Дипломная (вкр): Модернизация системы регулирования температуры колпаковых печей, путем замены физически и морально устаревшего оборудования на новое

. Модуль аналогового вывода SM 332

Модуль вывода аналоговых сигналов SM 332 предназначен для цифро-аналогового преобразования внутренних цифровых величин контроллера S7-300 в его выходные аналоговые сигналы.

Модуль характеризуется следующими показателями:

выходные сигналы напряжения и силы тока: выбор вида аналогового сигнала производится программным способом для каждого выходного канала;

поддержка прерываний: при возникновении ошибок модули способны формировать прерывания для центрального процессора;

диагностика: модули способны пересылать в центральный процессор большое количество диагностической информации.

Таблица 12 Тех. характеристики SM 332 6ES7332-5HD01

.6.11 Выбор промышленного компьютера

В проекте предусмотрена выдача информации о ходе технологического процесса на АРМ мастера смены и мастера - технолога.

В состав АРМов входит: промышленный компьютер на базе процессора P IV D- 3200, 2x512 Mb RAM, 80 Gb SATA HDD, порты COM, LPT, привод CD, дисковод FDD, сетевой контроллер 10/100 Мбит, ЖК монитор 22", принтер лазерный.

Для подключения компьютера к сети PROFIBUS-DP устанавливается модуль CP 5611.На компьютере предусматривается установка SCADA -системы.

4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ

.1 Разработка алгоритма работы программы управления

Интегрированная управляющая система, разработанная фирмой "LOI" специально для колпаковых печей, состоит из двух основных подсистем: стендового контроллера (ATS-700) и колпаковый контроллер S7-300. СК управляет отдельным стендом, а КН обеспечивает управление нагревом колпаковой печи. Все данные каждого цикла технологического процесса регистрируются и сохраняются в оперативной памяти каждого СК, откуда они через интерфейс с управляющей компьютерной системой могут быть затребованы для дальнейшей обработки либо архивации.

Управляющий компьютер связан не только с СК., но также обеспечивает интерфейс для связи с общецеховой системой управления. Основными функциями УКС являются:

графическое, табличное и схематическое отображение данных стенда, таких как качество отжигаемого металла, его сортамент, цикл отжига и атмосфера, фазы нагрева и охлаждения, температуры (включая задания) и продолжительности, расходы азота и водорода;

отображение основной таблицы состояния, указывающей номера нагревательных и охлаждающих колпаков, установленных на каждом стенде, а также детализирующей расписание работы оборудования, используемое для планирования работы отделения: времени освобождения муфелей, нагревательных и охлаждающих колпаков, регистрации данных о рулонах (вес, размер) и т.д.;

отображение всех стендов блока колпаковых печей для быстрого обзора их состояния и при необходимости быстрого устранения неполадок;

детальное цвето-графическое схематическое представление каждого стенда, показывающее положение клапанов, состояние двигателей, ЦВ и ЦВБО;

индикация состояния электрооборудования, муфелей, нагревательных и охлаждающих колпаков (помеченных "в наличии", "в работе", "в ремонте");

задание специфических режимных параметров работы оборудования.

На основе перечисленных требований разработаем алгоритм программы:

Рисунок 28 - Алгоритм программы

4.2 Программа контроля температуры

Programm 100: U_TOLEBZeit Sollwert Palil 230 Istwert intern abwaerts in Sekunden ohne Abbruch: Teste Pali2 28 < Pali2 155Wahr L7: Falsch L9:: Teste Pali2 28 <= Palil 107Wahr LW1: Falsch L9:: Teste Pali2 28 > Pali2 154Wahr Lll: Falsch LO:: Teste Pali2 28 >= Palil 107Wahr LW1: Falsch LO:: Warte Zeit Sollwert Palil 223 Istwert intern abwaerts in Sekunden ohne AbbruchPali2 28 < Pali2 155.Wahr LW2: Falsch LW3:: Teste Pali2 28 <= Palil 107Wahr LW5: Falsch LW3:: Teste Pali2 28 > Pali2 154Wahr LW4: Falsch LO:: Teste Pali2 28 >= Palil 107Wahr LW5: Falsch LO:: Setze Pali4 228 = 0: Teste Pali2 28 > Pali2 152Wahr LA: Falsch L29:: Teste Pali2 28 < Pali2 153Wahr LA: Falsch L27:: Warte Zeit Sollwert PALI1 224 Istwert intern abwaerts in Sekunden ohne AbbruchPali2 28 > Pali2 152Wahr L35: Falsch LB:: Teste Pali2 28 < Pali2 153Wahr L35: Falsch L27:: Setze Ausgang STOER = Impuls 20Pali4 100 = l L39: Teste PALI4 100 = 0Springe Wahr LQ: Falsch L39:: Setze Pali4 228 = lWahr LO: Falsch LO:

End;

.3 Описание работы программы

Данная программа предназначена для точного контроля температуры и своевременного вывода сообщения об ошибке на дисплей контроллера.

Программа запускается одновременно с основной программой управления и продолжает работать до тех пор, пока работает основная программа.

Программа работает сравнивая значения температуры текущее с заданными значениями пределов. Все значения переменных и констант используемые контроллером задаются в виде матрицы, таким образом встречающиеся в программе номера (например 28, 155, 157… ….) являются номерами ячеек матрицы.

Ячейки содержат следующую информацию:

- текущее значение температуры нагрева

- заданное значение температуры нагрева

- положительный допуск №1

- отрицательный допуск №1

- положительный допуск №2

- отрицательный допуск №2

, 224 - данные ячейки содержат информацию о времени задержки, которое включается, в случае если температура ещё не достигла заданного значения

- ячейка содержит команду вывода на дисплей сообщения об ошибке "Температура за пределами допуска"

- выводит на дисплей сообщение "Ошибка квинтирована"

5. ТЕСТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ

Решение задач надежности автоматической системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) (как, впрочем, и любой сложной системы) требует учета взаимосвязи этой системы и внешней среды. Под внешней средой понимается все то, что окружает АСУ ТП и оказывает на нее воздействие или же само подвергается воздействию от АСУ ТП.

Рисунок 29 - Взаимосвязь АСУ ТП и внешней среды при решении проблем надежности

Автоматизированная система управления технологическим процессом вместе с технологическим объектом управления (ТОУ) образуют автоматизированный технологический комплекс (ATK). Элементом внешней среды АСУ ТП является и объект управления (рис ). Рассмотрим существенные для решения вопросов надежности связи между АСУ ТП и ее внешней средой.

Связь «АСУ ТП - технологический объект управления» отображает наличие управляющих воздействий АСУ ТП на регулирующие органы объекта. Эта связь при решении вопросов надежности является одной из самых важных и проявляется в непосредственном влиянии отказов АСУ ТП на поведение объекта управления.

Связь «ТОУ-АСУ ТП» соответствует поступлению в АСУ ТП информации о состоянии объекта. Эта связь выполняется в изменении режима работы системы в зависимости от поведения объекта, например в виде отключений тех или иных подсистем в зависимости от режима работы объекта.компонентам внешней среды ATK, которые существенны для решения задачи надежности АСУ ТП, относятся:

. органы управления вышестоящего уровня иерархии, например, АСУ предприятием или персонал, руководящий функционированием ATK при неавтоматизированном вышестоящем уровне;

. окружающая среда, которую характеризуют условия эксплуатации (температура, влажность, вибрация, удары, наличие и характер индустриальных помех и т. д.);

. ремонтный персонал, не входящий в состав ATK;

. запасные части, необходимые для проведения ремонтов и технического обслуживания.

Связи между АСУ ТП и этими компонентами имеют различный характер.

Связь «органы управления вышестоящего уровня-АСУТП» осуществляется в виде плановых заданий по производительности объекта, изменению режимов работы установок и агрегатов, ограничениям на расход сырья и т. п. Такие воздействия могут изменять режим работы системы и требования к качеству ее функционирования.

Связь «АСУ ТП - органы управления вышестоящего уровня» соответствует поступлению сведений о выполнении заданий, основных показателях функционирования объекта. Отказы АСУ ТП могут приводить к неправильному вычислению этих показателей или вообще к невыдаче результатов вычислений.

Связь «условия эксплуатации - АСУ ТП» отражает тот факт, что на надежность существенно влияют внешние условия (например, от температуры в помещении зависит работа вычислительного комплекса).

Технические средства АСУ ТП подвергаются восстановлению после отказов и подлежат техническому обслуживанию. Это приводит к возникновению связи «АСУ ТП - ремонтный персонал», которая заключается в генерировании заявок на восстановление. Их необходимость появляется вследствие отказов. Связь «ремонтный персонал - АСУ ТП» заключается в исполнении заявок на восстановление и в выполнении технического обслуживания согласно инструкциям и регламентам.

Связь «АСУ ТП - запасные части» отображает поступление заявок на получение запасных частей, возникающих вследствие отказов технических средств. Связь «запасные части - АСУ ТП» соответствует отправке запасных частей.

Критерии и классификация отказов АСУ ТП в целом. Описание надежности АСУ ТП в целом (без декомпозиции на компоненты) имеет смысл в связи с необходимостью рассмотрения надежности автоматизированного технологического комплекса, с учетом взаимосвязи АСУ ТП и ТОУ. При этом совокупность показателей надежности АСУ ТП и ТОУ позволит определить показатели надежности ATK.

Поведение ATK при анализе надежности описывается случайным процессом попадания ATK в определенные состояния. Примерами таких состояний для энергоблока могут быть работа на номинальной и пониженной мощностях, простой, сопровождающийся повреждением отдельных единиц технологического оборудования, простой, вызванный нарушением безопасности, и др.

Показателями надежности ATK могут быть параметр потока попаданий в каждое из этих состояний, или средняя наработка между попаданиями в такое состояние, или вероятность отсутствия этих попаданий за определенное время. Соответственно за отказы АСУ ТП в целом могут приниматься нарушения требований к качеству управления, приводящие к попаданию ATK в определенные состояния. Примерами такого требования является отсутствие вынужденных остановов технологического оборудования по вине АСУ ТП.

У сложных систем, таких как АСУ ТП, могут иметь место не только работоспособное и неработоспособное состояния, но и промежуточные между ними, отличающиеся, например, показателями эффективности. Поэтому одно из требований к АСУ ТП - поддержание значений показателей эффективности АСУ ТП не хуже заданных. При этом следует учесть, что особенностью большинства показателей эффективности является их зависимость не только от состояния АСУ ТП, но и от поведения ТОУ, технологических возмущений, поступающих на объект, задания и т. п. Нарушением указанного требования следует считать ухудшение показателей эффективности, произошедшее только вследствие отказов компонентов АСУ ТП. Примерами критериев отказа при нарушении этого требования является снижение показателя качества продукции ниже допустимого уровня из-за отказа технических средств или неправильных действий оперативного персонала.

Отказы АСУ ТП можно классифицировать по виду состояния, в которое может попасть ATK после отказа АСУ ТП, и по причинам их возникновения. Кроме того, их можно разделить на отказы, приводящие к существенным последствиям только при возникновении запросов от объекта (для определения влияния этих отказов на процесс изменения состояний ATK необходимо учесть характеристики потока запросов), и отказы, приводящие к существенным последствиям без запросов от объекта (эти отказы непосредственно изменяют состояние ATK). Примером отказа АСУ ТП первого вида является несрабатывание аварийной защиты при поступлении запроса на ее срабатывание, приведшее к повреждению оборудования. Примером отказа второго вида является ложное срабатывание защиты, вызвавшее останов агрегата без такой необходимости.

Исходя из необходимости дальнейшего определения показателей надежности ATK, в качестве показателей надежности АСУ ТП принимаются: средняя наработка на отказ, приводящий к попаданию ATK в определенное состояние (или соответствующий параметр потока отказов, или вероятность отсутствия таких отказов за определенный промежуток времени); вероятность невыполнения АСУ ТП заданных действий при наличии запроса (например, несрабатывание защиты), приводящего к попаданию АСУ ТП в определенное состояние. Указанные показатели задаются для различных состояний ATK.

Многообразие решаемых при проектировании и эксплуатации АСУ ТП задач, направленных на обеспечение ее надежности, определяет необходимость использования разнообразных моделей поведения систем и соответствующего им математического описания. K числу таких задач относится задача определения необходимого числа запасных элементов, ремонт которых не может быть произведен на месте их эксплуатации, а поставки новых элементов или возвращение восстановленных происходят в фиксированные сроки, например раз в год. C учетом того, что большой объем элементов АСУ ТП ремонтируется в цехах КИП и автоматики, не менее распространенным является расчет потока отказов для определения трудозатрат на ремонт отказавших элементов.

Системы, у которых отказавшие элементы мгновенно заменяются исправными (резервирование замещением), занимают промежуточное положение между восстанавливаемыми и невосстанавливаемыми системами.

Состояние резервных элементов до включения в работу может быть нагруженным, ненагруженным и облегченным. Для САР температуры в КП резерв находится в ненагруженном состоянии.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 для количественной оценки надежности применяются количественные показатели оценки отдельных ее свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости, а также комплексные показатели, характеризующие готовность и эффективность использования технических объектов (в частности, электроустановок).

Эти показатели позволяют проводить расчетно-аналитическую оценку количественных характеристик отдельных свойств при выборе различных схемных и конструктивных вариантов оборудования (объектов) при их разработке, испытаниях и в условиях эксплуатации. Комплексные показатели надежности используются главным образом на этапах испытаний и эксплуатации при оценке и анализе соответствия эксплуатационно-технических характеристик технических объектов (устройств) заданным требованиям.