Добавлен: 20.03.2024
Просмотров: 34
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
полость которого заполнена вязкой жидкостью, сглаживает колебания. Преобразователь может быть перенастроен потребителем на требуемый режим измерений по диапазону напряжения питания, виду выходного сигнала, плотности измеряемой среды. Имеются режимы работы с включенной или отключенной плавной регулировкой плотности [8].
Для измерения обводненности нефтяной эмульсии на выходе с электродегидраторов с погрешностью не более 2,5% были рассмотрены следующие датчики: УДВН-1ПМ, ВСН-2-ПП, BOECH и ВНП-100.
Сравнения датчиков по основным параметрам приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Сравнение датчиков определения влажности
На основе результатов сравнения представленных датчиков влажности наиболее подходящим по основным параметрам (малая погрешность измерений, широкий диапазон измерений, высокий срок службы и гарантии, множество типов взрывозащиты) является датчик влажности УДВН-1ПМ.
Принцип действия влагомера основан на поглощении энергии микроволнового излучения водонефтяной эмульсией. Вода и
соли имеют нулевую оптическую плотность, а нефть практически непрозрачная жидкость с характерной оптической плотностью. Логарифмическая зависимость светопропускания смеси в зависимости от влагосодержания имеет линейный характер.
В качестве исполнительных механизмов были рассмотрены механизмы фирм МЭО, PrimAR и AUMA.
Таблица 2.5 - Сравнительный анализ исполнительных механизмов
На основе результатов проведенного анализа оптимальным является исполнительный механизм AUMA.
Многооборотный привод AUMA - это привод, который передает арматуре крутящий момент при минимум одном полном обороте. Привод AUMA может выдерживать напор штока арматуры. Электрические многооборотные приводы AUMA применяются везде, где требуется автоматизация работы трубопроводной арматуры.
Важным критерием является режим работы. Арматура может находиться в положении ОТКРЫТЬ-ЗАКРЫТЬ (режим отсекания), в промежуточном положении (режим позиционирования), или его положение можно изменять через небольшие промежутки времени для управления движением потока среды через трубопровод (режим регулирования). Все это нужно учитывать при выборе размера привода, поскольку объем нагрузки в значительной степени зависит от режима работы.
Главное отличие замкнутой системы управления заключается в том, что изменение условий эксплуатации требует постоянного изменения положения приводной арматуры. Для подобных областей применения требуется частота срабатывания каждые несколько секунд [11].
Остальные датчики и исполнительные механизмы выбирались по такому же принципу, сравнения производились по тем же параметрам и приведены в Приложении Б.
3. Программируемый логический контроллер в системе автоматизации ЦППН
3.1 Назначение микропроцессорного контроллера
Программируемый логический контроллер (ПЛК) - микропроцессорное устройство, архитектура которого ориентирована на решение основных задач АСУ ТП.
ПЛК предназначен для работы в распределенной системе управления в реальном времени; в ПЛК работает фиксированный набор рабочих программ, размещенных в запоминающем устройстве контроллера. От небольших до мощных и высокоскоростных систем ПЛК обеспечивают самых требовательных заказчиков исчерпывающими возможностями и гибкостью при реализации современных сетевых решений в распределенных системах управления и контроля.
Программируемый контроллер - это ядро системы автоматизации, он производит все математические вычисления и логические действия необходимые для управления технологическим процессом, формирует управляющие воздействия - выходные сигналы в зависимости от динамики протекания процесса. Основные функции ПЛК - это сбор, преобразование, обработка, хранение информации и выработка команд управления [10].
Современный ПЛК может обрабатывать дискретные, аналоговые и частотные сигналы, управлять клапанами, шаговыми двигателями, сервоприводами, преобразователями частоты, осуществлять регулирование (ПИД-регулятор).
Высокие эксплуатационные характеристики делают целесообразным применение ПЛК везде, где требуется логическая обработка сигналов от датчиков. Применение ПЛК обеспечивает высокую надежность, простое тиражирование и обслуживание устройств управления, ускоряет монтаж и наладку оборудования, обеспечивает быстрое обновление алгоритмов управления.
3.2 Выбор микропроцессорного контроллера
В настоящее время на рынке средств автоматизации представлено огромное количество программируемых логических контроллеров, как отечественного, так и зарубежного производства.
Сравнительный анализ производился по зарубежным контроллерам, таким как: Simatic S7-300 фирмы Siemens, SLC-500 фирмы Rockwell Automation (Allen Bradley и ГАММА-11 фирмы Microchip Technology. Данные контроллеры были выбраны для анализа как наиболее подходящие по классу
, характеристикам и ценовой категории.
Сравнение программируемых логических контроллеров по основным параметрам приведено в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Сравнение ПЛК
Контроллеры фирм Allen-Bradley и Siemens признаны лидерами в своем сегменте контроллеров, при этом хорошо зарекомендовали себя во многих странах. Альбатрос имеет небольшой опыт выпуска контроллеров средней и высокой мощности, но так как все основные элементы ПЛК изготавливаются за рубежом, что делает контроллер относительно надежным. Каждый из контроллеров имеет свои недостатки и достоинства. Выбор контроллера был сделан в пользу SLC-500, т.к. этот контроллер имеет оптимальное количество дискретных и аналоговых входов и выходов, при этом Allen-Bradley предлагает высококлассное обслуживание и техническую поддержку.
3.3 Выбор конфигурации контроллера
При выборе конфигурации контроллера необходимо руководствоваться следующими параметрами: числом аналоговых портов ввода/вывода, числом дискретных портов ввода/вывода, используемый протокол обмена информацией с устройствами верхнего уровня и др.
На основании списка перечня сигналов с нижнего уровня:
аналоговых входов АI - 84 с сигналом 4-20мА;
дискретных входов DI - 89 с сигналом 24В;
дискретных выходов DО - 70 с сигналом 24В;
частотных входов FI - 4.
В качестве центрального процессора был выбран с учетом 15% резерва процессорный модуль 1747-L553. Данный центральный процессор поддерживает 96
аналоговых входа и выхода, до 4096 входным и выходных дискретных сигналов, до трех шасси, обеспечивает среднее время сканирования программы 0,9 мс, время сканирования входов/выходов 0,225 мс, а также коммуникационные порты Ethernet и RS-232.
Для ввода аналоговых сигналов стандарта 4-20 мА выбран модуль 1746-NI16, который имеет 16 входов. Модуль обеспечивает ток нагрузки задней шины 125мА при 5В (75мА при 24В); ±20мА, 4-20мА, 0-1мА или 0-10мА [12].
Для ввода дискретных сигналов типа “сухой контакт” применены модули 1746-IB32 с внешним источником питания 24 В постоянного тока. Модули 1746-IB32 обеспечивают подключение 32 сигналов постоянного напряжения 24В по схеме с общей землей [13].
Выходные сигналы 24В постоянного тока формируются при помощи модуля 1746-OB32. Модули типа OB32 обеспечивают 32 транзисторных выходов постоянного напряжения 24В по схеме с общей землей [13].
Приведенные выше модули размещаются в шасси типа 1746-А13, имеющего 13 слотов для установки модулей, а также шасси типа 1746-А7, имеющего 7 слотов.
Дальнейшая разработка систем АСУ ТП должна идти по пути синтеза и расчёта локальных контуров управления и регулирования. Чтобы дать возможность разработчику в конкретных обстоятельствах на основе достижений развития техники и технологии на данный момент полнее использовать свой интеллектуальный потенциал, автор намеренно не привел на схемах указанные контуры.
Материалы учебного пособия должны способствовать более качественной подготовке молодых специалистов к решению задач автоматизации ТП.
1. Абдулханова, М. Технологии производства материалов и изделий и автоматизация технологических процессов на предприятиях дорожного строительства: учебное пособие / М. Абдулханова, В.А. Воробьев. — М.: Солон-пресс, 2016. — 564 c.
2. Безменов, В.С. Автоматизация процессов дозирования жидкостей в условиях малых производств / В.С. Безменов, В.А. Ефремов, В.В. Руднев. — М.: Ленанд, 2017. — 216 c.
3. Безменов, В.С. Автоматизация процессов дозирования жидкостей в условиях малых производств / В.С. Безменов, В.А. Ефремов, В.В. Руднев. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2017. — 216 c.
4. Бородин, И.Ф. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления (ССУЗ) / И.Ф. Бородин. — М.: КолосС, 2006. — 352 c.
5. Брюханов, В.Н. Автоматизация производства. / В.Н. Брюханов. — М.: Высшая школа, 2016. — 367 c.
Для измерения обводненности нефтяной эмульсии на выходе с электродегидраторов с погрешностью не более 2,5% были рассмотрены следующие датчики: УДВН-1ПМ, ВСН-2-ПП, BOECH и ВНП-100.
Сравнения датчиков по основным параметрам приведены в таблице 2.4.
Таблица 2.4 - Сравнение датчиков определения влажности
| Параметр | УДВН-1ПМ | ВСН-2-ПП | BOECH | ВНП-100 |
| Диапазон измерения влажности нефти, объемная доля, % | 0-10 | 0-10 | 2-30 | 0-30 |
| Пределы основной абсолютной погрешности, объемная доля, % | 1,0 | 1,2 | 1,2 | 1,5 |
| Выходной сигнал, (мА) | 4-20 | 4-20 | 4-20 | 4-20 |
| Диапазон температур, °С | +5…+50 | +5…+60 | -10…+50 | +1…+40 |
| Рабочее давление, МПа, не более | 6,4 | 4,0 | 4,0 | 6,3 |
| Взрывозащита | Exia, Exib | Exib | Exia | Exia |
| Гарантийный срок | 2 года | 2 года | 1,5 года | 1,5 года |
| Средний срок службы | 6 лет | 5 лет | 5 лет | 5 лет |
На основе результатов сравнения представленных датчиков влажности наиболее подходящим по основным параметрам (малая погрешность измерений, широкий диапазон измерений, высокий срок службы и гарантии, множество типов взрывозащиты) является датчик влажности УДВН-1ПМ.
Принцип действия влагомера основан на поглощении энергии микроволнового излучения водонефтяной эмульсией. Вода и
соли имеют нулевую оптическую плотность, а нефть практически непрозрачная жидкость с характерной оптической плотностью. Логарифмическая зависимость светопропускания смеси в зависимости от влагосодержания имеет линейный характер.
В качестве исполнительных механизмов были рассмотрены механизмы фирм МЭО, PrimAR и AUMA.
Таблица 2.5 - Сравнительный анализ исполнительных механизмов
| Название и тип Характеристика | МЭО-500 | PrimAR-М-250/63-0,25-99 | AUMA |
| Крутящий момент, Нм | 160; 320; 400; 500; 650 | 250 | 250 - 500 |
| Номинальное время полного хода, с | 10; 25; 63; 120; 160 | 63 | 63 |
| Номин. значение полного хода, об. | 0.25; 0.63 | 0.25 | 0.25 |
| Питание, В Для однофазной сети Для трехфазной сети | 220, 230, 240 (50 Гц); 380, 400, 415 (50 Гц) | 220 , 230 , 24 380 , 400 , 415 | 220; 230; 240; 380; 400; 415; 500 |
На основе результатов проведенного анализа оптимальным является исполнительный механизм AUMA.
Многооборотный привод AUMA - это привод, который передает арматуре крутящий момент при минимум одном полном обороте. Привод AUMA может выдерживать напор штока арматуры. Электрические многооборотные приводы AUMA применяются везде, где требуется автоматизация работы трубопроводной арматуры.
Важным критерием является режим работы. Арматура может находиться в положении ОТКРЫТЬ-ЗАКРЫТЬ (режим отсекания), в промежуточном положении (режим позиционирования), или его положение можно изменять через небольшие промежутки времени для управления движением потока среды через трубопровод (режим регулирования). Все это нужно учитывать при выборе размера привода, поскольку объем нагрузки в значительной степени зависит от режима работы.
Главное отличие замкнутой системы управления заключается в том, что изменение условий эксплуатации требует постоянного изменения положения приводной арматуры. Для подобных областей применения требуется частота срабатывания каждые несколько секунд [11].
Остальные датчики и исполнительные механизмы выбирались по такому же принципу, сравнения производились по тем же параметрам и приведены в Приложении Б.
3. Программируемый логический контроллер в системе автоматизации ЦППН
3.1 Назначение микропроцессорного контроллера
Программируемый логический контроллер (ПЛК) - микропроцессорное устройство, архитектура которого ориентирована на решение основных задач АСУ ТП.
ПЛК предназначен для работы в распределенной системе управления в реальном времени; в ПЛК работает фиксированный набор рабочих программ, размещенных в запоминающем устройстве контроллера. От небольших до мощных и высокоскоростных систем ПЛК обеспечивают самых требовательных заказчиков исчерпывающими возможностями и гибкостью при реализации современных сетевых решений в распределенных системах управления и контроля.
Программируемый контроллер - это ядро системы автоматизации, он производит все математические вычисления и логические действия необходимые для управления технологическим процессом, формирует управляющие воздействия - выходные сигналы в зависимости от динамики протекания процесса. Основные функции ПЛК - это сбор, преобразование, обработка, хранение информации и выработка команд управления [10].
Современный ПЛК может обрабатывать дискретные, аналоговые и частотные сигналы, управлять клапанами, шаговыми двигателями, сервоприводами, преобразователями частоты, осуществлять регулирование (ПИД-регулятор).
Высокие эксплуатационные характеристики делают целесообразным применение ПЛК везде, где требуется логическая обработка сигналов от датчиков. Применение ПЛК обеспечивает высокую надежность, простое тиражирование и обслуживание устройств управления, ускоряет монтаж и наладку оборудования, обеспечивает быстрое обновление алгоритмов управления.
3.2 Выбор микропроцессорного контроллера
В настоящее время на рынке средств автоматизации представлено огромное количество программируемых логических контроллеров, как отечественного, так и зарубежного производства.
Сравнительный анализ производился по зарубежным контроллерам, таким как: Simatic S7-300 фирмы Siemens, SLC-500 фирмы Rockwell Automation (Allen Bradley и ГАММА-11 фирмы Microchip Technology. Данные контроллеры были выбраны для анализа как наиболее подходящие по классу
, характеристикам и ценовой категории.
Сравнение программируемых логических контроллеров по основным параметрам приведено в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Сравнение ПЛК
| Параметр | SLC-500 | S7-300 | ГАММА-11 |
| Время сканирования вх/вых, мс | 0,225 | 0,2 | 0,3 |
| Время сканирования программы, мс | 0,90 | 0,85 | 1,15 |
| Коммуникационные порты | DH+, RS-232 | Ethernet, Modbus | RS-485 |
| Объем памяти, Кслов | 32 | 128 | 20 |
| Максимальное количество аналоговых входов | 96 | 248 | 192 |
| Максимальное количество дискретных входов-выходов | 4096 | 8192 | 1056 |
| Средний срок службы | 9 лет | 8 лет | 12 лет |
Контроллеры фирм Allen-Bradley и Siemens признаны лидерами в своем сегменте контроллеров, при этом хорошо зарекомендовали себя во многих странах. Альбатрос имеет небольшой опыт выпуска контроллеров средней и высокой мощности, но так как все основные элементы ПЛК изготавливаются за рубежом, что делает контроллер относительно надежным. Каждый из контроллеров имеет свои недостатки и достоинства. Выбор контроллера был сделан в пользу SLC-500, т.к. этот контроллер имеет оптимальное количество дискретных и аналоговых входов и выходов, при этом Allen-Bradley предлагает высококлассное обслуживание и техническую поддержку.
3.3 Выбор конфигурации контроллера
При выборе конфигурации контроллера необходимо руководствоваться следующими параметрами: числом аналоговых портов ввода/вывода, числом дискретных портов ввода/вывода, используемый протокол обмена информацией с устройствами верхнего уровня и др.
На основании списка перечня сигналов с нижнего уровня:
аналоговых входов АI - 84 с сигналом 4-20мА;
дискретных входов DI - 89 с сигналом 24В;
дискретных выходов DО - 70 с сигналом 24В;
частотных входов FI - 4.
В качестве центрального процессора был выбран с учетом 15% резерва процессорный модуль 1747-L553. Данный центральный процессор поддерживает 96
аналоговых входа и выхода, до 4096 входным и выходных дискретных сигналов, до трех шасси, обеспечивает среднее время сканирования программы 0,9 мс, время сканирования входов/выходов 0,225 мс, а также коммуникационные порты Ethernet и RS-232.
Для ввода аналоговых сигналов стандарта 4-20 мА выбран модуль 1746-NI16, который имеет 16 входов. Модуль обеспечивает ток нагрузки задней шины 125мА при 5В (75мА при 24В); ±20мА, 4-20мА, 0-1мА или 0-10мА [12].
Для ввода дискретных сигналов типа “сухой контакт” применены модули 1746-IB32 с внешним источником питания 24 В постоянного тока. Модули 1746-IB32 обеспечивают подключение 32 сигналов постоянного напряжения 24В по схеме с общей землей [13].
Выходные сигналы 24В постоянного тока формируются при помощи модуля 1746-OB32. Модули типа OB32 обеспечивают 32 транзисторных выходов постоянного напряжения 24В по схеме с общей землей [13].
Приведенные выше модули размещаются в шасси типа 1746-А13, имеющего 13 слотов для установки модулей, а также шасси типа 1746-А7, имеющего 7 слотов.
Заключение
Дальнейшая разработка систем АСУ ТП должна идти по пути синтеза и расчёта локальных контуров управления и регулирования. Чтобы дать возможность разработчику в конкретных обстоятельствах на основе достижений развития техники и технологии на данный момент полнее использовать свой интеллектуальный потенциал, автор намеренно не привел на схемах указанные контуры.
Материалы учебного пособия должны способствовать более качественной подготовке молодых специалистов к решению задач автоматизации ТП.
Список литературы
1. Абдулханова, М. Технологии производства материалов и изделий и автоматизация технологических процессов на предприятиях дорожного строительства: учебное пособие / М. Абдулханова, В.А. Воробьев. — М.: Солон-пресс, 2016. — 564 c.
2. Безменов, В.С. Автоматизация процессов дозирования жидкостей в условиях малых производств / В.С. Безменов, В.А. Ефремов, В.В. Руднев. — М.: Ленанд, 2017. — 216 c.
3. Безменов, В.С. Автоматизация процессов дозирования жидкостей в условиях малых производств / В.С. Безменов, В.А. Ефремов, В.В. Руднев. — Вологда: Инфра-Инженерия, 2017. — 216 c.
4. Бородин, И.Ф. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления (ССУЗ) / И.Ф. Бородин. — М.: КолосС, 2006. — 352 c.
5. Брюханов, В.Н. Автоматизация производства. / В.Н. Брюханов. — М.: Высшая школа, 2016. — 367 c.
