности: 0,25;

Для измерения температуры газа на входе и выходе ВКС, температуры масла после маслоохладителя, а также температуры воздуха в блок-боксе и наружного воздуха будут использоваться термопреобразователи ТСМУ — 205Ех [8]. Главным их качеством считается унифицированный токовый выходной сигнал.

Технические характеристики:

— температура окружающего воздуха от — 50 до + 50? С;

— выходной сигнал: 4−20мА;

— сопротивление нагрузки — 700 Ом;

— схема подключения двух проводная;

— напряжение питания 24 +/- 0,48 В;

— предельное рабочее избыточное давление — 20МПа;

— диапазон преобразуемых температур: -50−150 ?С.

Термопреобразователи предназначены для преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в унифицированный токовый выходной сигнал. Обеспечивают измерение температуры, как нейтральных, так и агрессивных сред. Используется в системах автоматического контроля и регулирования температуры на объектах энергетики, нефтяной, газовой, горнодобывающей и других отраслей промышленности [8].

Термопреобразователь состоит из первичного преобразователя и измерительного преобразователя, расположенного в головке первичного преобразователя. В качестве первичных преобразователей используются темопреобразователи сопротивления типа 100 М. Измерительный преобразователь преобразует сигнал, поступающий с выхода первичного преобразователя в унифицированный токовый выходной сигнал, что дает возможность построения систем АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей [9].

3.2.3 Выбор сигнализаторов уровня

Рассматриваемые уровнемеры приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 — Сравнительная характеристика сигнализаторов уровня

Тип датчика

Температура среды, оС

Давление среды, МПа

Погрешность срабатывания, мм

Цена, руб.

Ультразвуковой СУР-5

-45. +100

до 2

±0,5

17 500

Вибрационный СУВ-1

-60. +150

до 6,3

±2,5

22 908

ДУЖЭ-200М

-55. +200

До 10

±2,5

16 402

Из приведённых сигнализаторов уровня выбран СУР-5 фирмы «Альбатрос», так как он обладает лучшими показателями по погрешности срабатывания.

Сигнализатор уровня предназначен для сигнализации положения уровня различных жидких продуктов в двух точках технологических емкостей.

Определение положения уровня жидкости основано на различии в способности жидкостей и газов поглощать энергию ультразвуковых колебаний. Пока чувствительный элемент датчика находится в газовой среде, ультразвуковые колебания в его корпусе практически не поглощаются внешней средой. В этом случае микроконтроллер датчика модулирует цепь питания датчика сигналом частотой 125 Гц. Когда уровень жидкости оказывается выше чувствительного элемента, амплитуда ультразвуковых колебаний в его корпусе падает, и частота модуляции цепи питания датчика уменьшается до 15 Гц. [10].

Технические характеристики:

— плотность жидкости от 500 до 1500 кг/м3;

— рабочее избыточное давление не более 2,0 МПа

— выходной сигнал: 24 В;

— рабочая температура: — 45 — 76 °C;

3.2.4 Выбор расходомеров

Проанализировав несколько типов расходомеров выберем необходимый. Все основные характеристики датчиков занесены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 — Сравнение датчиков расхода

Тип датчика

Диаметр прохода, мм

Погрешность, %

Цена, руб.

ДРС-300

300

1,5

27 200

Метран-331

50…100

0,5

33 250

СВГ. М

25…350

1

40 000

В качестве расходометра был выбран Метран-331 как самый точный из представленых. Принцип действия прибора основан на определение частоты вихрей, образующихся в потоке измеряемой среды при обтекании тела специальной формы, установленным в проточной части преобразователя расхода. Частота вихрей пропорциональна объемному расходу определяется при помощи двух пьезодатчиков, которые фиксируют пульсации давления в зоне вихреобразования [8].

Технические характеристики:

— температура окружающей среды: -40°С… +85°С

— избыточное давление в трубопроводе: 0до 25 МПа;

— диаметр условного прохода присоединяемого трубопровода: 15. 300 мм;

— диапазон измерения расхода: 0,4… 1395 м3/ч;

— выходной сигнал: 4−20 мА;

3.2.5 Выбор датчиков загазованности

В помещениях, где находятся объекты автоматизации необходимо контролировать загазованность воздуха. Выберем необходимые датчики загазованности. Все основные характеристики датчиков занесём в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 — Сравнение датчиков загазованности

Тип датчика

Пределы измерения, %

Погрешность, %

Тип сенсора

Цена, руб.

СГОЭС

0−100

2

инфракрасный

36 144

ИБЯЛ 418

0−100

5

инфракрасный

38 255

ДМС 03Э

0−60

3

инфракрасный

32 322

Для контроля загазованности нужен точный датчик, поэтому выбираем СГОЭС.

Датчик контроля загазованности СГОЭС предназначен для непрерывного измерения уровней загазованности в местах возможного появления метана, пропана или паров нефтепродуктов.

Основные технические характеристики:

— диапазон измерений: 0−100%;

— погрешность измерения: 2. 5%;

— диапазон рабочих температур: −60… +90°C;

— взрывозащита: 1ExdIIСТ4;

— кабельный ввод: ExdU, FALS 01;

— тип сенсора: инфракрасный;

— выходной сигнал: 4−20 мА.

— питание 12−32 В;

— диаметр кабеля 10,5−13,5 мм.

3.2.6 Выбор датчика вибрации и сигнализатора осевого сдвига

На каждый компрессор, согласно технологии, необходимо ставить датчик смещения оси. Проанализируем несколько решений от разных производителей и выберем. Все основные характеристики датчиков оформим в виде таблице 3.6.

Таблица 3.6 — Сравнение датчиков смещения оси

Тип датчика

Пределы измерения, мм

Погрешность, %

Цена, руб.

ИП-107

0−2,5

2

36 800

ИКЛЖ 4022

0−4

1

21 450

ВК-316−1

0−4

2

26 100

Проведя анализ выбираем ИКЛЖ 4022, т.к. он наиболее точный, также он выигрывает по цене.

Датчик осевого сдвига ИКЛЖ. 4022 предназначен для измерения сдвига и преобразования измеренного значения в выходной сигнал постоянного тока от 4 до 20 мА или от 0 до 5 мА.

Основная область применения: контроль за положением валов различных газо- и нефтеперекачивающих агрегатов, паровых и газовых турбин, насосов, двигателей и других объектов.

Датчик ИКЛЖ. 402 218. 003 может устанавливаться во взрывоопасных зонах класса В-1а, в которых возможно образование взрывоопасных смесей, отнесенных к категории IIB по ГОСТ Р 51 330. 5−99 и группы воспламеняемости Т6 по ГОСТ Р 51 330. 0−99.

Основные технические характеристики датчика ИКЛЖ. 4022:

— напряжение питания 19.5 — 29. 5В;

— потребляемая мощность не более 3.5 Вт;

— диапазон рабочих температур -40 -+100°С.

В качестве датчика вибрации используется преобразователи пьезоэлектрические виброизмерительные ДН 3-М1. Вибропреобразователи Д Н 3-М1 предназначены для преобразования механических колебаний в электрические сигналы, пропорциональные ускорению колеблющегося объекта [11].

Технические характеристики:

— рабочий диапазон частот, Гц: от 4800 до 12 600;

— выходной сигнал: 24 В;

— рабочая температура: −60… +90°C;

3.2.7 Выбор клапана

Для данного проекта выбран клапан фирмы Mokveld Valves bv с электропривод ROTORK IQM 10.

Технические характеристики:

— диапазон температуры: от — 10oС до + 150oС;

— условный диаметр: от 15 до 100 мм;

— давление: 50,0 МПа

Общая таблица контрольно-измерительных приборов и средств автоматики представлена в приложении Б.

3.3 Выбор технологического контроллера

В настоящее время на мировом рынке средств автоматизации представлено большое количество контроллеров различных производителей. Расмотрим несколько примеров.

3.3.1 Контроллер MOSCAD-M

Контролер MOSCAD-M принадлежит к семейству контроллеров MOSCAD/MOSCAD-L, выпускаемого фирмой Моторола для систем SCADA. Главное отличие данных контроллеров состоит в том, что они имеют одноплатную, не модульную конструкцию. Это уменьшает возможности по изменению аппаратной конфигурации, но существенно снижает стоимость оборудования.

Контроллер MOSCAD-M в процессе работы может принимать решения, базирующиеся на учете местных условий, информации, полученной с других объектов, а также на основе команд из центра управления. Типичное применение MOSCAD-M включает в себя дистанционный мониторинг и управление вентилями и насосами; мониторинг уровней резервуаров, состояния катодной защиты трубопроводов, осадков и наводнений, загрязнений окружающей среды, химических утечек, радиоактивных излучений, и т. д.

MOSCAD-M — наименьший контроллер во всем семействе продуктов MOSCAD. MOSCAD-M может быть легко смонтирован, на стене или в шкафу, при помощи монтажных отверстий или стандартной DIN-рельсы.

Контроллер MOSCAD-M предлагается в базовой и расширенной конфигурации портов ввода/вывода. Каждая модель MOSCAD-M содержит в себе два последовательных порта, а также может комплектоваться радиостанцией. Кроме того, к контроллеру может быть подключен внешний проводной модем, радиомодем, GPS модем, выносной преобразователь RS232-Ethernet.

Низкое энергопотребление достигается использованием энергосберегающего, «спящего» режима. В данном режиме питание обеспечивается только активизированным программным приложениям, элементам и схемам. Контроллер переключается в? спящий? режим при отсутствии событий и возвращается в рабочее состояние при наступлении предопределенного события. Эта особенность является существенной для удаленных контролируемых объектов, получающих питание от батарей и/или от солнечных батарей.

Контроллер MOSCAD-M использует протокол MDLC, базирующийся на семействе протоколов OSI/ISO. Данный тип протокола позволяет контроллеру MOSCAD-M без ограничений функционировать в системе на базе контроллеров MOTOROLA [12].

3.3.2 Контроллеры Direct Logic (Koyo)

В серию входят 5 семейств контроллеров, отличающихся конструктивно, количеством входов-выходов, вычислительной мощностью, коммуникационными возможностями.

Для каждого семейства выпускаются свои серии модулей: аналогового и дискретного ввода-вывода, сопроцессоры, коммуникационные модули.

Аналоговые модули ввода-вывода имеют разрешение 12 бит и групповую гальваническую развязку. Модули ввода: токовые 0−20, 4−20 мА; напряжения 0−10В; термопар; термосопротивлений. Модули вывода: 0−20, 4−20 мА и 0−10 В.

Дискретные модули с групповой гальванической развязкой. Модули ввода: постоянного и переменного тока, типа «сухой контакт», высокоскоростные счетчики. Модули вывода: типа «открытый коллектор», твердотельные реле, электромагнитные реле.

Сопроцессоры: для программирования на BASIC, ПИД-регуляторы, температурные регуляторы, для импульсного управления, для аппаратного прерывания.

Коммуникационные модули: для последовательных портов, сетей Ethernet, ShareNET, SDS, Modbus, DeviceNet, для удаленного ввода-вывода.

3.3.3 SIMATIC (SIEMENS)

Германская фирма SIEMENS выпускает контролеры серии S7−300 и S7−400.

S7−300 модульные контроллеры для решения задач управления и регулирования средних систем автоматизации. Быстродействие от 0,6 мс до 0,1 мс. Максимальное число точек ввода-вывода от 128 до 1024 (для дискретных сигналов) и от 32 до 128 (для аналоговых сигналов). Сетевой интерфейс представлен протоколами MPI и PROFIBUS-DP.

S7−400 модульные контроллеры для решения сложных задач автоматизации. Быстродействие от 0,6 мс до 0,1 мс. Максимальное число точек ввода-вывода от 4096 до 131 072 (для дискретных сигналов) и от 2048 до 1 288 192 (для аналоговых сигналов). Сетевой интерфейс представлен протоколами MPI, PROFIBUS-DP. Для коммуникационных процессоров характерны сетевые протоколы PROFIBUS, Ethernet, PPI [14].

3.3.4 Контроллер ControlLogix

Контроллер серии ControlLogix от американской компания Allen-Bradley Rockwell Automation. Главной особенностью контроллера ControlLogix является архитектура, основанная на базе сети ControlNet. Шасси контроллера представляет собой сегмент сети ControlNet, где каждый модуль является станцией. Обмен данными между модулями в шасси контроллера ControlLogix осуществляется по принципу источник-потребитель, как в сети ControlNet.

Такая архитектура обеспечивает ряд преимуществ:

— все места в шасси равноценны, благодаря чему модули ввода/вывода, процессоры и другие модули могут быть установлены на любое место;

— в одно шасси может быть установлено любое число процессоров, что позволяет создать полноценную многопроцессорную систему управления;

— для подключения к «внешним» сетям ControlNet, Ethernet и др. используются сетевые модули. Число сетевых модулей в шасси не ограничено. Каждый из них являются узлом сети, и может самостоятельно, без участия процессора, передавать и принимать информацию. В настоящее время для контроллеров ControlLogix выпускаются сетевые модули, поддерживающие все известные промышленные сети, включая Modbus, Profibus и др.; в системе управления на базе сети ControlNet, процессоров и шасси ControlLogix, каждый модуль является самостоятельным узлом сети, что, в частности, позволяет свободно распределять процессоры по разным шасси системы управления.

Процессоры ControlLogix имеют высокое быстродействие (например, программа управления процессом на 1500 сигналов ввода/вывода выполняется около 10 мс) и позволяют обрабатывать до 128 000 дискретных или 4000 аналоговых сигналов. [15].

Процессоры функционируют под управлением многозадачной ОС, соответствующей стандарту IEC-1131−3, обеспечивающую выполнение 32 задач, каждая из которых может включать до 32 программ и неограниченное число функций и процедур. Задачи могут выполняться циклически, периодически, запускаться по событиям.

Резервирование процессора является одной из существенных возможностей ControlLogix, без которой сегодня невозможно создание серьезной системы управления. Резервирование может быть реализовано аппаратным и программным путем. [15].

Аппаратное резервирование обеспечивает управление одними и теми же модулями ввода/вывода резервированным процессом. Для организации аппаратного резервирования не требуется никакого дополнительного программирования, нужно только установить дополнительное шасси с процессором и модули резервирования в шасси с обоими процессорами. Загрузка программы осуществляется только в один процессор, а ее запись — во второй, поддержание идентичности при внесении изменений в программу в первом процессоре обеспечивается модулями резервирования. Благодаря применяющемуся в сети ControlNet принципу передачи источник-потребитель оба процессора одновременно получают данные от модулей входов, и таким образом обеспечивается синхронизация и идентичность выполнения программ обоими процессорами. Модулям резервирования остается только следить за работоспособностью процессоров и в случае необходимости переключить управления выходами с одного на другой.

При программном резервировании функции модулей резервирования выполняются специальной программой, что требует дополнительной работы разработчика, зато снижает стоимость системы управления, что бывает существенно в относительно небольших задачах. Системы управления на базе аппаратно резервированного процессора ControlLogix имеют сертификат TUV на соответствие стандарту IEC 61 508 SIL2 для применения в системах аварийного отключения. [15].

Модули ввода/вывода ControlLogix являются интеллектуальными устройствами и обеспечивают реализацию ряда диагностических, контрольных и защитных функций:

— диагностику обрыва линии;

— контроль аналогового сигнала по выходу за верхние и нижние пределы;

— контроль аналогового сигнала по скорости изменения (контроль производной);

— контроль срабатывания выходного каскада;

— электронную защиту от короткого замыкания;

— диагностику потери связи с процессором и перевод выходов в запрограммированное безопасное состояние или их «замораживание» [15].

3.3.5 Выбор контроллера

Характеристики сравниваемых контролеров приведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7 -Характеристики контроллеров

Контроллер

ControlLogix

" Direct Logic Koyo", США

SIMATIC S7−300

MOSCAD-М

Центральный процессор

1747-L61

DL06

CPU 314−2 PtP

Motorola

MC68VZ328

Объем памяти

2 МВ

512 kВ

2МВ

1,2 МВ

Время выполнения логики

0,08 мс

0. 45 мс

0,10,2 мс

0,2 мс.

Дискретные входы встроенные, шт.

-

10

24

12

Дискретные выходы встроенные, шт.

-

6

16

4

Аналоговые входы встроенные, шт.

-

10

4

4

Аналоговые выходы встроенные, шт.

-

6

2

1

Выбор модулей

Более 50 модулей. Весь спектр+спец. модули

Более 30 модулей. Весь спектр типов +спец. модули

Более 30 модулей. Отсутствуют 8-канальные AO. Есть спец. модули

Более 20 встр. I/O

Интерфейсы связи

Ethernet

Data Highway Plus,

DH-485

ControlNet

DeviceNet

Fieldbus

HART

RS-232,

RS-485

Ethernet 100 Base-T,

RS-232,

RS-485

RS-232,

RS-422/485, TTY, MPI,

Industrial Ethernet,

AS-Interface,

PROFIBUS

RS-232,

RS-485, Ethernet

Протоколы

TCP/IP,

CIP,

Modbus,

Fieldbus

HART

Profibus

ОВЕН, Modbus-RTU,

Modbus-ASCII,

DCON

Modbus-TCP,

GateWay

Profibus DP,

TCP/IP,

MPI,

S7, ISO-TSAP,

MODBUS RTU и USS, HART

MDLC,

Протоколы

заказчика

Среда программирования

RS-Logix

DirectSOFT 5

STEP7

MOSCAD-M

Для управления системой выбрана модель контроллера Control Logix фирмы Allen-Bradley Rockwell Automation. Выбор связан, прежде всего, с возможностью более гибкого конфигурирования системы за счет большого набора модулей, высокой надежностью, высокой производительностью процессоров, наличием технической поддержки в регионе и поддержкой достаточно большого количества сигналов. Так же выбор сделан основываясь на опыте работы с этими контроллерами компании СНГДУ 2 ОАО «Самотлорнефтегаз»: за время использования контроллеры Control Logix проявили себя только с лучшей стороны.

3.4 Конфигурация контроллера

Платформа ControlLogix представляет собой набор модулей семейства 1756, объединяемых с помощью шасси ввода/вывода. Шасси снабжено высокоскоростной шиной для взаимодействия модулей между собой.

Выбран процессор CL 1756-L61. Он имеет 2 Мб встроенной памяти.

Контроллер имеет следующие характеристики по быстродействию:

— время сканирования 1 К инструкций (логика) — 0,08 мс;

— время сканирования 1 ввода/вывода через шасси — 0,5 мс;

— полное время сканирования с учетом сетевого обмена — 2 мс.

Количество и тип входных и выходных сигналов проектируемой системы:

— входные аналоговые — 20;

— входные дискретные — 57;

— выходные аналоговые — 1;

— выходные дискретные — 32.

Всего 110 сигналов.

На основании этого выбираем следующие модули [17]:

— модуль аналоговых входов 1756-IF16 — 1 шт. ;

— модуль аналоговых входов 1756-IF8 — 1 шт. ;

— модуль дискретных входов 1756-IB32 — 2 шт. ;

— модуль дискретных выходов 1756-ОB32 — 1 шт.

— Модуль аналоговых выходов 1756-OF4 — 1шт. ;

Обмен информацией между ControlLogix и ПЭВМ осуществляется по сети Ethernet. Поэтому необходим модуль связи 1756-ENBT — 1шт.

Произведем расчет энергопотребления модулями, входящими в состав контроллера. По результатам расчета выбран источник питания 1756 PA75. Результаты расчета приведены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 — Результаты расчета энергопотребления контроллера

№ слота

Каталожный номер

Источник питания 5 В, А

Источник питания 24 В, А

Описание

0

1756-L61

1,2

0,004

Процессор

1

1756-IF16

0,150

0,065

Входные аналоговые модули

2

1756-IF8

0,150

0,04

3

1756-OF4

0,150

0,120

Выходной аналоговый модуль

4

1756-IB32

0,120

0,002

Входные дискретные модули

5

1756-IB32

0,120

0,002

6

1756-OB32

0,350

0,003

Выходной дискретный модуль

7

1756-ENBT

0,7

0,003

8

Резерв

9

Резерв

10

Резерв

11

Резерв

12

Резерв

Итого

I, А

2,94

0,130

БП

I, А

13

2,8

Блок питания 1756-РА75

Запас

I, А

10,06

2,67

Количество шасси выбирается исходя из числа модулей, размещаемых в системе, а также резервных слотов. Общее число модулей составляет 9 единиц. Выбираем шасси 1756-А13. И кабель 1756-TC02. Для заполнения незадействованных слотов используются модули-заглушки 1756-N2 [17].

Таблица RTU приведена в приложении В.

3.5 Разработка программы для контроллера

Программирование контроллера производилось на языке лестничной логики Ladder Logic с использованием программного продукта RSLogix 5000.

Проект состоит из задач. Задача предоставляет информацию о планировании и приоритетах одной или нескольким программам. Когда создается новый проект, программное обеспечение RSLogix 5000 автоматически создает начальную задачу, настроенную на постоянную работу (непрерывная задача). Когда задача завершает полное сканирование, она немедленно перезапускается.

Для каждой задачи требуется как минимум одна программа.

Задача может иметь до 32 отдельных программ, каждая из которых имеет свои программные теги, главную процедуру и другие процедуры, а также необязательную процедуру обработки ошибок.

После запуска (активации) задачи все назначенные (запланированные) для данной задачи программы выполняются в том порядке, в котором они показаны в организаторе контроллера.

Программа содержит процедуры. Они обеспечивают исполняемый код для проекта в контроллере (аналогично программному файлу в контроллере PLC или SLC). Каждая процедура использует определенный язык программирования, например, релейную логику.

Когда программа выполняется, в первую очередь выполняется ее главная процедура. Чаще всего главная процедура используется для вызова (выполнения) других процедур (подпрограмм).

Всякая процедура, не являющаяся главной процедурой и процедурой обработки ошибок, называется подпрограммой. Для выполнения подпрограммы используйте инструкцию Jump to Subroutine (JSR) в другой процедуре, например, в главной процедуре.

В рамках данного дипломного проекта создано 4 задачи:

— Аналоговые сигналы;

— Дискретные сигналы;

— ПИ — регулирование;

— Управление оборудованием.

3.5.1 Аналоговые сигналы

Задача «аналоговые сигналы» содержит программу обработки аналоговых модулей, которая состоит из трех подпрограмм:

— подпрограмма проверки на обрыв проверяет, исправны ли аналоговые модули. Если модуль неисправен, то бит достоверности этого модуля устанавливается в значение «0». Это сигнализируется на экране оператора;

— подпрограмма опрос аналоговых датчиков осуществляет сбор входных токовых сигналов и преобразует их в код, который записывается в файлы;

— подпрограмма масштабирования выполняет пересчет полученного кода в электрическую и физическую величину параметра.

3.5.2 Дискретные сигналы

Задача «дискретные сигналы» содержит программу обработки дискретных модулей, которая состоит из двух подпрограмм:

— подпрограмма проверки на обрыв проверяет, исправны ли дискретные модули. Если модуль неисправен, то бит достоверности этого модуля устанавливается в значение «0». Это сигнализируется на экране оператора;

— подпрограмма опрос дискретных датчиков осуществляет сбор входных вольтовых сигналов и преобразует их в код, который записывается в файлы.

3.5.3 ПИ — регулирование

Задача «ПИ — регулирование» содержит программу автоматическое управление клапаном.

Эта программа реализует алгоритм ПИ — регулирования

Алгоритм ПИ — регулирования позволяет управлять регулирующим клапаном с целью поддержания и регулирования давления газа на входе ВКС и на выходе компрессора.

Используя величину сигнала уровня давления, как входную величину и управляя выходным сигналом, поддерживается давление газа.

Общие функции алгоритма регулирования:

— регулирование по ПИ-закону в режиме непрерывного управления;

— безударный переход при изменении режимов регулирования;

— выполнение технологических ограничений на диапазон открытия клапана в процессе регулирования.

Управление клапанами осуществляется в ручном и автоматическом режиме.

— в автоматическом режиме управления клапаном управляет ПИ-регулятор — т. е. контроллер управляет клапаном самостоятельно (автоматически);

— в ручном режиме управления клапаном должен управлять оператор.

Уравнение ПИ-регулятора реализовано на ПИД инструкции:

CV=KC [ E + 1/TI E dt + TD d (PV)/dt ] + bias (3. 1)

где, CV — control value — управляющая величина;

KC — пропорциональный коэффициент;

E — ошибка;

1/TI — интегральный коэффициент;

t — время;

TD — дифференциальный коэффициент принимаем за ноль;

PV — process value — переменная процесса (регулируемая величина);

bias — смещение;

Ошибка считается по формуле (3. 2):

E=PV-SP (3. 2)

где, SP — set point — уставка (желаемая величина) для переменной процесса

Величина CV представляет собой задаваемое абсолютное положение клапана в процентах и в автоматическом режиме обновляется раз в 2,5 секунды.

Для ПИД-регулятора вводится так же еще одна величина — DB (deadband — мертвая зона, это неотрицательное число), она представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 — Мертвая зона

Величина DB работает следующим образом. Когда PV находится вне зоны SPDB, то ПИД-регулятор управляет клапаном так, чтобы PV стала равной заданной уставке (SP). На рисунке 3.2 при возрастании PV и прохождении точки 1 PV попадает в мертвую зону, но ПИД-регулятор еще продолжает выдавать управляющие воздействия на клапан. При прохождении переменной процесса точки 2 ПИД-регулятор перестает выдавать управляющие воздействия на клапан, что сделано для того, чтобы при условии PVSP (переменная процесса примерно равна заданной для нее уставке) ПИД-регулятор не «дергал» лишний раз клапан. При прохождении переменной процесса точки 3, когда PV выходит из мертвой зоны ПИД-регулятор снова начинает выдавать управляющие воздействия на клапан, стремясь вернуть PV к заданной уставке. По аналогии следует рассматривать работу DB, и когда PV убывает, (см. кривую по точкам 4, 5, 6 на рисунке 3. 2). При прохождении величиной PV точки 4 управляющие воздействия на клапан еще выдаются, при прохождении точки 5 управляющие воздействия выдаваться прекращают, при выходе PV из мертвой зоны (при прохождении точки 6) ПИД-регулятор возобновляет выдачу управляющих воздействий на клапан.

Для клапана есть настроечные величины. Они приведены в таблице 3.9.

Таблица 3.9 — Настройка клапана

Параметр

Значение

Процент рассогласования между текущим и задаваемым положением клапана для контроля отказа открытия/закрытия

30%

Процент открытия клапана, ниже которого клапан закрывать нельзя

0%

Если заданный процент рассогласования между текущим и задаваемым положением клапана больше нуля, и этот процент превышен, то включается таймер контроля отказа открытия/закрытия клапана, по истечении таймера генерируется программно-аварийный сигнал «отказ регулирования клапана».

Для CV можно задать ограничение хода клапана по верхней (CVmax) и/или нижней (CVmin) границе (задается в PID инструкции контроллера), данные ограничения будут действовать только в автоматическом режиме управления клапаном, т. е. это ограничения только для ПИД — регулятора. Например, если задать CVmin=20% и CVmax =95%, то в автоматическом режиме управления ПИД-регулятор будет перемещать клапан строго в пределах от 20 до 95%.

3.5.4 Управление оборудованием

Задача «Управление оборудованием» содержит 6 программ:

— управление маслонасосом;

— управление компрессорами;

— управление задвижками;

— управление вентиляторами;

— управление ТЭНом;

— управление регулирующим клапаном в ручном режиме.

3.5.4.1 Управление маслонасосами

Управление насосом МН может производиться в трех режимах: автоматическом, дистанционном и местном.

В местном режиме включение/выключение насоса выполняется оператором по месту установки насоса (в блоке).

В дистанционном режиме включение/выключение насоса выполняется оператором с экрана ПЭВМ.

В автоматическом режиме контроллер включает или останавливает маслонасос, отрабатывает аварийный останов. В случае необходимости оператор может отключить/включить насос по месту установки

Если насос не находится в состоянии «авария» то контроллер выдает команду «пуск»:

— замыкается дискретный выход «Включить насос» на время, равное Т1;

— по истечении времени Т1 контакт размыкается, и запускается задержка Т2 (ожидание включения насоса);

— по окончанию Т2 осуществляется проверка состояния насоса. Если насос не включился — формируется сигнал «Отказ пуска».

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой