Материал: Автоматизация производственного процесса получения серы на установках доочистки отходящих газов У-07,08 Оренбургского ГПЗ

Наибольшее внимание на мнемосхеме уделяется запорно-регулирующей арматуре, а также позициям, на которых установлены датчики технологического процесса.

Элементы, участвующие в автоматизации: трубопроводы, запорно-регулирующая арматура, - сделаны динамическими объектами, свойства которых (видимость, цвет, анимированные возможности) меняются в соответствии с выполняемыми операциями процесса.

При помощи мнемосхем осуществляется контроль за основными параметрами технологического процесса. Для этого в оформлении мнемосхемы присутствуют динамические элементы индикаторы физических параметров процесса, связанные с соответствующими технологическими параметрами.

2.6.2 Разработка контуров управления

Программное обеспечение FoxCAE (Control Application Engineering) полностью использует графический интерфейс пользователя Microsoft Windows, оно организует процесс разработки базы данных управления в ряд окон для каждой из главных задач или в рабочие области. Когда вы открываете базу данных проекта, система открывает окно рабочих областей, в котором представлены функции системы (рисунок <file:///C:\Documents%20and%20Settings\User\Рабочий%20стол\Информация%20для%20диплома\Foxboro\FoxDocRus\Applications\FoxCae\mr_01.htm> 2.6.6).позволяет перемещаться от одной функции к другой, не закрывая первую задачу и возвращаясь в главное меню или окно. Каждое окно рабочей области обеспечивает набор пиктограмм, позволяющих переходить от задачи к задаче.

Рисунок 2.6.6 - Окно рабочих областей FoxCAE

FoxCAE обеспечивает графическую среду для создания контуров управления, которые, в свою очередь, генерируют базу данных компаундов и блоков, которые нужно загрузить на станцию управления системы I/A Series.

Контуры создаются с помощью редактора контуров управления путем выбора блоков управления и идентификации входов и выходов технологического процесса. Чтобы автоматизировать данный процесс, FoxCAE обеспечивает оперативные библиотеки с заранее сконфигурированными данными управления, которые можно выбрать, чтобы создать контур управления.

Используя возможности программы FoxCAE, были разработаны простейшие контура управления на языке функциональных блоков (Function Block Diagrams, согласно стандарту IEC 61131-3), которые представлены на рисунках 2.6.7 и 2.6.8 соответственно.

Краткое описание функциональных блоков.

Блок аналогового ввода (AIN) принимает входной сигнал от одной точки (объекта управления), который может быть аналоговым, частотно-импульсным или от интеллектуального полевого устройства типа Fieldbus (FBC) или модуля Fieldbus (FBM или от другого блока, и преобразует его в подходящую форму для применения в стратегии управления системы I/A Series. Входной сигнал, поступающий на данный блок, представляет оцифрованные данные из блока управления оборудованием (ЕСВ) модуля FBM, а выходной сигнал представляет значение, выраженное в соответствующих физических единицах измерений.

Блок AIN сопрягается с блоком ЕСВ, который хранит значения, поступающие от модуля FBM или FBC, принимая аналоговые электрические сигналы, число-импульсные или частотно-импульсные входные сигналы. Во время каждого цикла обработки модуль FBM или FBC передает значения на соответствующий блок ЕСВ в управляющем процессоре (FСР), и блок AIN считывает его рабочее состояние, состояние канала и входные данные из блока ЕСВ для указанной точки. После выполнения проверки на достоверность, блок AIN преобразует необработанные данные канала в число с плавающей запятой в физических единицах измерений, в соответствии со сконфигурированным индексом преобразования сигнала (SCI), верхним и нижним значениями шкалы диапазона физических единиц измерений и любым указанным преобразованием единиц измерений или опцией фильтрации. Данный выходной сигнал представляет собой параметр Point (PNT) в стратегии управления. Его исходное значение, представленное в блоке ЕСВ, сохраняется и доступно в виде выходного параметра Raw Count (RAWC).

Блок PIDЕ (блок ПИД-регулирования с алгоритмом настройки EXACT) обладает дополнительными функциями, в том числе функцией самонастройки, по сравнению с традиционными функциями трехчленного связанного ПИД-регулятора. Часть данного блока, выполняющая ПИД-регулирование, и расширенные характеристики совпадают с блоком PID, за исключением того, что блок PIDXE не поддерживает параметра MODOPT.

Блок аналогового вывода (AOUT) обеспечивает возможность вывода одного аналогового значения, направленного в любой модуль Fieldbus (FBM) или модуль FBC), способный управлять аналоговыми выходными сигналами, для применения в стратегии управления системы I/A eries. Данный блок поддерживает автоматический и ручной режимы работы, преобразование (нормирование) сигнала, смещение диапазона и балансировку выходного сигнала. Также данным блоком поддерживается каскадная инициализация и возможность диспетчерского управления.

На блок AOUT подается входной сигнал из параметра MEAS (Измерительный сигнал). Если активизирован режим диспетчерского управления, входной сигнал подается из параметра SUP_IN. Данный входной сигнал факультативно масштабируется и смещается с помощью параметров MSCALE (Масштабный коэффициент) и BIAS (Коэффициент смещения шкалы). Функция использования последнего достоверного значения обеспечивается как для входного сигнала, так и для смещения шкалы.

Затем масштабированный и смещенный сигнал модифицируется путем добавления терма сброса балансировки выходного сигнала, который инициализируется при переходе из состояния сохранения последнего достоверного значения параметра MEAS или BIAS или при замыкании каскада. После инициализации данный терм балансировки передается в каждый последующий цикл обработки блока, так что он затухает с откликом, характеризуемым задержкой первого порядка. После того как результирующий сигнал будет ограничен рабочими пределами параметров HOLIM (Верхний предел выходного сигнала) и LOLIM (Нижний предел выходного сигнала), он становится доступным для применения в стратегии управления в виде параметра OUT (Выходной сигнал). Значение параметра OUT может быть факультативно использоваться блоком для линеаризации сигнала, поступающего из модуля FBM, в соответствии с индексом SCO, а результат сохраняется в параметре RAWC Raw Count (Исходный код, выраженный в импульсах счета). Если к блоку подключен модуль FBM или FBC, значение параметра RAWC передается в указанную точку аналогового выхода.

Рисунок 2.6.7 - Контур регулирования уровня

Модуль FBM передает данные, полученные от датчика уровня, на вход блока AIN, которые обработав их передает на свой выход точки (PNT). Данный выход связан с измерительным входом (MEAS) блока ПИД-регулятора. PIDE осуществив обработку полученного сигнала в соответствии со своим алгоритмом, уставками (вход дистанционной уставки (RSP) связан с входом уставки (SPT) блока), коэффициентами настройки (которые могут быть получены с использованием алгоритма самонастройки EXACT) и т.д. передает результат на выход (OUT) и соответственно на измерительный вход блока AOUT. Выходной блок логически связан с выходным модулем FBM, что позволяет ему передать результат обработки информации в модуле PIDE на выходной модуль FBM.

Для осуществления функции обратной связи некоторые выходы блока PIDE связаны с выходами блока AOUT, а именно, инициализация входа (INITI) с инициализацией выхода (INITO) и обратно вычисленный вход (BCALCI) и сброс обратной связи (FBK) с обратно вычисленным выходом (BCALCO).

Блок дискретного (контактного) ввода (CIN) обеспечивает стратегию управления с возможностью ввода одного дискретного входного сигнала или вывода одного дискретного выходного сигнала в любом модуле Fieldbus (FBM) или модуле FBC, содержащих такие сигналы. Данный блок также обеспечивает функции обработки аварийных сигналов, касающиеся такого ввода.

Блок CIN сопрягается с блоком управления оборудованием (ЕСВ), который хранить значения дискретных входных или выходных сигналов от модуля FBM или FBC. Во время каждого цикла обработки блок представляет значение указанной дискретной точки как свой выходной сигнал, называемый дискретным (контактным) входным сигналом (CIN). Когда ни модуль FBM, ни FBC не подключены, в качестве входного сигнала блока используется другой блок, подключенный к входному параметру IN. Блок CIN обеспечивает факультативную инверсию точки, сигнализацию неисправности ввода/вывода (Bad I/O), сигнализацию нарушения состояния (State), обработку изменения состояния и автоматический и ручной режимы работы.

Блок дискретного (контактного) вывода (COUT) обеспечивает возможность вывода одного дискретного состояния, направленного в любой модуль Fieldbus (FBM) или модуль (FBC), способный управлять дискретными выходными сигналами, для применения в стратегии управления системы I/A Series. Выполняет хранение выходного дискретного сигнала и его адресацию и, в случае инвертирования, обеспечивает инвертирование сигнала.

В направлении исходящих сигналов, блок СOUT принимает двоичное значение из схемы управления, или от оператора, и передает его в адресуемую точку модуля FBM или FBC. В направлении входящих сигналов, подтвержденная блоком структура выходного сигнала позволяет обратно считать любое изменение значения внешнего устройства с помощью этого блока системы I/A Series. Таким образом, логика блока позволяет изменить значение точки с двух сторон, при этом обе стороны всегда остаются синхронизованными.

В автоматическом режиме блок СOUT принимает дискретный входной сигнал от схемы управления, расположенной вверх по потоку данных, на входе параметров (IN). В ручном режиме, блок принимает двоичное значение от оператора, обычно через дисплейный диспетчер (Display Manager) cистемы I/A Series или дисплей FoxView, для параметра уставки (SET). Блок посылает это значение в адрес устройства, указанного в параметре Point Number (Номер точки), (PNT_NO).

Блок General Device (GDEV) обеспечивает двухпозиционное управление (Открыть/Закрыть) электрическими и пневматическими клапанами, а также двухпозиционное управление (Пуск/ Останов) электродвигателями с двухпроводными или трехпроводными схемами.

Блок поддерживает двухпроводную конфигурацию, используя один постоянный (sustained) выход, или трехпроводную конфигурацию, используя два импульсных выхода.

В качестве контроллера открытия/закрытия клапана, блок поддерживает двухпозиционное управление (Открыть/Закрыть) в ручном или автоматическом режимах в зависимости от состояния параметра МА. В ручном режиме принимаются запросы оператора на открытие/закрытие клапана. В автоматическом режиме принимаются запросы на открытие/закрытие клапана от другого блока или задачи.

В качестве контроллера электродвигателя, блок поддерживает двухпозиционное управление (Пуск/Останов) в ручном или автоматическом режимах в зависимости от состояния параметра МА. В ручном режиме принимаются запросы оператора на Пуск/Останов электродвигателя. В автоматическом режиме принимаются запросы на Пуск/Останов электродвигателя от другого блока или задачи. Вы задаете длительность выходного импульса.

Положение клапана контролируется концевыми выключателями в полностью открытом и полностью закрытом положениях. Состояние электродвигателя контролируется концевыми выключателями в полностью работающем и полностью остановленном состояниях.

Входной сигнал обратной связи состояния клапана или электродвигателя используется вместе с параметром сигнализации нарушения таймаута. Входной сигнал состояния клапана или электродвигателя поступает от блока CIN или MCIN, или факультативно от модуля Fieldbus (FBM). Если активизирован параметр таймаута, происходит сигнализация нарушения, когда запрос на требуемое состояние клапана или электродвигателя не совпадает с обнаруженным состоянием в течение заданного пользователем временного интервала.

Блок GDEV может считывать сигналы концевого выключателя прямо из модуля FBM или через входные параметры. Данный блок может передавать дискретные (контактные) выходные сигналы прямо в модуль FBM или через выходные параметры. При считывании сигналов концевых выключателей непосредственно из модуля FBM и передаче дискретных выходных сигналов в модуль FBM вы должны использовать один и тот же модуль FBM.

Обнаружение дублирующего выходного канала предназначено для того, чтобы предупредить вас, что данный блок и еще один блок дискретного вывода подключены к одной выходной точке. Это не обязательно приводит к конфликту, так как другой блок может находиться в компаунде, который не предназначен для работы в то же время, что и компаунд, содержащий данный блок GDEV, или дублирующее соединение специально предусмотрено для работы сложной схемы управления. К блокам дискретного вывода относятся COUT, MCOUT, GDEV, MTR, VLV, MOVLV и MDACT.

Проверка на наличие дублирующего выходного канала также выполняется при перезагрузке управляющего процессора (СР). Она не выполняется при включении или выключении компаунда.

Рисунок 2.6.8 - Контур управления отсекателем

Модуль FBM передает данные, полученные от датчика концевого выключателя, на вход блока CIN, который, обработав их, передает на вход концевого выключателя блока GDEV. Этот блок сравнивает их с требуемым положением отсекателя и выдает необходимый сигнал на свой дискретный выход COUT. AUTDSR показывает, что блок автоматически отслеживает требуемое состояние отсекателя, о чем сигнализирует индикатор DSRIND.

2.6.3 Разработка алгоритмов управления

При функционировании системы алгоритмы обрабатывают команды оператора, изменение параметров, входные параметры, поступающие от устройств ввода/вывода и выдают управляющее воздействие на исполнительные механизмы, а также сообщения оператору.

Алгоритмы по каждому исполнительному механизму составлены с учетом их подключения к устройствам ввода/вывода, подвода питания, а также функциональных задач, реализацию которых обеспечивает данный исполнительный механизм. Исполнительный механизм может находиться в автоматическом режиме или ручном/дистанционном режиме. При отработке алгоритма учитываются: возможный запрет по блокировке, время отработки каждой стадии, появление отказа.

Выдача команд управления на исполнительные механизмы производится с последующим контролем их выполнения, для чего запускается таймер на время, отведенное на выполнение команды. Если подтверждение приходит раньше установленного времени, то команда считается отработанной. Если после времени задержки подтверждение не пришло, то выдается сообщение об ошибке.