Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На данном этапе развития современной науки и техники возникает необходимость повсеместного внедрения автоматизации. Это обусловлено с тем, что были выявлены существенные недостатки при применении ручного труда, связанные как с повышенным травматизмом на потенциально опасных производствах, так и с ограниченностью физических возможностей человеческого организма.

Но сложность, многообразие и стохастичность производственных объектов не позволяет пока создавать полностью автоматические системы управления. Для того, чтобы сделать систему более гибкой, адаптирующейся к изменению условий внешней среды и различного рода воздействиям, в контур управления вводится человек - лицо принимающее решение. Этот сплав человеческого интеллекта и машинной точности и надежности принято называть АСУ ТП - автоматизированная система управления техническими процессами.

Основными целями автоматизации технологических процессов в промышленности являются:

- увеличение производительности технологического оборудования с одновременным уменьшением числа рабочих при заданных объеме, качестве и номенклатуре продукции;

- экономия производственных ресурсов;

- увеличения объема производства продукции за счет роста производительности технологического оборудования без увеличения затрат живого труда;

- достижение оптимальной загрузки технологического оборудования и оптимальное ведение технологического процесса.

Задачей данного курсового проекта является разработка АСУ ТП участка цеха получения гранулированного сульфата аммония.

1. Современные АСУТП

1.1 Виды и структура технологических процессов

Производственный процесс в целом и в каждой отдельной фазе представляет собой совокупность взаимосвязанных частичных процессов: основных, вспомогательных и обслуживающих. Основные процессы являются технологическими процессами производства. Вспомогательными процессами производства называются процессы, выполняемые на данном предприятии по изготовлению инструмента: приспособлений, штампов, моделей и прочего технологического оснащения. К этой группе процессов относятся различные виды ремонтных работ, производство электрической энергии, сжатого воздуха и т.п. Обслуживающие процессы охватывают технический контроль выполнения основных и вспомогательных процессов и качества продукции, транспортные операции, складские операции всех видов.

1.2 Принципы построения АСУТП

АСУТП - это система, реализованная на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей технике, которая обеспечивает автоматизированное (автоматическое) управление технологическим объектом управления с использованием централизованно обработанной информации по заданным технологическим и технико-экономическим критериям, определяющим качественные и количественные результаты производства продукта обеспечивает подготовку информации для решения задач организационно-экономического характера.

С появлением управляющих ЭВМ (УЭВМ) измерительная, регулирующая и управляющая техника получила очень мощное средство автоматизации. В настоящее время в системах автоматики с внедрением микро-ЭВМ происходит переход от централизованной к распределенной обработке информации на многих управляющих микро-ЭВМ. Как правило, АСУТП имеет иерархический принцип построения. На верхнем уровне находится организационно - экономическая система управления производством АСУП, имеющая в контуре управления среднюю или мини-ЭВМ, выбор которой зависит от объема переработки информации. На среднем уровне АСУТП находится управляющая ВМ (средняя, мини или микро-ЭВМ), которая ведет управление полным технологическим процессом, рядом агрегатов, объектов, группой станков и т.п. через локальные системы автоматики.

На этом уровне вырабатываются управляющие программы на основе оптимизации техпроцесса, адаптации к внешним факторам и другим параметрам для МПС нижнего (локального) уровня. Локальные МПС встраиваются в сам объект автоматизации, имеют минимальные связи с датчиками и управляющими органами объекта, но могут находиться на достаточном удалении от УВМ среднего уровня. Нижнего уровня на средний, ведется передача текущей уже обработанной информации или по запросу - текущая не обработанная информация о состоянии объекта управления.

Такая иерархическая структура, иногда ее называют треугольником или пирамидой иерархии, позволяет разгрузить верхний и средний уровни АСУТП от рутинной работы сбора, обработки и выдачи информации для управления объектом и возложить эту работу на локальные уровни. При выходе из строя УВМ среднего уровня, локальная может работать по ранее заложенной программе или программе, задаваемой с пульта управления вручную.

1.3 Информационное и организационное обеспечение АСУТП

Информационное и организационное обеспечение АСУ ТП имеют большие отличия от аналогичных разделов других видов АСУ. В АСУ ТП важнейшее значение имеет такой вид информации, как сигналы датчиков и других технических, интерфейсы машин и их стыковка и т.д. Чем выше уровень управления, тем меньшее значение для АСУ имеют сигналы и большее - формы представления экономической информации и коды.

Организационная структура АСУТП - структура взаимодействия оперативного персонала АСУТП. Организационная совместимость АСУ заключается в общности организационной структуры АСУ разных уровней и различного функционального назначения.

Организационное обеспечение АСУТП - совокупность описаний функциональной, технической и организационной структуры, инструкций и регламентов для оперативного персонала АСУТП, обеспечивающая заданное функционирование автоматизированного технологического комплекса.

1.4 Техническое обеспечение АСУ ТП

автоматический технический управление схема

Виды работ, которые можно выполнить с информацией, следующие: преобразование информации; перемещение информации в пространстве, передача данных; перемещение информации во времени; обработка данных; размножение данных и др.

Технические средства, предназначенные для автоматизации управления технологическим процессом, выполняют несколько видов перечисленных выше работ.

Для совместного использования различных устройств необходима их совместимость. Различают информационную, энергетическую, конструктивную, метрологическую и эксплутационную совместимость. Комплексы технических средств (КТС) в АСУ ТП в основном комплектуется аппаратурой государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Технические системы управления имеют следующую структуру:

- ввод информации обеспечивается с помощью датчиков, преобразование данных внутри системы с помощью внутрисистемных преобразователей,

- передача данных с помощью соответствующей аппаратуры,

- фиксация информации в устройствах памяти,

- обработка информации с помощью приборов или средств вычислительной техники,

- вывод данных персоналу и на исполнительные механизмы с помощью средств вывода и управления.

1.5 Использование микро-ЭВМ в АСУТП

Роль микроэлектроники в развитии производства определяется ее практически неограниченными возможностями в решении различных задач во всех областях народного хозяйства, глубоким влиянием на культуру и быт современного человека. [3]

Особое внимание в настоящее время уделяется внедрению микропроцессорной технике, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами и аппаратурой. Адаптация микропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется в основном путем разработки соответствующего программного обеспечения. Аппаратная адаптация в большинстве случаев осуществляется путем подключения необходимых интегральных схем обрамления и организация ввода / вывода, соответствующих решаемой задаче.

В микропроцессорной технике выделяется самостоятельный класс БИС - однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ), которые предназначены для интеллектуализации оборудования различного назначения. ОМЭВМ представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде одной БИС и включающие в себя все устройства, необходимые для реализации цифровой системы минимальной конфигурации: процессор, ЗУ данных, ЗУ команд, внутренний генератор тактовых сигналов, а также программируемые интегральные схемы для связи с внешней средой.

Использование ОМЭВМ в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при столь низкой стоимости, что им, видимо, нет в ближайшем времени альтернативной элементной базы для построения управляющих и регулирующих систем.

2 Разработка функциональной схемы автоматизации АСУТП

2.1 Описание технологического процесса

В результате производственной деятельности медеплавильных комбинатов при нейтрализации известью кислых шахтных вод и последующем отстаивании образуются токсичные отвальные шламы. Содержание шламохранилища относится к высокотоксичным веществам. Попадая в грунтовые воды, они создают угрозу заражения питьевых источников. Отвальные шламы содержат железо (10 - 16%), медь (1,2 - 1,7%), цинк (2,0 - 3,0%) и двуводный гипс (55 - 70%). За счет комплексного извлечения ценных компонентов из шламов обеспечивается не только защита окружающей среды от вредных отходов производства, но и осуществляется производство ряда дефицитных и дорогостоящих продуктов.

Технологический процесс переработки токсичных шламов позволяет получить желтый и красный железоокисные пигменты, удобрения в виде гранулированного сульфата аммония, цементную медь, гидроксид цинка и полуфабрикат строительного гипса, весь процесс переработки не создает собственных отходов.

Технологический процесс состоит из следующих стадий:

- выщелачивание шлама и отделение гипса;

- отделение меди цементацией и цинка гальванокоагуляцией;

- синтез железоокисного пигмента;

- отмывка и сушка пигмента;

- получение гранулированного сульфата аммония.

На первой стадии шлам, извлеченный из шламохранилища и очищенный от посторонних предметов, загружают в аппарат поз. 1 (рисунок 2.1). Туда же подают промывные воды от отмывки пигмента из поз. 22 и промывные воды от отмывки гипса из поз. 5.



Рисунок 2.1. Схема выщелачивания шлама и отделения гипса

После перемешивания суспензию шлама загружают в автоклав поз. 2, добавляют серную кислоту и поднимают температуру и давление. Происходит извлечение тяжелых металлов из шлама в виде сульфатов в раствор. Раствор отделяют от суспензии на автоматическом фильтр-прессе поз. 4, пасту гипса отмывают промывными водами из сборника поз. 22. Солевой раствор собирают в поз. 6 для дальнейшей переработки. Пасту гипса передают на завод гипсовых изделий.

На следующей стадии (рисунок 2.2) солевой раствор из поз. 6 подают непрерывно в барабан-цементатор поз. 7. Суспензия цементной меди через промежуточную емкость поз. 9 поступает на фильтрпресс поз. 10.

Рисунок 2.2 - Схема отделения меди цементацией и цинка гальванокоагуляцией

Раствор собирают в аппарате поз. 11, а пасту цементной меди разгружают с ткани фильтра и направляют на переработку в металлическую медь. В процессе цементации протекает следующая реакция

CuSO₄ + Fe > Cu + FeSO₄.

Раствор из аппарата поз. 11 подают непрерывно в барабан-гальванокоагулятор поз. 12, где за счет реакции

3ZnSO₄ + 6Fe + 3H₂O + 3,5O₂ > Fe₃O₄ +3Zn(OH)₂ + 3FeSO₄

осаждают гидроксид цинка. Суспензию гидроксида цинка собирают в аппарате поз. 13, отделяют на фильтрпрессе поз. 14 и направляют на переработку для получения металлического цинка. Очищенный от примесей раствор сульфата железа направляют на производство пигмента в аппарат поз. 18 (рисунок 2.3).

В реактор поз. 15 загружают раствор сульфата железа, водопроводную воду, аммиачную воду из мерника поз. 17. Реакционную массу продувают сильной струей сжатого воздуха, получая суспензию затравочных частиц со структурой a - FeOOH

2FeSO₄ + 4 (NH₄) OH + 0,5O₂ > 2FeOOH + 2 (NH₄)₂SO₄ + H₂O.

Суспензию затравки подают в реактор поз. 16, туда же загружают и раствор сульфата железа из аппарата поз. 18. Реакционную массу нагревают паром и начинают продувать сжатым воздухом для окисления железа (II) до железа (III). Одновременно с помощью шнекового дозатора в реактор непрерывно подают порошок карбамида. В результате затравочные частицы вырастают до пигментных размеров, близких к длине полуволны видимого света. Реакция описывается следующим уравнением

2FeSO₄ + 2 (NН₂)₂CO + 2H₂O + 0,5O₂ > 2FeOOH + 2 (NH₄)₂SO₄ + 2CO₂.



Рисунок 2.3 - Схема синтеза железоокисного пигмента

Процесс длится около 36 ч, конец реакции определяют по достижению продуктом необходимого цвета (соответствие эталону цвета).

Рисунок 2.4 - Схема отмывки и сушки пигмента

Суспензию готового продукта перекачивают в усреднитель поз. 19 (рисунок 2.4), где накапливают продукт нескольких синтезов, усредняя его свойства. Из усреднителя суспензию подают на фильтрпресс поз. 20 и отделяют от маточника фильтрацией. Маточник, содержащий растворенный сульфат аммония собирают в сборнике поз. 21, откуда передают на упарку. Пигмент на ткани фильтра отмывают конденсатом от операции упарки раствора сульфата аммония, промывные воды собирают в сборнике поз. 22 и используют как техническую воду в цикле производства. Отмытую пасту пигмента разгружают с фильтра и подают в сушилку со взвешенным слоем инертного материала поз. 23. Высушенный пигмент отделяют от отходящих газов циклоном поз. 25 и рукавными фильтрами поз. 26 и подают на упаковку. Обеспыленные газы выбрасывают в атмосферу.

Раствор сульфата аммония сушат на сушилке РКСГ по технологии НИУИФ (рисунок 2.5). Раствор упаривают а выпарном аппарате поз. 28. Конденсат собирают и направляют в цикл производства пигмента. Упаренный раствор непрерывно подают в сушилку-гранулятор поз. 29, готовый продукт передают на упаковку. Отходящие газы обеспыливают на циклоне поз. 32, после чего выбрасывают в атмосферу.

Рисунок 2.5 - Схема получения гранулированного сульфата аммония

В технологическом процессе не образуется сточных вод, вредных газовых выбросов и не утилизируемых твердых отходов.

2.2 Выбор участка автоматизации в рамках рассматриваемого процесса и синтез структуры АСУТП

В качестве разрабатываемого участка автоматизации процесса переработки шламов выбирается участок получения гранулированного сульфата аммония (рисунок 2.5). Данный участок можно назвать как «грануляция сульфата аммония» - ТО5. Остальное технологическое оборудование разбивается на ряд участков: ТО1 - «выщелачивание шлама и отделение гипса» (рисунок 2.1), ТО2 - «отделение меди и цинка» (рисунок 2.2), ТО3 - «синтез пигмента» (рисунок 2.3), ТО4 - «сушка пигмента» (рисунок 2.4).

Общая структура АСУТП представляется в виде, представленном на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Структурная схема АСУТП

2.3 Синтез функциональной схемы автоматизации

Функциональная схема автоматизации рассматриваемого участка приведена на рисунке 2.7. Места расположения датчиков и исполнительных механизмов выбраны, исходя из следующих положений:

- вентиль 1 предназначен для подачи раствора сульфата аммония в сборник;

- вентиль 2 предназначен для подачи пара в выпорный аппарат;

- вентиль 3 предназначен для подачи упаренного раствора в сушилку-гранулятор;

- вентиль 4 предназначен для подачи природного газа;

- датчики уровня LT1-1 и LT2-1 предназначены для контролирования уровня раствора в сборнике и выдают двоичные сигналы;

- датчик уровня LT3-1 предназначен для контролирования уровня жидкости в выпарном аппарате;

- датчик уровня LT4-1 предназначен для контролирования уровня упаренного раствора в сушилке-грануляторе.

2.4 Схема информационных потоков

Структура информационных потоков представлена в таблице 3.1. Для обозначения характера сигналов ввода / вывода введены специальные символы: # - дискретный сигнал, - аналоговый сигнал. Тип сигналов существенно сказывается на выбор комплекса технических средств (КТС), а именно определяет необходимость выбора устройств сопряжения с объектом, АЦП, ЦАП и т.п.

Вход с датчиков контроля уровня представляет аналоговый сигнал, сообщающий о наличии (высокий уровень сигнала) или отсутствии (низкий уровень сигнала) жидкости.

Для управления положения вентилей выбран дискретный характер сигнала.

2.5 Алгоритмы функционирования АСУТП

Для адекватной работы АСУТП необходимо разработать алгоритмы функционирования.

На рисунке 2.8 представлен общий алгоритм функционирования АСУТП. Этот алгоритм состоит из трёх процедур:

- процедура запуска системы (рисунок 2.9);

- процедура контроля за состоянием системы (рисунок 2.10);

- процедура остановки системы (рисунок 2.11).

Алгоритм контроля за состоянием системы включает в себя процедуру устранения аварийной ситуации пери ее возникновении (рисунок 2.12).

Рисунок 2.8 - Общий алгоритм функционирования системы

Рисунок 2.9 - Алгоритм запуска системы



Рисунок 2.10 - Алгоритм контроля за состоянием системы

Рисунок 2.11 - Алгоритм устранения аварийной ситуации



Рисунок 2.12 - Алгоритм остановки системы

2.6 Формирование технических требований к разрабатываемой системе

После построения функциональной схемы автоматизации, определения необходимых сигналов и алгоритмов работы АСУТП в различных ситуациях можно непосредственно переходить к синтезу принципиальной схемы. Предварительно необходимо отметить особенности разрабатываемой системы и сформулировать требования к последней.

Разрабатываемая система должна удовлетворять требованиям:

- при возникновении аварийных ситуаций на смежных объектах производить отключение оборудования за кратчайшее время во избежание причинения существенного ущерба производству и порчи оборудования;

- при возникновении аварийных ситуаций на рассматриваемом объекте вовремя информировать остальные участки для принятия соответствующих мер;

- система должна быть достаточно быстродействующей;

- системой должен быть обеспечен достаточный уровень надёжности.

Характеристики системы можно обозначить следующим образом:

- количество датчиков - 4 (датчики уровня);

- количество исполнительных механизмов - 5 (вентили);

- организация рабочего места оператора - ЭВМ с установленным программным обеспечением TraceMode от фирмы AdAstra;

3. Разработка принципиальной схемы АСУТП

3.1 Выбор элементной базы

Выбор контроллера

Требования к контроллеру:

- Невысокие стоимостные показатели;

- Современная аппаратная платформа и элементная база;

- Совместимость с наиболее распространенными SCADA-системами (в частности с Trace Mode 5);

- Наличие технической поддержки;

- PC-совместимость.

В 2000 г. на Шестой конференции Trace Mode московскими фирмами «Адастра» и «Индустриальные компьютерные системы» было заявлено о совместном OEM проекте «Лагуна». Суть проекта заключается в поставке на отечественный рынок промышленной автоматизации недорогого управляющего контроллера с программным обеспечением для его программирования.

Результатом совместной работы стал контроллер «Лагуна-7000» обладающий уникальным набором технических, стоимостных и потребительских свойств, принесших ему заслуженную популярность в России и странах СНГ:

- невысокая цена, прекрасно укладывающаяся в небольшие сметы для решения задач малой автоматизации - всего 300 $;

- контроллер поставляется с понятной, привычной, универсальной и мощной средой программирования, способной решать большой спектр задач автоматизации. Если раньше пользователю приходилось отдельно приобретать контроллер, SCADA-систему и думать о совместимости одного с другим, то теперь он приобретает контроллер с поддержкой всей алгоритмической мощью Trace Mode 5;

- качественность и надежность аппаратной части и программного обусловлены тем, что для «Лагуны» выбрана отлаженная и обкатанная аппаратная платформа и широко распространенная SCADA-система в качестве программной основы;

- РС-совместимость контроллера - наиболее универсальная, наиболее гибкая и наиболее знакомая пользователю платформа;

- Оба «родителя» контроллера являются чисто российскими фирмами, давно зарекомендовавшими себя на отечественном рынке. Пользователь может не только получить ответы на свои вопросы в службах технической поддержки фирм, но и приехать лично, обсудить все вопросы на месте, получить контроллер на испытания, а также высказать предложения по изменению и улучшению программных средств.

Контроллер «Лагуна» изготавливается на базе контроллера I-7188 и оптимизируется для работы с Микро МРВ Trace Mode. По существу это миниатюрный РС-совместимый компьютер, помещенный в компактный корпус.

Основные характеристики аппаратной платформы «Лагуны»:

- процессор: AMD 188ES-40МГц;

- SRAM: 256 кб;

- Flash-диск: 512 кб;

- максимальный объем программы пользователя: 448 кб;

- операционная система: Datalight's ROM-DOS, совместимая с MS-DOS 6.2;

- часы реального времени:

- считает секунды, минуты, часы, дни, месяцы, года от 1980 до 2079;

- NVSRAM (энергонезависимая память): 31 байт, время хранения данных не менее 10 лет;

- литиевая батарея для часов реального времени и NVSRAM;

- EEPROM: 1024 байт >1,000,000 циклов перезаписи;

- последовательные порты: 4

- максимальная скорость обмена 115.2К;

- СОМ1-RS-232 или RS-485 (выбирается перемычкой), СОМ2-RS-485, COM3-RS-232, COM4-RS-232;

- питание: +10… +30В;

- потребляемая мощность: 2.2Вт максимум;

- температура работы: от -20°С до +70°С.

Конструктивно контроллер выполнен с пластиковом корпусе из негорючей пластмассы. На корпусе расположены разъем типа DB-9 и клеммный соединитель с винтовой фиксацией. Контроллер может быть установлен на панель или на стандартную 35-миллиметровую DIN-рейку.

По быстродействию «Лагуна» не уступит компьютеру с процессором Intel 80286. В качестве УСО для контроллера используются модули удаленного ввода-вывода серии I-7000. Номенклатура модулей включает более 60 наименований: модули аналогового ввода и вывода, дискретного ввода-вывода, коммуникационные и модули таймеров / счетчиков. Все они являются интеллектуальными преобразователями входных и выходных аналоговых и дискретных сигналов в цифровой код, который может обрабатываться компьютером или контроллером. Модули позволяют напрямую подключать первичные датчики (термопары, термометры сопротивления, тензодатчики) и источники сигналов и непосредственно управлять аналоговыми и дискретными нагрузками.

Контроллером поддерживаются практически все возможности полнофункционального МикроМРВ. С точки зрения Trace Mode «Лагуна» представляет собой управляющий контроллер на 128 точек ввода / вывода. К его последовательным портам могут подключаться модули серии I-7000 и терминал DK-8070.

Связь с компьютером верхнего уровня также осуществляется через один из СОМ портов. Минимальный цикл монитора составляет 55 мс. При скорости последовательного порта 56 кбод контроллер за 1 сек опрашивает до 20 модулей ввода-вывода.

В дальнейшем были расширены возможности обмена с модулями серии I-7000. Теперь поддерживается функция группового опроса каналов многоканальных модулей, что увеличивает скорость обмена по последовательному интерфейсу. Значительно улучшена работа с терминалом DK-8070 производства компании «Индустриальные компьютерные системы». Теперь на терминал можно выводить не только информацию о названии канала, его значении, но даже квазиграфические элементы отображения. Для контроллера появился ОРС-сервер. Теперь «Лагуну» можно интегрировать не только в систему, работающую под Trace Mode, но и под любой другой современной SCADA-системой, поддерживающей ОРС-технологию.

Безусловно «Лагуна» не предназначена для применения там, где необходимо контролировать большое количество параметров и использовать сложные алгоритмы обработки данных. Контроллер может функционировать автономно, без подключения к управляющему компьютеру, а может быть интегрирован в большую распределенную систему АСУ ТП. Т. е. с помощью «Лагуны» можно решать задачи разного уровня сложности:

- создать автономный многоканальный локальный регулятор с гибко изменяемой структурой под вашу задачу;

- реализовать небольшую систему сбора данных и управления;

- легко интегрировать систему в уже существующую АСУ ТП;

- построить большую распределенную систему АСУ ТП или часть этой системы.

Выбор датчиков и исполнительных механизмов

Датчики уровня - УДУ-25:

- Бесконтактный способ измерения уровня

- Надежность (наработка на отказ не менее 100000 часов)

- Точность (0.5% от измеряемой дальности)

- Широкий диаппазон рабочих температур (от -45°до + 85° С)

- Стойкость к агрессивным средам

- Встроенный датчик температуры

Клапаны для перекрытия трубопровода - КЭ2:

- принцип действия - электромагнитный;

- напряжение питания - 36 В, частота тока - 50 Гц;

- управление цифровым сигналом по принципу «включение / выключение».

3.2 Синтез принципиальной схемы

Синтез структуры АСУТП производится на стандартном наборе функциональных элементов и не требует разработки каких-либо дополнительных модулей.

Принципиальная схема может быть изображена в виде следующей структуры (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Структурно-принципиальная схема АСУТП участка

Замечания по построению схемы:

- защиту от скачков напряжения и статического электричества на линиях связи обеспечат заземление и экранирование;

- питание исполнительных механизмов производится специальными источниками питания, расположенными на технологическом объекте;

- для организации ЛВС, включающей ЭВМ оператора и УВМ технологического участка, можно использовать стандартные сетевые протоколы, например, Ethernet;

- синтезированная схема может быть отличной по организации датчиков и исполнительных механизмов, предъявленной на функциональной схеме автоматизации, что связано со спецификой процесса проектирования.

Следующим этапом проектирования является разработка программного обеспечения.

4. Разработка программного обеспечения АСУТП

4.1 Выбор программных средств

Для полноценного функционирования АСУ ТП необходима программная реализация предложенных алгоритмов.

В настоящее время наряду с языками программирования низкого уровня (Assembler), специализированных языков для программирования контроллеров (МК - 51), языков высокого уровня (Borland C++ Builder) и другими существует целый ряд приложений, позволяющих разрабатывать программное обеспечение для АСУТП.

Для ощущения полноты разнообразия программных средств, произведем краткий обзор программных продуктов.

Программные продукты фирмы Iconics:

TrendWorX32

Представляет открытое решение по высокопроизводительному построению графических зависимостей контролируемых параметров. Поддерживает спецификацию OPC доступа к историческим данным (OPC HDA), устанавливающую требования к подсистеме накопления и регистрации значений контролируемых параметров в различных базах данных с возможностью последующего извлечения и представления на графиках.

Пакет TrendWorX32 обеспечивает накопление и представление текущих данных в виде графических зависимостей от времени. Кроме того, TrendWorX32 является мощным средством архивирования накапливаемой информации в базах данных с возможностью последующего извлечения и просмотра на графиках. Полностью соответствует спецификациям OPC доступа к текущим и историческим данным.

AlarmWorX32

Мощная подсистема обнаружения, идентификации, фильтрации и сортировки аварийных и других событий, связанных с контролируемым технологическим процессом и состоянием технических средств АСУ ТП.

AlarmWorX32 является набором программных компонентов, предназначенных для обнаружения аварийных событий, оповещения оперативного персонала, приема подтверждений восприятия информации об аварийных событиях и регистрации информации об авариях в базе данных.

DataWorX32

Сервер организации единого централизованного списка контролируемых параметров с возможностью создания глобальных переменных, доступных всем клиентским приложениям программного комплекса, а также обладающий механизмом резервирования серверов OPC.

DataWorX32 является OPC-сервером, который предназначен для организации единого моста между множеством клиентских и серверных компонентов системы.

Программные продукты фирмы Iconics:

Система UltraLogik предназначена для разработки программного обеспечения сбора данных и управления, исполняемого на IBM PC совместимых контроллерах и промышленных компьютерах с открытой архитектурой.

Система предоставляет пользователю механизм объектного визуального программирования, когда программа собирается из готовых функциональных блоков. Кроме этого, UltraLogik предоставляет возможность выполнять программные модули, написанные на других языках программирования, таких как Си, Паскаль, Ассемблер. При этом внешне такая программа выглядит как обычный функциональный блок, назначение входов и выходов которого определяет пользователь.

UltraLogik является мощной и в то же время простой в использовании инструментальной системой, которая на порядки сокращает время проектирования программ для контроллеров и промышленных компьютеров. Широкий выбор фунциональных блоков и демонстрационных проектов, реализующих всевозможные алгоритмы регулирования, позволит даже начинающему пользователю создавать с помощью UltraLogik изящные и оптимальные программы.

Программные продукты фирмы AdAstra:

TraceMode

Программный продукт TraceMode является наиболее успешным и широко известным приложением для разработки программного обеспечения АСУТП на территории Российской Федерации и стран СНГ. С одной стороны это объясняется тем, что указанный продукт отечественного производства, с другой - достаточно хорошая информационная поддержка со стороны фирмы AdAstra и совместимость стандартов с большинством мировых производителей средств промышленной автоматики.

ТРЕЙС МОУД - графическая SCADA-система для разработки АСУ ТП.

ТРЕЙС МОУД основана на инновационных, не имеющих аналогов, технологиях. Среди них разработка распределенной АСУ ТП как единого проекта, автопостроение, оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, уникальная технология «playback» - графического просмотра архивов на рабочих местах руководителей. ТРЕЙС МОУД - это первая SCADA-система, поддерживающая сквозное программирование операторских станций и контроллеров при помощи единого инструмента.

ТРЕЙС МОУД состоит из инструментальной системы и исполнительных модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе ТРЕЙС МОУД. ТРЕЙС МОУД 5 основана на новейшей модели распределенного компонентного объекта - DCOM, лежащей в основе Windows NT. Поэтому отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУ ТП на базе ТРЕЙС МОУД легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные системы. ТМ является лидером в технологии сквозного программирования верхнего и нижнего уровня АСУ ТП. При помощи ТМ возможно одновременно программировать задачи приема данных и управления в IBM PC совместимых контроллерах и задачи супервизорного контроля и управления для АРМ диспетчеров на ПК. Вся разработка осуществляется в графическом редакторе в соответствии с требованиями международного стандарта.

Выбранный в проекте контроллер Lagoon поставляется со встроенным Монитором Реального Времени и OEM-версией интегрированной SCADA- и SOFTLOGIC-системы TRACE MODE 5 производства компании AdAstra Research Group (Россия, Москва). Контроллер оптимизирован для работы с TRACE MODE.

Lagoon-7000 под управлением TRACE MODE может контролировать до 128 точек ввода / вывода. Контроллером практически полностью поддерживаются все возможности полнофункционального Микро Монитора Реального Времени (МикроМРВ). Минимальный цикл его МикроМРВ составляет 55 мс. При скорости последовательного порта 56 кбод, контроллер за 1 секунду опрашивает до 20 модулей ввода-вывода.

В комплект поставки Lagoon-7000 входит ОРС-сервер. Поэтому контроллер может быть интегрирован в АСУ ТП, работающую не только под TRACE MODE, но и под любой другой современной SCADA-системой, поддерживающей ОРС-технологию.

Кроме того, каждому купившему контроллер бесплатно предоставляется базовая версия SCADA-системы TRACE MODE 5 для разработки операторского интерфейса и демо-версия сервера реального времени TRACE MODE на один час работы. Пользователь может разработать человеко-машинный интерфейс к контроллеру и опробовать его в реальном времени. Для запуска проекта в промышленную эксплуатацию достаточно приобрести коммерческую версию сервера.

Программное обеспечение для контроллеров Lagoon-7000 условно бесплатно. Оно распространяется на условиях shareware. Набор инсталляционных модулей пользователи могут загрузить бесплатно. После установки на своем компьютере необходимых файлов пользователь получает полнофункциональную среду разработки и МикроМРВ для контроллера. Причем без каких-либо ограничений на функциональность.

Именно данный программный продукт выбран в качестве системного программного обеспечения для разработки контролирующей системы АСУТП.

4.2 Разработка базы каналов

Важным этапом разработки АСУТП в среде ТМ является создание базы каналов, производимое в редакторе базы каналов. Создается математическая модель системы управления: описываются конфигурации всех рабочих станций, контроллеров и УСО, а также настраиваются информационные потоки между ними. Здесь же описываются входные и выходные сигналы и их связь с устройствами сбора данных и управления. В этом редакторе задаются периоды опроса или формирования сигналов, настраиваются законы первичной обработки и управления, технологические границы, программы обработки данных и управления, здесь настраивается архивирование технологических параметров, сетевой обмен, а также решаются некоторые другие задачи.

Для рассматриваемого случая необходимо создать каналы, название и назначение которых приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Каналы разрабатываемой АСУТП

Название	Назначение
РезервуарР	Контроль уровня раствора в сборнике
РезервуарВ	Контроль уровня раствора в выпаривателе
РезервуарГ	Контроль упаренного раствора в сушилке-грануляторе
ВентильР	Управление клапаном подачи раствора в сборник
ВентильП	Управление клапаном подачи пара в выпариватель
ВентильУрР	Управление клапаном подачи раствора в выпарный аппарат
ВентильСб	Управление клапаном подачи упаренного раствора в сушилку-гранулятор
ВентильГ	Управление клапаном подачи газа

Разрабатываемая АСУ ТП предназначена для работы в режиме эмуляции и не может быть проверена на реальном объекте.

4.3 Разработка графического интерфейса АСУ ТП

Разработка графического интерфейса является неотъемлемой частью проектирования любого проекта в среде разработки Trace Mode 5.0. Графическая часть включает в себя совокупность всех экранов для представления данных и супервизорного управления, входящих в базы узлов проекта.

При разработке графической базы необходимо учитывать:

- доступность информации для оператора;

- возможность контроля параметров процесса как на самом объекте, так и посредством операторской станции;

- возможность быстрого реагирования на возникшие аварийные ситуации;

- создание отчёта тревог для фиксирования аварийных ситуаций.

Учитывая все вышеизложенные требования, произведён синтез графической базы проекта, экранные формы которого представлены ниже.



Рисунок 4.1 - Экранная форма участка гранулирования сульфата аммония

Рисунок 4.2 - Экранная форма архивирования



Рисунок 4.3 - Экранная форма пульта оператора

В результате синтеза АСУТП в системе ТМ удалось реализовать эмуляцию работы технологического процесса. В связи с невозможностью настройки сетевой системы графическая часть управляющей машины не настраивалась и приведена в качестве рекомендаций для дальнейших разработок. Стоит отметить, что не все управляющие алгоритмы системы были реализованы в проекте ТМ, так как полная реализация не может быть продемонстрирована в рамках рассматриваемого проекта.

Размещено на Allbest.ru

...