Автоматизированные системы управления технологическими процессами перекачки сточных вод

ВКР для МТИ. Уникальность 74% по etxt. ПЗ содержит 22 рисунка, 5 таблиц. Презентация 10 слайдов. Доклад. ...

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
1.1 Классификация АСУ ТП
1.2 Структура и состав АСУ ТП
1.3 Особенности применения АСУ ТП перекачки вод
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСУ ТП ПЕРЕКАЧКИ СТОЧНЫХ ВОД
2.1 Анализ объекта автоматизации
2.2 Разработка структурной и функциональных схем
2.3 Разработка алгоритмов работы системы
ГЛАВА 3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
3.1 Выбор устройств и приборов системы
3.2 Выбор программируемого контроллера
3.3 Разработка инструкции оператора
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

В ходе работы будет спроектирована автоматизированная система управления технологическими процессами перекачки сточных вод, которая позволит сократить затраты рабочего времени на обработку данных, обеспечить повышение производительности труда, уменьшить вероятности ошибок, а также повысить полноту, точность, достоверность управленческой информации, своевременности и обоснованности принятия управленческих решений.

Останов агрегатов при пониженном давлении на входе и пуск при восстановлении давления на входе. Сбор и обработка информации получаемой с насоса:опрос источников сигналов по заданной программе;аналого-цифровое и дискретно-цифровое преобразование;защиту от помех;проверку получаемой информации на достоверность;линеаризацию, фильтрацию, масштабирование, функциональные математические преобразования.2.1.2 Функции регистрации и хранения информацииПО обеспечивает формирование событий и аварийных сообщений для записи в архив с метками астрономического времени. Архив размещается во внутренней памяти ПЛК, глубина архива составляет 10 сообщений для аварий и 10 для событий.Перечень событий:- состояния насосных агрегатов (работа/резерв/авария);- режим работы (автоматический/ручной/отключен).- система обеспечивает диагностику аварий и выдачу соответствующих им сообщений;- неисправность насосного агрегата;- неисправность частотного привода;- неисправность датчиков давления;- сухой ход.2.1.3 Функции обмена информациейДля обмена с другими системами используется отдельный интерфейс RS-485. Обмен информацией осуществляется по протоколу MODBUS RTU (SLAVE).Перечень параметров, подлежащих передаче в сторонние системы:- давление на входе;- давление на выходе;- режим работы частотного привода (значение частоты в %);- неисправность насосного агрегата;- неисправность частотного привода;- неисправность датчиков давления;- сухой ход (отсутствие давления на входе);- состояние насосных агрегатов (работа/резерв/авария); - режим работы (автоматический/ручной/отключен).2.1.4 Функции ПО панели оператора (HMI)ПО панели оператора предназначено для выполнения следующих основных функций:- обеспечения интерфейса взаимодействия оператора с системой;- отображения аварийных сообщений и текущих значений контролируемых системой параметров;- защиты системы от несанкционированного доступа.Вся система управления должна состоять из трех иерархических уровней.В 1-й (нижний) уровень входит:-датчики измеряемых аналоговых и дискретных сигналов;-исполнительные устройства, включающие в себя регулирующую арматуру и контакторы срабатывания выключателей;Во 2-ой (средний) уровень системы входит программируемый логический контроллер (ПЛК) для автоматического сбора и обработки измеряемых параметров.В 3-й (верхний) уровень системы входит:- операторская станция с экраном дисплея и функциональной клавиатурой.Информация с датчиков поступает на контроллер ПЛК. ПЛК обрабатывает полученные данные по алгоритму и вырабатывает управляющие воздействия, которые поступают обратно на первый уровень на исполнительные устройства.На третьем уровне происходит контроль за работой устройства и ввод управляющих воздействий. Панель оператора и АРМ взаимодействуют с ПЛК контроллером через отказоустойчивую вычислительную сеть. Данные о состоянии технологического процесса выводятся на мнемосхемы и позволяют оператору и диспетчеру контролировать технологический процесс.АРМ оператора осуществляет архивацию данных поступающих на проектируемое устройство, а также, выходных управляющих воздействий.Проектируемое устройство должно принимать информацию с аналоговых и дискретных датчиков, для этого в составе устройства должен быть модуль приема дискретных сигналов и модуль приема аналоговых сигналов. Устройство должно выдавать управляющие воздействия, посредством выдачи аналоговых и дискретных сигналов, для этого в составе устройства должен быть модуль выдачи дискретных сигналов и модуль выдачи аналоговых сигналов.Для взаимодействия с устройствами третьего уровня, панелью оператора и АРМ, в составе устройства должен быть модуль взаимодействия с промышленной сетью Ethernet.Для выполнения алгоритма, проектируемое устройство должно уметь процессорный модуль, который будет содержать программу и выполнять алгоритм.Для обеспечения работоспособности в высокой готовности, проектируемое устройство должно содержать резервированный источник питания. Для большей надежности, резервированный источник должен быть запитан от двух линий, основной и резервной. Для выбора одной из линий, потребуется модуль автоматического выбора питающей линии.Устройство будет работать в условиях промышленного цеха с температурой от 5 до 30 градусов цельсия, поэтому для надежной работы потребуется климатический модуль, защищающий проектируемое устройство от перегрева.2.3. Разработка и обоснование алгоритмов системыСАР ЛНС выполняет следующие основные функции:контроль параметров технологического процесса и состояния системы;управление технологическим процессом;регистрацию аварийных событий системы;защиту технологического оборудования системы.Система обеспечивает выполнение заданных функций автономно и круглосуточно.САР ЛНС обеспечивает измерение параметров технологического процесса и контроль состояний системы, перечень которых приведен в таблице 1 и таблице 2.Система должна обеспечивать управление технологическим процессом в двух режимах работы:1. В дистанционном режиме управление осуществляется:Автоматически по алгоритмам поддержания уровня в приемном резервуаре и дренажном приямке на заданных уровнях.Вручную, путем передачи команд управления с панели оператора (устанавливается на дверце шкафа управления), либо с АРМ диспетчера (устанавливается в помещении диспетчера участка водоподготовки Промводопровод);В местном режиме управление положениями задвижек и работой насосов осуществляется обслуживающим персоналом с помощью существующих пультов управления.Алгоритм управления основными насосами обеспечивает поддержание уровня в приемном резервуаре на заданном уровне. Для измерения уровня применяется ультразвуковой датчик уровня (LI1). Измеряемое значение датчика уровня имеет три уставки, которые могут быть изменены с панели оператора, либо АРМ диспетчера. Действия, выполняемые при достижении уставок приведены ниже ( REF _Ref470895622 \h Таблица 1).Таблица 1 – Уставки системыНаименование уставкиДействиеВерхняя1. Включается насос с приоритетом 1, либо меньшим, в случае аварии.Верхняя аварийная1. Включается насос с приоритетом 2 либо меньшим, в случае аварии.2. Аварийные затворы (шандоры) закрываются до среднего положения.Нижняя1. Выключаются все насосы.2. Аварийные затворы (шандоры) открываются полностью.Насосы имеют приоритеты включения. Насос, имеющий приоритет 1, включается при достижении верхней уставки. Если пуск насоса с приоритетом 1 не произошел, включается насос с приоритетом 2 и так далее.Насос, имеющий приоритет 2, включается при достижении верхней аварийной уставки. Если пуск насоса с приоритетом 2 не произошел, включается насос с приоритетом 3. Если пуск насоса с приоритетом 3 не произошел, включается насос с приоритетом 4. Если пуск насоса с приоритетом 4 не произошел, включается насос с приоритетом 5.Для насоса, находящегося в ремонте, должен быть установлен приоритет 0.Пуск резервного насоса, также, может быть осуществлен при скорости увеличения уровня в приемном резервуаре выше заданной. В этом случае, запуск резервного насоса происходит до достижения уровня в приемном резервуаре соответствующей верхней аварийной уставке.Два дренажных насоса имеют приоритеты аналогично основным насосам. Алгоритм управления дренажными насосами аналогичен алгоритму основных насосов, только уровни не могут быть изменены в процессе работы, поскольку определяются кондуктометрическим датчиком (LI2), устанавливаются один раз при наладке системы.В случае, если запуск насоса не произошел, на панели оператора и АРМ диспетчера выводится сообщение с причиной.САР ЛНС диагностирует, регистрирует и обеспечивает защиту технологического оборудования при возникновении аварий ( REF _Ref470895714 \h Таблица 2).Таблица 2 – Перечень аварий системы№ п.п.Наименование аварииДействия системы при возникновении аварии1Неисправность датчика давленияЗакрытие задвижки соответствующего насоса. Установка приоритета 0. Пуск насоса с меньшим приорететом.2Выход давления насоса за допустимые пределы.3Выход тока насоса за допустимые пределы.4Сигнал авария насоса5При выдаче команды управления, выход тока аварийных затворов за допустимые пределы.Запрет на автоматическое управление соответствующим затвором6Аварийный уровень в приемном резервуареЗакрытие двух аварийных затворовАлгоритм запуска основных насосов начинается с включения подачи охлаждения подшипников. Затем, при закрытой задвижке производится пуск насоса. Если через время, заданное уставкой Время выхода на режим, давление в напорном трубопроводе превысило Нижнюю уставку, выдается команда на открытие задвижки. Если через время, заданное уставкой Время хода задвижки, получен сигнал о достижении задвижкой концевика, насос считается запущенным.Система обеспечивает возможность задания оператором уставок регулируемых параметров технологического процесса ( REF _Ref470895933 \h Таблица 3).Таблица 3 – Список уставок системы№п.п.Наименованиепараметра/режимаУстройствозаданияДиапазонрегулирования1Давление на выходе насосаСенсорная панель (ПЛК), АРМ диспетчера0-10 Атм.2Ток насосаСенсорная панель (ПЛК), АРМ диспетчера0-200 А3Время выхода насоса в режимСенсорная панель (ПЛК), АРМ диспетчера0-30 сек.4Верхний уровень приемного резервуараСенсорная панель (ПЛК), АРМ диспетчера600-6000 мм.5Верхний аварийный уровень приемного резервуараСенсорная панель (ПЛК), АРМ диспетчера600-6000 мм.6Нижний уровень приемного резервуараСенсорная панель (ПЛК), АРМ диспетчера600-6000 мм.7Ток двигателя аварийного затвораСенсорная панель (ПЛК), АРМ диспетчера0-500 АРегистрация аварийных сообщений производится с указанием астрономического времени начала и окончания аварии. Глубина журнала аварий составляет 10 записей.Система обеспечивает индикацию и сигнализацию параметров технологического процесса и состояний системы.2.4 Выводы по второй главеНа основе проведенных анализов систем и выявленных проблем, модернизирована автоматическая система управления технологическим процессом ливневой насосной станции ОАО Заводские сети. Выявлены следующие проблемы:В настоящее время станция полностью управляется операторами, из-за этого наблюдается малая скорость реакции, качество управления сильно зависит от квалификации персонала.Возможны аварийные ситуации из-за ошибок персонала, способные повлечь затопление станции.Ресурсы используются не оптимально, нет выравнивания часов наработки агрегатов.ГЛАВА 3. ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ3.1. Выбор устройств и приборов системыВ состав технического обеспечения системы входят технические средства нижнего и верхнего уровня.Нижний уровень:PTE5000 - датчик давления общепромышленный.Ультразвуковой датчик уровня Microsonic Mic+600/IU/TC.Кондуктометрический датчик уровня Овен ДУ.4.Датчик измерения тока ДТТ-03Т.Верхний уровень:программируемый логический контроллер;АРМ опрератора на базе процессора Intel Core i3.Связь между контроллером и АРМ диспетчера организуется по средствам волоконно оптической линии связи (ВОЛС). Прокладка ВОЛС в показана ниже ( REF _Ref470896230 \h Рисунок 11). Линия заканчивается в помещении Промводоочистки, в существующем телекоммуникационном шкафу. От телекоммуникационного шкафа до помещения диспетчерской прокладывается кабель Ethernet в гофротрубе, параллельно существующим линиям связи.Для предотвращения проникновения посторонних лиц на объект, устанавливается охранная сигнализация (ОС) С2000-4 производства Болид. ОС обеспечивает контроль пяти дверей с помощью магнито-контактных датчиков, а также, производит обнаружение движения перед лестницей, ведущей в машинный зал, посредствам объемного датчика движения.Рисунок 11 – Линия ВОЛС3.1.1 Датчики давления серии PTE5000Датчики давления серии PTE5000 используются для измерения давления воды, сжатого воздуха либо других неагрессивных жидкостей и газов и последующего преобразования измеренного значения в нормированный выходной сигнал 4…20 мА. Внешний вид представлен ниже ( REF _Ref470896390 \h Рисунок 12).Принцип действия датчиков основан на использовании зависимости между измеряемым давлением и упругой деформацией чувствительного элемента.В качестве чувствительного элемента применяется тонкоплёночный тензорезистивный сенсор на металлической мембране. Под воздействием измеряемого давления происходит деформация мембраны, приводящая к изменению сопротивлений пьезорезисторов и разбалансу моста. Выходной электрический сигнал напряжения разбаланса моста, пропорциональный измеряемому давлению, преобразуется в унифицированный сигнал тока (4…20 мА). INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_1.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_1.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_1.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_1.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_1.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_3.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_3.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_3.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_3.gif" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://kipservis.ru/datchiki_obscheprom/Img/gabar_pte5000_3.gif" \* MERGEFORMATINET Рисунок 12– Внешний вид PTE50003.1.2 Ультразвуковой датчик уровня Microsonic +600/IU/TCУльтразвуковой датчик уровня Microsonic +600/IU/TC выполнен в корпусе с резьбой M30, 5 рабочими зонами и расстояниями измерения от 30 мм до 8 м. В зависимости от дальности обнаружения, внутреннее разрешение измерения расстояния составляет 0,025 или 2,4 мм. Датчик оснащен встроенной температурной компенсацией, поставляются с заводской настройкой. Качественный светодиодный дисплей постоянно отображает текущее значение измеренного расстояния и автоматически переключается между отображением мм и см. При управлении от двух кнопок, расположенных под LED индикатором, возможен вызов общего меню и изменение всех параметров датчика. Зона обнаружения датчика представлена и внешний вид представлены ниже ( REF _Ref470896479 \h Рисунок 13 и REF _Ref470896483 \h Рисунок 14). INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/erfassung_80.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/erfassung_80.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/erfassung_80.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/erfassung_80.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/erfassung_80.png" \* MERGEFORMATINET Рисунок 13– Зона обнаружения Microsonic +600/IU/TC INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/1049/gehaeuse_micplus_600.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/1049/gehaeuse_micplus_600.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/1049/gehaeuse_micplus_600.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/1049/gehaeuse_micplus_600.png" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.microsonic.de/DWD/_111327/products/1049/gehaeuse_micplus_600.png" \* MERGEFORMATINET Рисунок 14– Внешний вид Microsonic +600/IU/TCОсновные характеристики Microsonic +600/IU/TC:Рабочий диапазон: 600 - 8.000 mm;Метод измерения: Анализ отраженного сигнала по времени задержки;Преобразователь частоты: 80 kHz;Слепые зоны: 600 mm;Дальность действия: 6.000 мм;Максимальная дальность: 8.000 мм;Разрешение / частота дискретизации: 0,18 мм до 2,4 мм, в зависимости от аналогового окна;Воспроизводимость: ± 0.15 %;Точность: ± 1 % (температурный дрейф внутренней компенсации);Рабочее напряжение: UB9 - 30 VDC, защита от обратной полярностипульсации напряжения: ± 10 %;Ток холостого потребления: ≤ 80 mA;Аналоговый выход ток: 4-20 мА / напряжение: 0-10 В (при U ≥ 15 В;Время реакции: 240 ms;Задержка до наличия: < 450 ms;Материал: латунные втулки, никелированные, пластиковые детали, PBT, ТПУ;Класс защиты по EN 60529: IP 67;Рабочая температура: -25 ° C до +70 ° C;Температура хранения: -40 ° C до +85 ° C;Вес: 230 g.3.1.3 Кондуктометрический датчик уровня Овен ДУ.4Кондуктометрический датчик уровня Овен ДУ.4 предназначен для контроля уровней жидкости в резервуарах открытого типа со стенками, выполненными из изоляционного материала. 4-электродный датчик контролирует три уровня жидкости. Внешний вид датчика представлен ниже ( REF _Ref470896602 \h Рисунок 15). INCLUDEPICTURE "http://www.owen.ru/uploads/du-4.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.owen.ru/uploads/du-4.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.owen.ru/uploads/du-4.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.owen.ru/uploads/du-4.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.owen.ru/uploads/du-4.jpg" \* MERGEFORMATINET Рисунок 15– Внешний вид датчика Овен ДУ.43.1.4 Датчики ДТТ-03ТДатчики ДТТ-03Т предназначены для измерения переменных токов без разрыва цепи. Датчик состоит из корпуса, магнитопровода, электронной схемы обработки сигнала. В состав электронной схемы входит детектор средневыпрямленных значений, отградуированный в среднеквадратичных значениях.Датчики выпускаются на несколько диапазонов измеряемых токов: 5 А, 10 А, 20 А, 50 А, 100 А, 200 А, 300 А. Может крепиться на DIN-рейку при помощи промежуточной планки. Внешний вид датчика показан ниже ( REF _Ref470896649 \h Рисунок 16). INCLUDEPICTURE "http://www.prommetr.ru/img_php/img.php?Name=3029.gif&TSize=big" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.prommetr.ru/img_php/img.php?Name=3029.gif&TSize=big" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.prommetr.ru/img_php/img.php?Name=3029.gif&TSize=big" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.prommetr.ru/img_php/img.php?Name=3029.gif&TSize=big" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.prommetr.ru/img_php/img.php?Name=3029.gif&TSize=big" \* MERGEFORMATINET Рисунок 16- Датчики ДТТ-03ТОсновные характеристики ДТТ-03Т:Диапазон измеряемых токов, А: 0...10, 0...20, 0...50, 0...100;Допустимая перегрузка по измеряемому току: 1,5;Диапазон рабочих температур: - 10 … 80°С;Основная погрешность измерения для частоты 50 Гц не более: 0,5%;Нелинейность выходной характеристики, не более; 0,2%:Номинальный выходной сигнал: 4…20 мА;Источник питания: +15 … +30 В;Ток потребления: 24 мА;Диаметр отверстия под токовую шину: 14 мм;Габаритные размеры: 70х55х34 мм;Масса: 100 г;3.1.5 Размещение технических средствОборудование верхнего уровня (кроме АРМ диспетчера) монтировано в шкафу управления, расположенного на первом этаже возле несущей колонны в осях Б2, в соответствии с чертежом «План расположения оборудования и внешних проводок», представленном в рабочей документацией. Климатическое исполнение ШУ, согласно технического задания, соответствует «УХЛ», категория размещения – 2 по ГОСТ 15150-69 с температурой окружающей среды от -5С до +35С. Конструктивное исполнение ШУ – IP54. АРМ диспетчера установлен в помещении диспетчера Промводоочистки. Питание организовано от существующей розетки.Монтаж технических средств производить согласно технической документации на них и рабочей документации, представленной в настоящем ТРП.Экраны сигнальных кабелей заземлить на существующий контур заземления. Заземление выполнить в соответствии с требованиями ПУЭ и СНиП 3.05.06-85.Шкаф управления монтировать к стене при помощи четырёх болтов по углам.Для обеспечения нормальной работы и безопасности обслуживающего персонала шкаф управления заземлить. Цепь защитного заземления подсоединить к шине заземления шкафа. Заземление производить медной жилой, имеющей площадь поперечного сечения не менее 6 мм.