Автоматизация производства приготовления смол

6 Обоснование принятых  проектных решений, выбор приборов  и средств автоматизации

 

6.1 Предложение по модернизации системы автоматизации

 

6.1.1 Нижний уровень

 

Выбор приборов и средств  автоматизации определяется условиями  и особенностями проведения процесса, а также выполняется с учетом правил безопасной эксплуатации оборудования.

Производственное помещение  относится к категории А, с  классом взрывоопасной зоны В-Ia – это зоны, расположенные в помещениях, где при нормальной эксплуатации взрывоопасные смеси горючих газов или паров ЛВЖ с воздухом не образуются, а возможны только в результате аварий и неисправностей. Устанавливаемое оборудование должно иметь маркировку не ниже 1ExdIIAT1 согласно правилам устройства электроустановок [ 4 ]. Это необходимо учитывать при выборе средств автоматизации, устанавливаемых в производственных помещениях.

Оборудование в производственном помещении должно иметь уровень  защиты «взрывобезопасное электрооборудование», вид взрывозащиты d (взрывонепроницаемая оболочка).

В рамках модернизации существующей системы автоматизации предлагается заменить датчики, не удовлетворяющие требованиям проведения технологического процесса, на более современные. Применяемые в настоящее время приборы и средства автоматизации несколько устарели и не удовлетворяют требованиям к точности, надежности и ремонтопригодности. При выборе приборов будем отдавать предпочтение более дешевым датчикам, произведенным отечественными приборостроительными заводами и имеющим унифицированный выходной сигнал.

Уровнемеры с дифференциально-трансформаторным выходным сигналом предлагается заменить на преобразователи измерительные уровня буйковые Сапфир-22ДУ-Ех, производимые АО «Теплоприбор» г.Рязань и ультразвуковые уровнемеры УДУ-25В с унифицированным выходным сигналом.

Для сигнализации давления запроектируем электроконтактный сигнализирующий манометр ДМ2005СгЕх и вакуумметр ДВ2005СгЕх Томского манометрового завода. Также для измерения давления будем использовать датчики разряжения Метран-100-Ех-ДВ, модель 1243.

Для измерения расходов формалина и щелочи применим ультразвуковой расходомер «Взлет» во взрывозащищенном исполнении.

Для контроля за скоростью  вращения мешалок будем использовать то же устройство контроля скорости УКС201И, что применялось и до реконструкции.

В качестве температурного датчика будем использовать термопреобразователь сопротивления с унифицированным выходным сигналом ТСПУ-205Ех, изготавливаемый концерном «Метран» в г.Челябинске.

В системе средств  воздействия на объект управления используются регулирующие, отсечные и запорно-регулирующие клапаны с пневматическим исполнительным механизмом:

 

регулирующие	отсечные	запорно-регулирующие
25с48нж	22с32п НЗ	ЗРК-1-нж
25ч38нж	25с50нж НЗ 25нж32п НЗ

 

Для контроля довзрывоопасной концентрации применим сигнализатор СТМ-30 во взрывозащищенном исполнении. Пробоотборные устройства сигнализаторов согласно [ 5 ] следует размещать по высоте помещений в соответствии с плотностями газов и паров. Так как фенол имеет плотность паров по воздуху 2,93, тогда пробоотборное устройство должно находиться не более 0,5 метров над полом, а для формалина с плотностью паров по воздуху 1,1, пробоотборное устройство размесим на высоте источника или ниже его не более, чем на 0,7 метров

Согласно [ 2 ] контроль за параметрами, определяющими взрывоопасность технологических процессов с блоками I категории взрывоопасности, осуществляется не менее чем от двух независимых датчиков с раздельными точками отбора.

 

6.1.2 Средний уровень 

 

Рассмотрим более подробно техническое оформление среднего уровня АСУТП.

Одной из важнейших проблем  сегодняшнего дня и ближайшего будущего России является срочная необходимость  возрождения производства на основе улучшения качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции. Этого можно достичь только путем высокоэффективной автоматизации промышленного производства.

Именно в хорошем  качестве продукции и автоматизации  на современном уровне каждого конкретного  производства заинтересованы те отрасли, которые видят перспективу в  модернизации производства и выпуске высококачественной и конкурентоспособной продукции.

Из достаточного многообразия предлагаемого оборудования для  автоматизации промышленного производства обращают на себя внимание специальные наборы унифицированного, сертифицированного и защищенного от производственных помех  оборудование ОАО «ЗЭиМ», предназначенного для эффективного решения обширного круга задач автоматизации.

Выбор контроллера для  осуществления функции автоматизации  в той или иной системе управления производится на основании известной  информационной нагрузке объекта управления. Под информационной нагрузкой понимается число каналов ввода/вывода (дискретных и аналоговых) технологического объекта управления. В данном проекте информационная нагрузка известна и приведена в таблице 6.1

 

Таблица 6.2 - Информационная нагрузка технологического объекта управления

Вид канала ввода/вывода	Число каналов ввода/вывода
Аналоговый вход	14
Аналоговый выход	10
Дискретный вход	17
Дискретный выход	55

 

Система автоматизации  может быть выполнена на одном  из множества типов контроллеров, выпускаемых в настоящее время фирмами многих стран. Для выбора контроллера необходимо установить критерии, по которым выбор будет осуществляться в пользу того или иного контроллера. Выберем для сравнения контроллеры трёх производителей: SIEMENS, TREI и ОАО «ЗЭиМ».

Для сравнения зададимся  двумя наиболее важными критериями: во-первых, стоимость контроллера, а  во-вторых, надёжность, которой обладает тот или иной контроллер (в качестве показателей надёжности будем рассматривать  наработку на отказ). Результаты сравнения контроллеров сведены в таблицу 6.2 (конфигурации контроллеров рассчитаны в соответствии с необходимой информационной нагрузкой).

 

Таблица 6.3 - Сравнительная таблица технических и стоимостных характеристик контроллеров

Наименование контроллера	Наработка на отказ, час	Общая стоимость, руб
1	2	3
Simatic S7-300 фирмы SIEMENS	100000	150000
TREI-5B	75000	247130
КРОСС ОАО «ЗЭиМ»	100000	90000

 

Из таблицы видно, что по своим характеристикам превосходит контролер КРОСС ОАО «ЗЭиМ», поэтому для данного производства выберем микропроцессорный контроллер КРОСС ОАО «ЗЭиМ».

Приведем возможности  и свойства этого открытого, модульного, наращиваемого контроллера:

- построение простых  и сложных распределенных систем  автоматизации на базе стандартных  интерфейсов и сетевых протоколов, отвечающих всем требованиям систем реального времени, включая синхронизацию контроллеров по времени и поддержку «полевых» сетей реального времени;

- интегрирование и  единую систему АСУ Т контроллеров  различных производителей, выполненных в стандарте открытых систем;

- возможность связи  с целым рядом покупных (Tract Mode и др.), или разработанных пользователем SCADA пакетов по протоколам ModBUS и Ethernet, а также возможность стыковки со встраиваемыми плоскими панелями оператора различного типа и различных производителей;

- поэтапное наращивание системы с сохранением прежних наработок, высокая адаптируемость к работе, как по стандартным, так и уникальным протоколам, позволяющие осуществлять частичную или поэтапную модернизацию и реконструкцию, что обеспечивается высокой степенью стандартизации интерфейсов и протоколов, модульностью и структурированностью аппаратных и программных средств;

- одновременное обслуживание нескольких процессов (например, прием/передача данных по нескольким направлениям с различными протоколами наряду с выполнением задач контроля и управления объектом), благодаря предустановленной многозадачной операционной системе реального времени OS-9;

- стандартный выход  на современные проводные модемы  и радио-модемы.

Программное обеспечение (ПО)

Встроенное  ПО. В основе базового программного обеспечения контроллера лежи многозадачная операционная система реального времени OS-9, обеспечивающая:

1. гарантированное время реакции на программные и аппаратные прерывания и время переключения между задачами, что соответствует требованиям «жесткого» реального времени;
2. многозадачность;
3. механизмы синхронизации процессов;
4. наличие службы времени;

Использование открытой программной архитектуры дает возможность  свободно адаптировать контроллер к стандартным и нестандартным протоколам и оснащать его разнообразными прикладными задачами, используя традиционное С-программирование.

Инструментальное  ПО. Контроллеры снабжаются мощным программным инструментарием, который позволяет вести разработку прикладного программного обеспечения:

• с помощью инструментального пакета HAWK под MS Windows и Unx с использованием компилятора С. Разработка ведется на инструментальном РС-совместимом компьютере. Целевая система подключается через интерфейс RS232 или Ethernet. Результатом является исполнительный код прикладной задачи, загружаемый в целевую систему;
• с помощью инструментального пакета ISaGRAF под MS Windows с использованием стандартных языков программирования PLC контроллеров. Разработка ведется на инструментальном РС-совместимом компьютере. Целевая система (контроллер) подключается через интерфейс RS232. Результатом является исполнительный код прикладной задачи, загружаемый в целевую систему.

 

Интеллектуальная  подсистема ввода/вывода

Все модули УСО контроллера имеют встроенный бортовой микропроцессор, выполняющий независимо и асинхронно по отношению к центральному процессору различные функции по обработке сигналов и диагностике оборудования. При этом обеспечиваются следующие качества контроллера:

• повышение надежности контроллера за счет сокращения объема аппаратуры модулей и непрерывной самодиагностики;
• повышение живучести контроллера за счет децентрализации и автономного выполнения различных функций;
• повышение производительности и уменьшение времени цикла контроллера за счет сокращения нагрузки на центральный процессор по объему вычислений и интенсивности обмена данными с модулями УСО;
• расширенная номенклатура модулей (модули ввода/вывода, объектно-ориентировочные модули, модули микроконтроллеров);
• простота и переносимость технологических программ, снижение затрат на их разработку и отладку за счет их независимости от способов построения и работы аппаратуры ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов, датчиков и исполнительных органов;
• возможность контроля, управления и тестирования модуля в автономном режиме с помощью переносного пульта настройки или компьютера через последовательный порт модуля с интерфейсом RS232;
• масштабируемость подсистемы ввода/вывода (до 32 модулей на четырех последовательных шинах SPI).

Модули ввода/вывода (унифицированные сигналы тока и напряжения, сигналы термопар и термопреобразователей сопротивления, дискретные сигналы низкого и высокого уровней и т.д.) осуществляют автономное, без участия центрального процессора, управление в циклическом режиме процедурами ввода/вывода, аналого-цифрового и цифро-аналового преобразования, а также предварительную обработку сигналов (фильтрация, линеаризация, заводская калибровка), широтно-импульсное модулирование импульсных выходных сигналов, установку выходов в заданное состояние в аварийных ситуациях. Коэффициенты калибровки аналоговых входов и таблицы линеаризации характеристик наиболее распространенных датчиков заносятся в память модуля в процессе его производства, чем обеспечивается взаимозаменяемость модулей по времени их эксплуатации. Тип датчика, коэффициенты фильтрации, требуемые состояния выходов в аварийных ситуациях и т.п. заносятся в память модуля пользователем при настройке модуля на условия эксплуатации.