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

В качестве дисплейных рабочих станций почти всегда используются персональные компьютеры в обычном или промышленном исполнении, оснащенные одним или несколькими мониторами с большими экранами.

Системная сеть может иметь различную структуру: шину, кольцо, звезду; она часто подразделяется на сегменты, связанные между собой, коммутаторами, повторителями и маршрутизаторами. Информация, передаваемая по сети, достаточно специфична и может представлять собой как периодические, так и случайные во времени короткие сообщения. К передаче сообщений предъявляются жесткие требования: они гарантированно должны доставляться адресату, а для сообщений высшего приоритета, например, предупреждающих об авариях, также следует обеспечить указанный срок передачи сообщений. Так что предпочтительные методы доступа к системной сети основываются на передаче маркера или на взаимодействии узлов сети по модели "ведущий/ведомый" ("Master/Slave").

Если применяется метод случайного доступа к сети, то во время возникновения аварийной ситуации может произойти резкое одномоментное увеличение числа экстренных сообщений и, как следствие, возникнуть затор в сети, что приводит не только к задержке доставки сообщений адресату, но и к их частичной потере.

2.1.2 Анализ рынка фирм-производителей ПЛК и РСУ

На российском рынке ПЛК и РСУ (DCS) работают все международные лидеры - производители данной продукции: ABB, Emerson, General Electric Fanuc Automation, Foxboro, Honeywell, Metso Automation, Moore Products, Omron, Rockwell Automation, Siemens, Yokogawa, Schneider Automation и др. Всего порядка 15 фирм, каждая из которых предлагает от двух до пяти контроллерных средств разных классов.

Около 20 зарубежных производителей меньшего масштаба имеют российских дилеров, внедряющих их контроллерные средства на российских предприятиях (Koyo Electronics, Tornado, Triconex, PEP, Trey, Control Microsystems, GF Power Controls и др.).

Более 20 российских предприятий конкурируют с зарубежными производителями в разных классах контроллерных средств ("Автоматика", ДЭП, "Импульс", "Инсист Автоматика", "Интеравтоматика", "Квантор", НИИтеплоприбор, "НВТ-Автоматика", ПИК "Прогресс", "Саргон", "Системотехника", ТЕКОН, "Электромеханика", ЭМИКОН и др.).

Поскольку российские предприятия комплектуют контроллерные средства зарубежными микропроцессорами, стандартными сетями, типовым системным и прикладным программным обеспечением, то продукция отечественного производства оказывается вполне конкурентоспособной по сравнению с импортными аналогами. К сожалению, при этом ее стоимость также становится сопоставимой с зарубежными изделиями.

2.1.3 Методика выбора контроллера

Критерии оценки можно разделить на три группы:

1            количество каналов ввода/вывода;

2        быстродействие;

          уровни напряжения входов/выходов;

          напряжение изоляции;

- эксплуатационные характеристики:

1            диапазон рабочих температур;

2        относительная влажность воздуха;

- потребительские качества:

1            производительность;

-      время выполнения операции;

-   функциональность;

2            надежность;

-   наработка на отказ (MTBF);

-   среднее время восстановления (MTTR);

3            затраты;

-        стоимость приобретения;

-   стоимость эксплуатации;

-   массогабаритные характеристики.

При этом критериями выбора считать потребительские свойства, т.е. соотношение показателей затраты/производительность/надежность, а технические и эксплуатационные характеристики ограничениями для процедуры выбора.

Так как характеристики между собой конфликтны, т.е. улучшение одной характеристики почти всегда приводит к ухудшению другой, необходимо для каждой характеристики  определить весовой коэффициент , учитывающий степень влияния данной характеристики на полезность устройства.

Терминология и состав критериев оценки ПЛК приведены в соответствии с основными положениями квалиметрии и стандартами качества (ГОСТ 15467-79).

Выбор аппаратуры производится в четыре этапа:

- определение соответствия технических характеристик предъявленным требованиям;

-   определение соответствия эксплуатационных характеристик предъявленным требованиям;

-   оценка потребительских свойств выбираемой аппаратуры;

-   ранжирование изделий.

На первом и втором этапах каждая техническая эксплуатационная характеристика анализируемого изделия сравнивается с предъявленными к проектируемой системе требованиями и если характеристики соответствуют поставленной задаче, проводится оценка потребительских свойств ПЛК.

Для этого используется аддитивный метод оценки, когда суммарная оценка каждой группы свойств (затраты/производительность/надежность) вычисляется по следующей формуле:

,(2.1)

где ,  - нормированные прямые и обратные характеристики выбираемого изделия (переход к относительным характеристикам);

 - весовые коэффициенты характеристик;

l - число прямых характеристик, n-l - число обратных характеристик.

Для прямой характеристики  - наилучшие,  - наихудшие значения оцениваемого свойства. Для обратных характеристик наоборот. Значения текущих оцениваемых характеристик должны лежать в диапазоне ££.

Определение весовых коэффициентов для характеристик ПЛК является одной из самых ответственных задач, т.к. именно от их правильной величины зависит достоверность результатов анализа. Для нахождения усредненной оценки каждого коэффициента может быть рекомендована следующая методика экспертных оценок.

Составляется сводная анкета эксперты-коэффициенты (рисунок 2.1.1), в которой проставляются полученные от каждого эксперта ненормированные коэффициенты весомости по шкале от 0 до 10.

Рисунок 2.1.1 - Сводная анкета эксперты-коэффициенты

Определяются среднеарифметические значения ненормированных коэффициентов для каждой группы характеристик:

, при

Затем значения нормированных весовых коэффициентов по группам характеристик ПЛК:

В результате анализа потребительских свойств аппаратуры составляется таблица изделия-потребительские свойства, которая содержит исходные данные для выбора ПЛК.

Ранжирование изделий, т.е. расположение их в порядке возрастания (или убывания) соотношения показателей затраты/производительность/надежность целесообразно проводить по формуле:

.(2.2)

В связи с тем, что объектом автоматизации являются установки Оренбургского ГПЗ, входящего в состав ООО “Оренбурггазпром”, то в качестве РСУ САУ был выбран ПТК I/A Series фирмы Foxboro, а в качестве СПАЗ - контроллер Trident фирмы Triconex. Выше изложенная методика не применялась, т. к. выбор контроллеров этих фирм является одним из требований по автоматизации РАО “Газпром”.

2.2 Разработка структурной схемы АСУ ТП

Наибольшая эффективность управления достигается при объединении отдельных систем, действующих на предприятии, в единую интегрированную АСУ, сочетающую функции управления технологическими процессами (блоками, установками) с функциями управления процессами производства в целом. Такая интеграция систем управления дает возможность существенно повысить эффективность производства, поскольку общий системный эффект значительно превышает простую сумму эффектов раздельно функционирующих систем.

Структура АСУ ТП У-07,08 определена, исходя из характеристик технологических процессов установки, номенклатуры и характеристик технологического оборудования, а также выполняемых системой функций. Структурная схема представлена на рисунке 2.1 и плакате №4.

АСУ ТП У-07,08 является системой централизованного контроля и управления технологическими процессами доочистки отходящих газов процесса Клауса методом Сульфрен с функционально распределённой, территориально сосредоточенной иерархической структурой.

АСУ ТП У-07,08 включает в свой состав три уровня управления:

- верхний уровень - уровень оперативного персонала (операторов-технологов) установки У-07,08;

- нижний уровень - уровень системы автоматического управления (САУ) и систем противоаварийной защиты (ПАЗ) установок У-07,08;

-   уровень полевого оборудования КИП и А.

Первые два уровня системы располагаются в операторном помещении цеха с целью обеспечения удобства обслуживания ПТК и защита его от несанкционированного доступа.

Верхний уровень системы. Функции управления на уровне операторов-технологов установки У-07,08 выполняются в автоматизированном режиме реального времени.

На уровне операторов-технологов с использованием программно-технических средств АСУ ТП осуществляется оперативный контроль за текущим состоянием и режимами работы технологического оборудования У-07,08, изменение режимов его работы (при необходимости), выдача уставок по регулированию технологических параметров, дистанционное управление исполнительными механизмами, обмен информацией с нижним уровнем системы.

Реализация функций верхнего уровня АСУ ТП У-07,08 осуществляется с автоматизированного рабочего места оператора-технолога, оборудованного операторской (рабочей) станцией серии AW70 компании Foxboro.

АРМ оператора-технолога размещается в операторной 2-й очереди ОГПЗ и объединяется в полносвязанную (mesh) локальную вычислительную сеть.

Рисунок 2.1 - Структурная схема АСУ ТП У-07,08

Нижний уровень системы. На уровне САУ и системы ПАЗ в автоматическом режиме обеспечивается контроль, регулирование и управление технологическими процессами, поддержание заданных режимов работы.

Нижний уровень АСУ ТП У-07,08 строится по организационно-технологическому принципу и состоит из системы автоматического управления установки У07-08 и системы противоаварийной защиты У-07,08. Система включает в свой состав специальные технические средства контроля и управления (ПЛК, модули ввода/вывода, коммуникационные модули, агрегатная автоматика и т.п.), устанавливаемые в аппаратном помещении операторной второй очереди ОГПЗ.

Выделение в составе АСУ ТП У-07,08 подсистемы ПАЗ обусловлено необходимостью достижения высокой надежности системы защиты.

Система ПАЗ обеспечивает:

- контроль над параметрами, определяющими взрывобезопасность технологического объекта управления (цеха);

-   контроль работоспособности средств ПАЗ;

-   постоянный анализ изменения параметров в сторону критических значений и предупреждение возможных аварий;

-   противоаварийное действие средств ПАЗ, прекращающих развитие опасной ситуации.

Система ПАЗ базируется на отдельном ПЛК Trident и имеет свои каналы ввода/вывода сигналов. Надежность системы ПАЗ обеспечивается аппаратным резервированием, временной и функциональной избыточностью и наличием функции самодиагностики программно-технических средств.

2.3 Описание функционирования системы

Для функционирования системы управления выделены следующие типовые каналы измерения и управления.

Канал измерения температуры.

Канал измерения температуры предназначен для достоверного получения значения измеряемой температуры.

Состоит из датчика температуры, линии связи, платы ввода сигналов, функционального программного модуля.

Датчик температуры - термопреобразователи ТХА, выдают миливольтовый сигнал. Искробезопасность электрической цепи обеспечивается встроенным барьером искробезопасности и искробезопасным источником питания. Для получения значения температуры в системе в физических единицах, для использования в функциях управления и отображения конфигурируется программный модуль аналогового ввода, где указываются шкала, ед. измерения, и может проводиться фильтрация сигнала и проверка на диапазоны сигнализации.