Анализ существующего уровня автоматизации

 

Автоматический контроль и управление технологическими процессами осуществляется централизованно из операторной, с помощью автоматизированной системы управления, созданной на базе пневматического комплекса «Режим» и вычислительного комплекса СМ-2.

Для С-200 в операторной создана своя зона обслуживания (рабочее место оператора).

Рабочее место оборудовано пятью стойками «Режим» и дисплейным модулем.

На стойке «Режим» расположены:

- мнемосхема процесса, с встроенными в нее лампами технологической сигнализации, задатчиками дистанционного и автоматического управления, переключателями дистанционного и автоматического управления;

- многошкальный показывающий прибор по выводу текущего значения параметра;

- пять двухзаписных приборов для постоянной регистрации десяти технологических параметров;

- один двухзаписный прибор для регистрации по вызову любых 12 подключенных к данной стойке технологических параметров;

- табло аварийной сигнализации.

Над щитом расположена мнемосхема процесса со встроенными в нее лампами аварийной сигнализации.

Дисплейный модуль предназначен для связи оператора с вычислительным комплексом. По вызову оператора на дисплей выводится таблица текущих значений параметров по любому из технологических процессов секции.

Вычислительный комплекс осуществляет автоматический сбор, обработку и выдачу информации о ходе технологических процессов. Автоматический опрос датчиков осуществляется с периодичностью один раз в 2, 3 минуты. Информация о мгновенных значениях параметров хранится в памяти машины 48 часов и может выводиться на автоматическую печать по вызову обслуживающего персонала.

Усредненные за час значения технологических параметров представляются в виде режимного листа оператора, который автоматически печатается один раз в смену.

Вычислительный комплекс выполняет также расчет технико-экономических показателей работ установки. Результаты расчета выдаются в виде сменного и суточного рапортов.

С помощью технических средств Режим-1М достигается две цели:

· использование в пневматике агрегатного принципа построения систем;

· централизованный контроль и управление.

Централизованное управление позволяет:

· управлять с одного пульта N-однотипными агрегатами либо цепочкой, взаимосвязанных по технологии агрегатов непрерывного действия;

· обеспечить связь с ЭВМ;

· осуществлять автоматический переход с режима на режим, обходясь минимальным количеством аппаратуры.

КТС Режим-1М может выполнять следующие функции:

а) автоматическая одноконтурная или каскадное регулирование параметров по П или ПИ-закону;

б) контроль по вызову оператора текущих значений параметров, номиналов, управляющих сигналов от задатчиков ручного дистанционного управления на многоканальном приборе;

в) обнаружение технологических и аварийных параметров, передача сообщений оператору через сигнализацию на мнемосхеме;

г) непрерывная регистрация значений важнейших технологических параметров;

д) сигнализация и контроль на общей мнемосхеме N однотипных объектов;

е) централизованный автоматический переход с режима авторегулирования на ручное дистанционное управление и наоборот;

ж) сигнализация об отклонениях параметров для любого из N агрегатов;

з) централизованное управление задатчиками номиналов и задатчиками ручного дистанционного управления исполнительными механизмами.

Агрегатный комплекс КТС Режим-1М содержит два типа стоек:

· операционные аналоговые стойки. В них располагаются приборы контроля регистрации, мнемосхема и органы управления. Операторскую зону контроля и управления образуют операторские аналоговые стойки, панели щита, в которых размещены электрические приборы контроля и регистрации температур, а также устройства защиты;

· функциональные аналоговые стойки. В них осуществляется обработка параметров, результаты которых передаются на операторские аналоговые стойки. Часть результатов обработки поступают постоянно, а часть периодически. Функциональные аналоговые стойки установлены в магнитном зале.

На объекте установлены датчики и первичные преобразователи с выходом в форме стандартного пневматического сигнала. Эти датчики морально устарели, также для них характерна существенная инерционность.

Большая собственная инерционность системы управления недопустима и пагубно влияет на качество регулирования технологических параметров.

С учетом выше перечисленного и инерционностью технологического процесса регенерации складывается такое положение, когда внешне возмущающие факторы успевают изменить гидродинамический режим за время, пока система регулирования вырабатывает управляющие воздействие.

Собственная инерционность системы управления складывается из нескольких составляющих:

· инерционность датчиков и преобразователей;

· инерционность пневматических регуляторов, вырабатывающих управляющие сигналы для исполняющих устройств;

· инерционность линии передачи пневматических информационных сигналов от регуляторов к исполнительным механизмам;

· инерционность линии передачи пневматических информационных сигналов от первичных преобразователей к показывающим приборам и регуляторам, расположенным в помещении операторской;

· самым минимальным быстродействием в существующей системе автоматизации обладают пневматические линии связи, в связи с тем, что их протяженность составляет от 100 до 150 метров.

Недостатками КТС Режим-1М является большая собственная инерционность, а также сложность устроения больших вычислительных устройств. Регистрация показателей приборов осуществляется недостаточно хорошо. Также составляет трудность сортировки и поиска информации, так как это занимает много времени.

В качестве средств полевой автоматики используются следующие приборы, регуляторы, преобразователи:

а) преобразователь термоэлектрический ТХА 9312 предназначен для измерения температуры жидких, газообразных, химически не агрессивных, агрессивных, не разрушающих защитную арматуру, сред газа, раствора установок получения серы, доочистки газа от H₂S и твердых тел в различных отраслях промышленности одноканальным (или двуканальным) неремонтируемым изделием с изолированным (или не изолированным) рабочем спаем.

Основные технические характеристики:

- Рабочий диапазон измеряемых температур от - 40 до + 1000 ⁰С;

- Длина монтажной части 250 мм;

- Исполнение рабочего спая - изолированный;

- Количество чувствительных элементов - 2;

- Масса термопреобразователя не более 32 кг;

- Предельная скорость потока измеряемой среды:

пар - 15 м/с

вода - 0,5 м/с;

б) сигнал с термопар поступает на измерительный преобразователь Ш711. Он предназначен для преобразования сигналов термопар, термоэлектрических преобразователей, термопреобразователей сопротивления, реохордов соответственно в унифицированный сигнал постоянного тока (0-5мА, 0-20мА, 4-20мА). Искробезопасность цепи датчика обеспечивается при работе преобразователя в комплексе с электропневматическими преобразователями ЭПП-12 и другими активными нагрузками, не имеющими собственного питания.

Некоторые технические характеристики Ш711:

· максимальное количество каналов преобразования - 60. Максимальное количество подключаемых термопар - 54, остальных типов первичных преобразователей - 60;

· выходной сигнал Ш711 (0-5мА, 0-20мА, 4-20мА) постоянного тока пропорционален изменению температуры;

· количество аналоговых выходов - 16;

· общее количество выходов сигнализации (Ш711 обеспечивает сравнение результата преобразования с уставкой и сигнализацию отклонения в виде замыкания бесконтактного ключа) - 80;

· количество уставок, адресуемых одному входному сигналу - до 4;

· максимальные токи и напряжения, коммутируемые ключами - 50мА и 30В соответственно;

· максимальная скорость опроса каналов Ш711 - 20 каналов в секунду;

· источник питания преобразователей - сеть переменного тока с напряжением 220В и частотой 50Гц;

· употребляемая мощность не превышает 15Вт;

· основная погрешность не более 1%;

· средний срок службы Ш711 - 8 лет;

в) прибор контроля пневматический многоканальный ППМ-20П обслуживает все контуры контроля на установке. Этот прибор предназначен для контроля по вызову сигналов «переменная» и «задания», измеряемых в абсолютных единицах, и сигналов ДУ и ИМ - в кгс/см³, где ДУ - выходной сигнал задатчиков, а сигнал ИМ - выходной сигнал регуляторов [3].

При передаче на прибор сигнала вызова в его смотровом окне появляется шкала, соответствующая вызванной на контроль переменной. В приборе контроля ППМ-20П может быть установлено до 20 шкал с различными единицами измерения. Входные аналоговые сигналы должны быть стандартного диапазона (20¸100 кПа), а сигналы вызова шкал (110¸140 кПа).

г) унифицированный сигнал постоянного тока (0¸5 мА) с преобразователя Ш711 поступает на электропневматический преобразователь ЭПП-12. Этот прибор предназначен для преобразования унифицированного непрерывного сигнала постоянного тока в унифицированный пропорциональный непрерывный пневматический сигнал (в данном случае - сигнал давления воздуха (0,2¸1 кгс/см²)). ЭПП-12 применяется для связи электрических аналоговых приборов и систем регулирования с пневматическими приборами и системами [3];

д) после электропневматического преобразователя ЭПП-12 пневмосигнал поступает на прибор, контролирующий и регистрирующий ПКР-2 двухшкальный, пневмосигнал на выходе которого составляет (0,2¸1 кгс/см²);

Прибор контроля пневматический регистрирующий ПКР-2:

· количество входов: 2;

· электропитание прибора: ~220 В;

· пневмопитание прибора: 140 кПА;

· количество переменных, которое можно подключить к каждому входу: до 5;

е) для измерения расхода установлены дифманометры типа 13ДД11.

Дифманометр представляет собой преобразователь, основанный на принципе силовой компенсации и состоящий из двух блоков: мембранного измерительного блока с жидкостным заполнением и однорычажного преобразователя. Разность давлений, подаваемых к камерам «+» и «-» измерительного блока, преобразуется в измеряемое усилие на 2-х мембранном чувствительном элементе, шарнирно связанным с рычагом вывода.

Под действием измеряемого усилия рычаг вывода поворачивается на небольшой угол вокруг опоры, образованной двумя тягами и упругой мембраной вывода, и перемещает заслонку индикатора рассогласования относительно сопла, питаемого сжатым воздухом. Возникший в линии сопла сигнал управляет давлением, поступающим с пневмореле в сильфон обратной связи и в линию выхода. Пружина корректора нуля служит для компенсации усилия, развиваемого сильфоном обратной связи при отсутствии перепада давления, а также для установки выходного сигнала 0,2 кгс/см при отсутствии перепада давления.

Преобразователь измерителей разности давлений пневматический 13ДД11:

· входной сигнал: от 0 до номинального значения;

· входной сигнал: (0,2¸1 кгс/см²);

· давление воздуха питания по ГОСТ 13053-76: РПИТ.=(1,4±0,14 кгс/см²);

· расход воздуха питания в установившемся режиме: 8 л/мин.;

· условия работы:

1) температура: -50⁰С…+50⁰С без конденсации влаги;

2) вибрация (5¸80 Гц);

3) ускорение: до 10 м/сек.;

4) дождь: до 5 мм/мин.;

· класс точности преобразования: 1,0;

· средний срок службы: 8 лет;

ж) для измерения давления установлен пневматический преобразователь избыточного давления МС-П1. Каждый преобразователь состоит из пневмосилового преобразователя и измерительного блока. Принцип действия преобразователя основан на пневмосиловой компенсации измеряемого давления или разряжения, которое преобразуется на чувствительном элементе измерительного блока в пропорциональном усилии, которое автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением сжатого воздуха в сифоне обратной связи. Это давление является выходным сигналом преобразователя:

· верхний предел измерений: 106 кгс/см²;

· предел допускаемой основной погрешности: 0,5 или 1%;

з) для измерения уровня используется дифманометр ДСП-3. Дифманометр сильфонный пневматический предназначен для измерения перепада давлений:

· пневматический выходной сигнал: (0,2¸1) кгс/ см²;

· давление воздуха питания: Р_пит.=(1,4±0,14) кгс/ см².

2.2 Техническое задание на создание системы автоматизации

 

Можно составить техническое задание на основании выведенной формулировки задачи, ее декомпозиции и выделенных недостатках на существующем уровне автоматизации. С помощью технического задания будет в дальнейшем создана система автоматизации управляющего вычислительно комплекса (УВК).

Необходимо модернизировать систему автоматизации, и к УВК, проектируемой АСУ ТП вместе с приборами полевой автоматики, предъявляются следующие требования [4]:

· высокое быстродействие, уменьшение собственной инерционности системы;

· обеспечение связи с ЭВМ;

· удобство контроля и обслуживания оборудования;

· повышение точности регулирования для улучшения качества получаемых продуктов;

· обеспечение пожаро- и взрывобезопасности оборудования;

· наличие приборов в государственном реестре Республики Казахстан;

· все приборы должны отвечать метрологическим требованиям и стандартам;

· приборы должны быть искрозащищенного исполнения, так как необходимо учесть специфику данного производства;

· эксплуатационные характеристики приборов такие как, стабильность показаний и надежность.

В связи с этими требованиями система автоматизированного управления должна выполнять следующие функции:

) контроль над технологическим процессом, состоянием технологического оборудования и управление процессами и оборудованием с помощью средств «полевой» автоматики (сбор показаний датчиков);

) преобразование сигналов с датчиков;

) вторичная обработка принятой информации (показаний аналоговых и дискретных датчиков);

) графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме (динамизированные мнемосхемы, таблицы, тренды);

) диагностика и сигнализация нарушений и аварийных ситуаций с их протоколированием;

) ведение истории состояния центробежных насосов гидросмесителей;

) локальное регулирование - стабилизация расходов полупродуктов в аппараты;

) каскадное регулирование - стабилизация плотности в сливе мешалок сгущенной пульпы;

) реализация алгоритма динамического согласования потоков горячей воды и алгоритма распределения этих потоков по ниткам;

) расчет и прогноз сводных технологических и технико-экономических параметров и оперативный контроль над ними в часовом, сменном и месячном разрезах.

Алгоритмы расчета включают в себя решение систем нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений.

а) обмен информацией с общезаводской управляющей сетью ПЭВМ, с серверами и другими рабочими станциями сети;

б) дистанционное управление регулирующими исполнительными механизмами;

в) архивирование и представление значений измеренных и расчетных величин.

Реализация последних двух функций (9 и 10) возлагается на общезаводскую информационно-управляющую систему.

Из измерительной цепи необходимо исключить приборы, вносящие инерционность и неточность показаний, и заменить их более точными. Для этого пневматические приборы необходимо исключить или заменить на электрические. В то же время необходимо сократить число средств полевой автоматики, в целях минимизации затрат на автоматизацию.