Комплекс технических средств системы обработки информации

Большинство промышленных предприятий страны нуждается в модернизации автоматизированных систем управления технологическими процессами. Действующие АСУ ТП, созданные 30 лет назад базировались на мини-ЭВМ, которые сегодня физически и морально устарели. Впрочем, интерес к построению высокоэффективных и надежных систем диспетчерского управления и сбора данных ощутим во всем мире. К этому подталкивает, с одной стороны, прогресс области вычислительной техники, программного обеспечения, телекоммуникаций, а с другой, непомерно возросшая роль «человеческого фактора» в возникновении аварий и иных ЧП в различных отраслях промышленности.

При учете нефти и нефтепродуктов измеряют массу или объем и параметры качества — плотность, содержание балласта (воды, солей, механических примесей, серы), упругость паров и другие параметры, устанавливаемые техническими условиями, стандартами на продукт, или соглашением между продавцом и покупателем.

В зависимости от целей, преследуемых при учете, условно различают оперативный и коммерческий учет нефти и нефтепродуктов.

Оперативный учет производится в пределах предприятия с целью оперативного контроля или оценки результатов производственной и хозяйственной деятельности отдельных подразделений — бригад, участков, установок, промыслов и т. д.

Коммерческий учет производится при операциях поставки-приемки (купли-продажи) нефти и нефтепродуктов между предприятиями — поставщиками (продавцами) и потребителями (покупателями).

Методы, технические средства и требования к точности измерений при оперативном и коммерческом учете неодинаковы. При оперативном учете они могут устанавливаться самими предприятиями или объединением (корпорацией), в состав которого они входят. При коммерческом учете требования к используемым методам измерений, средствам измерений, точности измерений и организации учета определяются стандартами и принятыми в установленном порядке другими нормативными документами и соглашениями сторон.

При учете нефти и нефтепродуктов результат измерений может выражаться как в единицах объема, так и массы. Во многих, в том числе развитых странах учет ведется в единицах объема. В России принято вести учет в единицах массы. Каких-либо существенных преимуществ определения количества нефти в объемных или массовых единицах не имеется и тот факт, что в разных странах используют разные единицы, можно скорее объяснить сложившимися традициями.

Для учета нефти и нефтепродуктов используется два основных метода измерения: статические измерения и динамические измерения.

Статические измерения заключаются в следующем:

· какое-то количество продукта наливают в емкость (резервуар, мерник, цистерну и т. д.), предназначенную для хранения, транспортировки или специально для учета продукта;

· определяют каким-либо известным методом количество продукта (например, объемно-массовым методом, непосредственным взвешиванием и т. д.);

· отбирают пробу продукта;

· по результатам измерений вычисляют объем или массу продукта и по пробе определяют параметры качества.

Практически учет состоит из следующих последовательных операций:

· заполнение резервуара продуктом;

· подготовка резервуара к учетным операциям (отстой, слив «подтоварной воды»);

· проведение учетных операций;

· откачка продукта из резервуара;

· подготовка резервуара к приему продукта (измерение остатка и т. д.).

Для учета продуктов на магистральных трубопроводах при непрерывной перекачке больших объемов необходимо большое количество резервуаров, которые поочередно используются для проведения указанных операций. Кроме того, эти операции трудно поддаются автоматизации и для их выполнения требуется большое количество обслуживающего персонала. Поэтому в настоящее время статические измерения используются в ограниченном объеме в основном при отгрузке или приеме нефти и нефтепродуктов в железнодорожных цистернах, в танкерах и т. д. При добыче, транспортировании и поставках нефти на нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ), перекачке продуктов по нефтепродуктопроводам используются динамические измерения. При динамических измерениях, как видно из названия, количество и параметры качества нефти измеряются в динамике в процессе перекачки по нефтепродуктопроводу. Для измерения параметров потока применяются поточные приборы — счетчики-расходомеры, плотномеры и анализаторы качества. Динамические измерения позволяют почти полностью автоматизировать процесс учета, резко сократить капитальные и эксплуатационные затраты и повысить точность учета продукта. Какова должна быть точность учета нефти? На первый взгляд кажется, что чем точнее учет, т. е. чем меньше погрешность определения массы нефти, тем лучше. В самом деле, погрешность учета нефти представляет собой неопределенность, которая может включать в себя любые виды потерь: прямые потери, приписки и т. д. Причем, знак погрешности (положительный или отрицательный) не имеет никакого значения, т.к. положительная погрешность для одной стороны (например, поставщика) будет отрицательной для другой стороны (потребителя). В любом случае появляется возможность покрытия потерь или приобретения некоторого несуществующего количества продукта той или другой стороной. Довольно большие количества такой существующей только «на бумаге» нефти и нефтепродуктов циркулируют в документах и по ним производятся взаимные расчеты.

С этой точки зрения погрешность измерения массы нефти или ее какая-то доля может быть приравнена к прямым потерям. Если повысить точность измерений, то разность между прежним и достигнутым значениями погрешности можно рассматривать как дополнительное количество нефти, сэкономленное и введенное в народнохозяйственный оборот. Однако, беспредельно повышать точность учета невозможно, т.к. снижение погрешности измерений связано с затратами средств на научно-исследовательские и другие работы по совершенствованию методов и средств измерений, реконструкции объектов, замене устаревшего оборудования и т. д. Причем, затраты средств растут не пропорционально снижению погрешности, а гораздо быстрее. Может настать момент, когда затраты на снижение погрешности измерений достигнут и даже превысят получаемую от этого экономию. Дальнейшее снижение погрешности возможно только при использовании более совершенных и дешевых средств измерений. Таким образом, точность учета нефти и нефтепродуктов должна выбираться с учетом состояния, стоимости, возможностей используемых технических средств измерений и достигаемого при этом экономического эффекта.

Целью данного дипломного проекта является замена узлов оперативного учета на узлы коммерческого учета для повышения требований к используемым методам измерений, средствам измерений и точности измерений. [1]

1. Назначение и цели создания системы

1.1 Назначение АСУТП

Полное наименование разрабатываемой системы — Автоматизированная система управления технологическим процессом жидких и газообразных сред ОАО «ТАИФ-НК»

Сокращенное название системы — АСУЖГС ОАО «ТАИФ-НК».

АСУ ЖГС предназначена для коммерческого учета в автоматизированном режиме количества жидких и газообразных сред на установке каталитического крекинга:

— методом переменного перепада давления с погрешностью, не превышающей значений, установленных ГОСТ Р 8.586.2−2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств.

1.2 Цели реконструкции АСУТП

Реконструкция АСУТП преследует следующие цели:

­ повышение качественных показателей продукции;

­ уменьшение вероятности возникновения аварийных ситуаций;

­ облегчение условий и повышение культуры труда технологического персонала за счет предоставляемого системой сервиса;

­ уменьшение количества выполняемых технологическим персоналом функций за счет их автоматизации;

­ повышение качества и быстродействия регулирования и, как следствие, достижение высокого уровня стабилизации технологических режимов;

­ повышение производительности установки за счет улучшения качества регулирования и управления технологическим процессом;

­ повышение информационного обеспечения технологического и эксплуатационного персонала;

­ повышение надежности работы самой системы управления, за счет применения современных технических устройств на основе электронных и вычислительных средств и наличия самодиагностики;

­ уменьшение материальных и энергетических затрат.

Достижение вышеозначенных целей будет способствовать также улучшению экологической обстановки в районе установки.

Подтверждение соответствия проектных решений действующим нормам и правилам техники безопасности, пожарои взрывобезопасности.

При проектировании системы учтены:

­ категория объекта по пожарной опасности — А;

­ класс взрывоопасности на наружных установках — В-1г;

­ класс взрывоопасности в помещениях с технологическим оборудованием — В-1а.

2. Характеристика объекта автоматизации

2.1 Общая характеристика производства

В состав объекта автоматизации входят следующие объекты:

· Узел учета обесоленной воды на УКК из сети ТЭЦ-1

· Узел учета перегретого пара на УКК из сети ОАО «НКНХ»

· Узел учета водорода на УКК от НПЗ ОАО «НКНХ»

· Узел учета азота среднего давления на УКК из сети ОАО «НКНХ»

· Узел учета технологического воздуха на УКК из сети ОАО «НКНХ»

Объектами управления и контроля являются:

· Клапан электромагнитный взрывозащищенный, регулирующий (FV-56 331)

· Узел учета обесоленной воды на УКК из сети ТЭЦ-1

· Узел учета перегретого пара на УКК из сети ОАО «НКНХ»

· Узел учета водорода на УКК от НПЗ ОАО «НКНХ»

· Узел учета азота среднего давления на УКК из сети ОАО «НКНХ»

· Узел учета технологического воздуха на УКК из сети ОАО «НКНХ»

2.2 Технические характеристики средств измерений АСУ ЖГС

1) СИК жидких и газообразных сред на основе метода переменного перепада давления.

В состав данной СИК входят:

на установке каталитического крекинга:

· ИК химобесоленной воды — измерительный трубопровод (Ду 150) на котором установлены:

— сужающее устройство ДКС10−150-А/Б-1 (поз. FE-39 331, Ду 150);

— преобразователь избыточного давления модели EJA 430A (поз. PT-39 231) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…2,5 МПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь разности давления модели EJA 110A (поз. FT-39 331) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…16 кПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь термоэлектрический модели ТХК 9312.052−03 (поз. TE-39 131) фирмы «Эталон», Омск (пределы измерения 0…+100 ^оС);

· ИК перегретого пара — измерительный трубопровод (Ду 300) на котором установлены:

— сужающее устройство ДКС10−300-А/Б-1 (поз. FE-39 332, Ду 300);

— преобразователь избыточного давления модели IGP10-T22D1E (поз. PT-39 232) фирмы «Foxboro» (пределы измерения 0…1,6 МПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователи разности давления модели IDP10-T22C01E (поз. FT-39 332−1, пределы измерения 0…63 кПа, выходной сигнал 4 — 20 мА) и IDP10-T22B01E (поз. FT-39 332−2, пределы измерения 0…6,3 кПа, выходной сигнал 4 — 20 мА) фирмы «Foxboro»;

— преобразователь термоэлектрический модели ТХК 9312.052−23 (поз. TE-39 132) фирмы «Эталон», Омск (пределы измерения 0…+400 ^оС);

· ИК водорода — измерительный трубопровод (Ду 50) на котором установлены:

— сужающее устройство ДКС10−80-А/Б-1 (поз. FE-56 331, Ду 80);

— преобразователь избыточного давления модели EJA 430A (поз. PT-56 231) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…10 МПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь разности давления модели EJA 110A (поз. FT-56 331) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…40 кПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь термоэлектрический модели КТХК 01.04-C10-H-8−80/80 (поз. TE-56 130) фирмы «Тесей» (пределы измерения −40…+100 ^оС);

· ИК азота среднего давления — измерительный трубопровод (Ду 100) на котором установлены:

— сужающее устройство ДКС10−100-А/Б-1 (поз. FE-58 301, Ду 100);

— преобразователь избыточного давления модели EJA 430A (поз. PT-58 231) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…1 МПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь разности давления модели EJA 110A (поз. FT-58 301) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…4 кПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь термоэлектрический модели ТХК 9312.052−03 (поз. TE-58 131) фирмы «Эталон», Омск (пределы измерения −40…+100 ^оС);

· ИК воздуха технологического — измерительный трубопровод (Ду 200) на котором установлены:

— сужающее устройство ДКС10−200-А/Б-1 (поз. FE-58 302, Ду 200);

— преобразователь избыточного давления модели EJA 430A (поз. PT-58 232) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…1 МПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь разности давления модели EJA 110A (поз. FT-58 302) фирмы «Yokogawa» (пределы измерения 0…25 кПа, выходной сигнал 4 — 20 мА);

— преобразователь термоэлектрический модели ТХК 9312.052−13 (поз. TE-58 132) фирмы «Эталон», Омск (пределы измерения 0…+100 ^оС);

Описание технологического процесса АСУЖГС Продукт поступает на входной коллектор, проходит через измерительную линию, затем поступает на выходной коллектор. [2]

3. Комплекс технических средств системы обработки информации

3.1 Структурная схема СОИ

автоматический управление измерение обработка

Нижний уровень Системы включает датчики технологических параметров, клапан электромагнитный взравозащищенный.

В системе АСУЖГС используются:

· датчики температуры производства ОАО «Эталон» город Омск;

· датчики давления производства ООО" Йокогава Электрик";

· преобразователи разности давления производства ООО" Йокогава Электрик" и фирмы «Foxboro».

Средний уровень предусматривает измерение расхода, температуры, давления и автоматический контроль и управление клапаном электромагнитным взрывозащищенным.

· измерение технологических параметров;

· сигнализацию верхнего и нижнего уровней параметров сред;

· управление электромагнитом клапана электромагнитного взравозащищенного;

· сигнализацию состояния клапана;

· контроль безопасности и аварийная защита технологического оборудования.

Измерение технологических параметров сред, контроль и управление реализуется на базе автономного контроллера ROC 809 фирмы «Emerson Process Management» (США / Канада).

Пограмно-технические средства среднего уровня обеспечивают работу по заранее заданным параметрам и уставкам.

Информационная связь ROC 809 с АРМ оператора реализуется по последовательному каналу связи (интерфейс RS485).

Верхний уровень системы предназначен для персонала оперативно-производственных служб. Он обеспечивает прием информации с нижнего уровня, оперативное управление технологическим процессом и архивацию событий данного проекта.

Операторская станция реализует следующие функции данного проекта:

1) контроль состояния технологических объектов управления в реальном масштабе времени и хода технологического процесса;

2) контроль состояния и регулирования расхода;

3) сигнализация отклонений технологического процесса;

4) управление клапаном в дистанционном режиме;

5) защита информации от несанкционированного доступа;

6) введение технологической базы данных;

7) регистрация в базе данных истории изменения значений параметров во времени (исторические тренды);

8) регистрация в базе данных сообщений о нарушениях технологического процесса;

9) возможность оценивать состояние процесса измерения, как по мгновенным показаниям параметров режима, так и наблюдать динамику изменения параметров во времени по трендам;

10) представления оперативному персоналу информации, поступающей от датчиков о состоянии процесса и оборудования;

11) возможности проанализировать качество ведения технологического режима по историческим трендам, архивному журналу сигнализации, журналу действий оператора;

12) передачи в контроллеры вводимых оператором команд по управлению процессом измерения;

13) ведение исторических архивов;

14) Печать сообщений о нарушениях технологического процесса.

3.2 Функции СОИ в целом

Функции замера, расчета и выдачи информации о коммерческом расходе и параметрах измеряемой среды обеспечивает система обработки информации.

СОИ обеспечивает сбор и обработку информации со всех первичных преобразователей расхода, температуры, давления.

СОИ обеспечивает подачу управляющих сигналов на элементы управления АСУЖГС, а также контролирует диапазон измеряемых величин и, при выходе значения сигнала за пределы рабочего диапазона, обеспечивает отработку аварийных алгоритмов.

СОИ выполняет следующие функции:

— измерение в автоматическом режиме, индикацию и сигнализацию предельных значений расхода сред, температуры и давления;

— измерение в автоматическом режиме, индикацию и сигнализацию предельных значений температуры сред;

— автоматизированное, дистанционное управление запорной арматурой;

— сигнализацию положения запорной арматуры (открыта, (наличие напряжения цепей управления));

— хранение и отображение на операторской станции (ОС) измеренных и расчетных значений контролируемых параметров;

— защиту системной информации от несанкционированного доступа программными средствами (введением паролей доступа) и механическим опломбированием соответствующих конструктивов и блоков;

— самодиагностику измерительных линий и блоков обработки информации;

— ведение и архивирование журнала событий системы (переключения, аварийные сигналы, сообщения об ошибках и отказах системы и ее элементов), журнала оператора. [3]

3.3 Контроллер ROC 809

3.3.1 Общее описание прибора

Автономный контроллер ROC809 представляет собой микропроцессорный контроллер, применяемый для широкого ряда задач полевой автоматики. Контроллер ROC809 очень удобен для любых приложений требующих общего логического и последовательного управления, архивации данных, работы с большим количеством коммуникационных портов, ПИД управлением и измерения расхода при работе с использованием вплоть до двенадцати расходомеров.

3.3.2 Программно-аппаратные средства

Контроллер ROC809 является очень современным и гибким устройством, снабженным объединительной платой, к которой присоединяются центральный процессор (CPU), модуль источника питания, модули коммуникационных плат и модули ввода / вывода. ROC809 имеет девять слотов для модулей, три из которых, могут использоваться для модулей коммуникационных плат.

ROC809 питается напряжением 12 вольт пост. тока (номинал) от сетевого источника питания или другого источника питания на 12 В пост. тока. Источник питания должен иметь предохранитель и присоединяться к клеммам BAT+ и BATОсновная схема (процессор, источник питания и объединительная плата) потребляет ток не менее 70 мА. Модуль источника питания имеет возможность экономить энергопотребление используя переключение на напряжение 3,3 В пост. тока, которое идет на питание модулей ROC809 через объединительную плату. Для штатной работы контроллера ROC809 требуется напряжение от 11,25 до 16 вольт пост. тока.

Клеммы CHG+ и CHGиспользуются для аналогового входа и они позволяют Вам контролировать напряжение, например, внешнего источника сигнала. Напряжение, которое может быть приложено к клеммам CHG+ / CHG — находится в пределах от 0 до 18 вольт пост. тока.

Клеммы AUX+ / AUX — могут быть использованы для питания внешних устройств, таких как радиоприемник или соленоид. Клеммы AUXSW+ и AUXSW — также могут использоваться для питания внешних устройств. Клемма AUXsw+ отключается, когда на клеммах BAT+ и BAT обнаруживается напряжение конфигурированное программой.

Внутренняя резервная литиевая батарея CR2430 на 3 вольта фирмы Sanyo обеспечивает сохранение данных и работу часов реального времени, когда основное питание не присоединено. Батарея имеет минимальный ресурс в один год после установки батареи, когда она используется для питания ROC809. Батарея имеет ресурс десять лет после установки батареи, когда она не используется для питания контроллера ROC809 или когда батарея вынимается из контроллера.

Контроллер ROC809 поддерживает различные коммуникационные протоколы: ROC Plus, Modbus, и Modbus с расширениями Электронное измерение расхода (EFM).

Рисунок 1−1 показывает корпус ROC809 с установленными модулями ввода / вывода и модулями коммуникационных плат. Пластиковый корпус из ABS (акрилонитрил бутадиен стирен) имеет крышки для защиты клемм для подводящих проводов. Корпус имеет рейку DIN для монтажа на панели или в месте выделенным пользователем.

Процессор (Центральное устройство по обработке данных) содержит микропроцессор, программно-аппаратные средства, разъем для присоединения к объединительной плате, три встроенных коммуникационных порта из них два со светоизлучающими диодами (СИД), кнопку обнаружения снижения напряжения питания с СИД, кнопку RESET (переустановка), разъемы для лицензионного ключа, СИД STATUS показывающий состояние системы и главный процессор.

Рисунок 3.1. Модульный блок ROC809

Для удовлетворения разнообразных требований по вводу / выводу сигналов может быть добавлено максимум девять модулей ввода / вывода.

Модули ввода / вывода могут иметь:

¦?Аналоговые входы (AI).

¦?Аналоговые выходы (AO).

¦?Дискретные входы (DI).

¦?Дискретные выходы (DO).

¦?Реле дискретного выхода (DOR).

¦?Импульсные входы (PI) — Высокой / низкой частоты.

¦?Входы для термопары J и K типов (T/C).

ROC809 предоставляет до шести коммуникационных портов. Три коммуникационных порта являются встроенными:

¦ Местный интерфейс оператора (LOI) — Местный порт EIA-232 (RS-232D).

¦ Ethernet — Порт Comm1 для использования с улучшенным программным обеспечением DS800.

¦ EIA-232 (RS-232C) — Порт Comm2 для асинхронной последовательной коммуникации по точкам (источникам сигнала). Модули коммуникационных плат имеют дополнительные порты для соединения с головным компьютером или другими устройствами и включают:

¦ Модуль EIA-232 (RS-232C) — Устанавливается в порт Comm3 — Comm5 для асинхронной последовательной коммуникации по точкам содержит в себе поддержку Data TerminalReady (DTR) (готовность терминала данных), поддержку Ready To Send (RTS) (готовность к пересылке) и управление питанием радиостанции.

¦ Модуль EIA-422/EIA-485 (RS-422/RS-485) — Устанавливается в порт Comm3 — Comm5 для многоточечных асинхронных последовательных коммуникаций.

¦ Модуль для Многопараметрического сенсора (MVS) — Устанавливается в порт Comm3 — Comm5 (до шести MVS сенсоров на интерфейсный модуль и до двух модулей на контроллер ROC809).

¦ Телефонный модем — Устанавливается в порт Comm3 — Comm5 для коммуникаций по телефонной сети (14,4K V.42 bis с пропусканием 57,6 Кбит/сек).

Модули ввода / вывода и коммуникационных плат легко устанавливаются в слоты для модулей.

Модули могут выниматься и устанавливаться при включенном устройстве (непосредственная перекачка), модули могут устанавливаться прямо в неиспользуемый слот модуля (непосредственная установка) и модули самоидентифицируются конфигурационным программным обеспечением ROCLINK 800. Модули имеют эффективную защиту от короткого замыкания и от перенапряжения, а также сами перенастраиваются после устранения дефекта.

Программно-аппаратные средства, которые находятся во внешней памяти имеющей возможность только чтения (ROM), содержат операционную систему, протокол коммуникаций ROC Plus и прикладное программное обеспечение. Модуль процессора имеет SRAM (Статическую память произвольного доступа) с питанием от батареи для сохранения конфигураций, результатов, аварийных сигналов и архивные события. Программно-аппаратные средства операционной системы ROC800-серий имеют полную операционную систему для Автономного контроллера ROC809. Программно-аппаратные средства в ROC809 лучше работают в полевых условиях при использовании последовательного соединения или LOI.

Программно-аппаратные средства поддерживают:

· Выполнение задания.

· Часы реального времени.

· Базу данных входа / выхода.

· ?Архивную базу данных.

· Рабочую базу данных.

· Коммуникационные платы.

· Прикладные программно-аппаратные средства.

· Измерительную станцию.

· Возможность самотестирования.

Программно-аппаратные средства дают возможность широко использовать параметры конфигурации, которые для ROC809 конфигурируются с использованием программного обеспечения для конфигурирования ROCLINK 800.

ROC809 использует операционную систему реального времени, базирующуюся на сообщениях с упреждением, и многозадачностью для встроенного оборудования, а также программно поддерживаемой защитой памяти при выполнении задания. Задания определяются по приоритетам и в любое заданное время операционная система определяет, какое задание будет выполняться. Например, если выполняется задание низкого приоритета, операционная система прекращает выполнение задания низкого приоритета и переходит в выполнению задания высокого приоритета, а затем возобновляет выполнение задания низкого приоритета. Это более эффективно по сравнению с архитектурой типа «временной разбивки».

ROC809 считывает и записывает в устройство информацию о каждой Точке. Точка представляет собой программно-ориентированный термин для канала ввода / вывода или для некоторых других функций, таких как вычисления расхода. Точки определяются набором Параметров. Номер точки указывает физическое расположение для ввода / вывода или логическое требование для точек без ввода / вывода внутри контроллера ROC809. Тип точки определяет для точки базу данных, которая доступна для контроллера, работающего с одним из возможных типов точек. Комбинация Типа точки, Номера точки и Параметра дает характеристику точки в пределах каждой базы данных контроллера ROC809. В ROC809 эти три параметра могут быть использованы для идентификации отдельной части данных и иногда упоминаются как TLP (Тип, Логика, Параметр)

База данных ввода / вывода содержит информацию о точках ввода и вывода, поддерживаемых программно-аппаратными средствами операционной системы включая Аналоговые входы системы, входы многопараметрического сенсора (MVS) и модули ввода / вывода (I/O).

Программно-аппаратные средства автоматически определяют Тип точки и расположение Номера точки для каждого установленного модуля ввода / вывода. В базе данных каждый вход и выход обозначается точкой и для заданных значений, состояний или идентификаций включает определенные пользователем конфигурационные параметры. Программно-аппаратные средства просматривают каждый вход, размещая значения для соответствующих точек в базу данных.

Эти значения доступны для вывода на дисплей и для резервирования.

Для просмотра по требованию или сохранения файла производится резервирование конфигурированной базы данных измеренных или вычисленных значений. Архивная база данных может быть использована для проверки в соответствии с API Каждая точка в архивной базе данных может конфигурироваться к резервированным значениям по различным схемам, таким как усреднение или накопление в соответствии с типом точки имеющей базу данных.

Архивная база данных делится на сегменты (максимум 11). Каждый сегментов базе данных может конфигурироваться для резервирования выбранной точки в различных временных интервалах. Архивная база данных содержит до 200 точек в количестве сегментов, доходящем до 11, всего около 197 000 записей (равно или более значений для 35 дней из 24 часов для 200 точек). Каждый сегмент может иметь различное число периодических записей, а также запись в различные оговоренные часы. Сегменты могут просматриваться непрерывно или включаться и выключаться по выбору. Например, для возможности управления простая Таблица последовательности функций (FST) могла быть записана в архивный сегмент, в котором собраны данные по минутам.

В последние 450 данных записывается журнал регистрации, изменения в данных характеристического параметра и циклы включения-выключения питания. В последние 450 данных также записывается наличие аварийного состояния и дата возникновения аварийного состояния или состояния без поступления данных. Данные могут просматриваться и сохраняться в виде файла или распечатываться с использованием конфигурационной программы ROCLINK 800.

Для поддержки последовательных коммуникаций и коммуникаций по радио или телефонному модему при работе с местными или дистанционными устройствами, такими как головной компьютер, операционная система использует протокол ROC Plus. Этот протокол построен очень похоже на протокол ROC300/400/500, но он не совместим с протоколом ROC 300/400/500. Для получения большей информации обращайтесь в местное торговое представительство.

Контроллер ROC809 также поддерживает другие коммуникационные протоколы, такие как RTU и ASCII Modbus. Протокол RTU устанавливается для Удаленного терминала и протокол ASCII устанавливается для Американского стандартного кода в Информационном обмене. Это позволяет контроллеру ROC809 легко интегрироваться в существующие системы или входить как контроллер в устройства Modbus.

Программа ROCLINK 800 обеспечивает доступ к контроллеру ROC809. Может храниться максимум 16 идентификаторов журналов регистрации (ID). Для коммуникации соответствующим образом с ROC809 идентификатор (ID) журнала регистрации входящий в программу ROCLINK 800 должен быть согласованс идентификаторами хранящимися в контроллере ROC809.

Программно-аппаратные средства операционной системы поддерживают прикладные программно-аппаратные средства предоставляемые на Flash ROM. Прикладные программно — аппаратные средства включают: Калькуляторы расхода Американской газовой ассоциации (AGA) со стационарной опорой, пропорциональное, интегральное и дифференциальное управление (PID), FST (ы), улучшение коммуникаций Спонтанным сообщением посредством исключения (SRBX) и дополнительную языковую программу IEC 61 131−3 языка (программное обеспечение DS800).

Программно-аппаратные средства дают возможность использовать следующие методы вычисления расхода газа:

· AGA 3 — Измерительная диафрагма.

· AGA 7 — Турбинные расходомеры (ISO 9951).

· AGA 8 — Сжимаемость. Подробно (ISO 12 213−2), Том I (ISO 12 213−3) и Том II.

Полные вычисления для вплоть до 12 расходомеров выполняемые методом AGA8 сис пользованием подробной калькуляции с учетом сжимаемости могут производиться каждую секунду.

Вычисления AGA3 выполняются по методам, описанным в докладе № 3 Американской газовой ассоциации Измерительная диафрагма для природного газа и других углеводородных газообразных сред. Методом вычисления, основанным на второй и третьей редакциях является 1992 AGA3.

Вычисления AGA7 выполняются по методам, описанным в докладе № 7 Американской газовой ассоциации Измерение газа турбинным расходомером и используя метод AGA8 для определения коэффициента сжимаемости.

Метод AGA8 вычисляет коэффициент сжимаемости на основе понятий физической химии для смеси газов при определенных температурах и давлениях.

Использованные программно-аппаратные средства ПИД управления обеспечивают Пропорциональное, Интегральное и Дифференциальное (ПИД) управление для контроллера ROC809 и могут использоваться для устойчивой работы 16 контуров управления, в которых применяется устройство для регулирования, например, управляющий клапан.

Программно-аппаратные средства в ROC809 устанавливают алгоритм ПИД (контур). Контур ПИД имеет, определяемый пользователем, собственный вход, выход и учет пер грузки. Типичным примером для управления ПИД является поддержка параметра процесса на точке уставки. Если конфигурирование выполнено для управления ПИД в учетом перегрузки, то обычно первичный контур связан с управлением устройства для регулирования. Когда изменение в выходном сигнале первичного контура становится меньше или больше (выбирается пользователем), чем изменение в выходном сигнале, вычисленном для вторичного контура (при перегрузке), контур, работающий с перегрузкой, управляет регулирующим устройством. Когда условия перегрузки не возникают длительное время, первичный контур снова используется для управления устройством. Также доступны параметры, чтобы заставить работать ПИД управление либо с двумя контурами, либо заставить его оставаться работать на одном контуре.

Коммуникация с исключением случайного сообщения (SRBX) позволяет ROC809 следить за аварийными условиями и обнаруживать аварийное состояние, а также автоматически сообщать об аварии на головной компьютер. Это может выполняться при любых возможных коммуникационных линиях — телефонный модем или последовательная коммуникация — в том случае, когда головной компьютер устанавливается для получения информации от полевых устройств.

Использование программно-аппаратных средств Таблицы последовательности функций (FST) обеспечивает возможность аналогового и дискретного последовательного управления с контроллером ROC809. Программное управление обеспечивается в FST, которое определяет действия, выполняемые ROC809 при использовании последовательности выполнения функций.

FST работает при использовании редакции FST конфигурационного программного обеспечения ROCLINK 800.

Базовым строительным блоком FST является функция. Функции организуются в последовательность шагов для образования алгоритма управления. Каждый функциональный шаг может состоять из названия, команды и ассоциированных аргументов. Название используется для идентификации функций и позволяют в пределах FST выполнить определенные шаги. Команды выбираются из библиотеки математических, логических и других команд. Команды идентифицируются по имени, состоящем до трех букв или символов. Наконец, аргументы функции дают доступ к точкам ввода / вывода процесса и к восстановленным значениям в реальном времени. Функция может иметь аргумент нуль, единица и два.

Редактор FST дает рабочую область, которая доступна для ввода до 500 функций в каждой из шести FST (полное число до 3000 линий). Каждая функция вводится в редактор в следующем по номеру шаге.

3.3.3 Конфигурационное программное обеспечение ROCLINK 800

Конфигурационное программное обеспечение ROCLINK? 800 является программой основаннойна операционной системе Windows. ROCLINK? 800 обеспечивает воможность следить заработой, конфигурировать и калибровать автономные контроллеры серии ROC800.

Программа ROCLINK 800 имеет стандартный, легкий в использовании интерфейс Windows®.

Навигационный интерфейс типа дерево обеспечивает быстрый и легкий доступ к функциям.

Программа ROCLINK 800 используется для:

· Конфигурирования и просмотра точек ввода / вывода (I/O), вычисления расхода, выполнения измерения, управления контурами ПИД, просмотра параметров системы характеристик управления питанием.

· Восстановления, сохранения и описания архивных данных.

· Восстановления, сохранения и описания событий и аварийных состояний.

· Выполнения калибровки по пяти точкам на аналоговых входах и входах для многопараметрических сенсоров.

· Выполнения защиты пользователя.

· Создания, сохранения и редактирования графических дисплеев.

· Создания, сохранения, редактирования и отлаживания Таблиц последовательности функций (FST) для каждой из 500 линий

· Установки параметров коммуникации при прямом соединении, телефонных модемах других методах коммуникации.

· Конфигурирования параметров Modbus.

· Установки управления питанием радиостанции.

· Обновления программно-аппаратных средств.

Подобным образом конфигурированные расходомеры могут группироваться в станции. Самое большое преимущество использования станций состоит в конфигурировании и оповещении.

Конфигурирование производится для каждого расходомера. В результате для убыстрения обработки данных исключаются излишние данные по расходу в пределах станции.

Расходомеры могут группироваться на двенадцать станций (максимум) в любой комбинации.

Расходомеры относятся к одной станции, когда они работают с одним составом газа и имеют одни методы вычисления.

Станции делают возможным:

· Установку различных контрактных часов для каждой станции.

· Объединение нескольких индивидуальных расходомеров как части станции.

· Конфигурирование от одного до двенадцати расходомеров для каждой станции.

3.4 Операторная

3.4.1 Функции операторной

Операторская станция располагается в операторной ОАО «ТАИФ-НК» и предназначена для использования в качестве рабочего места оператора-технолога.

Операторская станция выполняет следующие функции:

— представление оперативному персоналу информации, поступающей от датчиков о состоянии процесса и оборудования;

— оценка состояния процесса измерения, как по мгновенным показаниям параметров режима, так и наблюдением динамики изменения параметров во времени по трендам;

— получение сообщений о предупредительной и аварийной сигнализации отклонений технологического процесса от регламентных норм, нарушений в работе силового оборудования;

— анализ качества ведения технологического режима по историческим трендам, архивному журналу сигнализации, журналу действий оператора;

— передача в контроллеры вводимых оператором команд по управлению процессом измерения.

3.4.2 ПК операторской станции

Операторская станция (ОС) строится на базе персонального компьютера (ПК) DELL Optiplex фирмы «DELL» (США). ПК строится на базе процессора Pentium 4 с тактовой частотой 3,2 ГГц и включает в свой состав:

— оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) объемом 512 Мб;

— видеокарта 128 Мб;

— накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) с объемом памяти 80 Гб;

— 20″ жидкокристаллический цветной монитор DELL 2001FP;

— сетевой порт Ethernet;

— устройство чтения / записи компакт-дисков (DVD/CD-RW);

— операционную систему Windows XP Professional;

— звуковые колонки;

— плата последовательного интерфейса МОХА СР 114;

— принтер лазерный HP LaserJet 1320.

3.4.3 Операционная среда

В качестве операционной среды для операторской станции используется операционная система Windows XP Professional. Использование программного обеспечения СОИ не требует внесения изменений в конфигурацию операционной системы. Вытесняющая многозадачность, многопроцессорность и многопоточность, страничная организация виртуальной памяти, поддержка симметричной многопроцессорной обработки (SMP), встроенные сетевые возможности обеспечивают высокую производительность Windows XP. Система защиты доступа Windows XP предотвращает несанкционированный доступ к приложениям и данным, и реализуется с помощью протокола безопасности IP Security Protocol для защиты сетей, расширенного протокола аутентификации EAP и протокола идентификации пользователей Kerberos. Отказоустойчивая файловая система NTFS, в которой все файловые операции основаны на транзакциях, обеспечивает возможность возврата к нормальному состоянию в случае сбоя.

3.4.4 Операторский интерфейс Centum CS3000

В качестве операторского интерфейса для проектирования и визуализации системы автоматического управления используется программно-технический комплекс Centum CS3000 фирмы YOKOGAWA electric (Япония) на базе контроллеров Yokogawa.

Оператор следит за ходом технологического процесса по графическим изображениям (мнемосхемам) объекта автоматизации, отображаемым на мониторе станции оператора. Вызов мнемосхем на экран и управление объектом производится с помощью мыши (трекбола) и специализированной клавиатуры фирмы YOKOGAWA.

Клавиатура оператора предназначена для эксплуатации в промышленных условиях и отличается высокой защищенностью от вредных воздействий и надежностью.

Общий вид клавиатуры оператора представлен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2

Станция оператора связана с объектом управления (полем) через полевую станцию управления (контроллер), в которую закладывается все технологическое программное обеспечение. Контроллер принимает измерительные токовые сигналы с поля, пересчитывает их в реальные числовые значения, размещает эту информацию у себя в памяти и передает ее операторским станциям.

Контроллер является ядром системы и его отключение приводит к потере управления объектом. В связи с этим он питается от источника бесперебойного питания (UPS), который гарантирует его работу при падении напряжения в сети в течение определенного времени. Оператор может увидеть состояние UPS на соответствующей мнемосхеме.

Для каждого датчика в системе существует программный модуль, отвечающий за ее работу. В функции этого модуля входит:

отображение информации о состоянии технологического параметра;

выдача аварийных сообщений в случае какого-либо отклонения от нормы.

Такие модули называются в системе приборами или функциональными блоками.

Каждый прибор имеет свое уникальное системное имя (например, PI185), название и так называемую панель управления. Она представляет собой специальное окно, с помощью которого можно наблюдать за состоянием прибора.

В системе существует несколько групп сообщений:

аварийные сообщения о технологическом процессе;

системные сообщения.

Появление любого сообщения сопровождается звуковым сигналом.

Имеется общий архив, в который помещается вся информация о работе системы за некоторый период. Каждое действие оператора над каким-либо прибором отражается в этом архиве.

В систему входят средства для хранения и отображения данных за прошедшие периоды времени. К ним относятся тренды (графики) и рапорты.

К каждому пульту оператора могут быть подключены принтеры (локально или по сети), позволяющие вывести на печать практически любую информацию о работе системы.

3.4.5 Визуализация

Различаются два вида окон: системные; пользовательские.

Системные окна являются стандартными и не зависят от объекта автоматизации. Их использование будет описано ниже.

Пользовательские окна относятся к конкретному технологическому процессу и имеют иерархическую структуру. Они подразделяются:

обзорные окна;

графические окна (мнемосхемы);

тренды (графики);

панели управления приборами.

На верхнем уровне находятся общие мнемосхемы объекта. Из них можно получить доступ к конкретному участку производства — средний уровень в иерархии. Самый нижний уровень составляют панели управления.

Специальные кнопки на верхней рабочей панели и дублирующие их клавиши функциональной клавиатуры оператора позволяют передвигаться вверх и влево — вправо по этой структуре. Вызов окон верхнего уровня, как правило, осуществляется клавишами функциональной клавиатуры с номерами. Окна нижнего уровня вызываются из окон верхнего уровня нажатием левой кнопки мыши (трекбола) в определенное место мнемосхемы (кнопку или изображение клапана, насоса и др.).

В процессе работы оператору постоянно приходится передвигаться по иерархической структуре окон. Ниже эта процедура будет описана более подробно.

3.5 Щит контроля № 1

Щит контроля № 1 (ЩК1) находится в помещении операторной УКК. В ЩК1 размещены

— контроллеры расхода ROC809 (A1 и A2);

— блоки питания 24 В;

— электроаппаратура цепей сигнализации и питания (барьеры искробезопасности, выключатели автоматические).

4.5.1 Общий вид и состав ЩК1 представлен в документе 84−2006;269-АТ.Н1.

4.5.2 Габаритные размеры ЩК1 — 800Шх1500Вх500Г. Размеры щита приведены с учетом цоколя высотой 100 мм.

4.5.3 Масса ЩК1 приблизительно равна 160 кг.

4.5.4 Потребляемая мощность 600 ВА (220 В, 50 Гц). [4]

4. Электротехническая часть

4.1 Исходные данные

Технические решения по электротехнической части проекта приняты в соответствии с решениями технологической части проекта, с учетом действующих норм и правил проектирования.

Максимальная мощность, потребляемая АСУ ЖГС — 400 ВА.

Электропитание технических средств СОИ осуществляется от однофазной сети переменного тока 220 В (плюс 10%, -15%).

4.2 Силовое электрооборудование

Категория электроснабжения АСУ ЖГС — первая категория надежности.

Электропитание СОИ АСУ ЖГС обеспечивается от существующих источников бесперебойного питания (ИБП) переменным током напряжением 220 В и частотой 50 Гц.

Существующие источники бесперебойного электропитания, обеспечивают питание контроллеров, всех преобразователей, барьеров, подключенных к СОИ не менее 30 минут с момента отключения напряжения питания.

4.3 Защитное заземление

Все внешние части оборудования, находящиеся под напряжением по отношению к корпусу, имеют защиту от случайного прикосновения персонала при проверке и эксплуатации.

Защитное заземление обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Внешнее заземление приборов выполняется непосредственным их соединением с заземляющим устройством.

Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 4 Ом.

После окончания монтажа сопротивление заземляющих устройств должно быть уточнено по данным непосредственных замеров.

4.4 Функциональное заземление

Функциональное заземление служит для снижения влияния на измерительные цепи наведенных (индуцированных) помех.

Контур функционального заземления представляет собой совокупность локальных корпусных шин, подключенных к объединительному проводнику шины функционального заземления.

Контур функционального заземления гальванически не связан с контуром защитного заземления.

Сопротивление заземляющих устройств функционального заземления не должно превышать 2 Ом.

К функциональному заземлению подключаются:

— экраны кабелей полевых и межщитовых соединений (экраны кабеля подключается только с одной стороны);

— общий провод измерительных или логических цепей ввода-вывода, не имеющих гальванической развязки канала[5]

5. Расчет цифровой АСР расхода

5.1 Функциональная схема АСР

Рис. 5. а1. Цифровая АСР расхода: FW, FR — каналы внесения в объект возмущающих воздействий; РО — регулирующий орган Объектом регулирования является участок трубопровода на выходе БИК (блока измерения качества), где поддерживается заданное значение расхода. Регулирующее воздействие вносится изменением положения регулирующего органа (клапана), через который проходит газовый конденсат.

Объект подвержен действию возмущений (FR), идущих со стороны регулирующего органа и по расходу газового конденсата (FW), которые вызывают отклонение расхода от его заданного значения.

5.2 Динамическая характеристика объекта

По каналу регулирования: задана переходная характеристика, снятая при ступенчатом перемещении регулирующего органа на 10% хода.

Канал возмущения (FW): задана передаточная функция объекта по каналу возмущения в виде:

где kв = 0,86; Тв1 = 12,4 с; Тв2 = 6,5 с; Тв3 = 0 с; = 5,4 с.

5.3 Требования к качеству работы АСР

1) динамическая ошибка регулирования Fmax< 8 м /ч;

2) время регулирования Тр < 60 с;

3) степень затухания переходного процесса;

4) остаточное отклонение регулируемого параметра.

Требуется:

1. Построить математическую модель объекта по его переходной характеристике.

2. Найти оптимальные значения настроечных параметров цифровых регуляторов при степени колебательности m = 0,221 и следующих значениях времени такта квантования: Тkw = 0,2 с; 0,5 с; 0,7 с.

3. Построить переходные процессы при внесении следующих воздействий:

по каналу управления (U) — изменением задания регулятору на 10 м/ч;

по каналу возмущения (FW) — изменением расхода сырья на 5 м/ч;

по каналу регулирующего органа (FR) — изменением расхода, которое по своему действию эквивалентно перемещению регулирующего органа на 10% хода.

4. Оценить качество работы цифровой АСР при различных значениях времени такта квантования и различных настройках регуляторов.

5.4 Выбор вида аппроксимирующей передаточной функции

Разработано большое количество методов аппроксимации экспериментальных данных, отличающихся друг от друга структурой модели, критериями приближения, особенностями выполнения расчетов.

Рассмотрим хорошо зарекомендовавший себя метод, согласно которому аппроксимирующая передаточная функция ищется в виде:

(1)

где Т1, Т2, k, — соответственно постоянные времени, коэффициент передачи и запаздывание объекта; n — показатель, определяющий порядок знаменателя передаточной функции.

Критерием приближения (адекватности) является требование совпадения аппроксимируемой h (t) и аппроксимирующей h*(t) характеристик в точках t = 0 и t = b и в точке перегиба, А (см. рис. 2а), определяемой из условия h (t) = 0. Кроме того, в точке перегиба эти характеристики должны иметь одинаковый наклон.

Таким образом, критерий приближения имеет следующий вид:

h a (0) = h (0)

h a уст = h уст

h a (tп) = h (tп)

h' a (tп) = h' (tп) Для определения производной h' (t) переходной характеристики h (t) в точке А, где эта характеристика имеет максимальный наклон, проводится касательная ab и определяется длина отрезка Т0 (рис2).

Приняв, можно найти численные значения постоянных времени Тi, величину tп.а. и запаздывание = tп — tп. а аппроксимирующей передаточной функции (1).

5.5 Определение параметров модели

Расчеты параметров Тi и, входящих в передаточную функцию (1), удобно проводить с помощью таблиц (1.1−1.4).

Порядок использования таблиц.

1. По переходной характеристике объекта определяем исходные данные для аппроксимации: h (tп) = 3,9; h уст = 12; tп = 5,4; Т0 = 7,4.

2. Находим величину, значит n = 2 (табл. 1.2);

3. Т2/Т1 = 0,75; Т1/Т0 = 0,325; tп. а/Т1 = 1,651; следовательно, Т1 = 7,4 * 0,325 = 2,405 с;

Т2 = 2,405 * 0,75 = 1,804 с;

tп.а = 2,405 * 1,651 = 3,971 с;

= tп — tп. а = 5,40 — 3,97 = 1,43 с.

5.6 Оценка точности аппроксимации

Оценка точности аппроксимации осуществляется по программе «Расчет переходной функции модели» (см. Приложение № 1).

Найдем численное значение коэффициента передачи k, входящего в выражение для аппроксимирующей передаточной функции (1).

Имеем: k = F/Х = 12 м³/ч /10% хода р.о. = 1,2, где F — отклонение расхода в переходном режиме; Х — величина возмущения по каналу регулирующего органа, равная 10% его хода.