Рисунок 3.3. - Интерфейсный модуль IM 153-3
Для режима резервирования с помощью IM 153-3 выполняются следующие предпосылки следующие предпосылки: DP-Master 1 - центральный процессор CPU 315-2DP и DP-Master 2 - центральный процессор CPU 315-2DP.
* Обрабатывают одну и ту же программу пользователя
* Имеют для IM 153-3 одинаковую параметризацию и конфигурирование.
Рисунок 3.4. - Принцип резервирования PROFIBUS с помощью IM 153-3
IM 153-3 в принципе состоит из 2 подчиненных интерфейсных модулей, модулей PROFIBUS. Оба модуля PROFIBUS взаимно контролируют свои рабочие состояния.
Передача данных пользователя всегда происходит через оба модуля PROFIBUS к соответствующему Master-устройству DP. Один из модулей PROFIBUS всегда активен. Только через этот активный модуль PROFIBUS осуществляется передача данных пользователя непосредственно на выходы или от входов периферийных модулей. Другой модуль пассивен и “находится в состоянии готовности”.
Имеется два способа выполнения переключения между модулями PROFIBUS:
* Если активный модуль PROFIBUS выходит из строя, то IM 153-3 переключается на пассивный модуль PROFIBUS. Тогда передача данных пользователя продолжается с помощью отображения этих данных из памяти.
* DP-Master принудительно переключает с активного на пассивный модуль PROFIBUS (напр., через STOP CPU).
Модули ввода-вывода.
Входные аналоговые модули обеспечивают возможность первичной фильтрации сигналов, а также установку зоны нечувствительности при изменении параметров для сокращения объема пересылаемых данных в систему контроля и управления.
Модули ввода-вывода обеспечивают:
Прием сигналов от следующих датчиков:
Термопар
Датчиков уровня
Расходомеров вихревых
Сигнализаторов уровня
Аналоговых датчиков с сигналом 4 - 20 мА
Дискретных датчиков типа «сухой контакт»
Устройств, обменивающихся информацией по шине PROFIBUS-DP
Формирование управляющих сигналов:
1. 4 - 20 мА для электропневмоклапанов
2. дискретных сигналов постоянного тока = 24 В
Модули позволяют выполнить горячую замену модулей без отключения всей подсистемы. Модули имеют индикаторы состояния, облегчающие диагностику их работоспособности, а также поиск неисправностей. Указанные модули могут работать в тяжелых заводских условиях, в соответствии со стандартом, при температуре окружающей среды от -40 до +70 градусов. Надежность обеспечивается резервированием питания, лини связи с управляющими контроллерами, а также возможность горячей замены блоков питания.
Для согласования различных уровней сигнала процесса используется следующие модули:
Ввода: аналоговые сигналы - SM 331 Ex AIx32 (4-20 mA). Дискретные сигналы - SM 321 DIx32 (24 В), SM 321 DIx16 (24 В).
Вывода: дискретные сигналы - SM 322 DОx32 (24 В). Аналоговые сигналы: SM 332 AOx32(4-20 mA).
Ввода/вывода: дискретные сигналы - SM 323 DOx8/DIx8 (24 В)
Модуль ввода аналоговых сигналов SM 331 Ех AIx32 (4-20 mA) оснащен встроенными искробарьерами.
Для согласования дискретных сигналов переменного тока 220 В со входными дискретными сигналами применяется релейная гальваническая развязка.
3.1.3. Верхний уровень системы управления
Верхний уровень системы управления обеспечивает:
- предоставление информации о ходе технологического процесса в виде числовых значений параметров, цветовой индикации состояния оборудования, технологических сообщений, а также изменения технологических параметров. В качестве форм представления информации используются фрагменты мнемосхем, панели управления, графики, тренды, окна текущих и архивных сообщений и др.;
- диспетчерское и оперативное управление технологическим процессом;
- сбор, хранение и обработку базы данных технологических параметров, архивацию параметров, событий и действий оператора;
- индикацию граничных значений параметров с выдачей сообщений, содержащих полную информацию о параметре;
- индикацию обрыва канала связи с выдачей сообщения, однозначно указывающего канал и др.
В качестве автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора используется рабочая станция - персональный компьютер, выполненный в промышленном исполнении. Основные характеристики: ОС Windows XP Professional, двухъядерный процессор Pentium P-820 (2,8 ГГц), 22'' ЖК-монитор, внешние громкоговорители, 73 Гб SCSI HDD, 1 Гб ОЗУ, 48Х DVD-CDRW Drive, 3 сетевых порта.
На компьютер устанавливаются необходимые драйвера, а также следующее программное обеспечение: Microsoft Office 2007 (обязательная установка MS Access), речевое ядро и речевой синтезатор, для озвучивания событий, поступающих в протокол, пакет STEP7 Lite, SCADA систему InTouch.
Компьютер должен иметь 4 USB порта, к ним присоединяются: клавиатура, мышь, лазерный принтер и источник бесперебойного питания. Отметим, что питание всех компонентов системы управления осуществляется от источников бесперебойного питания ИБП.
Для обеспечения обмена между рабочей станцией и контроллером используется локальная вычислительная сеть (ЛВС) Ethernet - сеть управления SIMATIC, являющаяся выделенной для обеспечения надежности и высокой производительности. Для подключения к внешней ЛВС производства, предоставляется отдельный интерфейс Ethernet в составе интеграционной станции.
Итак, на нижнем уровне обе подсистемы программируемых логических контроллеров работают автономно друг от друга и не зависимо от состояния АРМов операторов-технологов, автоматически и циклически выполняют следующие функции:
сбор, обработку, архивирование информации, поступающей от аналоговых двухпозиционных датчиков о состоянии процесса и оборудования;
вычисление и приведение к нормальному виду значений параметров процесса в соответствии с заданным диапазоном измерений и свойств КИПиА;
реализацию алгоритмов автоматического управления и блокировок с выдачей управляющих воздействий на исполнительные устройства (клапаны, электрические задвижки, электромагнитные пускатели двигателей насосов);
самодиагностику.
В штатном режиме, ПЛК нижнего уровня обменивается информацией с верхним уровнем контроля и управления (АРМами) в объеме:
- прием от АРМов и отработку команд оператора-технолога на изменения режима работы регулятора (автоматическое, ручное), изменения задания для технологических параметров участвующих в контурах управления и процентного открытия регулирующих затворов, дистанционного управления оборудованием, выбор рабочих емкостей, насосов;
- прием от АРМов и обработку команд на изменение состояния деблокирующих ключей для параметров участвующих в блокировках (доступ по паролю начальника установки);
- прием от АРМов и обработку команд по изменению настроек ПИД регуляторов;
- передача информации о состоянии процесса и оборудования на АРМы.
Каждое АРМ состоит из монитора, клавиатуры, мыши или трекбола и предназначено для:
- представления оперативному персоналу информации, поступающей от аналоговых и двухпозиционных датчиков о состоянии процесса и оборудования;
- возможность оценивать состояние технологического процесса, как по мгновенным показателям режима, так и наблюдать динамику изменения параметров во времени по трендам;
- получать сообщения о предупредительной и аварийной сигнализации отклонений технологического процесса от регламентных норм, нарушение в работе силового оборудования;
- возможности проанализировать качество ведения технологического режима по историческим трендам, архивному журналу сигнализации, журналу действий оператора.
3.2 Функциональная схема АСУ ТП
На установках атмосферной перегонки нефть обычно разделяет на четыре дистиллятные фракции - легкий и тяжелый бензин, керосин, дизельное топливо и остаток - мазут. Установка (рис.3.5) состоит из двух колонн - простой К1 и сложной К2. Сложная имеет две отпарных секции КЗ, К4. Перед поступлением в первую колонну К1, обессоленная нефть подогревается в теплообменниках (рис.3.6) г- утилизируя тепло. Верхним продуктом первой колонны является легкая бензиновая фракция и небольшое количество газа. Остальные продукты получаются во второй колонне. Обе колонны обслуживаются общей трубчатой печью П (рис.3.5).
Обессоленная нефть (см.рис.3.6) подается насосом в колонну К1, нагретая предварительно до температуры 200...220°С. Перед этим она делится на два потока. Первый поток утилизирует тепло промежуточного орошения сложной колонны (рис.3.6) последовательно - верхней и нижней ступеней. Второй поток утилизирует тепло сначала керосиновой фракции, затем фракции дизельного топлива и, наконец, мазута.
Рисунок 3.5 Функциональная схема АСУ ТП установки атмосферной перегонки нефти: П - трубчатая печь; К1, К2 - ректификационные колонны; К3, К4 - отпарные колонны; Н1 - Н6 - насосы; С1, С2 - газосепараторы - водоотделители; Т1 - Т13 - теплообменные аппараты различного назначения.
Рисунок 3.6 Функциональная схема АСУ ТП нагрева обессоленной нефти путем утилизации тепла продуктов установки перегонки нефти.
После смешения оба потока поступают в среднюю часть колонны К1. Пары легкого бензина по выходе из К1 конденсируются и охлаждаются в теплообменных аппаратах Т1 и Т2 (рис.3.5) и разделяются в газосепараторе С1. Сконденсированная и отделенная в сепараторе С1 фракция легкого бензина частично отводится из системы насосом Н2, а частично используется в качестве орошения в колонну К1. Частично отбензиненная нефть из колонны К1 забирается насосом Н1 и подается в змеевик трубчатой печи П. Нагретая в змеевиках печи нефть поступает в парожидкостном состоянии, в основную колонну К2, часть её используется в качестве "горячей струи" в колонне К1. Верхним продуктом колонны К2 является более тяжелая бензиновая фракция. Она так же конденсируется охлаждается в теплообменниках ТЗ, Т4 и после сепарации в С2, отводится из системы насосом Н6. Часть её возвращается в колонну в качестве орошения. Следующие фракции - керосиновая и дизельного топлива - выводятся из отпарных колонн КЗ, К4 насосами Н5, Н4. После охлаждения до необходимой температуры в теплообменниках -утилизаторах Т5, Т8, воздушных холодильниках Т6, Т9 и холодильниках Т7, Т10 эти фракции выводятся из системы. Под нижние тарелки отпарных колонн К3, К4 вводится перегретый пар. Тяжелый, неиспаренный остаток нефти, - стекающей с последней тарелки колонны К2, продувается перегретым водным паром. Мазут, освобожденный таким образом от низкокипящих фракций, с низа колонны К2 направляется насосом НЗ для утилизации тепла и охлаждения в теплообменники Т11, Т12, Т13.
Предусмотренное функциональной схемой АСУ ТП автоматическое управление уменьшает вероятность снижения качества продуктов, сокращает потребление энергии, улучшает эксплуатационные показатели работы оборудования. Значительное снижение энергозатрат может быть достигнуто за счет опережающего управления параметрами процесса. Нужно предусмотреть режим управления по ограничениям, который не только защищает технологическое оборудование, но и обеспечивает нормальное его функционирование при соблюдении определенных критериев. Работа установки основана на принципе двукратного испарения. Общий расход нефти стабилизирован по расходу с регистрацией температуры. Распределение нефти по потокам и аппаратам производится на установке открытием исполнительными механизмами соответствующих регулирующих органов. Температурный контроль теплообменных аппаратов позволяет выявлять эффективность работы каждого из них расчетным путем.
3.3. Выбор программного обеспечения автоматизированного рабочего места
Система RSView32 - это интегрированное программное обеспечение человеко-машинного интерфейса (HMI) для сбора данных, оперативного контроля и управления автоматизированными устройствами и технологическими процессами. Производитель RSView32 - компания Rockwell Automation, признанный мировой лидер в области производства комплексных средств для автоматизации. RSView32 - это программный продукт, являющийся одним из компонентов комплекса средств для визуализации технологических процессов View AnyWare компании Rockwell Automation.
ViewAnyWare - это набор операторских интерфейсов, PC-совместимых рабочих станций и ПО, имеющий следующие общие черты:
- высокая надёжность оборудования и ПО;
- интуитивно понятный интерфейс пользователя;
- использование только открытых коммуникационных стандартов;
- совместимость с полным спектром аппаратных платформ Allen Bradley;
- открытая и гибкая архитектура, основанная на DNA for Manufacturing
фирмы Microsoft.
Вообще SCADA - это программное обеспечение, предназначенное для обеспечения помощи инженеру в создании в кратчайшие сроки надежной и быстродействующей системы управления процессом. Именно поэтому пользователей SCADA интересуют прежде всего следующие аспекты ПО для управления:
- удобство разработки проектов;
- производительность;
- коммуникации.
Рассмотрим, как эти требования реализованы в RSView32. Разработка графического представления процесса: система разработки RSView32 использует современные технологии Windows и предоставляет пользователю интуитивно-понятный интерфейс для создания «экранов» - графических представлений участков технологического процесса. Каждый проект RSView может содержать любое количество экранов, каждый из которых отображает ту или иную детализацию управляемого объекта. Экраны RSView32 могут содержать как простые графические объекты (эллипсы, прямоугольники и др.), так и более сложные объекты, такие как тренды или отчеты по сигналам тревоги.
RSView32 предлагает ряд средств и технологий для уменьшения времени разработки и облегчения построения визуализации, среди них:
- объектно-ориентированное проектирование, упрощающее реализацию
проектов;
- большой набор графических библиотек, состоящий из сотен объектов;
- возможность импортировать растровую графику популярных;
графических форматов, а также чертежи и векторную графику, созданные в CorelDRAW или AutoCAD;
- возможность создавать собственные библиотеки графических объектов;