Автоматизированная система управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по системам интеллектуального управления

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ



Содержание

Введение

1. Анализ технологического процесса атмосферной ректификации нефти

1.1 Описание технологического процесса

1.2 Основное технологическое оборудование

2. Автоматизация технологического процесса атмосферной ректификации нефти

2.1 Выбор контролируемых и регулируемых параметров

2.2 Разработка структуры (архитектуры) системы автоматизации

2.3 Разработка функциональной схема системы автоматизации

Заключение



Введение

Автоматизация - одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих степень этого участия или трудоёмкость выполняемых операций.

Требует дополнительного применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств вывода, использующих электронную технику и методы вычислений, иногда копирующие нервные и мыслительные функции человека. Наряду с термином автоматический, используется понятие автоматизированный, подчеркивающий относительно большую степень участия человека в процессе.

Цель автоматизации - повышение производительности труда, улучшение качества продукции, оптимизация управления, устранение человека от производств, опасных для здоровья.

Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи.



1. Анализ технологического процесса атмосферной ректификации нефти

1.1 Описание технологического процесса

Нефть представляет собой чрезвычайно сложную смесь взаимно растворимых углеводородов. В промышленной практике нефть разделяют на фракции, различающиеся температурными пределами перегонки.

Для четкого разделения нефти на фракции применяют перегонку с ректификацией. Ректификация - это тепло- и массообменный процесс разделения жидкостей, различающихся по температуре кипения, за счет противоточного, многократных паров и жидкости. Процесс ректификации проводится в ректификационных колоннах на специальных устройствах - ректификационных тарелках или насадках.

В работающей ректификационной колонне через каждую тарелку или заменяющее ее устройство проходят два потока:

- жидкость - флегма, стекающая с вышележащей на нижележащую тарелку;

- пары, поступающие с нижележащей на вышележащую тарелку.

Пары и жидкость, поступающие на тарелку, не находятся в состоянии равновесия, однако, вступая в соприкосновение, стремятся к этому. Жидкий поток с вышележащей тарелки поступает в зону более высокой температуры, и поэтому из него испаряется некоторое количество низкокипящего компонента, в результате чего концентрация последнего в жидкости уменьшается. С другой стороны, паровой поток, поступающий с нижележащей тарелки, попадая в зону более низкой температуры, конденсируется, и часть высококипящего продукта из этого потока переходит в жидкость. Концентрация высококипящего компонента в парах таким образом понижается, а низкокипящего - повышается. Фракционный состав паров и жидкости по высоте колонны непрерывно изменяется.

Часть ректификационной колонны, которая расположена выше ввода сырья, называется концентрационной, а расположенная ниже ввода - отгонной. В обеих частях колонны происходит один и тот же процесс ректификации.

С верха концентрационной части в паровой фазе выводится целевой продукт необходимой чистоты - ректификат, а с нижней тарелки - жидкость, все еще в достаточной степени обогащенная низкокипящим компонентом.

В отгонной части происходит отпарки из этой жидкости легкокипящих фракций, а из нижней части колонны выводится второй продукт - кубовый остаток. В колонну на определенном уровне по высоте колонны подается предварительно нагретое до заданной температуры сырье в виде парожидкостной смеси.

Эта зона называется эвапорационной и разделяет колонну на две зоны - концентрационную и отгонную.

В эвапорационной зоне происходит эвапорация - однократное испарение сырья и разделение его на паровую и жидкостную фазы.

Для нормальной работы ректификационной колонны необходимо, чтобы с тарелки на тарелку непрерывно стекала орошающая жидкость - флегма. Поэтому часть готового продукта (ректификата) после конденсации возвращается на верхнюю тарелку в виде так называемого орошения. При помощи подаваемого наверх колонны холодного (острого) орошения регулируется температура верха колонны.

Тем самым определяется качество ректификата по температуре конца кипения, по содержанию в нем высококипящих компонентов. С другой стороны, для нормальной работы колонны необходимо, чтобы с низа колонны вверх непрерывно поднимались пары.

Для создания восходящего потока паров, а также максимального извлечения из жидкого остатка более легкокипящих фракций, в отгонную часть колонны подводится тепло - при помощи кипятильника, подачи "горячей струи", ввода острого водяного пара и т. д.

В зависимости от числа получаемых продуктов при разделении многокомпонентных смесей различают простые и сложные ректификационные колонны. В первых при ректификации получают два продукта: ректификат и кубовый остаток.

Вторые предназначены для получения трех и более продуктов. Они представляют собой последовательно соединенные простые колонны, каждая из которых разделяет поступающую в нее смесь на два компонента.

В сложных колоннах, как правило, острого (испаряющегося) орошения бывает недостаточно для регулирования теплового режима и создания флегмы по всей высоте колонны, поэтому используют циркуляционные орошения. Флегму с определенной тарелки забирают насосом, прокачивают через теплообменник и охлажденную возвращают в колонну на лежащую выше тарелку.

Отгонные части сложных колонн выделяют в самостоятельные аппараты, называющиеся колоннами (стриппингами).

Как упоминалось выше, одним из методов повышения концентрации высококипящих компонентов в остатке от перегонки нефти является ввод в нижнюю часть ректификационной колонны испаряющего агента.

Наиболее широко в качестве испаряющего агента при перегонке нефти применяют водяной пар.

Влияние последнего заключается в следующем:

- интенсивно перемешивается кипящая жидкость, что способствует испарению низкокипящих углеводородов;

- создается большая поверхность испарения тем, что испарение углеводородов происходит внутри множества пузырьков водяного пара;

- в присутствии водяного пара снижается парциальное давление углеводородов, а соответственно и температура кипения углеводородов.

Водяной пар проходит всю ректификационную колонну и уходит с верхним продуктом, понижая температуру отбора фракций в пределах от 10°С до 20°С.

Рекомендуется применять перегретый в печах водяной пар и вводить его в колонну с температурой, равной температуре подаваемого сырья или несколько выше.

Расход водяного пара зависит от количества отпариваемых компонентов, их природы и условий внизу колонны.

Для хорошей ректификации жидкой фазы внизу колонны необходимо, чтобы примерно 25% ее переходило в парообразное состояние.

Оптимальное количество перегретого водяного пара лежит в пределах 0,5-3,0% масс. на исходное сырьё.

Увеличение количества пара ведёт к повышению нагрузки колонны по парам, повышению перепада давления на колонне, избыточному обводнению нефтепродуктов, усиления коррозионных явлений.

Атмосферную перегонку нефти проводят при температуре не выше 370°С (при более высокой температуре начинается крекинг).

Эффективность процесса ректификации характеризуется четкостью ректификации - предельным содержанием низкокипящих и высококипящих компонентов в целевых фракциях, а также глубиной отбора целевых фракций от сырья. Четкость ректификации и глубина отбора зависят от многих факторов, важнейшим из которых являются температура нагрева сырья, количество подаваемого орошения (флегмы), тип и число тарелок, конструкция и место ввода сырья, рабочие условия и другие.

Контроль за работой ректификационных колонн в основном сводится к оперированию важнейшими факторами процесса - температурным режимом, давлением и изменением количества подаваемого в колонны водяного пара.

Температура сырья на входе в колонну зависит от природы сырья, заданной глубины отбора дистиллятов, давления и относительного расхода водяного пара.

Чем легче по фракционному составу сырье и чем меньше глубина отбора дистиллятов, тем более низкой при прочих равных условиях может быть температура сырья на входе в колонну.

Температура верха колонн и отборов боковых пагонов в сложных ректификационных колоннах регулируется за счет изменения количеств острого и циркуляционного орошений.

Увеличение температуры низа колонны или соответствующей секции сложной колонны приводит к уменьшению содержания легкокипящих компонентов в остатке и увеличению отбора фракций от сырья или в данной в наших условиях секции.

Повышение температуры верха колонны или соответствующей секции колонны позволяет производить отбор ректификата или побочного продукта с заданной температурой конца кипения и повысить температуру начала кипения фракции, отбираемой в последующей секции колонны.

Кроме того, увеличение количества циркуляционных орошений делает возможным разгрузить верхнюю часть колонны по парам, уменьшить подачу острого орошения и повысить температуру предварительного нагрева сырья.

Давление в ректификационной колонне зависит от ряда факторов.

Для обеспечения максимального отбора дистиллятов от сырья давление должно быть как можно ниже и в то же время обеспечивать конденсацию паров дистиллята при помощи наиболее дешевого и доступного хлад агента, преодоление сопротивления при движении паров по тракту после выхода их из колонны.

Увеличение давления в колонне вызывает также повышение температуры кипения углеводородов.

А следовательно, и повышение температуры процесса ректификации, что приводит к увеличению теплопотерь, также снижается чёткость разделения фракций.

Увеличение количества водяного пара, подаваемого в низ колонны, до определенного предела позволяет увеличить глубину отбора дистиллятов из сырья при прочих равных условиях.



1.2 Основное технологическое оборудование

Таблица 1. - Основное технологическое оборудование:



2. Автоматизация технологического процесса атмосферной ректификации нефти

2.1 Выбор контролируемых и регулируемых параметров

Таблица 2:



2.2 Разработка структуры (архитектуры) системы автоматизации

Автоматизированное рабочее место оператора.

К рабочему месту оператора предъявляются следующие требования:

- контроль технологических параметров;

- возможность оперативного вмешательства в ход технологического процесса;

- регистрация необходимой информации (на бумажном и электронном носителе).

Рабочее место оператора представлено средством отображения информации - монитор, средство управления - процессор, клавиатура, мышь, средство регистрации - принтер, стереосистема для звуковой индикации.

Таблица 3. - Выбор посессора:



Intel Core I7.

Автоматическое увеличение производительности.

Технология Intel® Turbo Boost 2.0 автоматически увеличивает производительность процессора, когда это необходимо.

Интеллектуальная многозадачность

Благодаря технологии Intel® Hyper-Threading каждое ядро процессора может одновременно работать с двумя задачами, что позволяет ускорить обработку данных и тратить меньше времени на ожидание.

Так как в процессе предусмотрено резервирование контроллеров путем сброса функций управления при возникновении неисправностей, то необходимо одновременное решение нескольких задач, т. о., выбираем процессор Intel Core I7.

Таким образом выбираем процессор Intel Core I7, т. к., в нашей системе предусмотрена возможность перехода функций контроллера на процессор в случае выхода последнего из строя, вследствие чего необходима функция решения одновременно нескольких задач.

Клавиатура и мышь поставляются в комплекте. Есть дополнительная опция WiFi для поддержки беспроводной связи.

Стерео система.

Для стерео системы не выдвигается особенных требований, т. к., она не несет на себе кокой-то сложных функций. Единственная выполняемая её функция - это сигнализация.

Остановимся на стерео системе Elenberg комплектацией усилитель и две колонки.

Программируемый логический контроллер.

SIMATIC S7-1200 - новое семейство микроконтроллер.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-1200 это новое семейство микроконтроллеров для решения самых разных задач автоматизации малого уровня. Эти контроллеры имеют модульную конструкцию и универсальное назначение. Они способны работать в реальном масштабе времени, могут использоваться для построения относительно простых узлов локальной автоматики или узлов комплексных систем автоматического управления, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети Industrial Ethernet/PROFINET, а также PtP (Point-to-Point) соединения.

Программируемые контроллеры S7-1200 имеют компактные пластиковые корпуса со степенью защиты IP20, могут монтироваться на стандартную 35 мм. профильную шину DIN или на монтажную плату и работают в диапазоне температур от 0 до +50°C.

Они способны обслуживать от 10 до 284 дискретных и от 2 до 51 аналогового канала ввода-вывода. При одинаковых с S7-200 конфигурациях ввода-вывода контроллер S7-1200 занимает на 35% меньший монтажный объем. К центральному процессору (CPU) программируемого контроллера S7-1200 могут быть подключены коммуникационные модули (CM);сигнальные модули (SM) и сигнальные платы (SB) ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов. Совместно с ними используются 4-канальный коммутатор Industrial Ethernet (CSM 1277) и модуль блока питания (PM 1207).

Центральные процессоры.

В S7-1200 используется 3 модели центральных процессоров, отличающихся производительностью, объемами встроенной памяти, количеством и видом встроенных входов и выходов и другими показателями. Каждая модель имеет три модификации:

- С напряжением питания 24В, дискретными входами 24В и дискретными выходами 24В, 0.5А на основе транзисторных ключей;

- С напряжением питания 24В, дискретными входами 24В и дискретными выходами с замыкающими контактами реле и нагрузочной способностью до 2 А на контакт;

- С напряжением питания ~115/230В, дискретными входами 24 В и дискретными выходами с замыкающими контактами реле и нагрузочной способностью до 2А на контакт.

Каждый центральный процессор S7-1200 оснащен встроенным интерфейсом Ethernet, который используется для программирования и диагностики, обмена данными с другими системами автоматизации, устройствами и системами человеко-машинного интерфейса.

Для одного процессорного модуля можно сконфигурировать 16 различных соединений для обмена данными. Для организации обмена данными могут использоваться транспортные протоколы TCP/IP, ISO на TCP и S7 функции связи (S7 сервер или S7 клиент).

При необходимости в составе контроллера может использоваться простейший 4-канальный коммутатор Industrial Ethernet типа CSM 1277, выполненный в формате модулей S7-1200.

Все центральные процессоры допускают подключение до трех коммуникационных модулей и установку одной сигнальной платы (SB) ввода-вывода. Дополнительно к CPU 1212C может подключаться до 2, к CPU 1214C - до 8 сигнальных модулей (SM).

Все типы центральных процессоров оснащены двумя аналоговыми входами, набором дискретных входов и выходов, а также блоком питания датчиков с выходным напряжением 24В. Подключение внешних цепей выполняется через съемные терминальные блоки с контактами под винт.

Все центральные процессоры обладают высокой производительностью и обеспечивают поддержку широкого набора функций:

- Программирование на языках LAD и FBD, исчерпывающий набор команд;

- Высокое быстродействие, время выполнения логической операции не превышает 0.1 мкс;

- Встроенная загружаемая память объемом до 2 Мбайт, расширяемая картой памяти емкостью до 24 Мбайт;

- Рабочая память емкостью до 50 Кбайт;

- Энергонезависимая память емкостью 2 Кбайт для необслуживаемого сохранения данных при перебоях в питании контроллера;

- Встроенные дискретные входы универсального назначения, позволяющие вводить потенциальные или импульсные сигналы;

- Встроенные аппаратные часы реального времени с запасом хода при перебоях в питании 240 часов;

- Встроенные скоростные счетчики с частотой следования входных сигналов до 100 кГц;

- Встроенные импульсные выходы с частотой следования импульсов до 100 кГц (только в CPU с транзисторными выходами);

- Поддержка функций ПИД регулирования;

- Поддержка функций управления перемещением в соответствии с требованиями стандарта PLCopen;

- Поддержка функций обновления операционной системы;

- Парольная защита программы пользователя;

- Свободно программируемые порты для обмена данными с другими устройствами на коммуникационных модулях CM 1241.

Сигнальные модули SM.

Сигнальные модули (модули расширения) позволяют адаптировать контроллер к требованиям решаемой задачи. Они позволяют увеличивать количество входов и выходов, с которыми работает центральный процессор, дополнять систему ввода-вывода дискретными и аналоговыми каналами с требуемыми параметрами входных и выходных сигналов.

Сигнальные модули устанавливаются справа от центрального процессора и могут подключаться только к CPU 1212C и CPU 1214C.

Подключение к внутренней шине контроллера выполняется с помощью выдвижных штекеров, вмонтированных в каждый модуль SM. Подключение внешних цепей производится через съемные терминальные блоки с контактами под винт.

В состав сигнальных модулей входят 8 и 16-канальные модули ввода и модули вывода дискретных сигналов, 16 и 32-канальные модули ввода-вывода дискретных сигналов, 4-канальные модули ввода и 2-канальные модули вывода аналоговых сигналов, а также модуль ввода-вывода аналоговых сигналов с 4 входами и 2 выходами.

Сигнальные платы SB.

По своему назначению сигнальные платы аналогичны сигнальным модулям. Они устанавливаются в специальный отсек на фронтальной панели центрального процессора и не изменяют установочных размеров корпуса.

Сигнальные платы могут использоваться со всеми типами центральных процессоров. Одновременно можно использовать одну сигнальную плату.

Коммуникационные модули CM 1241.

Коммуникационные модули CM 1241 позволяют устанавливать PtP соединения между контроллером S7-1200 и контроллерами других производителей, принтерами, сканнерами, модемами и т. д. Модули имеют два исполнения с встроенным последовательным интерфейсом RS 232 или RS 485. Оба модуля обеспечивают поддержку протоколов ASCII и Modbus RTU (ведущее или ведомое устройство). Дополнительно модуль CM 1241 с интерфейсом RS 485 обеспечивает поддержку протокола USS. Все команды для управления обменом данными встроены в систему команд контроллера.

Коммуникационные модули устанавливаются слева от центрального процессора и подключаются к его внутренней шине через встроенные в каждый модуль соединители. Они могут работать со всеми типами центральных процессоров.

Дополнительные компоненты.

Кроме модулей центральных процессоров, сигнальных модулей и плат в составе программируемого контроллера S7-1200 могут использоваться:

- Блок питания PM 1207 с входным напряжением ~115/230В, выходным напряжением 24В и номинальным током нагрузки 2.5А;

- Неуправляемый коммутатор Industrial Ethernet CSM 1277:4xRJ45, 10/100 Мбит/с;

- Карты памяти SIMATIC Memory Card емкостью 2 или 24 Мбайт для расширения загружаемой памяти контроллера;

- Имитаторы с встроенными переключателями для имитации входных дискретных сигналов центрального процессора в процессе отладки программы.

Аппаратура человеко-машинного интерфейса.

Для решения задач оперативного управления и мониторинга в сочетании с программируемыми контроллерами S7-1200 рекомендуется использовать базовые панели операторов SIMATIC, оснащенные встроенным интерфейсом Ethernet.

Программное обеспечение STEP 7 Basic.

STEP 7 Basic является программным продуктом единой среды разработки, позволяющей:

- использовать однородную среду разработки для решения любых задач автоматического управления;

- обеспечивать поддержку всех фаз жизненного цикла систем автоматизации;

- использовать единый набор сервисных служб для поддержки единой концепции оперативного управления и мониторинга, конфигурирования аппаратуры, организации промышленной связи, диагностики и т. д.

STEP 7 Basic содержит широкий спектр инструментальных средств для работы с программируемыми контроллерами SIMATIC S7-1200 и базовыми панелями операторов SIMATIC. Он позволяет выполнять:

- конфигурирование и настройку параметров аппаратуры;

- конфигурирование систем промышленной связи;

- программирование контроллеров на языках LAD (Ladder Diagram) и FBD (Function Block Diagram);

- конфигурирование базовых панелей операторов SIMATIC;

- тестирование, выполнение пуско-наладочных работ и обслуживание готовой системы.

Пакет обеспечивает оптимальное взаимодействие систем проектирования контроллера и человеко-машинного интерфейса на основе:

- полного слияния в одной программной среде инструментальных средств программирования контроллера и конфигурирования аппаратуры человеко-машинного интерфейса;

- общего управления всеми данными проекта;

- использования встроенной среды WinCC Basic для разработки приложений человеко-машинного интерфейса на основе базовых панелей операторов SIMATIC.

К основным достоинствам пакета можно отнести:

- Поддержку всеобъемлющей концепции использования библиотек для многократного использования любых компонентов проекта;

- Поддержку интеллектуальных механизмов Drag & Drop для передачи данных между различными редакторами для программируемых контроллеров и приборов человеко-машинного интерфейса;

- Наличие единой базы данных проекта с однородным набором символьных имен.

Коммутатор.

Сетевой коммутатор, свич, свитч (жарг. от англ. switch - переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

HART мультиплексор.

KFD0-HMS-16 - это ведомый HART мультиплексор, который может одновременно работать с 16 полевыми устройствами.KFD0-HMS-16 должен быть обязательно подсоединен к ведущему устройству KFD2-HMМ-16. При подключении к KFD2-HMМ-16каждый KFD0-HMS-16 получает свой порядковый номер от 1 до16, это номер является его адресом. Аналоговые сигналы подаются на устройство с помощью 26-проводного ленточного кабеля, 16 проводов зарезервированы для 16 аналоговых сигналов.

KFD2-HMM-16 Может работать одновременно с 256 HART устройствами, 16 устройств обслуживаются встроенным в KFD2 HMM-16 ведомым модулем, остальные с помощью подключенных 15 ведомых устройств KFD0-HMS-16. Ведомые устройства подключаются с помощью 14 контактного плоского кабеля.

Прибор оснащен съемными блоками и имеет возможность питания через шину Power Rail.

Scada система.

Продукт Siemens-Simatic WinCC - ориентирован на разнообразное сертифицированное и метрологическое обеспеченное оборудование той же компании. Это позволяет создавать на типовом оборудовании широкий спектр самых современных автоматизированных систем в различных отраслях промышленности.

Ядро обширного и открытого инструментального пакета прикладных программ Simatic WinCC абсолютно нейтрально по отношению к технологиям, отраслям промышленности и типам систем автоматизации - от локальных и сравнительно компактных до больших, территориально-распределенных, развертываемых на мощных энергетических и газораспределительных объектах.

Вокруг ядра сгруппированы разнообразные наборы проблемно-ориентированных прикладных программ автоматизации, проектирования, визуализации систем и объектов, а также программы для последующей эксплуатации и обслуживания.

Наборы модулей, входящие в состав основных прикладных программ автоматизации пакета Simatic WinCC, поддерживают следующие функции:

- сбор аналоговой и цифровой измерительной информации с объекта;

- контроль получаемых данных, в том числе аварийных измеряемых параметров объекта с генерацией сигнала тревоги;

- хранение и архивацию собираемой и исходной информации с возможностью ее последующей обработки в соответствии с требованиями технологии;

- обработку полученной информации в соответствии с заданной технологией и выдачей необходимых сигналов обратной связи и сообщений оператору;

- вывод информации и сообщений;

- проектирование и визуализацию оборудования, установок и иных составляющих объекта;

- создание специальных полей ввода-вывода с последующей визуализацией информации, характеризующей состояние объекта;

- проектирование в онлайновом режиме и быструю отладку прикладного ПО;

- написание и включение в систему своих программ.

Для сохранения пользовательских измеряемых величин и данных система предлагает различные методы архивации. Архивацию можно производить как циклически, так и по мере необходимости. Заархивированные по отдельности либо сгруппированные данные затем визуализируются в виде кривых, таблиц и гистограмм.

Предусмотрена также возможность создания долговременных архивов данных, их хранения в сжатом виде и получения статистических оценок работы систем. При хранении пользовательских данных в форме записей со свободной структурой наряду с архивацией измеряемых данных в системе могут быть организованы базы данных с произвольной структурой.

В такой форме целесообразно хранить рецептуры, связанные между собой машинные данные и другую информацию подобного типа. Доступ к базам данных производится как с помощью SQL-запросов, так и специальными средствами пакета WinCC.

По результатам управления событиями в системе генерируются отчеты в виде протоколов в свободном формате.

В отчет могут входить следующие данные:

- последовательности поступающих сообщений;

- о состоянии архивов сообщений и измеряемых величин;

- об обслуживании системы, системных сообщениях и пользовательских отчетах;

- данные проекта, такие, как, например, списки сообщений, изображений, переменных и др.

Для программирования действий по управлению объектом в системе предусмотрен программный интерфейс и возможность написания ориентированных на данный объект пользовательских программ. Как правило, эти программы связаны со считыванием и установкой значений переменных, вызовом и позиционированием на экране новых изображений, генерацией рабочих сообщений, протоколов, текущих данных о процессе, сообщений о неисправностях и т. д.

Написанные пользователем программы также могут выполняться циклически в зависимости от событий, происходящих в системе.

Таким образом, SCADA-пакет Simatic WinCC представляет собой открытую систему сквозного проектирования и визуализации, работающую под управлением Windows 95 или Windows NT и ориентированную для реализации на типовом оборудовании фирмы Siemens.

Протоколы.

HART-протокол (англ. Highway Addressable Remote Transducer Protocol) - цифровой промышленный протокол передачи данных, попытка внедрить информационные технологии на уровень полевых устройств. Модулированный цифровой сигнал, позволяющий получить информацию о состоянии датчика или осуществить его настройку, накладывается на токовую несущую аналоговой токовой петли уровня 4-20 мА. Таким образом, питание датчика, снятие его первичных показаний и вторичной информации осуществляется по двум проводам. HART-протокол это практически стандарт для современных промышленных датчиков. Приём сигнала о параметре и настройка датчика осуществляется с помощью HART-модема или HART-коммуникатора.

К одной паре проводов может быть подключено несколько датчиков. По этим же проводам может передаваться сигнал 4-20 мА.

HART протокол использует принцип частотной модуляции для обмена данными на скорости 1200 бод. Для передачи логической "1" HART использует один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического "0" - два неполных периода 2200 Гц. HART составляющая накладывается на токовую петлю 4-20 мА.

Поскольку среднее значение синусоиды за период равно "0", то HART сигнал никак не влияет на аналоговый сигнал 4-20 мА. HART протокол построен по принципу "главный - подчиненный", то есть полевое устройство отвечает по запросу системы. Протокол допускает наличие двух управляющих устройств (управляющая система и коммуникатор).

Существует два режима работы датчиков, поддерживающих обмен данными по HART протоколу.

Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом. Обычно в этом режиме датчик работает в аналоговых АСУ ТП, а обмен по HART-протоколу осуществляется посредством HART-коммуникатора или компьютера. При этом можно удаленно (расстояние до 3000 м.) осуществлять полную настройку и конфигурирование датчика. Оператору нет необходимости обходить все датчики на предприятии, он может их настроить непосредственно со своего рабочего места.

В многоточечном режиме - датчик передает и получает информацию только в цифровом виде. Аналоговый выход автоматически фиксируется на минимальном значении (только питание устройства - 4 мА) и не содержит информации об измеряемой величине. Информация о переменных процесса считывается по HART-протоколу. К одной паре проводов может быть подключено до 15 датчиков. Их количество определяется длиной и качеством линии, а так же мощностью блока питания датчиков. Все датчики в многоточечном режиме имеют свой уникальный адрес от 1 до 15, и обращение к каждому идет по соответствующему адресу. Коммуникатор или система управления определяет все датчики, подключенные к линии, и может работать с любым из них.

Profibus DP.

Profibus DP (Decentralized Peripherals) - профиль протоколов промышленной сети Profibus.

Использует уровни модели OSI:

1) физический уровень - отвечает за характеристики физической передачи;

2) канальный уровень - определяет протокол доступа к шине;

3) прикладной уровень - отвечает за прикладные функции.

Данная сеть была спроектирована для высокоскоростной передачи данных между устройствами.

В данной сети центральные контроллеры (программируемые логические контроллеры и PC) связаны с их распределёнными полевыми устройствами через высокоскоростную последовательную связь.

Большинство передач данных осуществляется циклическим способом.

В качестве ведущего устройства могут использоваться контроллеры. Как ведомые устройства, могут использоваться приводы, клапаны или устройства ввода-вывода.

С помощью Profibus DP могут быть реализованы Mono и MultiMaster системы. Основной принцип работы заключается в следующем: центральный контроллер (ведущее устройство) циклически считывает входную информацию с ведомых устройств и циклически записывает на них выходную информацию. При этом время цикла шины должно быть короче, чем время цикла программы контроллера, которое для большинства приложений составляет приблизительно 10 сек.

В дополнение к циклической передаче пользовательских данных Profibus DP предоставляет широкие возможности по диагностике и конфигурированию.

Коммуникационные данные отображаются специальными функциями как со стороны ведущего, так и со стороны ведомого устройства.

Ethernet.

Ethernet ([?i?и?r?n?t] от англ. ether [?i?и?r] «эфир») - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

2.3 Разработка функциональной схема системы автоматизации

Описание функциональной схемы автоматизации.

Нефть с температурой не более 360°С по двум вводам поступает в атмосферную ректификационную колонну К-2.

Основная атмосферная колонна К-2 оснащена 40 клапанными тарелками в верхней части и 6 клапанными тарелками с оптимизированным сечением в нижней части. Нумерация тарелок - сверху вниз:

- тарелки 1-10 служат для разделения бензиновой и керосинной фракций;

- тарелки 14-21- для разделения керосинной и дизельной фракций;

- тарелки 25-30 - для разделения дизельной фракции и атмосферного газойля.

Отбор трех боковых пагонов осуществляется с глухих (сборных) тарелок:

- фракция керосина (лёгкая дизельная) - с глухой тарелки, расположенной между 13-ой и 14-ой основными тарелками;

- дизельная фракция - с глухой тарелки, расположенной между 24-ой и 25-ой основными тарелками;

- атмосферный газойль - с глухой тарелки, расположенной между 33-ой и 34-ой основными тарелками.

Верхом колонны уходит головной погон - бензиновая фракция, кубовым остатком процесса ректификации является мазут. Ввод сырья осуществляется лопастным распределителем на 41-ю тарелку.

Режим работы колонны:

- температура верха - 132-135°С;

- температура низа (куба) - 338-342°С;

- давление верха - 0,07-0,08 МПа;

- давление в кубе - 0,82-0,103 МПа.

С верха колонны по шламовой трубе выводятся (остаточные после колонны К-1) пары бензиновой фракции, углеводородный газ и водяные пары, которые поступают в 3 параллельно работающие воздушные холодильники-конденсаторы ХВК 2/1/ 3, где конденсируются и охлаждаются до температуры 57/63°С.

Эта температура автоматически поддерживается контроллером путем изменения частоты вращения электродвигателей вентиляторов конденсаторов. Газоконденсатная смесь собирается в емкости орошения (рефлюксной емкости) Е-2, где происходит разделение углеводородных газов, нестабильного прямогонного бензина и воды.

Бензин из Е-2 насосом Н-4/1,2 с целью регулирования температуры верха колонны К-2 подается в качестве острого орошения на верх колонны К-2. Температура верха колонны 132/135°С автоматически поддерживается контроллером.

Расход орошения - не более 14 м. куб./ч при мощности 1 млн. т/г и не более 36 м. куб./ч при мощности 2,5 млн. т/г.

Балансовое количество прямогонного бензина из Е-2 по уровню в рефлюксной емкости, автоматически поддерживаемому регулятором контроллером насосом Н-4/1,2 направляется в блок стабилизации.

Максимальный -1800 мм. и минимальный - 500 мм. уровни в емкости Е-2 сигнализируются.

Схемой предусмотрена возможность вывода балансового количество бензина колонн К-1 и К-2 с установки без стабилизации с до охлаждением в теплообменнике Т-1 до температуры 30°С.

Насос Н-4/1,2 - центробежный (фирма - «Sundine»), нефтяной вертикальный с двухступенчатым торцевым уплотнением типа «Тандем», защищен блокировками с автоматическим отключением (или запретом пуска) по следующим параметрам:

- по максимальной (82°С) температуре масла в системе мультипликатора TSAHH - 1235С, 1236С;

- по максимальной (160°С) температуре обмоток двигателя TSAHH- 1078F, 1079F;

- по максимальному давлению (0,07 МПа) в бачке уплотнительной жидкости - РSAHН - 2217А, 2218А;

- по минимальному (500 мм.) уровню в рефлюксной емкости Е-2 (защита от сухого хода) - LIRSАLL - 4110.

При снижении давления масла в системе мультипликатора до 0,11МПа автоматически по блокировке РSALL - 2217С, 2218С включается вспомогательный насос предварительной смазки.

Давление емкости Е-2 (и во всей системе К-2) автоматически поддерживается путём сброса избытка углеводородных газов из Е-2 через клапан 21б на факел.

Максимальное давление в Е-2, 0,07 МПа, сигнализируется.

Расход газа на факел, 3/4 нм. куб./ч, контролируется 13а.

Отстоявшийся водяной конденсат из отстойника емкости Е-2 по уровню раздела фаз, автоматически поддерживаемому контроллером, сбрасывается в емкость парового конденсата Е-4 для повторного использования в блоке ЭЛОУ. Максимальный - 200 мм. и минимальный - 400 мм. Из атмосферной колонны К-2 осуществляется вывод трёх фракций, поступающих в виде боковых пагонов в соответствующие секции опарной (стриппинговой) колонны К-3 (К-3/1, К-3/2, и К-3/3) с подачей в них перегретого водяного пара для отпарки низкокипящих компонентов с целью корректировки температур начала кипения и вспышки:

- керосиновая (лёгкая дизельная) фракция (фр. 180(150)-240°С) с глухой тарелки, в виде бокового погона поступает в стриппинг К-3/1;

- дизельная фракция (фракция 240-290°С) с глухой тарелки в виде бокового погона поступает в стриппинг К-3/2;

- атмосферный газойль (фракция 290-360°С) с глухой тарелки в виде бокового погона, поступает в стриппинг К-3/3.

Примечание: интервалы вскипания боковых пагонов определяются (и регулируются) температурами вывода этих пагонов из колонны.

Мазут выводится непосредственно из куба колонны К-2.

Каждый стриппинг оснащен 6-ю клапанными тарелками. Под нижней тарелкой стриппингов расположен распределитель водяного пара. Из кармана глухой тарелки керосиновая (лёгкая дизельная) фракция с температурой не более 187°С по уровню на тарелке, автоматически поддерживаемому контроллером, перетекает на верхнюю тарелку стриппинга К-3/1 через клапан регулятора уровня 23б.

Максимальный -360 мм. и минимальный -50 мм. уровни на глухой тарелке сигнализируются в куб стриппинга К-3/1 подается перегретый водяной пар. Расход пара в К-3/1 не более 150 кг/ч (при мощности 1 млн. т/г) и не более 300 кг/ч (при мощности 2,5 млн. т/г) автоматически поддерживается. С верха стриппинга отпаренные более лёгкие фракции возвращаются в К-2 под 10-ю тарелку. Температура паров, не более 197°С, контролируется 4а. Лёгкая дизельная фракция с куба стриппинга К-3/1 насосом Н-8/1,2 по уровню прокачивается через воздушный холодильник ХВ-1 и выводится с установки. Максимальный - 710 мм. и минимальный - 300 мм. уровни в кубе К-3/1 сигнализируются.

Насос Н-8/1,2 - центробежный (фирма - «Sundyne»), нефтяной вертикальный с двухступенчатым торцевым уплотнением типа «Тандем», защищен блокировками с автоматическим отключением (или запретом пуска) по следующим параметрам:

- по максимальной (160°С) температуре обмоток двигателя TSAHH- 1237F, 1238F;

- по максимальному давлению (0,07МПа) в бачке уплотнительной жидкости - РSAHН - 2222А, 2223А;

- по минимальному (250 мм.) уровню в кубе К-3/1 (защита от сухого хода) - LIRSАLL - 4112.

Температура лёгкой дизельной фракции - не более 40°С после воздушного холодильника ХВ-1 автоматически поддерживается регулятором ТIRС-1246 путем изменения частоты вращения электродвигателя вентилятора. Расход лёгкой дизельной фракции с установки после ХВ-1 (5/13 т/ч) контролируется и регистрируется FIR-3084 с коррекцией по давлению и температуре.

Дизельная фракция из кармана глухой тарелки с температурой 245/255°С (TIR-1229) по уровню на тарелке, автоматически поддерживаемому регулятором LIRCАНL-4102, перетекает на верхнюю тарелку стриппинга К-3/2 через клапан регулятора уровня LV-4102.

Максимальный - 335мм и минимальный - 50 мм. уровни на глухой тарелке сигнализируются. В куб стриппинга К-3/2 подается перегретый водяной пар.

Расход пара в К-3/2 не более 100 кг/ч (при мощности 1 млн. т/г) и не более 200 кг/ч (при мощности 2,5 млн. т/г) автоматически поддерживается контроллером.

С верха стриппинга отпаренные более лёгкие фракции возвращаются в К-2 под 20-ю тарелку. Температура паров, 255/265°С, контролируется 5а.

Дизельная фракция с куба стриппинга К-3/2 насосом Н-9/1,2 по уровню в кубе прокачивается через рибойлер Т-21 колонны стабилизации, затем через теплообменники Т-8, Т-З, холодильники ХВ-2/1,2 и с температурой 40°С выводится с установки. Часть дизельной фракции после ХВ-2/1,2 направляется в эжектор ВА-1.

Максимальный -3240 мм. и минимальный -920 мм. уровни в кубе К-3/2 сигнализируются.

Насос Н-9/1,2 - центробежный (фирма - «Sundyne»), нефтяной вертикальный с двухступенчатым торцевым уплотнением типа «Тандем», защищен блокировками с автоматическим отключением (или запретом пуска) по следующим параметрам:

- по максимальной (82°С) температуре масла в системе мультипликатора TSAHH - 1239С, 1240С;

- по максимальной (160°С) температуре обмоток двигателя TSAHH- 1239F, 1240F;

- по максимальному давлению (0,07МПа) в бачке уплотнительной жидкости - РSAHН - 2227А, 2228А;

- по минимальному (730 мм.) уровню в кубе К-3/1 (защита от сухого хода) - LIRSАLL - 4114.

При снижении давления масла в системе мультипликатора до 0,11МПа автоматически по блокировке РSALL - 2227С, 2228С включается вспомогательный насос предварительной смазки.

Атмосферный газойль из кармана глухой тарелки с температурой 315/325°С (7а) по уровню на тарелке, перетекает на верхнюю тарелку стриппинга К-3/3 через клапан регулятора уровня 24б.

Максимальный -332 мм. и минимальный - 50 мм. уровни на глухой тарелке сигнализируются в куб стриппинга К-3/3 подается перегретый водяной пар. Расход пара в К-3/3 не более 100 кг/ч (при мощности 1 млн. т/г) и не более 180 кг/ч (при мощности 2,5 млн. т/г). С верха отпаренные более лёгкие фракции возвращаются в К-2 под 29-ю тарелку. Температура паров, 325 / 335°С, контролируется 8а. Атмосферный газойль с куба стриппинга К-3/3 насосом Н-10/1,2 по уровню в кубе прокачивается через теплообменник Т-7 и холодильники ХВ-3 и с температурой не более 50°С выводится с установки. Максимальный - 710 мм. и минимальный - 300 мм. уровни в кубе К-3/3 сигнализируются.

Насос Н-10/1,2 - центробежный (фирма - «Sundyne»), нефтяной вертикальный с двухступенчатым торцевым уплотнением типа «Тандем», защищен блокировками с автоматическим отключением (или запретом пуска) по следующим параметрам:

- по максимальной (82°С) температуре масла в системе мультипликатора TSAHH - 1241С, 1242С;

- по максимальной (160°С) температуре обмоток двигателя TSAHH- 1241F, 1242F;

- по максимальному давлению (0,07МПа) в бачке уплотнительной жидкости - РSAHН - 2232А, 2233А;

- по минимальному (250 мм.) уровню в кубе К-3/3 (защита от сухого хода) - LIRSАLL - 4116.

При снижении давления масла в системе мультипликатора до 0,11МПа автоматически по блокировке РSALL - 2232С, 2233С включается вспомогательный насос предварительной смазки. Для снятия избыточного тепла по высоте колонны К-2 предусмотрено три циркуляционных орошения.

I-е ЦО отбирается из кармана верхней "глухой" тарелки колонны К-2 насосом 5/1,2, прокачивается через теплообменник Т-6, где отдаёт своё тепло сырой нефти и возвращается на 11-ю тарелку К-2.

Температура на 11-ой тарелке - не более 172°С автоматически поддерживается путем коррекции расхода циркуляционного орошения.

Расход I-го ЦО - не более 57 м. куб./ч (при мощности 1 млн. т/г) и не более 138 м. куб./ч (при мощности 2,5 млн. т/г). II-е ЦО отбирается из кармана средней "глухой" тарелки колонны К-2 насосом 6/1,2, прокачивается через сырьевой теплообменник Т-12 и возвращается на 21-ю тарелку К-2.

Температура на 21-ой тарелке - не более 233°С автоматически поддерживается путем коррекции расхода циркуляционного орошения. Расход II-го ЦО - не более 54 м. куб./ч (при мощности 1 млн. т/г) и не более 128 м. куб./ч (при мощности 2,5 млн. т/г) автоматически поддерживается регулятором FIRС-3077. А в III-е циркуляционное орошение отбирается из кармана нижней "глухой" тарелки колонны К-2 насосом 7/1,2 прокачивается через сырьевой теплообменник Т-14 и возвращается на 30-ю тарелку К-2.

Температура на 30-ой тарелке - не более 316°С автоматически поддерживается путем коррекции расхода циркуляционного орошения.

Расход III-го ЦО - не более 32 м. куб./ч (при мощности 1 млн. т/г) и не более 77 м. куб./ч (при мощности 2,5 млн. т/г).

В куб колонны К-2 под 46-ю тарелку для дополнительной отпарки из мазута легких углеводородов подается перегретый водяной пар.

Расход пара в К-2 - не более 1600 кг/ч (при мощности 1 млн. т/г) и не более 4200 кг/ч (при мощности 2,5 млн. т/г.

Мазут из куба К-2 насосом Н-11/1,2,3 по уровню в кубе колонны подаётся в печьП-101/2 вакуумного блока.

Максимальный - 1400 мм. и минимальный -500 мм. уровни в кубе К-2 сигнализируются. Насос Н-1,2,3 - центробежный (фирма - «Sundyne»), нефтяной, горизонтальный, горячий с двухступенчатым торцевым уплотнением типа «Тандем», защищен блокировками с автоматическим отключением (или запретом пуска) по следующим параметрам:

- по максимальной (82°С) температуре масла в системе мультипликатора TSAHH - 1243С, 1244С, 1247С;

- по минимальной (4°С) температуре масла в системе мультипликатора ТSALL-1243Н, 1244Н, 1247Н (разрешение на пуск);

- по минимальному давлению (0,05МПа) масла в системе мультипликатора - РSALL- 2237F, 2238F, 2241F;

- по минимальному давлению (0,07МПа) масла в системе мультипликатора - РSALL - 2237F, 2238F, 2241F;

- по максимальной (160°С) температуре обмоток двигателя TSAHH- 1243F, 1244F, 1247F;

- по максимальному давлению (0,07МПа) в бачке уплотнительной жидкости - РSAHН - 2237А, 2238А, 2241А;

- по минимальному (400 мм.) уровню в кубе К-2 (защита от сухого хода) - LIRSАLL - 4107;

- по максимальной (950°С) температуре дымовых газов на перевале печи П-101/2 TIRSАНН 1414 (от двух датчиков ТЕ-1414А, В).



Заключение

В данной работе была разработана автоматизированная система управления процессом атмосферной ректификации нефти, которая за счет наличия сети нижнего уровня, имеет возможность интеграции в систему управления предприятием. интеллектуальный компьютерный автоматизация

Также организована система интеллектуального управления насосным и охладительным оборудованием за счет использования современной пускорегулирующей аппаратуры.

Размещено на Allbest.ru

...