Разработка интегрированной системы проектирования и управления колонны К-4 установки АВТ-4

Размещено на http://www.allbest.ru

Курсовая работа

по курсу “Интегрированные системы проектирования и управления”

На тему «Разработка интегрированной системы проектирования и управления колонны К-4 установки АВТ-4»

Задание

изучить существующую АСУТП колонны К-4 стабилизации бензина установки АВТ-4 ООО «Новоуфимский НПЗ» (далее - Объект);

выделить недостатки существующей АСУТП;

предложить модель новой АСУТП (далее - Система);

разработать технический проект РСУ, ПАЗ, привести все необходимые схемы;

разработать мнемосхемы технологического процесса.

оформить все проделанные работы согласно ГОСТ 34.601-90.

Стадии создания АС по ГОСТ 34.601-90

Данный ГОСТ предусматривает следующие стадии и этапы создания АС:

1. Формирование требований к АС

1.1. Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС

1.2. Формирование требований пользователя к АС

1.3. Оформление отчета о выполненной работе и заявки на разработку АС (тактико-технического задания)

2. Разработка концепции АС

2.1. Изучение объекта

2.2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ

2.3. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователя

2.4. Оформление отчета о выполненной работе

3. Техническое задание

3.1. Разработка и утверждение технического задания на создание АС

4. Эскизный проект

4.1. Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям

4.2. Разработка документации на АС и ее части

5. Технический проект

5.1. Разработка проектных решений по системе и ее частям

5.2. Разработка документации на АС и ее части

5.3. Разработка и оформление документации на поставку изделий для комплектования АС и (или) технических требований (технических заданий) на их разработку

5.4. Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта объекта автоматизации

6. Рабочая документация

6.1. Разработка рабочей документации на систему и ее части

6.2. Разработка или адаптация программ

7. Ввод в действие

7.1. Подготовка объекта автоматизации к вводу АС в действие

7.2. Подготовка персонала

7.3. Комплектация АС поставляемая изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)

7.4. Строительно-монтажные работы

7.5. Пусконаладочные работы

7.6. Проведение предварительных испытаний

7.7. Проведение опытной эксплуатации

7.8. Проведение приемочных испытаний

8. Сопровождение АС

8.1. Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами

8.2. Послегарантийное обслуживание

Данный ГОСТ также допускает:

исключение стадии "Эскизный проект" и отдельные этапы работ на всех стадиях;

объединение стадий "Технический проект" и "Рабочая документация" в одну стадию "Технорабочий проект";

в зависимости от специфики создаваемых АС и условий их создания, выполнение отдельных этапов работ до завершения предшествующих стадий, параллельное во времени выполнение этапов работ, включение новых этапов работ.

Согласно общему плану и приведенным допущениям, был составлен план разработки АСУТП, оптимальный для Объекта.

План разработки АСУ ТП

1 Формирование требований к АС

Изучение объекта и существующей АСУТП

Формирование требований пользователя к АС

Оформление отчета о выполненной работе

2. Разработка концепции АС

2.1. Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС

2.2. Отчет о выполненной работе

3. Техническое задание

3.1. Разработка технического задания

4. Технорабочий проект

5. Ввод в действие

автоматизированный пользователь технический

Введение

Стадия сопровождение АСУ ТП предполагает проведение следующих этапов работ:

Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами -- осуществляются работы по устранению недостатков, выявленных при эксплуатации АСУ ТП в течение установленных гарантийных сроков, внесению необходимых изменений в документацию по АСУ ТП.

Послегарантийное обслуживание -- осуществляют работы по:

а) анализу функционирования системы;

б) выявлению отклонений фактических эксплуатационных

характеристик АС от проектных значений;

в) установлению причин этих отклонений;

г) устранению выявленных недостатков и обеспечению стабильности эксплуатационных характеристик АСУ ТП;

д) внесению необходимых изменений в документацию на АСУ ТП.

Виды, периодичность и регламент обслуживания технических средств должны быть указаны в соответствующих инструкциях по эксплуатации. Общие требования к системам контроля, управления, сигнализации и противоаварийной защиты при эксплуатации, монтаже, наладке и ремонте определяются ПБ 09-540-03 "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств". Конкретные требования по эксплуатации КИП и СА регламентируются общезаводскими инструкциями.

1. Формирование требований к АС

1.1 Изучение объекта и существующей АСУТП

В качестве объекта был выбран блок стабилизации бензина установки АВТ-4. Стабилизатор К-4 предназначен для стабилизации прямогонного бензина путем отгонки из него углеводородных газов и сероводорода.

Блок стабилизации состоит из ректификационной колонны К-4, рибойлера Т-1, емкости Е-3, теплообменников Т-4/1-4, воздушного холодильника Х-3 и водяного холодильника Х-4.

Колонна К-4 оборудована 35 тарелками из них 15 желобчатые и 20 провального типа.

1.1.1 Описание работы Объекта

Нестабильный бензин прокачивается через межтрубное пространство теплообменников Т - 4/2-4, Т- 4/1 и поступает на 20 тарелку стабилизатора К-4.Температура нестабильного бензина, поступающего на 20 тарелку стабилизатора К-4, составляет 120-160°С.

С верха стабилизатора К-4 углеводородные газы и сероводород направляются в аппарат воздушного охлаждения Х-3, где конденсируются, охлаждаются до 50оС и поступают в рефлюксную емкость Е-3. Не сконденсировавшийся газ из емкости Е-3 в емкость Е-2а. Рефлюкс с Е-3 подается на орошение стабилизатора К-4, а балансовый избыток откачивается в парк высокого давления или на установки АГФУ, ГФУ.

Температура верха стабилизатора К-4 поддерживается не более 80оС. Температура паров с верха колонны К-4, после аппарата воздушного охлаждения Х-3, поддерживается не более 50оС.

Расход орошения составляет 6,0-14,0 м3/час.

При понижении уровня в емкости Е-3 ниже 20% и повышении выше 80% срабатывает сигнализация.

Температура вывода рефлюкса поддерживается не более 50оС.

При повышении давления в стабилизаторе К-4 более 9 кгс/см2 (0,9 МПа) срабатывает сигнализация.

С низа колонны К-4 бензин перетекает в рибойлер Т-1, где отпариваются легкие углеводороды и по шлемовой линии возвращаются в низ К-4, а стабильный бензин из Т-1 через межтрубное пространство теплообменников Т-4/2-4, погружной холодильник Х-4 откачивается в парк.

Температура стабильного бензина на выходе с установки поддерживается не более 50оС.

Расход стабильного бензина на выходе с установки поддерживается в пределах 20-100 м3/час.

При понижении уровня в рибойлере Т-1 ниже 20% и повышении выше 80% срабатывает сигнализация.

Температура низа колонны К-4 поддерживается не более 150-180оС.

Таблица 1 Краткая характеристика технологического оборудования блока стабилизации

№ п/п	Наименование оборудования	Номер позиции на схеме	Техническая характеристика
1	Стабилизатор бензина для отгонки из бензина легких газов	К - 4	Температура - 200°С Давление - 1,05 МПа Диаметр - 1400 мм Объём - 35,4 м3 Длина цилиндрической части - 27800 мм
2	Рефлюксная ёмкость	Е - 3	Температура - 50°С Давление - 1,05 МПа Диаметр - 2400 мм Объем - 32 м3 Длина цилиндрической части - 11350 мм
3	Аппарат воздушного охлаждения для конденсации паров бензина, воды и газа, выводимых с верха колонны К-4	Х - 3	Температура - 200°С Давление - 0,2 МПа Поверхность одной секции - 1045 м2 Длина трубок - 6000 мм Мощность электродвигателя - 18 кВт Тип электродвигателя - КМР-180-М6А Число оборотов - 980 об/мин Напряжение - 380 В Тип привода - прямой
4	Рибойлер для поддержания температуры низа колонны К-4	Т - 1,1а	Температура - 200°С Давление - 1,05 МПа Диаметр - 2400 мм Длина труб - 8430 мм Поверхность - 100 м2
5	Теплообменник кожухотрубчатый с плавающей головкой нестабильный бензин-дизельное топливо ''Л''	Т - 4/1	Температура - 200°С Давление - 0,4 МПа Диаметр труб - 800 мм Длина труб - 5720 мм Поверхность - 130 м2 Среда: межтрубное пространство - нестабильный бензин; трубное пространство - дизельное топливо ''Л''
6	Теплообменник кожухотрубчатый с плавающей головкой - стабильный бензин-нестабильный бензин	Т - 4/2-4	Температура - 200°С Давление - 0,4 МПа Диаметр труб - 800 мм Длина труб - 5720 мм Поверхность - 130 м2 Среда: межтрубное пространство - нестабильный бензин; трубное пространство - стабильный бензин
7	Теплообменник кожухо-трубчатый с плавающей головкой - стабильный бензин - нестабильный бензин	Т-4/3ч5	Межтрубное пространство: Давление -12 кг/см2 (1,2 МПа); Температура - 200єС; Среда - нестабильный бензин Трубное пространство: Давление - 12 кг/см2 (1,2 МПа); Температура - 200 єС Среда - стабильный бензин Диаметр - 700 мм; Длина - 6275 мм; Поверхность - 130 м2:
8	Погружной холодильник стабильного бензина	Х - 4	Температура - 200°С Давление - 0,1 МПа Поверхность одной секции - 177 м2 Длина трубок - 6000 мм Диаметр труб - 89 мм Тип соединения труб - с помощью калачей Количество секций - 18
9	Насос орошения К-4 и откачки рефлюкса из Е-3	Н-17	Марка насоса НК 65/125; Температура - 50 єС; Напор - 105 м.вод.ст; Производительность - 27 м3/ч; Число оборотов - 2950 об/мин; Тип эл.дв. - ВАО 81-2/42; Мощность эл.двигателя - 55 кВт; Исполнение - ВЗГ;
10	Насос орошения К-4 и откачки рефлюкса из Е-3	Н-19	Марка насоса НК-200/120; Температура - 50 єС; Напор - 120 м.вод.ст; Производительность - 110 м3/ч; Число оборотов - 2950 об/мин; Тип эл.дв. - ВАО 81-2/42; Мощность эл.двигателя - 55 кВт; Исполнение - ВЗГ;
11	Погружные холодильники стабильного бензина	Х-4,4а	Температура - 200 єС; Давление - 10 кг /см2 (0,1 МПа); Поверхность одной секции- 177 м2; Длина трубок- 6000 мм; Диаметр труб - 89 мм; Тип соединения труб с помощью калачей; Количество секций - 13.

Контроль технологических параметров процесса

Всякий технологический процесс характеризуется определенными физическими величинами (параметрами). Для оптимального хода технологического процесса некоторые его параметры требуется поддерживать постоянными, а некоторые - изменять по определенному закону. При работе того или иного объекта на него поступают различные внешние и внутренние возмущающие воздействия, нарушающие оптимальный ход технологического процесса объекта. Одной из основных задач автоматического регулирования является поддержание оптимальных условий протекания технологического процесса.

В качестве контролируемых параметров выбираются возмущения, которые важны для проведения процесса, но на них невозможно или недопустимо воздействовать. В качестве регулируемых параметров выбирают технологические параметры, изменение которых ведёт к нарушению прохождения процессов в аппарате.

Температура:

Необходимо контролировать температуру верха и низа колонны и температуру подачи сырья в колонну после теплообменников Т-4/1 для диагностики работы, проверки соответствия параметров технологическим нормам и правилам и расчета теплового баланса данных технологических аппаратов. От температуры зависит как качество конечного продукта и производительность процесса, так и его безопасность. Изменение температуры в колонне может привести к повышению давления. Необходимость контроля температуры сырья после теплообменника Т-4/1 обуславливается тем, что он должен поступать в колонну с определенной температурой.

Давление:

Для безопасной эксплуатации колонны необходимо контролировать давление в ней.

Очень важно контролировать в колонне, т.к. изменение давления может привести к ухудшению качества нефтепродуктов и к взрывоопасным ситуациям на установке.

Уровень:

Необходимо контролировать уровень в ёмкости Е-3 для обеспечения непрерывности технологического процесса. Изменение уровня может привести к переполнению нефтепродуктов в ёмкости, следовательно попадание их в другие технологические аппараты.

Расход:

Расход на входных и выходных потоках необходимо контролировать для оценки эффективности работы блока и материального баланса установки. Расход влияет на качество получаемого продукта. Нарушение работы расходомера может привести к колебаниям температуры и давления в колонне.

1.1.2 Существующая АСУ

В настоящее время на установке "АВТ-4" используется система управления Centum-XL. Это программно-аппаратный комплекс фирмы Yokogawa второго поколения.

В системе Centum-XL станция оператора (EOPS) выполняет функции индикации промышленных регуляторов, а станция управления участком EFCS/EFCD производит регулирование.

Микропроцессор в EFCS/EFCD производит обработку для 80 контуров регулирования.

Функции таких стандартных аналоговых приборов, как регуляторы и индикаторы, заложены в программном обеспечении микропроцессора станции управления участком. Панели настройки всех приборов, имеющихся в виде программных алгоритмов в станции EFCS/EFCD могут быть показаны на экране. Каждая станция управления участком может содержать до 255 приборов. Выходы от регуляторов, подключаемые к участку, обрабатываются многоточечной платой аналоговых входов/выходов МАС2, многоточечной платой импульсных входов/аналоговых выходов РАС или индикаторами контуров CLDU.

Функции соединения контуров CENTUM идентичны соответствующим функциям соединения клемм приборов проводами в стандартных аналоговых устройствах (или трубками в пневматических системах). Функции соединения контуров могут, например, объединять два регулятора в каскад (для управления), соединять регулятор и селектор (для автоселекторного управления), или регулятор и блок задания соотношения (для управления соотношением).

В станциях управления участком внутренние соединения - все соединения, кроме подключения кабелей с участка к платам входа/выхода, создаются в программном обеспечении. Внутренние соединения включают в себя соединения между приборами CENTUM, a также между приборами CENTUM и платами входа/выхода.

В систему включены разнообразные функции проверки тревоги, такие как проверка на превышение порогов тревоги выше верхнего, ниже нижнего пределов, превышение верхнего и нижнего пределов тревоги, отклонение, диагностика неисправности приборов по скорости изменения сигнала.

Сигнал тревоги может сгенерировать состояние тревоги и вывести на экран сигнализаторы, вывести на печать сообщения и активизировать функции логического управления.

Операторская станция EOPS обеспечивает работу и функции наблюдения, требуемые для управления в целом системы CENTUM-XL. Расширенная емкость применения поддерживает до 16000 позиций, 300 страниц графических панелей и свыше 2300 точек записи трендов на одну операторскую станцию.

Разнообразные функции записи трендов объединены с возможностями эффективного анализа производства и наблюдения. Техника развитого программного обеспечения позволяет обеспечить время доступа 1 секунда ко всем дисплеям.

Несмотря на все достоинства этой передовой для своего времени системы, в настоящее время она морально устаревает. Современные аппаратные и программные средства способны обеспечить более высокую мощность и скорость обработки сигналов, а следовательно более точное регулирование процессов, в результате чего повышается качество продуктов.

Также серьезным недостатком является отсутствие совместимости системы CENTUM-XL с современным программным обеспечением, т.к. в настоящее время разработано огромное количество программ для анализа систем и происходящих в них процессов, анализа экономической эффективности этих систем и процессов.

В настоящее время, с учетом указанных недостатков разработана система третьего поколения CENTUM CS3000.

1.2 Формирование требований пользователя к автоматизированным системам

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ (ГОСТ 24.104-85)

1.2.1 Требования к АСУ в целом

АСУ любого вида должна соответствовать требованиям настоящего стандарта, требованиям технического задания на ее создание или развитие (далее - ТЗ на АСУ), а также требованиям нормативно-технических документов, действующих в ведомстве заказчика АСУ.

Ввод в действие АСУ должен приводить к полезным технико-экономическим, социальным или другим результатам, например:

- снижению численности управленческого персонала;

- повышению качества функционирования объекта управления;

- повышению качества управления и др.

АСУ должна обеспечивать достижение целей ее создания (развития), установленных в ТЗ на АСУ.

В АСУ должна быть обеспечена совместимость между ее частями, а также с автоматизированными системами (АС), взаимосвязанными с данной АСУ.

АСУ в целом и все виды ее обеспечения должны быть приспособлены к модернизации, развитию и наращиванию в пределах требований, указанных в ТЗ на АСУ.

Надежность АСУ в целом и каждой ее автоматизированной функции должна быть достаточна для достижения установленных целей функционирования системы при заданных условиях применения.

Адаптивность АСУ должна быть достаточной для достижения установленных целей ее функционирования в заданном диапазоне изменений условий применения.

В АСУ должны быть предусмотрены контроль правильности выполнения автоматизированных функций и диагностирование, с указанием места, вида и причины возникновения нарушений, правильности функционирования АСУ.

В АСУ, имеющих измерительные каналы, должна быть предусмотрена возможность контроля метрологических характеристик измерительных каналов.

В АСУ должны быть предусмотрены меры защиты от неправильных действий персонала, приводящих к аварийному состоянию объекта или системы управления, от случайных изменений и разрушения информации и программ, а также от несанкционированного вмешательства.

Любая поступающая в АСУ информация вводится в систему однократно с помощью одного входного канала, если эти не приводит к невыполнению требований, установленных в ТЗ на АСУ (по надежности, достоверности и т.п.).

Выходная информация одного и того же смыслового содержания должна быть сформирована в АСУ однократно, независимо от числа адресатов.

Информация, содержащаяся в базах данных АСУ, должна быть актуализирована в соответствии с периодичностью ее использования при выполнении функций системы.

АСУ должна быть защищена от утечки информации если это оговорено в ТЗ на АСУ.

Наименование АСУ должно включать наименование вида АСУ и объекта управления.

1.2.2 Требования к функциям АСУ

АСУ в необходимых объемах должна автоматизированно выполнять:

- сбор, обработку и анализ информации (сигналов, сообщений, документов и т.п.) о состоянии объекта управления;

- выработку управляющих воздействий (программ, планов и т.п.);

- передачу управляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и ее контроль;

- реализацию и контроль выполнения управляющих воздействий;

- обмен информацией (документами, сообщениями и т.п.) с взаимосвязанными автоматизированными системами).

Состав автоматизированных функций (задач, комплексов задач - далее функций) АСУ должен обеспечивать возможность управления соответствующим объектом в соответствии с любой из целей, установленных в ТЗ на АСУ.

Состав автоматизированных функций АСУ и степень их автоматизации должны быть технико-экономически и (или) социально обоснованы с учетом необходимости освобождения персонала от выполнения повторяющихся действий и создания условий для использования его творческих способностей в процессе работы.

1.2.3 Требования к подготовленности персонала АСУ

Квалификация персонала АСУ должна обеспечивать эффективное функционирование системы во всех заданных режимах.

Персонал АСУ должен быть подготовлен к выполнению своих обязанностей в соответствии с инструкциями организационного обеспечения.

Каждое лицо, входящее в состав персонала АСУ, должно уметь применять соответствующие информационные модели и работать с используемыми им техническими средствами и документацией, определяющей порядок его деятельности.

1.3 Оформление отчета о выполненной работе

Примечание: пункты отчета «Характеристики объекта и результатов его функционирования», «Описание существующих средств автоматизации, и информационно-управляющей системы», «Описание требований к средствам измерений автоматизируемого технологического процесса» были рассмотрены на этапах 1.1, 1.2 и далее рассматриваться не будут.

Описание недостатков существующих средств автоматизации и информационно-управляющей системы

1) использование оборудования различных отечественных и зарубежных производителей, что ухудшает совместимость частей АСУТП, затрудняет эксплуатацию и диагностику;

2) используется не самый эффективный на сегодняшний день информационный сигнал: электрический токовый 4-20 мА (без HART);

3) информационно-управляющая система основана на устаревшей элементной базе и программном обеспечении. Последние отличает громоздкость оборудования, невысокое быстродействие, неудобный интерфейс СОТ;

4) высокая погрешность измерительных каналов;

5) отсутствие связи РСУ с общезаводской сетью;

6) ряд важных параметров процесса контролируется только по месту, хотя уместно вести наблюдение за ними со станции оператора;

7) АСУТП не выполняет целый ряд современных требований к системам подобного рода (см. далее), а имеющиеся в ней функции (например, вывод на печать отчета) выполняются очень медленно.

Обоснование необходимости совершенствования существующих средств автоматизации и информационно-управляющей системы объекта

В связи с перечисленными выше недостатками существующей АСУТП, возникает необходимость её полной реконструкции.

Цели, критерии и ограничения создания АСУТП

Цель: создать АСУТП Объекта, обеспечивающую

максимально возможную безопасность ведения технологического процесса;

функциональность, соответствующую всем современным требованиям;

удобство в эксплуатации.

Система должна соответствовать требованиям технологического регламента.

Критериями эффективности данной Системы будут являться количества опасных и «безопасных» отказов и связанных с ними остановов Объекта, за годовой период эксплуатации.

Ограничения, связанные с созданием Системы, делятся на

технологические, обусловленные требованиями технологического процесса и характеристиками оборудования. Далее в ходе разработки АСУТП они будут учитываться;

финансовые.

Выводы и предложения

Необходимо создать АСУТП на Объекте, удовлетворяющую всем современным требованиям безопасности и функциональности.

2. Разработка концепции АС

2.1 Разработка вариантов концепции АС

Специфика лабораторных работ по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления» приводит нас к выбору компании SIEMENS как к поставщику всех средств автоматизации для нашей Системы.

Обновление технических средств КИПиА проводится поэтапно:

1-й этап - внедрение современного оборудования РСУ и ПАЗ с использованием существующего полевого КИП и, если это необходимо, электропневмо- и пневмоэлектрических преобразователей;

2-й этап - замена устаревшего оборудования КИП на электронную технику.

Архитектура АСУТП представляет собой следующее:

полевой КИП на современной электронной технике;

контроллеры РСУ и ПАЗ, связанные с рабочими станциями промышленного исполнения;

квалифицированный персонал.

Предусматривается связь с заводской локальной и с корпоративной вычислительной сетью.

В Системе используются следующие средства автоматизации:

датчик перепада давления Yokogawa EJX118A (кол-во: 3)

датчик давления Yokogawa EJA430A

нормирующий преобразователь YTA70 (кол-во: 3)

программируемые логические контроллеры SIMATIC S7-300 (2), модули блоков питания (PS), сигнальные модули (SM), коммутационные процессоры (CP) для подключения к сети PROFIBUS;

аварийная панель оператора SIEMENS MP370 (1);

промышленные компьютеры для станций оператора (OS) и инжиниринговой станции (ES) (3);

промышленная сеть PROFIBUS DP для связи контроллеров с АРМ.

2.2 Отчет о выполненной работе

Обоснование выбора наиболее рационального варианта концепции и описание предлагаемой АСУТП

Предлагаемый вариант является единственным и заведомо наиболее рациональным.

Системы РСУ и ПАЗ реализованы на независимых друг от друга ПЛК S7-300. Система РСУ имеет: 7 аналоговых входных сигналов и 3 аналоговых выходных сигнала. Система ПАЗ имеет: 7 дискретных входных сигналов и 8 дискретных выходных сигналов.

На самом нижнем уровне расположены полевые устройства (КИП и исполнительные механизмы). Поскольку полевые устройства не требуют сложной диагностики либо диагностики в реальном времени, решено было отказаться от внедрения интерфейса PROFIBUS PA на полевом уровне. Передача сигнала ПЛК и ИМ (здесь это ток 4-20 мА) происходит по обыкновенным проводам.

На уровне УСО (устройств связи с объектом) расположены контролеры S7-300. Они монтируются в шкаф оборудования на профильные шины (Rack). Контроллеры имеют коммутационные процессоры CP 342-5 для подключения к сети PROFIBUS DP. Контроллер РСУ является ведомым устройством кольцевой сети PROFIBUS DP.

На верхнем уровне, в операторной располагаются две станции оператора (СОТ или OS), инженерная станция (ES) и аварийная панель MP370.

Ожидаемые результаты и эффективность реализации выбранного варианта концепции АСУТП

повышение надежности работы оборудования, снижение риска тяжелых аварий;

обеспечение автоматизированного эффективного управления технологическими процессами в нормальных, переходных, предаварийных и аварийных режимах работы;

защита технологического оборудования и обслуживающего персонала при угрозе аварии;

улучшение условий труда эксплуатационного персонала;

снижение затрат на эксплуатацию, диагностику и ремонт оборудования;

возможно сокращение количества эксплуатационного персонала установки, откуда следует снижение затрат на оплату труда;

засчет снижения погрешности измерительных цепей, обеспечивается более точный учет исходного сырья и конечных продуктов;

повышение экологичности технологического процесса, в соответствии с международными стандартами об охране окружающей среды.

Ориентировочный план реализации выбранного варианта построения АСУТП

1) Замена старых МСКУ контроллерами SIEMENS S7-300, установка панели MP370.

2) Замена старых промышленных компьютеров новыми моделями;

3) Монтаж сигнализаторов уровня, замена датчиков давления, температуры. Для этого потребуется останов процесса.

Оценка затрат на реализацию проекта создания АСУТП

Оценим примерные затраты на оборудование (не включая промышленные компьютеры для ES и OS):

кабель PROFIBUS FC, стандартный - цена 1 евро за 1 метр. Для АСУТП потребуется приблизительно 400 м.

штекера RS485 - цена 48 евро за 1 шт. Потребуется 12 шт.

датчик перепада давления Yokogawa EJX118A - цена 840 евро.

датчик давления Yokogawa EJA430A -280 евро.

нормирующий преобразователь YTA70 -150 евро.

термопара - 100 евро.

ПЛК SIMATIC S7-300: блок питания (PS 307) - 100 евро, центральный процессор (CPU 312) - 300 евро, коммуникационный процессор (CP 342-5) - 700 евро, модуль ввода-вывода дискретных сигналов (SM 323) - 200 евро; модуль ввода аналоговых сигналов (SM 331) - 380 евро, модуль вывода аналоговых сигналов (SM 332) - 450 евро.

панель оператора SIEMENS MP370 - цена 4000 евро.

прочие неучтенные расходы - примем 2000 евро.

Таким образом, общая сумма затрат на оборудование составит 10876 евро.

3. Техническое задание

3.1 Разработка и утверждение технического задания на создание АС

Техническое задание на АСУТП разрабатывается по ГОСТ 34.602-89 и содержит следующие разделы:

1. Общие сведения

1.1. Полное наименование Системы

1.2. Шифр темы

1.3. Наименование Организаций - разработчиков, проектировщиков, заказчика, и их реквизиты

1.4. Перечень документов, на основании которых создается Система

1.5. Сроки выполнения работ

1.6. Источники и порядок финансирования

1.7. Порядок оформления и предъявления заказчику результатов работы

2. Назначение и цели создания Системы

2.1. Назначение Системы

2.2. Цели создания Системы

3. Характеристика объекта автоматизации

4. Требования к Системе

4.1. Требования к Системе в целом

4.1.1. Требования к структуре и функционированию Системы

4.1.2. Требования к численности и квалификации персонала

4.1.3. Требования к показателям назначения

4.1.4. Требования к надёжности

4.1.5. Требования безопасности

4.1.6. Требования по эргономике и технической эстетике

4.1.7. Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению

4.1.8. Требования к защите информации от несанкционированного доступа

4.1.9. Требования по сохранности информации при авариях

4.1.10. Требования к средствам защиты от внешних воздействий

4.1.11. Требования к патентной чистоте

4.1.12. Требования по стандартизации и унификации

4.1.13. Дополнительные требования

4.2. Требования к функциям, реализуемым Системой

4.2.1. Перечень задач РСУ и требования к качеству их выполнения

4.2.2. Перечень и критерии отказов для каждой функции РСУ

4.2.3. Перечень задач системы ПАЗ

4.2.4. Перечень и критерии отказов для каждой функции системы ПАЗ

4.3. Требования к видам Обеспечения

4.3.1. Требования к Прикладному программному обеспечению

4.3.2. Требования к Информационному обеспечению

4.3.3. Требования к Лингвистическому обеспечению

4.3.4. Требования к Стандартному программному обеспечению

4.3.5. Требования к Техническому обеспечению

4.3.6. Требования к Метрологическому обеспечению

4.3.7. Требования к Организационному обеспечению

5. Состав и содержание работ по созданию АСУТП

5.1. Первое организационное совещание

5.2. Обработка исходных данных

5.3. Разработка Технического проекта

5.4. Рассмотрение Технического проекта

5.5. Конфигурация функций контроля и управления

5.6. Конфигурация функций представления информации

5.7. Приемка Рабочего проекта

5.8. Шефмонтаж и пусконаладка

5.9. Пуск АСУТП в эксплуатацию

5.10. Гарантийный срок

6. Порядок контроля и приемки

7. Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта к вводу АСУТП в действие

8. Требования к документированию

9. Источники разработки

10. ПРИЛОЖЕНИЯ

11. СОСТАВЛЕНО

12. СОГЛАСОВАНО

4. Технорабочий проект

ФСА представлена на рис. 1.

Структура предлагаемой АСУТП представлена на рис. 2.

Сигналы входящие/выходящие:

аналоговые входные: уровень в колонне, уровень в емкости, температура низа колонны, температура сырья, температура верха колонны, расход сырья, давление в колонне (количество: 7)

аналоговые выходные: задвижки на сырье, на дистиллят, сигнал на насос Н-17 (количество: 3)

дискретные сигналы: максимальное давление в колонне, минимальный/максимальный уровень в емкости, максимальный/минимальный уровень в колонне, минимальный/максимальный уровень в рибойлере, сигнализация световая/звуковая на давление в колонне, на уровни в емкости, колонне рибойлере (количество: 7).



Рисунок 2 Структура АСУТП

На полевом уровне расположены датчики и исполнительные механизмы, осуществляющие связь между АСУ ТП и технологическим процессом.

На нижнем уровне контроллеры АСУ ТП выполняют измерение параметров технологического процесса и управляют его протеканием. Передают, через коммуникационный сервер сетевого уровня, информацию на верхний уровень.

На верхнем уровне расположены операторские станции и сервер системы.

На сервере системы располагается вся архивная информация, база данных ПО контроллеров.

На операторских станциях отображается мнемосхема объекта, со всеми текущими, измеренными параметрами и оператор ведёт технологический процесс, имея всю нужную информацию на экране монитора.

В случае необходимости, основные параметры технологического процесса могут передаваться в центральную диспетчерскую, головной офис, через АСДУ по радиоканалу или телефонной линии.

Таблица 2 Перечень технологических параметров, которые измеряются и регулируются и перечень сигнализаций и блокировок технологических параметров

№	Наименование параметра	Наименование оборудования	Критический параметр	Величина устанавливаемого предела	Блокировка	Сигнализация	Операция по отключению, включению, переключению и другому воздействию
				min	max	min	max	min	max
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Давление PICAH 215	Колонна К-4	10,5 кгс/см2		8,9 кгс/см2 (0,89 МПа)				9,0 кгс/см2 (0,9 МПа)	Свет, звук
2	Уровень LICAHL 407 ( LICAHL 408)	Рибойлер Т-1 (Т-1а)		21%	79%			20%	80%	Свет, звук
3	Уровень LICAHL 416	Емкость Е-3		21%	79%			20%	80%	Свет, звук
4	Уровень LALL 457	Емкость Е-3		11%		10%		10%		Свет, звук. Остановка насоса Н-17 (Н-19)

3. Описание автоматических функций управления и защиты

Система ПАЗ предусматривает:

аварийную сигнализацию - оповещением оператора зажжением соответствующей надписи на экране мнемосхемы.

автоматическую блокировку позиционера;

предусматривается также ручная блокировка всех трех позиционеров (для этого введено специальное меню на мнемосхеме);

приблизительный вариант программы ПЛК ПАЗ представлен ниже. В программе использовано 2 типа блоков: блоки сравнения (CMP) и блоки установки дискретной переменной (S).

4. Создание программы ПЛК ПАЗ в Step 7



5. Ввод в действие

Стадия ввод в действие предполагает проведение следующих этапов работ:

Подготовка объекта автоматизации к вводу АСУ ТП в действие -

проводят работы по организационной подготовке объекта автоматизации к вводу АСУ ТП в действие, в том числе: реализацию проектных решений по организационной структуре АСУ ТП; обеспечение подразделений объекта управления инструктивно-методическими материалами; внедрение классификаторов информации;

Подготовка персонала - проводят обучение персонала и проверку его способности обеспечить функционирование АСУ ТП;

Комплектация АСУ ТП поставляемыми изделиями - программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями;

Строительно-монтажные работы - проводят: выполнение работ по строительству специализированных зданий (помещений) для размещения технических средств и персонала АСУ ТП; сооружение кабельных каналов; выполнение работ по монтажу технических средств и линий связи; испытание смонтированных технических средств; сдачу технических средств для проведения пусконаладочных работ;

Пусконаладочные работы -- проводят автономную наладку технических и программных средств, загрузку информации в базу данных и проверку системы её ведения; комплексную наладку всех средств системы;

Проведение предварительных испытаний:

а) испытания АСУ ТП на работоспособность и соответствие техническому заданию в соответствии с программой и методикой предварительных испытаний;

б) устранение неисправностей и внесение изменений в документацию на АСУ ТП, в том числе эксплуатационную в соответствии с протоколом испытаний;

в) оформление акта о приёмке АСУ ТП в опытную эксплуатацию;

Проведение опытной эксплуатации -- проводят: опытную эксплуатацию АСУ ТП; анализ результатов опытной эксплуатации АСУ ТП; доработку (при необходимости) программного обеспечения АСУ ТП; дополнительную наладку (при необходимости) технических средств АСУ ТП; оформление акта о завершении опытной эксплуатации;

Проведение приемочных испытаний:

а) испытания на соответствие техническому заданию в соответствии с программой и методикой приёмочных испытаний;

б) анализ результатов испытания АСУ ТП и устранение недостатков, выявленных при испытаниях;

в) оформление акта о приёмке АСУ ТП в постоянную эксплуатацию.

Заключение

Разработана концепция, архитектура АСУ ТП колонны К-4 стабилизации бензина установки АВТ-4 ООО «Новоуфимский НПЗ». Выбраны средства автоматизации фирмы SIEMENS. Составлена мнемосхема в SCADA-пакете WinCC. Составлена программа работы аварийной сигнализации и блокировки в пакете программирования ПЛК SIMATIC STEP 7. Разработанная АСУТП является современной, надежной, функциональной, удобной, и рассматривается как хорошая замена предыдущей АСУТП данного объекта.

Изучены стадии создания АС по ГОСТ 34.601-90.

Литература

1. Анищенко, В. С. Динамические системы / В. С. Анищенко // Соросовский образовательный журнал. - 2009. - №11. - М. - С. 77--84

2. Васильков, Ю. В. Компьютерные технологии моделирования: учеб. пособие / Ю. В. Васильков - М. : Финансы и статистика, 2010. - 256 с.

3. Введение в математическое моделирование: учебное пособие / под ред. П.В. Трусова ; рецензенты: А. Р. Абдулаев, В. П. Матвиенко ; Министерство образования РФ.- М.: Логос, 2004.- 440 с..

4. Данилов, Ю. А. Лекции по нелинейной динамике. Элементарное введение : учеб. пособие / Ю. А. Данилов. ; - 2-е изд. - М. : КомКнига, 2011. - 208 с.

5. Новик, И. Б. О философских вопросах кибернетического моделирования / И. Б. Новик - М. : Знание, 2010.

Размещено на Allbest.ru

...