Применение микропроцессорной техники в системе автоматизации трубчатого подогревателя нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ТОБОЛЬСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Кафедра электроэнергетики

Пояснительная записка к курсовой работе

по дисциплине «Проектирование микропроцессорных систем автоматизации»

Тема: Применение микропроцессорной техники в системе автоматизации трубчатого подогревателя нефти

Выполнил:

обучающийся группы АТПб-19-2

Куличенко А.Н.

Проверил: Пичкур Е.В.

Тобольск 2023



Содержание

Список сокращений

Введение

1. Описание технологического процесса объекта

2. Описание системы автоматизации объекта

2.1 Структура АСУТП

2.2 Описание технических средств измерения

2.2.1 Требования для выбора технических средств измерения

2.2.2 Датчик давления

2.2.3 Датчик температуры

2.2.4 Реле температуры

2.2.5 Датчики контроля наличия пламени горелки и запальника

2.2.6 Запорно-регулирующая арматура

2.3 Описание объемов схемы автоматизации

3. Программируемые логические контроллеры

3.1 Описание ПЛК

3.2 Описание используемых модулей

3.3 Описание алгоритмов контроля и управления

3.4 Описание используемого кабеля

Заключение

Список использованных источников

Приложения



Список сокращений

АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом;

АРМ - автоматизированное рабочее место;

АЦП - аналого-цифровое преобразование;

ИМ - исполнительный механизм;

ПИ - пропорционально-интегральный;

ПИД - пропорционально-интегрально-дифференциальный;

ПЛК - программируемый логический контроллер;

ПО - программное обеспечение



Введение

В настоящее время автоматизация различных технологических и производственных объектов является нормой. Автоматизация позволяет решить часть проблем, связанных с человеческим фактором - позволяет оперативно реагировать на изменение технологических параметров в рамках заданного алгоритма. Однако, необходимым требованием является достоверность получаемой информации, зависящая от работоспособности и надежности технических средств автоматизации. Таким образом, к одной из задач, решаемых АСУТП, можно отнести максимально возможное приближение к оптимальному варианту между степенью автоматизации и количеством эксплуатирующего и оперативного персонала.

Реализация функций АСУТП, главным образом, выполнение алгоритмов управления осуществляется на базе микропроцессорной техники - сейчас это персональные компьютеры, промышленные компьютеры и ПЛК.

Объект исследования - технологический процесс трубчатого подогревателя нефти.

Цель курсовой работы - применение микропроцессорной техники в системе автоматизации трубчатого подогревателя нефти.

Задачи курсовой работы:

описание технологического процесса трубчатого подогревателя нефти;

описание структуры и функциональной схемы автоматизации трубчатого подогревателя нефти;

приведение технических характеристик средств измерений и исполнительных механизмов;

выбор контроллера, его проектной конфигурации и расчет энергопотребления;

разработка программы управления технологическим процессом трубчатого подогревателя нефти.



1. Описание технологического процесса объекта

Подогреватель ПП-0,63А предназначен для нагрева нефти, нефтяной эмульсии, газа, газового конденсата или их смесей в системах нефтегазосбора, а также воды для технологических и теплофикационных целей на нефтегазодобывающих предприятиях.

Технические характеристики подогревателя ПП-0,63А приведены в таблице 1.1.

Характеристика	Значение
Номинальная мощность, Вт	0,73
Производительность по нагревательному продукту, т/сут	360
Температура продукта, єС на входе в подогреватель, не менее на выходе из подогревателя, не более нагрева промежуточного теплоносителя, не более	5 70 95
КПД, %	80
Тип промежуточного теплоносителя	Пресная вода, раствор этиленгликоля, иные негорючие теплоносители
Давление в продуктовом змеевике, МПа	6,3
Параметры топлива (природный или попутный нефтяной газ): давление перед горелкой, МПа расход, м3/ч, не более	0,07 - 0,15 100
Срок службы, лет, не менее	10

Конструктивно подогреватели нефти ПП представляют собой горизонтальный или вертикальный цилиндрический сосуд. Внутри емкости находится блок подогрева, состоящий из двух змеевиков (трубчатого продуктового змеевика и змеевика подогрева топлива) и двух камер сгорания. В нижней части корпуса к сосуду приваривается рамная опора санной конструкции.

Принцип работы подогревателя заключается в теплообменном процессе между нефтяной эмульсией и промежуточным теплоносителем, который нагревается до рабочей температуры от тепла продуктов сгорания топлива. В качестве топлива могут служить природный газ, попутный нефтяной газ, дизельное топливо или подготовленная, очищенная и редуцированная нефть.

Топливо сначала поступает в газовую или жидкотопливную горелку, а затем в П-образную топку диаметром 630 мм, где нагревает промежуточный теплоноситель.

Нагреваемая нефтяная эмульсия поступает в продуктовый змеевик, который нагревается от теплоносителя, занимающего весь объем сосуда, и затем выводится из емкости в магистральный трубопровод.

Отработанные и охлажденные газы выводятся из подогревателя через дымовые трубы.

Для удобства обслуживания путевые подогреватели ПП комплектуются лестницей и площадкой обслуживания.

Система автоматизации и аварийная сигнализация обеспечивает безопасную эксплуатацию взрывоопасного оборудования. В комплект подогревателя ПП входит указатели и датчики уровня теплоносителя и нефтяной эмульсии, манометры, термометры, запорно-предохранительные приборы и дыхательные клапаны. Автоматика подогревателя настраивается на автоматическое регулирование температурного режима нагрева нефти.

Если в качестве топлива используется дизель или нефть, в состав подогревателя ПП входит блок подготовки жидкого топлива, в котором происходит его очистка и редуцирование.

Установка с подогревателем оборудована запорными клапанами на входе и выходе продукта подогрева с целью защитного отключения подогревателя.

Схема подогревателя ПП-0,63А представлена на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 - Схема подогревателя ПП-0,63А (горизонтальное исполнение)



2. Описание системы автоматизации объекта

2.1 Структура АСУТП

Распределенные АСУТП имеют трехуровневую структуру. Типовая структурная схема комплекса технических средств распределенной АСУТП приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Типовая структура распределенной АСУТП

На верхнем уровне с участием оперативного персонала решаются задачи диспетчеризации процесса, оптимизации режимов, подсчета технико-экономических показателей производства, визуализации и архивирования процесса, диагностики и коррекции программного обеспечения системы. Верхний уровень АСУТП реализуется на базе серверов, операторских (рабочих) и инженерных станций.

На среднем уровне - задачи автоматического управления и регулирования, пуска и останова оборудования, логико-командного управления, аварийных отключений и защит. Средний уровень реализуется на основе программируемого логического контроллера (ПЛК).

Нижний (полевой) уровень АСУТП обеспечивает сбор данных о параметрах технологического процесса и состояния оборудования, реализует управляющие воздействия. Основными техническими средствами нижнего уровня являются датчики и исполнительные устройства, станции распределенного ввода/вывода, пускатели, концевые выключатели, преобразователи частоты.

2.2 Описание технических средств измерения

2.2.1 Требования для выбора технических средств измерения

При выборе средств измерений в первую очередь должно учитываться допустимое значение погрешности для данного измерения, установленное в соответствующих нормативных документах.

В случае, если допустимая погрешность не предусмотрена в соответствующих нормативных документах, предельно допустимая погрешность измерения должна быть регламентирована в технической документации на изделие.

При выборе средств измерения должны также учитываться:

допустимые отклонения;

методы проведения измерений и способы контроля.

Главным критерием выбора средств измерений является соответствие средств измерения требованиям достоверности измерений, получения настоящих (действительных) значений измеряемых величин с заданной точностью при минимальных временных и материальных затратах.

Для оптимального выбора средств измерений необходимо обладать следующими исходными данными:

номинальным значением измеряемой величины;

величиной разности между максимальным и минимальным значением измеряемой величины, регламентируемой в нормативной документации;

сведениями об условиях проведения измерений.

Если необходимо выбрать измерительную систему, руководствуясь критерием точности, то ее погрешность должна вычисляться как сумма погрешностей всех элементов системы (мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей), в соответствии с установленным для каждой системы законом.

Предварительный выбор средств измерений производится в соответствии с критерием точности, а при окончательном выборе средств измерений должны учитываться следующие требования:

к рабочей области значений величин, оказывающих влияние на процесс измерения;

к габаритам средства измерений;

к массе средства измерений;

к конструкции средства измерений.

При выборе средств измерений необходимо учитывать предпочтительность стандартизированных средств измерений.

2.2.2 Датчик давления

Измерение давления осуществляется преобразователем давления АИР-20/М2-Н. Внешний вид преобразователя давления АИР-20/М2-Н представлен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Внешний вид преобразователя давления АИР-20/М2-Н



Принцип действия основан на использовании зависимости между измеряемым давлением и упругой деформацией мембраны первичного преобразователя. Датчики изготавливаются в виде единой конструкции. В их состав входят: первичный преобразователь, электронное устройство и индикатор. В качестве первичного преобразователя используются тензорезистивные (пьезорезистивные), тензорезистивные с компенсацией влияния рабочего избыточного (статического) давления. Среда под давлением подается в камеру первичного преобразователя и деформирует его мембрану, что приводит к изменению электрического сопротивления расположенных на ней тензорезисторов (пьезорезисторов). Электронное устройство преобразует сигнал, поступающий от первичного преобразователя, в унифицированный выходной сигнал.

Технические характеристики преобразователя давления АИР-20/М2-Н приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Технические характеристики преобразователя давления АИР-20/М2-Н

Характеристика	Значение
Производитель	ООО НПП «ЭЛЕМЕР»
Модель датчика	АИР-20/М2-Н
Принцип действия	Тензорезистивный
Измеряемая среда	Жидкие и газообразные, агрессивные
Диапазон измерения (макс. верхний предел измерения), МПа	0 ? 16
Приведенная погрешность, %	±0,15; ±0,25; ±0,5; ±1,0
Наличие взрыво/искрозащиты	Exd
Пылевлагозащита	IP65, IP54
Климатическое исполнение	Базовое: УХЛ3.1 (-25 ? 70 °С)
Выходной сигнал	4 ? 20 мА, 0 ? 5 мА, HART-протокол

2.2.3 Датчик температуры

В качестве датчика для измерения температуры используется термометр сопротивления ТС-1088 с преобразователем температуры ТПУ-205. Внешний вид ТПУ-205 с ТС-1088 представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Внешний вид ТПУ-205 с ТС-1088

Принцип действия термометров сопротивления основан на явлении изменения сопротивления проводника в зависимости от его температуры. В процессе изменения температуры тепловые колебания кристаллической решетки металла изменяют свою амплитуду, соответственно, изменяется и электрическое сопротивление датчика. Чем выше температура, тем сильнее колеблется кристаллическая решетка и выше оказывается текущее сопротивление.

Технические характеристики ТПУ-205 с ТС-1088 приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Технические характеристики ТПУ-205 с ТС-1088

Характеристика	Значение
Производитель	ООО НПП «ЭЛЕМЕР»
Модель датчика	ТПУ-205 с ТС-1088
Принцип действия	Термосопротивление
Измеряемая среда	Жидкие, твердые, газообразные и сыпучие
Номинальная статическая характеристика (НСХ)	100П
Диапазон измерения, °С	-50 ? 200
Приведенная погрешность, %	±0,25; ±0,5; ±1,0; ±1,5
Наличие взрыво/искрозащиты	Exi, Exd
Пылевлагозащита	IP65, IP66, IP67
Климатическое исполнение	Базовое: С3 (- 10 ? 70 °С)
Максимальное давление измеряемой среды, МПа	16
Выходной сигнал	4 ? 20 мА

2.2.4 Реле температуры

Сигнализация по аварийным значениям температуры осуществляется с помощью реле температуры ТР-1Е с выносным аналоговым датчиком, внешний вид которого представлен на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Внешний вид реле температуры ТР-1Е

Реле ТР-1Е предназначено для управления нагревателем и поддержания температуры не ниже установленной в устройствах температурного контроля неагрессивной среды. Реле применяется в схемах автоматики как комплектующее изделие. Реле выполнено с применением аналогового температурного датчика.

Термореле размещено в пластмассовом корпусе. На лицевой панели находятся переключатель диапазонов температуры, резистор точной установки температуры срабатывания термореле и индикатор включения (двухцветный светодиод), который зажигается при срабатывании исполнительного реле оранжевым цветом и зеленым, когда исполнительное реле выключено.

Технические характеристики реле температуры ТР-1Е приведены в таблице 2.3.



Таблица 2.3 - Технические характеристики реле температуры ТР-1Е

Характеристика	Значение
Производитель	компания «Реле и Автоматика»
Модель	датчик ДТ с термореле ТР-1Е
Принцип действия	Термосопротивление
Измеряемая среда	Неагрессивные среды
Диапазон контролируемых температур, °С	0 - 120
Погрешность уставки, °С	1
Средняя основная погрешность, °С	2
Гистерезис, °С	4
Наличие взрыво/искрозащиты	-
Пылевлагозащита	IP20
Климатическое исполнение	-20 ? 45 °С
Выходной сигнал	Релейный

2.2.5 Датчики контроля наличия пламени горелки и запальника

В качестве устройства, контролирующего факел горелки, применяется фотодатчик ФД-02. Внешний вид фотодатчика ФД-02 представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Внешний вид фотодатчика ФД-02

Фотодатчик предназначен для преобразования пульсаций оптического излучения в электрический сигнал, а в комплекте с сигнализатором ЛУЧ-1АМ используется для контроля наличия пламени одногорелочных устройств, котлов и технологических установок, работающих на любом виде топлива.

Технические характеристики датчика ФД-02 приведены в таблице 2.4.



Таблица 2.4 - Технические характеристики датчика ФД-02

Характеристика	Значение
Производитель	НПП «ПРОМА»
Модель	ФД-02
Принцип действия	Фотодатчик (фотодиод InGaAs)
Максимум спектральной чувствительности, мкм	1,5
Сопротивление изоляции, МОм	более 100
Длина линии связи с сигнализатором типа ЛУЧ-1АМ, м	не более 200
Температурный диапазон работы датчика, °С	-60 - 70
Наличие взрыво/искрозащиты	-
Пылевлагозащита	IP54
Выходной сигнал	Специализированный

Для контроля наличия пламени запальника используется ионизационный датчик КЭ (контрольный электрод), внешний вид которого представлен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Внешний вид ионизационного датчика КЭ

КЭ предназначен для селективного контроля факела газовой горелки. Пульсации электропроводимости между электродом устройства, введенного в зону ионизации факела, и заземленным корпусом горелки регистрируются с помощью сигнализатора горения ЛУЧ-1АМ.

Сигнализатор горения ЛУЧ-1АМ-2К предназначен для контроля наличия факела запальника и горелки, или основного факела в топках котлоагрегатов и используется в комплектах запально-защитных устройств (ЗЗУ) и запально-сигнализирующих устройств (ЗСУ) или в качестве самостоятельного прибора контроля горения факела технологических установок. Внешний вид сигнализатора ЛУЧ-1АМ-2К представлен на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Внешний вид сигнализатора ЛУЧ-1АМ-2К

Технические характеристики сигнализатора ЛУЧ-1АМ-2К приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 - Технические характеристики сигнализатора ЛУЧ-1АМ-2К

Характеристика	Значение
Производитель	НПП «ПРОМА»
Модель	ФД-02
Чувствительность на частоте F, мВ: F = 10 Гц F = 15 Гц	1,5 2,0
Длина линии датчик - сигнализатор, м	не более 200
Быстродействие на наличие / отсутствие пламени запальника или горелки, с	менее 2
Напряжение питания, В	220 В переменного тока
Температура окружающей среды, °С	-40 - 50
Наличие взрыво/искрозащиты	-
Пылевлагозащита	IP54
Выходной сигнал	Релейный

Схема подключения фотодатчика ФД-02 и ионизационного датчика КЭ к сигнализатору ЛУЧ-1АМ-2К представлена на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 - Схема подключения фотодатчика ФД-02 и ионизационного датчика КЭ к сигнализатору ЛУЧ-1АМ-2К

2.2.6 Запорно-регулирующая арматура

В качестве запорно-регулирующей арматуры, установленной на входном и выходном трубопроводах подогреваемого продукта, используется клапан типа КРЗдо (производитель ЗАО НПО «Импульс») с электроприводом МЭОФ производства ОАО «АБС ЗЭиМ Автоматизация».

Внешний вид запорно-регулирующего клапана КРЗдо с приводом МЭОФ представлены на рисунке 2.9.

Рисунок 2.9 - Внешний вид запорно-регулирующего клапана КРЗдо с приводом МЭОФ

Технические характеристик запорно-регулирующего клапана КРЗдо с приводом МЭОФ приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 ? Технические характеристик запорно-регулирующего клапана КРЗдо с приводом МЭОФ

Характеристика	Значение
Применяемость	Газ, пар, конденсат, мазут, вода
Максимальная температура среды, °С	450 (углеродистая сталь); 650 (нержавеющая сталь)
Класс герметичности	А по ГОСТ 9544-93
Функциональное назначение арматуры	Запорно-регулирующее
Климатическое исполнение	У2 (40 ? 50 °С)
Номинальный диаметр DN, мм	80 ? 700
Номинальное давление PN, МПа	4 ? 40 (зависит от типа клапана, DN)
Максимальная пропускная способность, м3/ч	10801 (зависит от типа клапана, DN, PN)

Для контура регулирования температуры продукта на выходе подогревателя путем изменения расхода топливного газа используется заслонка дроссельная ЗД с электроприводом МЭОФ. Внешний вид заслонки дроссельной ЗД (производитель ООО ПП «Газавтомат») с электроприводом МЭОФ представлен на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Внешний вид заслонки дроссельной ЗД с электроприводом МЭОФ

Технические характеристики заслонки дроссельной ЗД с электроприводом МЭОФ приведены в таблице 2.7.



Таблица 2.7 ? Технические характеристик заслонки дроссельной ЗД с электроприводом МЭОФ

Характеристика	Значение
Применяемость	Газ, воздух, газообразные среды
Характеристика	Значение
Класс герметичности	Неопределен
Функциональное назначение арматуры	Регулирующее
Климатическое исполнение	УХЛ2 (-30 ? 40 °С)
Номинальный диаметр DN, мм	25 ? 1000
Номинальное давление PN, МПа	0,1 ? 1,6 (зависит от типа клапана, DN)

Однооборотные приводы МЭОФ имеют возможность подключения интеллектуальных блоков управления КИМ, предназначенных для работы в составе электрических ИМ и электроприводов постоянной скорости.

Внешний вид КИМ1 общепромышленного исполнения представлен на рисунке 2.11.

Рисунок 2.11 - Внешний вид КИМ1 общепромышленного исполнения

Состав панели местного управления (ПМУ) КИМ1:

четырехразрядный цифровой индикатор положения;

светодиодная индикация для отображения направления движения, конечных положений, превышения момента, неисправности;

переключатель режимов управления;

кнопки управления и настройки;

замок для механической блокировки.

Управление электроприводом и арматурой осуществляется местно (с ПМУ) и дистанционно. Возможности дистанционного управления взрывозащищенными электроприводами с КИМ1, а также состав и виды входных и выходных сигналов зависят от выбранной конфигурации и дополнительных опций. датчик давление кабель арматура

На линии подвода топливного газа установлены клапаны КЭГ, отсекающие линию топливного газа в аварийной ситуации. Внешний вид клапана КЭГ представлен на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 - Внешний вид клапана КЭГ

Клапаны КЭГ используются в схемах автоматического розжига, регулирования и защиты котлов, теплогенераторов, отопительных установок, для управления потоком газа или жидкого топлива.

Технические характеристики клапана КЭГ приведены в таблице 2.8.

Таблица 2.8 - Технические характеристики клапана КЭГ

Характеристика	Значение
Применяемость	Воздух, нейтральные газы, природные газы, смесь типа пропан-бутан, дизельное топливо, жидкости
Температура рабочей среды, °С	-5 - 60
Класс герметичности	А по ГОСТ 9544-93
Функциональное назначение арматуры	Запорно-регулирующее
Климатическое исполнение	У3 по ГОСТ 15150
Номинальный диаметр DN, мм	10 ? 50
Номинальное давление PN, МПа	0,25
Напряжение управления электромагнитом, В	220 переменного тока, 50 Гц



2.3 Описание объемов схемы автоматизации

Объемы автоматизации на схеме автоматизации подогревателя приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Объемы автоматизации на схеме автоматизации подогревателя

Обозначение	Позиция на схеме	Описание
PG	1а, 4а	Датчик давления (манометр) показывающий, установленный по месту
Обозначение	Позиция на схеме	Описание
HNSA	2а, 2б, 3а, 7а, 11а, 11б	ИМ клапана с функцией ручного управления по месту, концевыми выключателями положения и сигнализацией неисправности
TSA	2в	Датчик температуры с переключающими контактами и сигнализацией (реле температуры)
PIRC	3б	Датчик давления с электрическим выходным сигналом, функциями регистрации и регулирования
PIR	5а	Датчик давления с электрическим выходным сигналом и функцией регистрации
PISA	6а, 9а, 12а	Датчик давления с электрическим выходным сигналом и функциями блокировки и сигнализации
TIRC	7б	Датчик температуры с электрическим выходным сигналом, функциями регистрации и регулирования
TG	8а	Датчик температуры (термометр) показывающий, установленный по месту
TIR	10а	Датчик давления с электрическим выходным сигналом и функцией регистрации
BSA	11в, 11г	Датчик наличия пламени с функциями блокировки и сигнализации
Контуры управления
TSA - HNSA - HNSA	2в - 2б - 2а	Отключение установки подогревателя по аварийному значению температуры с закрытием клапанов на входе и выходе продукта
BSA - BSA - HNSA - HNSA	11г - 11в - 11б - 11а	Закрытие клапанов на входе газа на горелку и запальник при погасании факела на горелке или запальнике
Контуры регулирования
PIRC - HNSA	3б - 3а	Регулирование давления продукта на входе в подогреватель
TIRC - HNSA	7б - 7а	Регулирование температуры подогреваемого продукта на выходе подогревателя



3. Программируемые логические контроллеры

3.1 Описание ПЛК

SLC 500 от компании Allen-Bradley - это небольшое семейство программируемых контроллеров, дискретных, аналоговых и специальных модулей ввода/вывода и периферийных устройств, устанавливаемых на шасси. Семейство SLC 500 обладает мощью и гибкостью благодаря широкому спектру сетевых конфигураций, функциональных возможностей и различным опциям памяти. Пакет программирования релейной логики RSLogix 500 предоставляет гибкие редакторы, конфигурирование ввода/вывода по принципу «укажи и щелкни» и мощный редактор баз данных, а также средства диагностики и устранения неисправностей, помогающие сэкономить время разработки проекта и максимально повысить производительность.

Внешний вид ПЛК SLC 500 представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Внешний вид ПЛК SLC 500

Общие технические характеристики ПЛК SLC 500 приведены в таблице 3.1.

Проведем выбор конфигурации ПЛК SLC 500 для управления технологическим процессом подогревателя в соответствии с таблицей КИПиА, приведенной в Приложении Б.

Конфигурация SLC 500:

модуль дискретного ввода постоянного тока 1746-IB32 (1 шт.);

модуль аналогового ввода высокого разрешения 1746-NI8 (2 шт.);

модуль дискретного вывода постоянного тока 1746-OB8 (1 шт.);

модуль аналогового вывода с выходом по току 1746-NO4I (1 шт.);

контроллер 1746-L552 (1 шт.);

шасси с 7 слотами 1746-A7 (1 шт.);

крышка слотов платы 1746-N2 (2 шт.);

модуль источника питания 1746-P2 (1 шт.).

3.2 Описание используемых модулей

Технические характеристики ПЛК SLC 500 с модулем центрального процессора 1746-L552 приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Технические характеристики ПЛК SLC 500 с модулем центрального процессора 1746-L552

Характеристика	Значение
Размер памяти (слов)	32К
Ток на задней шине (мА) при 5 В	1000
Ток на задней шине (мА) при 24 В	200
Максимальное количество цифровых вводов/выводов	8192
Встроенные средства связи	Ethernet и RS-232
Дополнительный модуль памяти	flash EEPROM
Среда программирования	RSLogix 500
Инструкций программирования	107
Типовое время сканирования	0,9 мс/К
Обработка бита, мкс	0,37

Аналоговые модули ввода/вывода имеют переключаемые пользователем входы по напряжению или току, изоляцию задней шины, съемные клеммники и диагностическую обратную связь.

Основные технические характеристики модуля 1746-NI8 приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Основные технические характеристики модуля 1746-NI8

Характеристика	Значение
Ток на задней шине (мА) при 5 В	200
Ток на задней шине (мА) при 24 В	100
Максимальная потребляемая мощность на задней шине, Вт	3,4
Количество входов	8
Разрешение (разрядность АЦП)	16 бит
Тип входа (настраиваемый)	±10 В 0 - 5 В 0 - 20 мА ±20 мА 1 - 5 В 0 - 10 В 4 - 20 мА 0 - 1 мА
Время обнаружения размыкания цепи, с	1 скан модуля

Дискретные модули имеют 4, 8, 16 или 32 каналов ввода/вывода для различных типов сигналов (в том числе переменного тока, постоянного тока и TTL). Также имеются комбинированные модули c 2 входами/2 выходами, 4 входами/4 выходами и 6 входами/6 выходами.

Основные технические характеристики модуля 1746-IB32 приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Основные технические характеристики модуля 1746-IB32

Характеристика	Значение
Количество каналов	32
Класс напряжения	24 В постоянного тока
Ток на задней шине (мА) при 5 В	106
Ток на задней шине (мА) при 24 В	0
Максимальное входное напряжение в выключенном состоянии, В	5,0
Максимальная задержка при включении, мс	3
Максимальная задержка при выключении, мс	3

Модули вывода имеются с полупроводниковыми выходами переменного тока или постоянного тока и выходами типа контакта реле.

Основные технические характеристики модуля 1746-OB8 приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5 - Основные технические характеристики модуля 1746-OB8

Характеристика	Значение
Количество каналов	8
Класс напряжения	24 В постоянного тока
Ток на задней шине (мА) при 5 В	135
Ток на задней шине (мА) при 24 В	0
Максимальный ток утечки на выходе в выключенном состоянии, мА	1,0
Максимальная задержка при включении, мс	0,1

Модули аналогового вывода представляют собой аналоговые модули вывода высокой плотности, имеющие по 8 отдельно конфигурируемых выходных каналов с разрешением 16 бит.

Основные технические характеристики модуля 1746-NO8I приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Основные технические характеристики модуля 1746-NO8I

Характеристика	Значение
Ток на задней шине (мА) при 5 В	120
Ток на задней шине (мА) при 24 В	250
Максимальная потребляемая мощность на задней шине, Вт	5,6
Количество входов	8
Разрешение (разрядность АЦП)	16 бит
Диапазон выхода, мА	0 - 21,5

Проведем расчет суммарной потребляемой мощности модулями ввода/вывода и подберем модуль источника питания (таблица 3.7).

Таблица 3.7 - Таблица потребляемой мощности модулями ПЛК REGUL R500

№	Тип модуля	Тока на задней шине (мА)	Описание
		при 5 В	при 24 В
1	1746-L552	1000	200	Модуль центрального процессора
2	1746-NI8	200	100	Аналоговый модуль ввода
3	1746-NI8	200	100	Аналоговый модуль ввода
4	1746-IB32	106	0	Дискретный модуль ввода
5	1746-OB8	135	0	Дискретный модуль вывода
6	1746-NO8I	120	250	Аналоговый модуль вывода
Итого	1761	650	Результат расчета
7	1746-P2	5000	960	Модуль источника питания
Запас мощности	3239	310	Запас мощности по току

Согласно таблице 3.7 достаточно выбранного модуля источника питания 1746-P2 для обеспечения питания модулей центрального процессора и ввода/вывода ПЛК SLC 500 в рассматриваемой конфигурации.

3.3 Описание алгоритмов контроля и управления

Алгоритм основной программы представлен на рисунке 3.3.



Рисунок 3.3 - Алгоритм основной программы

Данный алгоритм определяет последовательность выполнения подпрограмм, входящих в состав основной программы.

Алгоритм перевода в инженерные единицы токового значения измеряемой величины заложен в программное обеспечение процессора аналогового модуля ввода. Достаточно настроить аналоговый модуль ввода на перевод в инженерные единицы.

Для формирования аварийной и предаварийной сигнализации значение в инженерных единицах сравнивается с заданными значениями аварийных и предаварийных пределов. Алгоритм обработки аналогового значения с аварийной и предаварийной сигнализацией представлен на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Алгоритм обработки аналогового значения с аварийной и предаварийной сигнализацией

В системе автоматизации подогревателя имеются контуры регулирования: давления продукта на входе в подогреватель и температуры продукта на выходе из подогревателя. Алгоритм, описывающий ПИД-регулирование, представлен на рисунке 3.5.



Рисунок 3.5 - Алгоритм, описывающий ПИД-регулирование

При необходимости использования ПИ-регулятора достаточно не задавать коэффициент дифференцирования.

Настройка и ввод параметров осуществляется посредством окна настройки ПИД-регулятора.

Алгоритм управления запорными клапанами КР1 и КР2 с электроприводом (рисунок 3.6) в автоматическом режиме осуществляется по сработке сигнализатора температуры в подогревателе при этом происходит отключение подогревателя от подогреваемого продукта.



Рисунок 3.6 - Алгоритм управления запорными клапанами КР1 и КР2

Алгоритм управления клапанами электромагнитными газовыми представлен на рисунке 3.7. Согласно алгоритму по срабатыванию одного из сигнализаторов наличия пламени, информирующем об отсутствии пламени на горелке или запальнике, происходит закрытие топливных линий к горелке и запальнику.

Рисунок 3.7 - Алгоритм управления клапанами электромагнитными газовыми



Листинг программы, разработанной по алгоритмам, приведен в Приложении В.

3.4 Описание используемого кабеля

Для подключения датчиков и ИМ полевого уровня выбираем марку кабеля КВВГЭнг. Выбранная марка кабеля состоит из токопроводящих жил, в качестве которых используются однопроволочные медные жилы с ПВХ изоляцией. Экранированная защита предназначена для защиты от внешних электрических и магнитных полей. Расшифровка маркировки кабеля КВВГЭнг представлена на рисунке 3.9.

Рисунок 3.9 - Расшифровка маркировки кабеля КВВГЭнг

Кабели предназначены для неподвижного присоединения к электрическим приборам, аппаратам, сборкам зажимов электрических распределительных устройств с номинальным переменным напряжением до 660 В частоты до 100 Гц или постоянным напряжением до 1 кВ.



Заключение

В курсовой работе рассмотрен технологический процесс трубчатого подогревателя нефти и разработана схема автоматизации функциональная, приведенная в Приложении А.

По общему количеству измеряемых и контролируемых параметров системы разработана структурная схема АСУТП трубчатого подогревателя нефти.

Для управления технологическим процессом подогревателя нефти выбран ПЛК SLC500. Составлена проектная конфигурация ПЛК на основе количества сигналов, рассчитанных в таблице КИПиА, приведенной в приложении Б. Проведен расчет потребляемой проектной конфигурацией мощности и выбран модуль источника питания для обеспечения необходимого запаса мощности.

Описаны алгоритмы управления технологическим процессом подогревателя нефти, составлены блок-схемы. На основе разработанных блок-схем спроектировано прикладное программное обеспечение в программной среде RSLogix на языке программирования LD стандарта МЭК-61131-3. Листинг программ, составляющих прикладное ПО приведен в Приложении В.



Список использованных источников

1. ГОСТ 21.208-2013. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах [Текст]. - Введ. 2014-11-01. - М: Из-во стандартов, 2014. - 28 с. - (Система проектной документации для строительства).

2. ГОСТ 21.408-2013. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов [Текст]. - Введ. 2014-11-01. - М: Из-во стандартов, 2014. - 42 с. - (Система проектной документации для строительства).

3. Официальный сайт ООО НПП «ЭЛЕМЕР» [Электронный ресурс].

4. Официальный сайт ООО НПП «ПРОМА» [Электронный ресурс].

5. Официальный сайт АО «Нефтемаш» [Электронный ресурс].

6. Официальный сайт АО «АБС ЗЭиМ Автоматизация» [Электронный ресурс].

7. Системы SLC 500 [Текст]: руководство по выбору. - Rockwell Automation, 2005. - 91 с.

8. Статья «Метрология. Выбор средств измерений» [Электронный ресурс].



Приложения

Приложение А

Схема автоматизации функциональная

Рисунок А.1 - Схема автоматизации функциональная

Приложение Б

Таблица КИПиА

Таблица В.1 - Таблица КИПиА

№

Наименование параметра

Единицы измерения

Обозначение

Наименование прибора

Пределы измерения параметра

Позиция на схеме

Предел измерения прибора

Класс точности

Диапазон вх./вых. сигналов

Тип сигнала

DI

DO

AI

AO

FI

1

Температура подогревателя

єС

TSA

ТР-1Е

-

2в

0 - 120

-

220 В

+

2

Запорный клапан КР1

-

HNSA

КЗдо c МЭОФ

-

2а

-

-

24 В

+++

++

3

Запорный клапан КР2

-

HNSA

КЗдо c МЭОФ

-

2б

-

-

24 В

+++

++

4

Давление продукта на входе

МПа

PIRC

АИР-20/М2-Н

-

3б

0 - 16

±1,0

4 - 20 мА

+

5

Клапан-регулятор давления продукта

%

HNSA

КРЗдо с МЭОФ и КИМ1

0 - 100

3а

0 - 100

-

4 - 20 мА, 24 В

++++

+

+

6

Давление-разрежение в топке

кПа

PIR

АИР-20/М2-Н

-

5а

0 - 160

±1,0

4 - 20 мА

+

7

Давление газа к горелке

МПа

PISA

АИР-20/М2-Н

-

6а

0 - 16

±1,0

4 - 20 мА

+

8

Температура продукта на выходе

єС

TIRC

ТПУ-205

-

7б

-50 - 200

±0,5

4 - 20 мА

+

9

Клапан-регулятор температуры продукта

%

HNSA

ЗД с МЭОФ и КИМ1

0 - 100

7а

0 - 100

-

4 - 20 мА, 24 В

+

+

+

10

Давление продукта на выходе

МПа

PISA

АИР-20/М2-Н

-

9а

0 - 16

±1,0

4 - 20 мА

+

11

Температура продукта на выходе

єС

TIR

ТПУ-205

-

10а

-50 - 200

±0,5

4 - 20 мА

+

12

Датчик контроля пламени горелки

-

BSA

ЛУЧ-1АМ-2К

-

11г

-

-

24 В

+

13

Датчик контроля пламени запальника

-

BSA

ЛУЧ-1АМ-2К

-

11в

-

-

24 В

+

14

Клапан электромагнитный

-

HNSA

КЭГ

-

11б

-

-

24 В

+

+

15

Клапан электромагнитный

-

HNSA

КЭГ

-

11а

-

-

24 В

+

+

16

Давление продукта на входе

МПа

PISA

АИР-20/М2-Н

-

9а

0 - 16

±1,0

4 - 20 мА

+

Итого

16

6

9

2

Приложение В

Листинг программы

Рисунок В.1 - Конфигурация контроллера

Рисунок В.2 - Выбор модуля источника питания



Рисунок В.3 - Масштабирование значений измеряемых технологических параметров в инженерные единицы



Рисунок В.4 - Продолжение рисунка В.3



Рисунок В.5 - Формирование битов сработки по аварийным пределам

Рисунок В.7 - Алгоритм закрытия клапанов КЭГ по срабатыванию одного из датчиков контроля наличия пламени (отключение подачи газа)

Рисунок В.8 - Алгоритм ПИД-регулирования давления продукта на входе (верхний) и температуры продукта на выходе (нижний) подогревателя



Рисунок В.9 - Окно настройки ПИД-регулятора

Размещено на Allbest.ru

...