Дипломная (вкр): Автоматизация процесса каталитического риформинга

-           Безударный переход в ручной и автоматический режимы;

-           Отображение формулы расчета уставки каскадного режима;

-           Изменение параметров настройки регуляторов и других коэффициентов с рабочих станций оператора. Изменение настроек регулятора доступно только обслуживающему персоналу (защищено паролем), при этом в протоколе сообщений регистрируется сообщение об изменении настроек регулятора.

Подсистема дистанционного управления реализует следующие функции:

-        Управление положением регулирующих и отсечных клапанов;

-           Управление технологическим оборудованием в различных режимах;

-           Автоматическое выключение механизмов и приведение клапанов в безопасное состояние при срабатывании блокировок с регистрацией первопричины аварийного останова.

Подсистема защиты и блокировок обеспечивает:

-        Перевод технологического оборудования цеха в безопасное состояние в случае срабатывания блокировки, отключения электроэнергии, прекращения подачи сжатого воздуха для питания систем контроля и управления, а также при выходе из строя, управляющего контроллера;

-    При восстановлении питания технологическое оборудование переводится в то состояние, в котором оно находилось до выключения питания;

-           Возврат технологического объекта в рабочее состояние после срабатывания системы защиты и блокировок должен выполняться обслуживающим персоналом;

-           Подсистема защиты и блокировок является "необратимой", т.е. не вызывается повторное самопроизвольное включение оборудования при восстановлении параметра.

Подсистема архивирования информации обеспечивает:

-    Архивирование всех аналоговых параметров в кратковременном архиве с циклом опроса 2, 6 или 30 с и временем хранения 3 суток;

-           Архивирование необходимых аналоговых параметров в долговременном архиве с циклом опроса 6 или 30 с и временем хранения 32 суток;

-           Архивирование рапортов и сводов в начале каждых суток и временем хранения не менее 3 месяцев;

-           Архивирование сообщений - хранение последних 10000 сообщений;

-           Выдачу любой архивной информации на экран дисплея или на системный принтер по требованию оператора в виде таблиц, графиков, трендов.

Подсистема обмена информации.

Информационный обмен между управляющими контроллерами и сервером АСУ осуществляется по высокоскоростному каналу Industrial Ethernet (10 Mbps). При этом обмен информацией сервера с резервированным контроллером осуществляется по резервированному соединению. В случае отказа одного из CPU или CP контроллера обмен данными с сервером будет продолжаться через другой (работоспособный) CPU и CP.

Обмен данными между сервером и станциями операторов осуществляется по высокоскоростной сети Ethernet (100 Mbps).

Обмен информации между контроллерами выполняется по резервированному соединению.

Диагностика системы.

АСУ имеет в своем составе программные и аппаратные средства диагностики работоспособности системы в режиме "Online" с автоматическим выводом соответствующего сообщения в случае выявления неисправности. Диагностируются:

-    Программные средства (наличие сбоев и ошибок в работе программного обеспечения);

-           Аппаратные средства нижнего уровня - выход из строя процессорных модулей, коммуникационных процессоров, модулей ввода/вывода, интерфейсных модулей;

-           Наличие связи (обмена данными) сервера с контроллерами и между контроллерами;

-           Аналоговые датчики на обрыв, короткое замыкание, синфазную ошибку;

-   Аналоговые выходы на обрыв линии.

При выходе из строя аппаратных средств, отсутствии обмена данными или возникновении программных сбоев формируется соответствующее сообщение. Предусмотрены программные средства, позволяющие упростить поиск отказавшего модуля.

Контроллер системы АСУ.

Программируемый резервированный контроллер S7-400H состоит из следующих частей:

а)    Две резервированных подсистемы, каждая из которых включает в себя:

1)    Носитель модулей (корзина) - предназначен для крепления модулей и реализации обмена данными между модулями по внутренней шине;

2)          Блок питания PS407, включающий в себя при необходимости одну или две буферные батареи для обеспечения сохранения программы, данных и конфигурационных данных при отключении внешнего питающего напряжения;

) Центральный процессор CPU414-4H, включающий в себя также плату памяти RAM для записи управляющей программы, данных и конфигурационных данных контроллера;

) Коммуникационный процессор CP443-1 для подключения системы к сети Industrial Ethernet для организации связи с верхним уровнем системы;

) Два модуля синхронизации;

) Для обеспечения синхронизации работы двух резервированных подсистем модули синхронизации первого и второго CPU соединяются между собой посредством двух оптоволоконных кабелей;

б)    Одно (или несколько) устройств децентрализованной периферии ET200M, каждое из которых включает в себя:

1)    Носитель модулей (корзина) для установки модулей;

2)          Блок питания (при необходимости);

) Два интеллектуальных интерфейсных модуля IM153-2;

) До восьми сигнальных модулей (дискретных и аналоговых);

) Шинные модули (по одному на каждые два интерфейсных или сигнальных модуля), обеспечивающие горячую замену модулей.

На рисунке 4.7 показан внешний вид резервированного контроллера S7-400H с одной корзиной децентрализованной периферии ET200M.

Рисунок 4.7 - Внешний вид резервированного контроллера S7-400H

В резервированном контроллере оба CPU находятся в горячем резерве, т.е. оба CPU одновременно синхронно обрабатывают полностью идентичные управляющие программы. CPU, который был запущен первым, считается основным, другой CPU - резервным. При отказе (или выключении) основного CPU программу продолжает обрабатывать резервный, который теперь становится основным. Если затем вновь включить выключенный CPU, то теперь уже он будет резервным. Любое действие, которое может привести к неоднозначности данных в CPU0 и CPU1, приводит к синхронизации данных в CPU: основной CPU синхронизирует свои данные с данными основного CPU. К синхронизации данных в основном и резервном CPU приводят следующие события: прямое обращение к периферийным входам и выходам; прерывания; обновление времени таймеров; модификация данных посредством коммуникационных функций. Если при синхронизации данных между основным и резервным CPU возникла ошибка, то резервный CPU переходит в режим STOP, но основной CPU продолжает работать (Solo Mode).

При отказе одного из блоков питания, CPU, установленный в данной корзине, перестает работать, и его функции продолжает выполнять резервный CPU. Поэтому, если, например, одновременно откажут CPU1 и блок питания, установленный в RACK0, то такая ошибка будет фатальной, что приведет к останову резервированного контроллера.

Децентрализованная периферия ET200M подключается к резервированному контроллеру следующим образом. Ко встроенному интерфейсу DP CPU0 подключаются первые IM153-2, к интерфейсу DP CPU1 - вторые IM153-2. Такая децентрализованная периферия, когда резервируется не вся корзина, а только интеллектуальные модули, называется переключаемой децентрализованной периферией (Switched ET200M Distributed I/O).

Переключаемая децентрализованная периферия ET200M работает следующим образом. Один модуль IM153-2 подключается к CPU0, другой - к CPU1. При отказе одного из IM153-2 или PROFIBUS-кабеля работа продолжается через второй модуль IM153-2, при условии, что CPU, к которому подключен данный модуль IM153-2, исправен и работает. Если одновременно откажут, например, CPU0 (или блок питания, установленный в RACK0) и IM153-2 (или PROFIBUS-кабель), подключенный к CPU1, то такая ошибка приведет к отсутствию связи со всеми модулями, установленными на данной корзине ET200M (модули будут считаться неисправными).

С новым ПТК удалось реализовать бесприборный вариант операторского помещения с виртуальными панелями управления, световой и звуковой сигнализацией.

Также в процессе реконструкции были модернизирован и сокращен парк приборов КИПиА.

4.3 Схема информационных потоков

Основной целью информационной системы АСУТП является возможность быстро и удобно получать данные о состоянии и работе технологического оборудования. Для этого снятые с датчиков и приборов параметры обрабатываются и передаются через вычислительную сеть для хранения на главной машине (сервер) и для отображения на рабочем месте (рабочей станции).

Так как будут использоваться нескольких рабочих станций для работы проекта, то необходимо более подробно рассмотреть схему обмена информацией между техническими средствами УВК.

Информация от полевых датчиков поступает в контроллер. Так как связь контроллера с датчиками осуществлена напрямую, то в контроллере находится информация отображающая действительную ситуацию прохождения технологического процесса. Это позволяет вести точный контроль за прохождением технологического процесса и моментально реагировать на малейшие его изменения. Однако при таком контроле возможно измерение случайной величины , а значит и возникновение ошибки. Для этого в контроллере производим усреднение измеряемых параметров, и предоставляем оператору участка среднее значение за минуту.

Параллельно данные от контроллера поступают в базу данных минутных значений сервера, где они и хранятся. Однако, на хранение минутных значений параметров за продолжительный период времени (более 5 суток) потребуется большое дисковое пространство. Если учесть ещё данные помещаемые на сервер от других управляющих вычислительных комплексов, то размеры накопителей на жёстком диске на сервере будут огромными. Это значительно уменьшит эффективность и скорость работы общезаводской информационной сети, увеличит её стоимость и затраты на обслуживание. Поэтому каждый час вычислитель производит усреднение минутных значений и сохраняет на сервере среднечасовые показатели.

Основу функционирования информационной системы составляет передача данных от датчиков, через все элементы системы до рабочей станции (АРМ оператора).

Технология передачи и обработки передачи информации следующая:

а) Контроллер через каждые 1 секунды считывает данные от датчиков и приборов;

б) В течение 1 минуты контроллер хранит и усредняет полученные данные. Контроллер осуществляет:

1)          сбор информации;

2)          локальное и каскадное регулирование;

) расчет среднеминутных значений;

) выработку управляющего воздействия.

в) сервер завода выполняет функции моста и вычислителя (которые существуют в данный момент для управления технологическим процессом):

1)          производит архивацию технико-экономических показателей (ТЭП);

2)          производит архивацию ТЭП;

) производит расчет среднечасовых, среднесменных показателей;

) предоставляет архивы данных по запросу рабочим станциям.

г) оператор производит ввод параметров на сервер системы в течение 1 минуты, а также отображение параметров технологического процесса на мнемосхемах. Оператор по необходимости оперативно выдает задание контроллеру, который выдает управляющее воздействие на исполнительные механизмы. То есть оператор осуществляет управление технологическим процессом по выдерживание режимных параметров.

д) Упомянутые выше мнемосхемы разрабатывают, а также вводят оперативное изменение мнемосхем инженеры - разработчики. Которые осуществляют необходимую настройку программного обеспечения и производят анализ работы системы управления.

е) Старший мастер просматривает мнемосхемы работы переделов и анализирует работу участка и по необходимости может обращаться к серверу завода.

ж) Начальник участка производит анализ работы цеха по существующим мнемосхемам.

4.4 Разработка человеко-машинного интерфейса

Задачи управления рассматривают технологический процесс определенного участка с отображением основных контролируемых параметров его работы. Интерфейс, отображающий задачи управления является основным, поэтому он должен постоянно находиться перед лицом оператора.

Специализированные задачи предназначены для подробного анализа какого-либо конкретного процесса. При этом преследуется цель установить наилучший контроль именно за этим процессом. Посторонняя информация должна отсекаться.

На всех интерфейсах картинка должна быть кратка и понятна для оператора. Для удобства графического восприятия информации о протекании технологического процесса широко используются такие возможности как цветовая индикация режимов, анимация, представление величин в виде графиков. В случаях оповещения оператора об особо важных ситуациях (завершение или начало какой-либо операции, нарушение определенных параметров, аварийные ситуации и режимы.) используются так называемые аларменные сообщения и звуковая сигнализация. На основном интерфейсе управления обычно всегда имеется специальное поле (поле аларменных сообщений), где выводятся различные заслуживающие особого внимания оператора сообщения (алармы), сопровождающиеся звуковой сигнализацией.

Значения контролируемых параметров управляемого процесса заносятся в архив. Архив представляет собой табличные базы данных, пополняемые текущими значениями параметров с заданной дискретностью по времени, где для каждой ячейки определено название параметра и время сканирования. Архивные значения доступны различным пользователям через информационную сеть и широко используются для анализа ситуаций, для расчетов, для составления отчетов.

Описание головной мнемосхемы. Основной мнемосхемой каталитического риформинга является видеокадр «Основные потоки» изображен на рисуноке 4.8.

Мнемосхема - это обобщенное графическое изображение технологического оборудования, насосов, клапанов и технологических потоков, на которые нанесены цифровые значения параметров. Для управления технологическим процессом на видеокадре вызываются панели регуляторов.

Включение и отключение насосов, переключения клапанов, изменение уровня в баковой аппаратуре отображается на мнемосхемах путем закраски различными цветами их изображений. Красный цвет показывает, что значение параметра достигло своего верхнего или нижнего аварийного уровня, зеленый - значении параметра в пределах нормы.

Рисунок 4.8 - Видеокадр «Основные потоки»

Для еще большей визуализации состояния процесса ко многим объектам мнемосхемы привязана анимация. Примерами анимации могут служить анимация заполнения емкостей, цветовое оформление отображаемых параметров. Числовые значения аналоговых параметров выводятся в стандартном виде с плавающей запятой. Количество отображаемых после запятой знаков - 1 или 2. Значение параметра выводится всегда в непосредственной близости от его обозначения на мнемосхеме темно-синим цветом. Для параметров, по которым предусмотрена аварийная и (или) предупредительная сигнализация, цвет числового поля вывода может изменяться, соответственно, на красный или желтый. Одновременно на экран сообщений выводится соответствующее сообщение о выходе параметра за допустимые границы. До тех пор, пока сообщение не будет сквитировано оператором, независимо от того, вернулся параметр в рабочее значение или нет, цвет числового поля будет оставаться мигающим красным (при аварийной сигнализации) или мигающим желтым (при предупредительной сигнализации).

Подводя итог, нужно указать на то, что при разработке мнемосхемы исходили из принципов наглядности, информативности и удобства использования.

Информация на мнемосхемах обновляется каждую секунду. Для успешного управления процессом оператору мало знать только текущее значение параметра. Иногда необходимо видеть изменение значений этого параметра во временном промежутке.

 Для удобства оператора реализована возможность выбора параметров с мнемосхемы для последующего отображения их на графике. В этом случае это может быть цифровое значение параметра, графическое отображение уровня, условное обозначение насоса или клапана, или лампочки сигнализации предельного уровня на баковой аппаратуре.