Дипломная (вкр): Автоматизация процесса каталитического риформинга

На рисунке 4.4 можно просмотреть рабочую область программы.

После завершения этапа конфигурирования контроллера можно переходить к написанию программы. В пакете Step 7 для написания программы используются языки LAD, STL и FBD. Более наглядным и простым представляется язык FBD. Все команды этого языка программирования представлены в виде блоков, реализующих конкретную функцию (сложение, сравнение, пересылка данных, тригонометрические функции, ПИД-регулирование).

Все команды языка FBD можно разделить на группы:

−   релейные контакты и катушки;

−           математические операции;

−           операции сравнения, отношения;

−           битовые операции (сдвиг на 1 бит вправо-влево);

−           таймеры и счетчики;

−           команды управления (вызов подпрограмм, регулирование, принудительный опрос входов).

Рисунок 4.4 - Рабочая область программы

каталитический реформинг регулятор автоматизация

При этом в среде конфигурирования имеются все инструменты представления графики, текста, данных, анимации и диаграмм, требующихся для создания привлекательных, хорошо организованных, легких для использования и понимания экранных форм. А среда выполнения обеспечивает средства просмотра этих экранных форм в реальном масштабе времени. Переключиться с одной среды на другую можно просто щелкнув кнопкой мыши, переключение между средой выполнения и средой конфигурации позволяет быстро проверять изменения, внесенные в экранные формы, не прерывая работы службы тревог и процесса сбора данных. Важно отметить то обстоятельство, что работа в среде конфигурации не вызывает прерывания контроля процесса. Все функции управления и мониторинга системы, такие как генерирование тревог, создание отчетов и выполнение расписаний, реализуются как фоновые задачи. На рисунке 4.5 можно просмотреть область переменных.

Рисунок 4.5 - Область переменных

Контроллер Siemens предназначен для сбора и обработки аналоговых и дискретных информационных сигналов с первичных преобразователей и приборов, а также для формирования и выдачи управляющих воздействий на объект управления.

Устройство является средством измерения и применяется для автоматического контроля и управления технологическими процессами на производственных предприятиях в различных отраслях промышленности, в том числе в системах противоаварийных блокировок и защит. Устройство может работать в качестве информационно-управляющего устройства как автономно, так и в составе АСУТП.

Создавая сервер/узел современной АСУ ТП, необходимо разграничивать права доступа к информации для различных пользователей. В Step 7 это делают, создавая учетные записи пользователей и задавая их роли. Учетная запись содержит имя пользователя, назначенную ему роль, пароль для входа в систему. Роль - перечень действий, которые разрешены (запрещены) пользователю.

Характеристики SCADA-пакета WinCC.WinCC - это современная система с привлекательной панелью управления, открытая для мира делопроизводства и производства продукции, зрелая и надежная в работе, эффективно проектируемая, масштабируемая для простых и сложных задач и при этом легко встраиваемая в приложения для широкого класса предприятий вплоть до встраивания в MES- и ERP-решения. Кроме того, WinCC может применяться во всем мире и во всем мире поддерживается отделениями обслуживания и поддержки фирмы Siemens.основывается на новейших разработках и методах в области программного обеспечения. Тесное сотрудничество с Microsoft гарантирует, что пользователь спокойно может ожидать нововведений и в будущем.

Базовая система WinCC предоставляет все компоненты и функции, которые необходимы для решения также и сложных задач визуализации. Редакторы для создания изображений, сценариев, аварийных сообщений, графиков, отчетов являются фиксированной составной частью системы WinCC.

Для проектирования в WinCC используется ряд стандартных инструментов и редакторов, которые можно вызвать из окна WinCC-проекта «WinCCExplorer» рисунок 4.6.

Рассмотрим основные из них:

Tag Management (управление переменными) - посредством тегов или переменных обеспечивается связь программы верхнего уровня с технологическим процессом;

Graphics Designer (графический редактор) - предназначен для проектирования изображений, мнемосхем и диалоговых окон, т.е. визуального человеко-машинного интерфейса;

Alarm Logging (система сообщений) - проектирование, формирование и архивирование сообщений о событиях в системе;

Tag Logging - редактирование архивов измеренных значений и запись в архивы процессных переменных;

Рисунок 4.6 -WinCC-проект

Report Designer (редактор отчетов) - проектирование и выдача на печать различных отчетов и протоколов, а также формирование рабочей документации проекта;

Global Script - используется для проектирования функций (подпрограмм) проекта, действий, выполняющихся в фоновом режиме; редактирования стандартных функций;

Text Library (текстовая библиотека) - предназначена для организации многоязыковой поддержки; частично может использоваться для русификации проекта;

User Administrator (администратор пользователей) - служит для определения уровней доступа, а также для наделения пользователей системы соответствующими полномочиями;

User Archive (архив пользователя) - служит для конфигурации пользовательских архивов;

Time Synchronization - вызов диалогового окна настройки параметров синхронизации времени.

В WinCC встроена стандартная база данных Sybase SQL Anywhere, в которой хранятся все списковые данные проектирования и процесса. Доступ к базе данных WinCC возможен без всяких проблем с помощью языка структурированных запросов к базе данных SQL или через драйвер ODBC. Через эти способы доступа WinCC открывает свои данные, например, другим программам и базам данных Windows и полностью встраивается в концепцию завода или предприятия.

Такие стандартные интерфейсы, как DDE и OLE для обмена данными между программами Windows являются такими же обязательными составными частями WinCC, как и беспроблемное встраивание управляющих элементов ActiveX и функциональных возможностей среды клиент-сервер OPC.

Сценарии WinCC создаются с помощью стандартного языка программирования.

В объем поставки WinCC входят все существенные каналы связи для подключения к устройствам управления SIMATIC S5/ S7, а также такие каналы, как Profibus.

Благодаря стандартным интерфейсам SIMATIC WinCC становится встроенной составной частью информационно-технологического ландшафта на всем предприятии - от автоматизированного производственного процесса вплоть до оптимизации процессов на уровне управления предприятием и до подготовки административных данных для руководства предприятия (MES = Manufacturing Execution Systems - Производственные исполняющие системы и ERP = Enterprise Resource Planning - Планирование ресурсов в масштабе предприятия).

Простота и прозрачность в производственных установках означают меньшие затраты на проектирование, меньшие затраты на обучение, большая гибкость персонала, большая безопасность обслуживания. SIMATIC WinCC всему этому удовлетворяет. С помощью чрезвычайно мощных функций проектирования можно радикально сократить время на проектирование. А при использовании справедливо следующее утверждение: кто хорошо знаком с Microsoft Windows, тот владеет также и проводником WinCC (WinCC Explorer), центральной коммутационной панелью SIMATIC WinCC.

Совместно с другими компонентами SIMATIC система имеет, кроме того, в своем распоряжении такие дополнительные функции, как диагностика и обслуживание процесса - новое направление в визуализации. Само собой разумеется, что при проектировании таких функций между собой взаимодействуют все инструментальные средства для проектирования SIMATIC.предоставляет все основные функциональные возможности для визуализации и управления процессом. С этой целью WinCC предоставляет в распоряжение ряд редакторов и интерфейсов, с помощью которых эти функции могут быть индивидуально спроектированы для любого приложения.

Графическая система для свободно формируемой визуализации и управления через полностью графические объекты, причем все их свойства могут быть сделаны динамическими.

Система сообщений для регистрации и архивирования событий с возможностями отображения, свободно выбираемые классы сообщений, отображение и протоколирование.

Архивирование значений переменных процесса для регистрации, сжатия и сохранения измеренных значений, например, для представления в виде графиков и таблиц и дальнейшей обработки.

Дизайнер отчетов - система отчетов для управляемого временем или событиями документирования сообщений, управляющих воздействий и текущих данных о процессе в виде пользовательских отчетов или проектной документации в свободно выбираемом формате.

Администратор пользователя-инструмент для удобного управления пользователем и его полномочиями.

Глобальные сценарии-функции обработки с безграничными возможностями путем использования встроенного компилятора ANSI-C. Для обмена данными с подчиненными устройствами управления (протоколы SIMATIC, Profibus DP, сервер DDE и OPC в объеме поставки).

Для открытой интеграции других приложений Windows (ODBC/SQL, ActiveX, OLE, DDE,OPC). Для индивидуального доступа к данным и функциям WinCC (C-API) и для встраивания в программы пользователя

В качестве станций управления можно в общем случае использовать обычные РС, причем годятся как офисные, так и промышленные персональные компьютеры. Платформой операционной системы для WinCC V5 является Windows NT 4.0.[10]

4.2 Назначение автоматизированного комплекса и его структура

В результате модернизации получили новую модернизированную АСУТП: взамен морально и физически устаревшего оборудования (КТС Режим-1) установлен и запущен в эксплуатацию программно-технический комплекс (ПТК) «Simatic S7-400 Step-7 WinCC».

ПТС включает в себя два уровня аппаратных средств - нижний, выполняющий функции сбора, обработки информации и локального управления, и верхний, предназначенный для задач дистанционного управления, наблюдения за ходом процесса, а также архивирования и протоколирования.

Нижний уровень реализован на двух контроллерах SIMATIC S7-400 фирмы SIEMENS.

Верхний уровень представляет собой три персональных компьютера с системой визуализации WinCC фирмы SIEMENS.

Обмен данными между контроллерами и рабочими станциями производится по высокоскоростному каналу передачи Industrial Ethernet.

Аппаратное и программное обеспечение

Нижний уровень - система управления основным технологическим процессом.

Подсистема АСУ реализована на резервированном контроллере SIMATIC S7-400H с центральным процессором CPU414-4H и переключаемой децентрализованной периферией ET200M.

Станции оператора реализованы на базе промышленных компьютеров Siemens, имеющих аппаратные характеристики:

-     Процессор Pentium-4 1.7 GHz;

-           ОЗУ 512 Mb SDRAM;

-           ЖМД 40 Gb IDE;

-           Видео AGP-Graphic DH 32 Mb;

-           по 2 монитора с диагональю 21.

Компьютер сервера реализован на базе промышленного компьютера-сервера Siemens класса DUALHIGH, имеющего аппаратные характеристики:

-     2 процессора Pentium-III 1.26 GHz;

-           ОЗУ 512 Mb SDRAM;

-           ЖМД 36 Gb (3x18 Gb RAID);

-           Видео PCI-Graphic 8 Mb;

-           Монитор с диагональю 17;

Установлено программное обеспечение:

-     операционная система Windows NT4.0 SP6;

-           среда проектирования PCS7 v5.2 SP3;

-           пакет программирования датчиков Profibus PA и Hart - PDM v5.2;

-           пакет программирования резервированных контроллеров - H-Systems v5.1;

-           создание резервированных соединений с контроллерами - S7-Redconnect v1.4.

На станциях оператора установлено программное обеспечение:

-     операционная система Windows NT4.0 SP6;

-           среда проектирования WinCC Client v5.1 HF4;

Количественные и качественные характеристики

Питание технических средств АСУ осуществляется от сети переменного тока напряжением 3~380 В 50 Гц. Во избежание порчи и потери информации предусмотрено устройство бесперебойного питания для аппаратных средств нижнего уровня и операторских станций верхнего уровня. Минимальное время буферизации при полном отключении сетевого электропитания - не менее 10 минут.

Условия эксплуатации:

-     Рабочая температура окружающей среды - +5-40°С;

-           Относительная влажность окружающего воздуха (при 25°С) - 40-80%;

-           Атмосферное давление - 84-107 кПа;

-           Электрическая составляющая электромагнитного поля помех в помещениях, предназначенных для эксплуатации АСУ АП ХМК, не должна превышать 0.3 В/М в диапазоне частот от 0.15 до 300 мГц.

В АСУ предусмотрен циклический опрос контроллером всех датчиков с периодом опроса не менее:

Аналоговые датчики АСУ........................................................... 600 мс;

Аналоговых выходы и дискретные входы/выходы АСУ.......... 300 мс;

Максимальное время реакции на аварийный сигнал блокировки 400 мс.

Динамические характеристики системы не превышают следующих значений:

Максимальное время обновления данных на рабочем месте оператора           2 с;

Максимальное время прохождения команды оператора и подтверждения      2 с;

Представление информации оператору о срабатывании............. …2 с;

Среднее время восстановления работоспособности КТС................ 1 ч;

Описание принципов и режимов функционирования

Подсистема приема и обработки информации обеспечивает:

-           Прием и обработку аналоговых и дискретных сигналов от датчиков технологических параметров для отображения, регулирования, логического управления;

-     Проверку входных сигналов на достоверность;

-           Приведение измеренных значений к нормальным условиям.

Подсистема представления информации обеспечивает. Представление технологической информации на экранах цветных дисплеев (по запросу или автоматически) в следующих форматах по выбору оператора:

-        в виде мнемосхем с информацией о текущем состоянии технологического процесса и значения технологических параметров;

-           в виде обобщенных и детализированных кадров аварийных состояний технологического процесса;

-           в виде различных сообщений в цифровом и/или графическом виде значений технологических параметров и управляющих воздействий;

-           в виде специальных кадров регуляторов;

-           в виде различных окон расчета значений программных параметров и уставок регуляторов;

-           в виде операторских рапортов и сводок (за сутки, с начала месяца);

-           автоматическую сигнализацию и регистрацию достижения параметром предаварийной и предупредительной границ;

-           формирование и вывод на экран дисплея протокола сообщений, в котором фиксируются все сообщения о предупредительной и предаварийной сигнализациях, сообщения о действиях оператора и системы автоматизации, а также диагностические сообщения о неисправностях в системе;

-           формирование и отображение на дисплеях различных групп графиков изменения технологических параметров.

Подсистема автоматического регулирования обеспечивает:

-        Одноконтурное и каскадное автоматическое регулирование;