Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Нефтехимическая промышленность имеет исключительно важное значение в развитии всей хозяйственной отрасли. Из нефти вырабатывается горючее для двигателей внутреннего сгорания, топливо для газовых турбин и котельных установок, парафин, битумы разных марок для дорожного строительства, гидроизоляции и других целей, синтетические жирные кислоты, сажа для резинотехнической промышленности, кокс для электродов, а также большой ассортимент смазочных и специальных масел.

На таком крупном предприятии как ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» на многих технолгических установках, для питания исполнительных механизмов, регулирующей аппаратуры и приборов КИП используется сжатый воздух.

Важными источниками получения сжатого воздуха на различных промышленных предприятиях и строительных площадках являются компрессорные станции. Особенно большое количество сжатого воздуха потребляют предприятия машиностроительной, металлургической, угольной, химической, нефтяной и судостроительной промышленности.

Сжатый воздух применяют для совершения механической работы получения необходимых газов для различных процессов и реакций, где воздух используется благодаря наличию в нем кислорода, и т. д.

Обладая основными свойствами, присущими газам, воздух имеет ряд особенностей, облегчающих его широкое применение: он не конденсируется, не имеет специфически вредных свойств и не огнеопасен. Эти особенности воздуха дают возможность широко применять его на взрывопожароопасных предприятиях, каким является ООО «ЛУКОЙЛ - Волгограднефтепереработка».

Проектирование, строительство и эксплуатация компрессорных станций должны осуществляться с соблюдением действующих нормативов и определенных правил, выработанных практикой. В первую очередь при проектировании необходимо учитывать степень пожарной опасности и взрывоопасности технологического процесса.

По степени пожарной опасности технологического процесса компрессорные станции, производящие сжатый воздух, относятся к категории «Д», т. е. к производствам, связанным с обработкой несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии. Однако в компрессорных станциях, сжимающих воздух давлением свыше 0,7 атмосфер, может произойти взрыв агрегатов или сосудов вследствие неправильной их конструкции или эксплуатации. Особенно опасны взрывы и воспламенения горючих материалов, попавших в сжатый воздух, поэтому при монтаже и эксплуатации компрессоров, вспомогательного оборудования и трубопроводов следует соблюдать соответствующие нормы и правила. Также необходимо выполнять общие требования, предъявляемые к промышленным объектам соответствующей категории.

В ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» задачу повышения качества производства, на сеогодняшний день пытаются решать переводом систем управления различных объектов в том числе и систем управления компрессорными мышинами на микропроцессорную базу.

Воздушная компрессорная №96 цеха №20 ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка» введена в строй в марте 1979 года, поэтому система автоматического управления компрессорами, выполненная на релейной схеме, которая морально и физически устарела и требует срочной модернизации.

Современные требования к системам контроля, управления и противоаварийной автоматической защиты компрессорных установок, регламентированные «Правилами устройства и безопасной эксплуатации компрессорных установок» и другими нормативно-техническими документами по промышленной безопасности также заставляют повсеместно модернизировать системы управления различными компрессорами.

1. Анализ объекта и микропроцессорной техники

1.1 Анализ предметной области

На существующих технологических установках предприятия ООО «ЛУКОЙЛ - Волгограднефтепереработка» имеются компрессорные агрегаты с релейными схемами управления.

На основе таких систем невозможно автоматически создавать производственные архивы, нет возможностей по автоматизации участков производственного процесса, нет централизованного сбора информации и управления из единого центра диспетчерской. Кроме того, эксплуатация, контроль и ремонт таких схем требует значительных трудовых и материальных затрат.

Одним из объектов предприятия, система управления которого построена на релейной логике и давно устарела, является воздушная компрессорная №96 цеха № 20. Данная станция основана на трех идентичных центробежных, воздушных компрессорных установках типа К250-61-5 (ВК-1, ВК-2 и ВК-3).

Целью данного проекта является перевод системы управления компрессоров станции № 96 цеха № 20 на микропроцессорную базу.

Микропроцессорные автоматизированные системы управления обеспечивают контроль и управление компрессорными агрегатами, т.е. автоматический пуск и остановку, предупредительную и аварийную сигнализации, блокировку и отключение нагнетателя при аварийных режимах. Они обеспечивают управление исполнительными механизмами и контроль за обще-компрессорными параметрами. Вследствие чего, получаем снижение вероятности появления аварийных ситуаций в процессе эксплуатации и повышение моторесурса дорогих компрессорных агрегатов в целом.

Задачу дипломной работы необходимо решить на основе формализованного алгоритма работы системы управления, вытекающего из имеющихся документов (технологического регламента работы системы управления, технического описания и инструкции по эксплуатации) на компрессорную установку К250-61-5.

1.2 Анализ объекта автоматизации

1.2.1 Компрессорная установка

Назначение

Изделие - стационарная компрессорная установка с центробежным шестиступенчатым компрессором с двумя ступенями промежуточного охолождения - предназначено для сжатия атмосферного воздуха и подачи его в сеть сжатого воздуха металлургических, машиностроительных, химических, нефтеперерабатывающих заводов, шахт и других предприятий.

Изделие ориентировано на размещение (установку) в помещении компрессорной станции и на фундаменте спроектированных для него.

Технические данные

1) Направление вращения ротора турбодвигателя - против часовой стрелки, если смотреть на него со стороны компрессора.

2) Направление вращения ротора компрессора - против часовой стрелки, если смотреть на него со стороны турбодвигателя.

3) Рабочая частота вращения ротора компрессора указана в технических характеристиках по компрессору.

5) Система смазки зубчатого зацепления редуктора, зубчатых муфт, подшипников скольжения собственно компрессора, редуктора и турбодвигателя - принудительно циркуляционная. Смазка осуществляется турбинным маслом.

6) Допускается как длительная, так и постоянная работа компрессора на сеть сжатого воздуха с любым давлением нагнетания как равным наибольшему конечному давлению воздуха на выходе из нагнетательного патрубка компрессора, так и меньше его при условии соответствующей переналадки системы регулирования давления.

7) Работа компрессора с давлением нагнетания более 0,782 МПа (8кг/см²) не допускается по условиям прочности его корпуса, промежуточных и концевого воздухоохладителей; чрезмерного увеличения осевого усилия на подшипник компрессора, а также из-за перегрева компрессора.

8) Температура масла в маслобаке перед пуском машины не должна быть ниже 30 ?С для масла марки 30 и 25 ?С для марки 22.

9) Температура масла после маслоохладителей при работе машины должна быть в пределах 40…45 ?С.

10) Температура подшипников компрессора, редуктора и двигателя не должны превышать 72 ?С.

11) Температура воздуха после первой и второй ступеней промежуточного воздухоохладителя компрессора не должна превышать 72 ?С.

Работа и взаимодействие

1) Воздух засасывается компрессором из атмосферы через всасывающий воздухопровод. Проходя через станционный воздушный фильтр, воздух очищается от механических примесей (пыль, сор и прочее).

2) Компрессор сжимает воздух и подает его в нагнетательный воздухопровод.

3) В процессе сжатия после второго и четвертого рабочих колес воздух выводится из корпуса компрессора, охлаждается в промежуточных воздухоохладителях и вновь поступает в корпус компрессора.

Промежуточное охлаждение обеспечивает увеличение производительности, КПД компрессора и снижение потребляемой им мощности.

4) В нагнетательном воздуховоде воздух последовательно проходит воздухоохладитель концевой, обратный клапан. Задвижку и поступает в сеть сжатого воздуха компрессорной станции (объекта).

5) Импульс по давлению преобразуется первичным прибором системы автоматики и вводится в ее систему управления.

6) Повышающий редуктор передает мощность от двигателя к компрессору. Редуктор представляет собой одноступенчатую повышающую шевронную цилиндрическую передачу.

7) Масляная система обеспечивает смазку подшипников компрессора, редуктора и двигателя, зубчатого зацепления редуктора, соединительных зубчатых муфт, а также их охлаждение.

8) Система автоматики осуществляет поддержание заданного давления нагнетания воздуха. Защиту компрессора от помпажа, защиту изделия от возможных ненормальных и аварийных условий и режимов.

При работе в неавтоматическом режиме, система осуществляет только необходимые блокировки, исключающие ошибки эксплуатирующего персонала при пуске.

9) Регулирование производительности осуществляется дроссельной заслонкой.

Компрессор К250-61-5

Компрессор - однокорпусная (одноцилиндровая), овальная, шестиступенчатая с охлаждением сжимаемого воздуха после каждых двух ступеней, центробежная компрессорная машина одностороннего всасывания.

Машина состоит из: ротора, опорного вкладыша, вкладыша опорно-упорного, диафрагм, уплотнений, корпуса.

Технические характеристики центробежной компрессорной машины К250-61-5

Объемная производительность при начальных условиях Q, м3/мин....	145-255
Потребляемая мощность N, кВ………………………………………….	1000-1445
Конечное абсолютное давление Рк max, кгс/см2 ………………………...	8,0
Габаритные размеры с приводным двигателем l x b x h, м…………...	8,2 x 6,3 x 4,3
Масса без приводного двигателя m*, т………………………………....	15,5
Мощность двигателя Nд, кВт…………………………………………...	1600
Напряжение питания электродвигателя Uд, В………………………….	6000

Смазочная система в составе К250-61-5 представлена в виде устройств (смазочный бак, пусковой насос, маслоохладитель) и других элементов (арматура, трубы и т.п.). Все устройства устанавливаются и соединяются в систему при монтаже компрессора.

Регулирование работы центробежного компрессора может осуществляться двумя различными способами: изменением частоты вращения ротора либо дросселированием воздушного потока на стороне всасывания.

Приводом компрессора является электродвигатель марки СДКПЛ 14-36-12, синхронного типа, в защищенном исполнении с самовентиляцией по замкнутому циклу. Мощность электродвигателя 1600 кВт, ток трехфазный, напряжением 6000 вольт, частотой 50 герц.

Способ соединения электродвигателя с компрессором - через редуктор представляющий собой одноступенчатую повышающую шевронную цилиндрическую передачу.

Режимы работы

Компрессорная установка и в особенности ее компрессор - сложное высокооборотное и напряженное изделие, надежность долговечность и экономичность работы которого прямо зависят от качества общей и специальной культуры эксплуатации и обслуживания, а так же от поддержания режимов нормальной работы автоматизированной системой управления.

Режимы работы компрессора в части давления нагнетания определяются его настройками.

Возможны следующие режимы работы компрессора:

1) пуск;

2) прогрев;

3) работа на выхлоп;

4) работа с выхлопом части воздуха;

5) работа с частично прикрытой дроссельной заслонкой;

6) работа с открытой дроссельной заслонкой.

Наиболее важным, с точки зрения контроля предельных параметров работы является режим пуска. Несмотря на его кратковременность (около 30 секунд) этот режим оказывает весьма существенное влияние на долговечность изделия и степень износа вкладышей подшипников, а также зубчатой передачи редуктора и других элементов изделий.

При пуске компрессор и редуктор оказываются в самых тяжелых и наименее выгодных условиях:

- Валы и муфты нагружены пусковым моментом который превышает номинальный рабочий более чем в два раза.

- Зубцы зубчатой передачи редуктора перегружены силами, которые превышают номинальные рабочие также более чем в два раза.

- Во всех подшипниках имеет место полусухое трение, т.к. скорости вращения вала и, следовательно окружные скорости опорных шеек валов малы, ввиду чего масляные «клинья» разделяющие при рабочем числе оборотов, шейки валов еще не образовались.

- Ротор компрессора проходит через первое критическое число оборотов (3800 об/мин.) - резонанс.

1.3 Анализ методов автоматизации компрессорных установок

1.3.1 Автоматизированные СУ на основе релейной логики

Такие системы основаны на управлении комплексом путем сбора необходимой информации, с помощью соответствующих датчиков, и передачи ее на релейный логический блок, формирующий на выходе дискретные управляющие сигналы. Таким образом, осуществляется пуск, аварийная остановка и сигнализация, блокировка и отключение технологического оборудования при аварийных режимах.

Такие системы обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются:

- необходимость периодических опробований и контрольных проверок;

- слабые возможности по сравнению с микропроцессорными системами управления;

- трудоемкость, установки, эксплуатации и ремонта;

- значительно более низкая надежность, чем у микропроцессорных систем;

- при использовании релейной схемы, любое, даже незначительное, изменение алгоритма требует изменения электрической схемы;

- на основе таких систем невозможно автоматически создавать производственные архивы, нет возможностей по автоматизации участков производственного процесса, нет централизованного сбора информации и управления из единого центра диспетчерской.

Автоматизированные системы управления компрессорными установками на основе релейных схем получили распространение во второй половине XX века. Однако развитие компьютерной и вычислительной техники значительно замедлило этот процесс. В настоящее время происходит переход от релейно-контактных схем автоматизации компрессорных станций к электронным схемам управления на основе микропроцессорной техники. Катализатором этого процесса является периодическое пополнение предложений подобных систем и постоянное снижение цены на них.

1.3.2 Автоматизированные системы управления на основе микропроцессорной техники

Данные системы также осуществляют сбор необходимых параметров комплекса с помощью соответствующих датчиков (температуры, уровня, давления и т.д.). Однако все данные передаются в единый обрабатывающий центр, в котором в соответствии с заданной программой осуществляется их анализ и обработка. В зависимости от текущих значений предельных параметров осуществляется пуск, аварийная остановка и сигнализация, блокировка и отключение технологического оборудования при аварийных режимах.

Программируемые микропроцессорные системы вывели процесс автоматизированного управления такими объектами как компрессорные станции на новый технологический уровень, что связано с их преимуществами:

а) Гибкость при решении задач управления - возможность оптимизации алгоритмов управления программными средствами, без изменения аппаратной части системы. При использовании релейной схемы, любое, даже незначительное, изменение алгоритма требует изменения электрической схемы.

б) Возможность измерения и регистрации параметров объекта управления (ОУ) самим контроллером, без использования дополнительных средств измерения и регистрации. При использовании релейной схемы, функции измерения и регистрации параметров ОУ выполняются специализированными приборами, стоимость которых превышает стоимость всей микропроцессорной АСУ.

в) Наличие в микропроцессорной АСУ универсальных интерфейсов связи позволяет организовывать сеть приборов позволяющих осуществлять мониторинг и управление несколькими ОУ с одного рабочего места. Кроме этого наличие универсальных интерфейсов позволяет передавать большое количество информации на большие расстояния всего по 2-4 проводам, что значительно упрощает и удешевляет реализацию проекта.

г) Более высокая надежность и долговечность электронных систем по отношению к электромеханическим (коими являются релейные схемы) повышает надежность и долговечность системы в целом, что, в конечном итоге, сокращает затраты на обслуживание и ремонт АСУ, а также снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций на ОУ по вине АСУ.

д) Более низкое энергопотребление микропроцессорных АСУ, по сравнению с релейными, позволяет сократить затраты на электроэнергию. К примеру, релейная система на 24 параметра потребляет от 40 до 400 ВА, аналогичная система на базе микропроцессорной техники не более 15 ВА.

е) Возможность быстрой отладки путем замены вышедших из строя блоков, либо сменой, отладкой или переустановкой управляющей программы. Этот факт позволяет в рекордно короткие сроки восстанавливать работоспособность различных технологических установок, что очень важно для снижения затрат простоя оборудования, особенно на таких предприятиях где такой простой недопустим.

1.4 Анализ современной микропроцессорной техники для управления технологическими объектами

1.4.1 Контроллеры многофункциональные КР-300

Назначение и общая характеристика

КР-300 это компактный многоканальный многофункциональный высокопроизводительный микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами. Контроллер КР-300 эффективно решает как сравнительно простые, так и сложные задачи управления.

Контроллер предназначен для построения управляющих и информационных систем автоматизации технологических процессов малого и среднего (по числу входов-выходов) уровня сложности и широким динамическим диапазоном изменения технологических параметров, а также построения отдельных подсистем сложных АСУ ТП, обеспечивая при этом оптимальное соотношение производительность/стоимость одного управляющего или информационного канала.

Основные области применения контроллера:

а) АСУ ТП малой и средней сложности предприятий с непрерывными или дискретными технологическими процессами различных отраслей (энергетические, химические, нефте- и газодобывающие, машиностроительные, сельскохозяйственные, пищевые производства, производство стройматериалов, предприятия коммунального хозяйства т.п.).

б) Управление механизмами, агрегатами, линиями и т.п. как автономно, так и в составе АСУ ТП.

Контроллер предназначен для решения следующих задач:

а) Сбор информации с датчиков различных типов и ее первичная обработка (фильтрация сигналов, линеаризация характеристик датчиков, офизичивание сигналов и т.п.).

б) Выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов.

в) Контроль технологических параметров по граничным значениям и аварийная защита технологического оборудования.

г) Регулирование прямых и косвенных параметров по различным законам.

д) Логическое, программно-логическое управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования.

е) Математическая обработка информации по различным алгоритмам.

ж) Регистрация и архивация технологических параметров.

Решение этих задач поддерживается аппаратными, программными и языковыми средствами контроллера.

з) Технический учет материальных и энергетических потоков (электроэнергия, тепло) различными участками производства

и) Обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени.

к) Обслуживание технолога-оператора, прием и исполнение его команд, аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров, выдача значений параметров и различных сообщений на пульт контроллера ПК и ПЭВМ верхнего уровня.

л) Обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, проверке технического состояния контроллера.

м) Самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.

Решение этих задач поддерживается аппаратными, программными и языковыми средствами контроллера.

Основные свойства

Контроллер КР-300 является программируемым изделием. Программирование контроллера осуществляется при помощи технологических языков, не требующими привлечения профессиональных программистов при разработке технологических программ языка Функциональных Алгоритмических БЛоков ФАБЛ и процедурного языка высокого уровня ПРОцедурный ТЕКСТ ПРОТЕКСТ. Процесс программирования на языке ФАБЛ сводится к объединению в систему заданной конфигурации нужных алгоритмов, зашитых в постоянной памяти контроллера, на языке ПРОТЕКСТ к записи условий, содержащих алгебраические или логические выражения. Созданная таким образом программа записывается в энергонезависимую флэш-память с электрической записью и электрическим стиранием.

Контроллеры КР-300 могут объединяться в локальную управляющую сеть МАГИСТР с конфигурацией общая шина” и настраиваемой пользователем скоростью передачи данных. Для такого объединения никаких дополнительных устройств не требуются. Через сеть контроллеры могут обмениваться информацией в цифровой форме по витой паре проводов. Производительность сети обеспечивает обмен данными в реальном времени и позволяет рассматривать контроллеры сети как единую распределенную в пространстве систему.

Каждый контроллер КР-300, независимо от того, включен он в сеть или нет, может взаимодействовать с любым внешним абонентом (например, ЭВМ верхнего уровня), имеющим интерфейс RS_232C, RS-485 или ИРПС.

Контроллер КР-300 содержит четыре функциональных подсистемы, поддерживаемых технологическими языками программирования и режимами работы пульта контроллера регулирующую, логическую, группового контроля и управления и программируемую. Первые три подсистемы поддерживаются обоими технологическими языками, последняя только языком ПРОТЕКСТ. Функции всех подсистем выполняются контроллером параллельно, но пульт контроллера в каждый момент времени может взаимодействовать только с одной из подсистем, назначенной оператором.

Регулирующая подсистема контроллера позволяет вести локальное, каскадное, программное, супервизорное, многосвязное регулирование. Архитектура этой подсистемы обеспечивает возможность вручную или автоматически включать, отключать, переключать и реконфигурировать контуры управления, причем все эти операции выполняются безударно независимо от сложности структуры управления. В сочетании с обработкой аналоговых сигналов эта подсистема позволяет выполнить также логические преобразования сигналов и вырабатывать не только аналоговые или импульсные, но и дискретные команды управления.

Логическая подсистема контроллера формирует логическую программу шагового управления с анализом условий выполнения каждого шага, заданием контрольного времени на каждом шаге и условным или безусловным переходом программы к заданному шагу. В сочетании с обработкой дискретных сигналов эта подсистема позволяет выполнять также разнообразные функциональные преобразования аналоговых сигналов, вырабатывать не только дискретные, но и аналоговые управляющие сигналы.

Подсистема группового контроля и управления осуществляет информационный контроль и ручное управление большим количеством аналоговых и дискретных сигналов. В сочетании с возможностями контроллеров по обмену данными через контроллерную сеть эта подсистема обеспечивает работу контроллера в качестве диспетчера контроллерной сети, осуществляющего сбор, контроль и изменение данных других контроллеров.

Регулирующая, логическая и групповая подсистемы контроллера содержат встроенные программные средства взаимодействия с пультом контроллера, обеспечивающие его работу в стандартных штатных режимах, описанных в инструкции по эксплуатации. Эти средства позволяют вручную изменять режим работы, устанавливать задание, управлять ходом выполнения программы, вручную управлять исполнительными устройствами, контролировать сигналы и индицировать ошибки.

Программируемая подсистема обеспечивает взаимодействие с пультом на более низком уровне клавиш, светодиодов, цифровых индикаторов, что позволяет программировать работу пульта с помощью языка Протекст и создавать нестандартные, в том числе объектно-ориентированные режимы работы пульта. В этом случае инструкция по оперативному управлению контроллером создается разработчиком технологической программы.

Контроллер может выполнять свои функции как в приборном, так и в календарном времени, как в приборных, так и в физических размерностях технологических параметров.

Кроме классических задач регулирования и логического управления контроллер может выполнять функции регистрации параметров в оперативной памяти и архивации параметров на твердотельном флэш-диске в календарном времени с последующей выдачей этих параметров на ПЭВМ.

Стандартные аналоговые и дискретные датчики и исполнительные устройства подключаются к контроллеру КР-300 с помощью индивидуальных кабельных связей. Внутри контроллера сигналы обрабатываются в цифровой форме.

Встроенная батарея обеспечивает сохранение оперативных данных и работу таймера-календаря при отключении питания.

Контроллер КР-300 представляет собой комплекс технических средств. В его состав входят центральный микропроцессорный блок контроллера БК, до 4-х блоков расширения устройств связи с объектом БУСО и ряд дополнительных блоков.

Центральный блок преобразует аналоговую и дискретную информацию в цифровую форму, ведет обработку цифровой информации, осуществляет связь по сети и с верхним уровнем, ведет счет календарного времени, вырабатывает управляющие воздействия.

Блок БУСО предназначен для увеличения числа входов-выходов контроллера.

Дополнительные блоки используются для предварительного усиления сигналов термопар и термометров сопротивления, формирования дискретных выходных сигналов на напряжение 220 В, организации внешних переключений и блокировок и т.п.

Контроллер КР-300 является проектно-компонуемым изделием. Его состав и ряд параметров определяются потребителем и указываются в заказе.

В контроллере КР-300 встроены развитые средства самодиагностики, сигнализации и идентификации неисправностей, в том числе при отказе аппаратуры, выходе сигналов за допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по сети и т.п. Для дистанционной передачи информации об отказе предусмотрены специальные дискретные выходы.

Основные технические характеристики

Процессор

Модуль процессора ПРЦ-300 имеет высокие функциональные, скоростные, сложностные и коммуникационные возможности и ориентирован на решение различных задач автоматизации технологических объектов.

Модуль выполняет следующие основные функции:

- обработка информации по заданным пользователем алгоритмам;

- обеспечение работы контроллера в составе локальной контроллерной сети МАГИСТР с установленной пользователем скоростью;

- связь контроллера с верхним уровнем по шлюзовому каналу с установленной пользователем скоростью, исключая необходимость применения специального блока шлюза;

- ведение календарного времени;

- регистрация технологических параметров по принципу черного ящика”;

- архивация технологических параметров в твердотельном флэш-диске;

- хранение резидентного программного обеспечения, программ пользователя, констант и коэффициентов, приборных и системных параметров контроллера только в энергонезависимой памяти с электрической записью и стиранием (флэш-памяти).

Аппаратура процессора имеет следующие технические характеристики:

- разрядность обрабатываемых данных 8, 16, 32;

- производительность процессора до 5 млн. оп/сек;

- время цикла контроллера 0,01-0,4 сек;

- погрешность цифровой обработки 110^-38;

- ПЗУ для хранения резидентных программ, программ пользователя и параметров контроллера с электрической записью и стиранием, объем 512 Кб, 5/7 блоков с независимым стиранием, время записи/стирания 1-2 сек;

- ОЗУ для хранения данных, объем 256 Кб;

- возможность подключения 19 слотов с модулями УСО;

- твердотельный флэш-диск, объем 1 Мб;

- энергонезависимый таймер-календарь с ведением года, месяца, числа, дня недели, часов, минут, секунд;

Внешние интерфейсы

Контроллер имеет два внешних последовательных порта, на которых реализованы внешние интерфейсы контроллера шлюзовой канал ШК канал маркерной сети МК.

1) Канал ШК используется для связи с верхним уровнем в режиме ведомого, резервирования контроллеров и имеет следующие характеристики:

- интерфейс канала RS-232C/ИРПС/RS-485;

- тип канала асинхронный;

- формат байта: старт-бит, 8 бит данных, контроль по паритету отсутствует, длина стоповой посылки 1 бит;

- скорость передачи данных 1,2 Кбод, 2,4 Кбод, 4,8 Кбод, 9,6 Кбод, 19,2 Кбод, 38,4 Кбод, 57,6 Кбод, 115,2 Кбод, зависит от интерфейса (для ИРПС только первые 5 значений) и устанавливается пользователем;

- гальваническая развязка для ИРПС и RS-485;

- длина линий связи до 4 км, зависит от интерфейса (для RS-232C до 20 м) и установленной скорости передачи данных;

- тип линий связи одна (RS-485) или две витые пары.

2) Канал МК используется для подключения к маркерной локальной сети, резервирования контроллеров и имеет следующие характеристики:

- тип канала асинхронный;

- топология сети общая шина”;

- интерфейс RS-485;

- число контроллеров в сети до 31;

- метод доступа к сети интервально-маркерный;

- тип линий связи витая пара или коаксиальный кабель.

Общие технические характеристики

1) Габаритные размеры центрального блока контроллера БК и блока БУСО (80 х 160 х 365) мм.

2) Параметры питания:

- напряжение 24 В, 220 В, 240 В;

- частота 50 Гц, 60 Гц;

- потребляемая мощность 18 Вт, 25 ВА.

3) Время сохранения информации при отключении питания 168 ч. с РЦ53, 40 ч. с Д-0,06.

1.4.2 Программно-технический комплекс ДЕКОНТ

Назначение и общая характеристика

Программно-технический комплекс ДЕКОНТ является многофункциональным изделием, предназначенным для создания на его базе разнообразных систем телемеханики, АСУТП, локальной автоматики и энергоучета.

Комплекс наиболее эффективен, прежде всего, для автоматизации объектов с территориально рассредоточенными технологическими процессами.

С архитектурной точки зрения комплекс представляет собой структурированную систему, состоящую из унифицированных программно-аппаратных компонентов (модулей), базирующихся на принципах сетевых технологий.

Ассортимент программных и аппаратных средств, входящих в состав комплекса, позволяет компоновать конечные изделия для оснащения диспетчерских и контролируемых пунктов следующих систем:

- системы диспетчерского контроля и управления;

- системы телеметрии и телемеханики;

- системы локальной автоматики и регулирования;

- системы архивирования технологической информации и регистрации событий;

- системы технического и коммерческого учета энергоресурсов;

- системы пожарной и охранной сигнализации;

- системы управления конвейерами;

- комбинированные системы.

Комплекс применяется как база для создания современных автоматизированных систем в таких отраслях, как теплоснабжение, водоснабжение, электроснабжение, нефте- и газоснабжение, на предприятиях машиностроительной, металлургической, химической, горнодобывающей промышленности и связи, в жилом фонде и других объектах городского хозяйства (спортивные комплексы, школы, больницы, инженерные сооружения).

Основные свойства

Основу аппаратной части комплекса составляют следующие компоненты:

- программируемый контроллер Decont-182 с набором сменных интерфейсов;

- модули ввода/вывода.

Программируемый контроллер Decont-182 обеспечивает взаимодействие с модулями ввода-вывода, ведет алгоритмы, архивы, поддерживает связь с другими контроллерами и верхним уровнем системы. Устанавливаемые в контроллере сменные интерфейсные платы обеспечивают передачу данных по разнообразным каналам связи.

Модули ввода/вывода - это функционально законченные устройства, обеспечивающие необходимую первичную обработку входных физических сигналов с объекта, преобразование их в защищенный цифровой вид для дальнейшей передачи по технологической сети.

Все основные компоненты комплекса имеют индустриальное исполнение, что позволяет устанавливать оборудование на промышленных объектах без дополнительного кондиционирования. Все изделия проходят испытания на работоспособность при минус 43 С и термоиспытания при 70С в течении 72 часов.

Высокая надежность компонентов системы обеспечивается применением комплектующих от мировых лидеров производства электронных компонентов, таких, как ANALOG DEVICES, ZILOG, SIEMENS, NATIONAL SEMICONDUCTOR, MICROCHIP, AMD.

Для повышения надежности, точности измерений и защиты оборудования от электромагнитных помех использованы специальные конструктивные решения:

- модули размещаются в металлических корпусах;

- печатные платы покрыты защитным лаком;

- обеспечен широкий температурный диапазон эксплуатации: от минус 40 до 70С;

- обеспечен широкий диапазон питания: 9…30В;

- каждый модуль имеет гальваническую изоляцию от источника питания и локальной сети. Внешние сигналы имеют групповую или индивидуальную гальваническую изоляцию;

- все внешние цепи имеют специальную защиту и выдерживают высокие значения парафазных (продольных) и синфазных (поперечных) импульсных воздействий, как по амплитуде, так и по скорости нарастания;

- основу каждого из модулей составляет однокристальная микроЭВМ высокой степени интеграции, в индустриальном исполнении;

- модули не содержат подстроечных элементов. Необходимая коррекция преобразователей осуществляется программно;

- входные сигналы преобразуются, кодируются и в дальнейшем транспортируются в защищенном цифровом виде;

- импульсные сетевые блоки питания имеют широкий диапазон входного напряжения, низкое тепловыделение и мягкий запуск.

При создании систем автоматизации компоненты комплекса обеспечивают реализацию разнообразных сетевых решений на основе следующих встроенных интерфейсов:

- интерфейс RS 485;

- интерфейс RS 422;

- интерфейс RS 232;

- интерфейс “токовая петля”;

- модем для выделенной физической линии;

- модем для коммутируемой линии;

- модем для радиостанции;

- модем для передачи по силовым электрическим линям;

- модем на 4-х проводную некоммутируемую линию.

Комплекс позволяет создавать системы большого объема и сложной топологии. Имеется возможность:

- использовать контроллеры как мосты для передачи информации из одного канала в другой;

- использовать контроллеры как ретрансляторы (в случае радиоканала);

- создавать контура управления с использованием нескольких контроллеров;

- использовать дублирующие каналы связи;

- использовать контроллеры для подключения различных интеллектуальных изделий других изготовителей.

При замене любого контроллера его конфигурация и необходимая коррекция алгоритмов может быть загружена в новый контроллер по сети.

Основные технические характеристики

Рабочий диапазон температуры…………………….от - 40 до + 70 С

Влажность……………………………………………………..5 … 95 %

Питание: версия V6.1 и младше………………………….24 (22 … 26) В

версия V7.1 и старше………………………………….24 (9 … 30) В

Ток потребления при напряжении питания 24В

(без интерфейсных плат) (не более)…………………………75 мА

Тактовая частота основного процессора……………………....30 МГц

Емкость ПЗУ (на основе FLASH)……………………………….....512 К

Емкость ОЗУ…………………………………………………………512 К

При пропадании питания сохранение данных

в ОЗУ и ведение времени, при нормальных

условиях, суммарно (не менее)…………………………..2 лет

Уход часов……………………………………………………....1 мин/мес

Масса………………………………………………………………....0,5 кг

1.4.3 Контроллеры серии БАЗИС

Назначение и область применения контроллеров

Контроллеры серии БАЗИС -- это компактные многоканальные контроллеры, предназначенные для приема и логической обработки сигналов от дискретных или аналоговых датчиков, выдачи сигналов пуска или автоматического останова (блокировки), предупреждения оператора световыми и звуковыми сигналами об отклонении контролируемых параметров от нормы, блокировки и управления.

Контроллеры имеют маркировку взрывозащиты [Exia]IIC и предназначены для установки вне взрывоопасных зон. К ним могут подключаться датчики, устанавливаемые во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок.

Контроллеры данной серии имеют исполнения как не содержащие, так и содержащие измерительные каналы.

Контроллеры соответствуют требованиям «Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» и пригодны для использования в системах противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) компрессоров, насосов и другого технологического оборудования.

Контроллеры серии БАЗИС могут использоваться в различных областях промышленности.

Функциональные возможности и технические характеристики

Контроллеры серии БАЗИС можно разделить на две группы: базовые контроллеры и внешние устройства.

К первой группе относятся контроллеры: БАЗИС-3, БАЗИС-4, БАЗИС-21, БАЗИС-35 и БАЗИС-12. Контроллеры данной группы используются как автономно, так и при организации сетей.

Во вторую группу входят выносные преобразователи БАЗИС-61, БАЗИС-62 и блоки внешнего табло БВТ-12Б и БВТ-24Б. Шина расширения дает возможность подключать к базовым контроллерам, поддерживающим шину расширения, блоки сигнализации и дополнительные входные/выходные каналы.

Функциональные возможности контроллеров серии БАЗИС представлены в сравнительной таблице (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Функциональные возможности контроллеров серии БАЗИС

Функция БАЗИС-21 БВТ-24
Прием сигналов от датчиков: двухпозиционных термопар термометров сопротивления токовых, в т. ч. с запиткой от контроллера	+ + + +	+ - - -
Сравнение сигналов с уставками	+	-
Звуковая сигнализация	+	+
Световая сигнализация: спец. светодиодные элементы (20x10 мм) светодиоды	- +	+ +
Управление исполнительными механизмами и выносными средствами сигнализации	+	-
Реализация блокировок	+	-
ПИ-, ПИД-регулирование	-	-
Конфигурирование: с лицевой панели через компьютер посредством шины расширения	+ + -	- + -
Программное изменение градуировок и шкал температурных датчиков	+	-
Запоминание различных событий (архив)	+	-
Запоминание и индикация трендов	+	-
Циклическое управление	+	-
Самодиагностика	+	+
Внешнее дублирование кнопки квитирования	-	+
Передача архивной информации на компьютер	+	-

Технические характеристики, общие для всех контроллеров данной серии:

- по защищенности от воздействия окружающей среды контроллеры являются защищенными от попадания внутрь твердых тел, степень защиты-- IP-20 (по ГОСТ 14254) [11, с.92];

- контроллеры предназначены для эксплуатации в районах с умеренным климатом, имеют исполнение УХЛ и категорию 4.2 (по ГОСТ 15150);

- температура окружающего воздуха в месте установки контроллеров для эксплуатации должна быть от 5 до 40 °С при относительной влажности до 75% (при 30 °С) и более низких температурах без конденсации влаги;

Сравнительные технические характеристики контроллеров серии БАЗИС приведены в таблице 1.3.

Виды входных каналов:

- двухпозиционный -- «Д» и «ДН»;

- термопарный -- «П»;

- термосопротивлений 3-х проводных -- «С»;

- термосопротивлений 4-х проводных -- «С1»;

- токовый 2-х проводный для пассивных датчиков -- «Т»;

- токовый для активных датчиков -- «ТА» (для модификации контроллеров обыкновенного исполнения -- без искрозащиты).

Технические характеристики входных каналов представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Технические характеристики входных каналов

Тип входного канала	Входное Сопротивле- ние, кОм	Длина линии, не более, м	Сопротивление линии, не более, Ом	Шкала, градуировка	Напряжение запитки, не менее, В
Двухпозиционный Токовый (с запиткой) Термопарный Термосопротивление	-- не более 0,11 не менее 500 --	1000 -- 500 500	1000 50 -- 25	-- 0…20 мА, 4…20 мА по ГОСТ Р 8.585-2001 по ГОСТ 6651-94	18 15 -- 3

Основное исполнение контроллеров -- взрывозащищенное.

Выходные каналы

В контроллерах серии БАЗИС в качестве двухпозиционных выходов применяют реле с перекидными контактами -- 220 В, 5 А и симисторы на нагрузку --220 В, 20 Вт.

Выходные модули бывают трех видов:

- на 5 реле, перекидной контакт;

- на 10 реле, нормально-разомкнутый контакт;

- на 2 реле и 8 симисторов.

1.5 Обоснование выбора управляющего контроллера

Анализ современного оборудования для управления технологическими объектами показывает, что наиболее удовлетворяющими требованиям поставленной задачи являются контроллеры семейства БАЗИС. Их отличает простота и, в тоже время, многофункциональность, небольшие габариты, позволяющие производить монтаж контроллеров без использования шкафов, малое энергопотребление, наличие взрывозащиты и, что не маловажно, низкая стоимость.

Главным достоинством контроллеров семейства БАЗИС, с точки зрения реализации данного проекта, является их ориентированность на реализацию систем ПАЗ и сигнализации непосредственно насосных и компрессорных станций. Немаловажным преимуществом контроллеров серии БАЗИС, с точки зрения выбора под конкретное предприятие, является их широкое распространение для построения систем ПАЗ и сигнализации компрессорных станций на ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка». Использование широкого набора видов входных каналов обеспечивает широкую гибкость при проектировании, позволяет минимизировать количество входных клемм, габариты и общую стоимость системы. Все входные модули (платы) взаимозаменяемые.

Контроллеры многофункциональные КР-300 обладают большими возможностями, вплоть до организации систем управления технологическими процессами средней сложности, но для решения задач настоящего проекта имеют излишнюю избыточность и высокую стоимость. В плане удобства и простоты построения систем ПАЗ данные микропроцессорные системы значительно уступают контроллерам серии БАЗИС.

Программно-технический комплекс ДЕКОНТ удобен для реализации систем управления технологическими объектами с рассредоточенными параметрами, но при этом, его использование для сбора технологической информации через удаленные модулей ввода - вывода с передачей информации по интерфейсу RS-485 ограничивает быстродействие системы. Кроме этого, данный комплекс не имеет сертификата взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств, что ограничивает возможность его использования на объектах ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка».

1.6 Постановка задач

Целью настоящего проекта является разработка системы управления компрессором на базе современной микропроцессорной техники, для обеспечения его безаварийной работы, повышения надежности самой системы и приведении ее технических характеристик в соответствие с требованиями нормативно-технических документов по промышленной безопасности.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

- составить формализованный алгоритм работы системы управления воздушным компрессором;

- выполнить анализ современных микропроцессорных систем и произвести выбор наиболее подходящего решения под реализацию данного проекта;

- на основании формализованного алгоритма работы системы управления, составить логику управления главным двигателем компрессора и другими вспомогательными устройствами (предпускового маслонасоса) с ориентацией на выбранную серию контроллеров;

- разработать функциональную и принципиальную электрическую схемы;

- представить монтажную схему подключений внешних схем управления (схема подключения промежуточных реле и схема подключения кнопок управления);

- разработать мероприятия по технике безопасности при монтаже оборудования и эксплуатации компрессора и выполнить технико-экономические расчеты.

1.7 Требования к системе

1) Система автоматики предназначена для обеспечения функций управления, контроля, сигнализации и защиты компрессора.

2) Подсистема управления, контроля и защиты должна обеспечивать:

а) предаварийную светозвуковую сигнализацию с расшифровкой информации о характере неисправности на щите управления в машинном зале;

б) аварийную светозвуковую сигнализацию с запоминанием первопричины на щите управления в машинном зале, операторной и отключением двигателя компрессора;

в) пуск и останов компрессора со щита управления в машинном зале;

г) управление пусковым маслонасосом со щита управления, а также автоматическое включение пускового маслонасоса при снижении давления масла в коллекторе ниже нормы и выключение пускового маслонасоса при достижении максимального нормального давления масла в системе;

д) регистрацию изменений сигналов от аналоговых датчиков с индикацией и запоминанием трендов на срок не менее десяти суток;

е) запоминание моментов срабатывания дискретных датчиков (формирование архива), блокировок и воздействия на органы управления на срок не менее десяти суток;

ж) формирование сигналов «запрет» и «разрешение» пуска компрессора.

3) Информационный обмен между компонентами подсистемы (управляющий контроллер - блоки внешнего табло) должен осуществляется через интерфейс RS-485, по шине БАЗИС-ШР.

4) Подсистема автоматического регулирования и противопомпажной защиты служит для автоматического регулирования давления на нагнетании и защиты компрессора от помпажа.

5) Все оборудование системы работает в непрерывном режиме за исключением резервного оборудования и оборудования, выведенного в ремонт.

6) Система должна иметь функции самодиагностики. В случае возникновении неисправности в подсистемах должна выдаваться светозвуковая сигнализация в машинном зале и операторной, а отказ подсистемы управления, контроля, сигнализации и защиты должен приводить к останову электродвигателя компрессора.

7) Возможности перенастройки (программирования) системы и очистки архива событий должны быть защищены от несанкционированного доступа, кроме этого каждый санкционированный доступ к указанным функциям должен регистрироваться в архиве.

2. Конструкторская часть

2.1 Разработка формализованного алгоритма работы АСУ

2.1.1 Управление маслонасосом

1) При нажатии на кнопку «ПУСК МАСЛОНАСОСА» происходит включение маслонасоса (кнопка работает всегда, когда маслонасос отключен).

2) При нажатии на кнопку «СТОП МАСЛОНАСОСА» происходит отключение маслонасоса (кнопка работает всегда, когда маслонасос включен).

3) Если давление масла до редукционного клапана превысило значение 5,5 кгс/см² происходит отключение маслонасоса.

4) Если во время работы компрессора давление масла до редукционного клапана снижается до 4,5 кгс/см² маслонасос автоматически включается.

2.1.2 Управление главным двигателем компрессора

1) Пуск главного двигателя осуществляется кнопкой «ПУСК ГД» после формирования сигнала /РАЗРЕШЕНИЕ ПУСКА/.

2) Сигнал /РАЗРЕШЕНИЕ ПУСКА/ будет сформирован только в том случае, когда:

а) температура подшипников компрессора, двигателя и редуктора не превышает 72 ⁰С;

б) давление охлаждающей воды не менее 0,8 кгс/см²;

в) давление масла в реле осевого сдвига не менее 1,0 кгс/см²;

г) давление масла на опорном подшипнике не менее 1,2 кгс/см²;

д) давление масла в магистрали подшипников не менее 0,55 кгс/см²;

е) кнопка «СТОП ГД» не находится в принудительно нажатом состоянии (не нажата и не удерживается рукой);

ж) отсутствует сигнал «неисправность в силовых электрических цепях» из ЩСУ;

з) кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП ГД» не зафиксирована в нажатом состоянии;

и) после аварийного останова ГД было выполнено квитирование сигнала аварии, т.е. была нажата кнопка «СЪЁМ АВАРИИ» на щите управления компрессором.

3) Мгновенный останов ГД произойдет в том случае, когда:

- нажата кнопка «СТОП ГД»;

- давление охлаждающей воды стало менее 0,8 кгс/см²;

- давление масла в реле осевого сдвига стало менее 1,0 кгс/см²;

- давление масла на опорном подшипнике стало менее 1,0 кгс/см²;

- давление масла в магистрали подшипников стало менее 0,55

кгс/см²;

- возникла неисправность в силовых электрических цепях;

- нажата кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП ГД».

4) Останов ГД произойдет, если температура подшипников компрессора, двигателя или редуктора превысила 72⁰С, и в течении 3 минут не пришла в норму.

2.1.3 Сигнализация

1) Предупредительная и аварийная (световая и звуковая) сигнализация информируют о следующих ситуациях:

- температура воздуха охладителя и после охладителя 1,2 и 3 ступеней превысила значение 72 ⁰С;

- температура подшипников компрессора, двигателя или редуктора превысила значение 65 ⁰С;

- температура обмоток ГД превысила значение 120 ⁰С;

- давление охлаждающей воды стало менее 0,8 кгс/см²;

- давление воздуха после 3-й ступени превысило значение 8 кгс/см²;

- уровень в маслобаке достиг нижнего либо верхнего уровня;

- возникла неисправность в силовых электрических цепях;

- произошел аварийный останов компрессора (по блокировке или кнопке «АВАРИЙНЫЙ СТОП ГД»).

2) Информационная (световая) сигнализация на табло информирует о состоянии оборудования и положении исполнительных механизмов:

- маслонасос в работе (контакты пускателя маслонасоса замкнуты);

- ГД в работе (контакты масляного выключателя замкнуты);

- ГД к пуску готов /РАЗРЕШЕНИЕ ПУСКА/.

2.2 Выбор оборудования и организация его взаимодействия

Для реализации данного проекта, учитывая количество входных параметров и количество выходных сигналов, необходимы две пары идентичных микропроцессорных устройств - БАЗИС-21 и БВТ-24Б.

...