Автоматизация газоанализатора ГАММА-100

Вторичные приборы размещены на щитах, установленных в операторной.

На ДНС-6 не предполагается использовать воздушные компрессоры для воздуха КИП. Управление указанными объектами осуществляется из операторной ДНС-6. Объекты управления находятся на расстоянии менее 300 м.

Уровень в НГС регистрируется на щите управления в операторной с помощью прибора Сапфир 22 ДУ и на мнемосхеме ДНС по монитору информационной системы.

Проектом предусмотрена предупредительная сигнализация (световая и звуковая), при снижении или повышении уровня жидкости в аппаратах от заданного.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объекты и объемы автоматизации

 

Система обеспечивает ввод:

1. аналоговых входных сигналов 4-20 мА;
2. дискретных входных сигналов «сухой контакт».

Система обеспечивает вывод:

1. дискретных выходных сигналов «сухой контакт».

В системе предусмотрен резерв устройств ввода/вывода сигналов для возможного подключения к системе дополнительных датчиков и исполнительных механизмов (ИМ) в объеме 15% от общего числа сигналов.

Выходные сигналы системы автоматизации обеспечивают управление:

1. регулирующими клапанами;
2. электроприводными задвижками;
3. насосными агрегатами;
4. сигнализирующими устройствами (световая и звуковая сигнализация).

Время полного опроса всех сигналов измерения и выдачи управляющих воздействий для каждого контура регулирования не превышает 1 сек, что необходимо для своевременной ответной реакции на изменение текущих параметров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обоснование и выбор комплекса технических средств нижнего уровня 

Все применяемые датчики, преобразователи, исполнительные механизмы выполнены только электрическими. Средства пневмоавтоматики не предусматриваются. Применяемые датчики и измерительные преобразователи имеют, как правило, унифицированные выходные сигналы с одним из следующих параметров:

1. аналоговые (токовые 4-20 мА) для контроля и регулирования режимных технологических параметров;
2. дискретные, типа «сухой контакт», для сигнализации предельных значений технологических параметров.

Технологические объекты расположены на открытом воздухе в условиях Крайнего Севера. Диапазон изменения температуры окружающего воздуха от -50 °С до +35 °С, влажность воздуха до 95 %. В помещении операторной ДНС и насосных блоков температурный диапазон составляет от +5°С до +40°С, влажность воздуха до 95%. Район не сейсмичный, кроме того дожимная насосная станция относится к взрывоопасным объектам, в связи с вышеперечисленным подбор технических средств автоматизации производился с учетом требований .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           2.2. Наладка

 

Програмируемый логический контроллер в системе автоматизации. 

Обоснование выбора контроллера

При работе над курсовым проектом было рассмотрено несколько семейств программируемых контроллеров различных производителей, представленных ниже.

1. SCADAPack .

Это семейство контроллеров, сочетающих достоинства программируемых логических контроллеров, свободно программируемых систем управления, простоту и надежность телемеханических устройств.  Контроллеры предназначены для построения распределенных систем управления и телемеханики, работающих в необслуживаемых условиях. Их отличительными особенностями являются:

1. рабочий температурный диапазон: от –40 до +70°С;
2. малое энергопотребление;
3. большой объем памяти для хранения данных в течение 2-х лет;
4. встроенный Ethernet, беспроводный модем, до 4-х портов RS232/485, до 1152 вх/вых.

 

 

2. Программируемые контроллеры HITACHI .

Они являются одними из самых небольших и компактных систем продаваемых по всему миру, были разработаны с учётом способности соединения, международных стандартов и уменьшения ЕМС шумов. Всё это было достигнуто благодаря внедрению самых современных и инновационных составляющих программируемых контроллеров

 

3. SIMATIC S7-200 - семейство микроконтроллеров SIEMENS .

Микроконтроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для решения задач управления и регулирования в небольших системах автоматизации. При этом, SIMATIC S7-200 позволяют создавать как автономные системы управления, так и системы управления, работающие в общей информационной сети. Область применения контроллеров SIMATIC S7-200 исключительно широка и простирается от простейших задач автоматизации, для решения которых в прошлом использовались простые реле и контакторы, до задач комплексной автоматизации. SIMATIC S7-200 все более интенсивно используется при создании таких систем управления, для которых в прошлом из соображений экономии необходимо было разрабатывать специальные электронные модули.

 

 

 

 

3.Эксплаутация

 

Рабочее место оператора

Рабочее место оператора представляет собой IBM-совместимый компьютер в промышленном исполнении, с установленным программным обеспечением фирмы Rockwell Software и имеющим доступ к локальной сети предприятия, с выходом на средства вывода информации в печатном виде (принтер).

При запуске программы интерфейса оператора открывается окно с предложением ввести имя пользователя и пароль .

Программа состоит из 11 окон:главное окно программы,окно первой очереди,окно второй очереди,окно аварий,окно трендов,окно исторических трендов,окно насосов,окно УУГ,окно УУВ,окно УУН,окно РВС.

При правильном вводе пароля и имени пользователя, открывается окно с изображением главного экрана. На главном экране показан весь объект автоматизации полностью. На этом окне отображены аварии, изменение параметров, измеряемых приборами. Внизу каждого окна имеется меню навигации, при помощи которого можно осуществлять переход между экранами.

Также такая возможность реализована посредством «горячих» клавиш.

На каждом окне отображаются измеряемые параметры и происходящие аварии. На окне трендов имеется возможность отслеживания изменения значений параметров в графическом виде.

На окне аварий фиксируются все происходящие на объекте аварии. Ведется подсчёт общего количества произошедших аварий, также можно выставлять приоритет, с которым аварии будут отображаться.

Мнемосхемы узлов учета газа, нефти и воды представлены отдельными окнами, вызываемыми нажатием на соответствующие кнопки меню навигации, «горячие» клавиши или при наведении указателя манипулятора на объекты на окне главного экрана.

Также есть всплывающее окно событий, появляющееся, при возникновении аварии, к которой привязано это окно (задается разработчиком).

На окне первой и второй очереди изображены сепараторы первой и второй ступени сепарации, отстойники горизонтальные и газосепараторы. Управление клапанами предусмотрено как автоматическое, так и ручное, для изменения способа задания процента открытия имеется специальная кнопка, расположенная рядом с изображением механизма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для связи контроллера с   АРМ  оператора используется сетевой протокол Ethernet. Терминалы    Ethernet   могут взаимодействовать с одним или несколькими     контроллерами  SLC 500 или MicroLogix через сеть  Allen-Bradley .

Ethernet хорошо подходит для таких  применений, когда локальные средства  коммуникации должны обрабатывать  интенсивный трафик при высоких пиковых скоростях передачи данных.

Ethernet является вещательной ЛВС. Это означает, что все станции видят все кадры, независимо от того, предназначены эти кадры для них или нет.

 

Каждая станция должна исследовать принятые кадры, чтобы определить, направлены они к ней или нет. Если к ней, то кадр передается на протокол более высокого уровня для соответствующей обработки.

Ethernet обеспечивает сервис, соответствующий  Уровням 1 и 2 модели OSI. Характеристики  Ethernet приводятся в таблице 3.1.

При разработке интерфейса оператора задействовано 269 переменных (приложение З).

 

Таблица 3.2 – Характеристики Ethernet

Характеристика	Значение
Скорость передачи данных (Мбит/сек)	10
Метод передачи сигнала	Узкополосный сигнал
Максимальная длина сегмента (м)	500
Носитель	Коаксиальный 50-ом (толстый)
Топология	Шина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Специализированный вопрос

Расчет системы автоматического регулирования

 

Основным параметром регулирования в отстойнике является уровень. В данном разделе приводится расчет системы автоматического регулирования уровня раздела фаз «вода-нефть» в горизонтальном отстойнике.

 

Исходные данные

 

На рисунке представлен график переходной характеристики горизонтального отстойника для системы регулирования раздела фаз «вода-нефть» при ступенчатом изменении регулирующего органа (РО).

 

Рисунок 1- График переходной характеристики горизонтального отстойника

 

Структурная схема дискретной системы автоматического регулирования (САР) приведена на рисунке 2.

Рисунок  2 – Структурная схема системы автоматического регулирования

 

Для определения оптимальных настроек регулятора достаточно определить переходные характеристики по каналу регулирования.

 

Рисунок 3 – Реакция объекта на единичное ступенчатое воздействие или кривая отклика системы

 

Тоб=t2-t1, τоб0= t2-t0

 

Для объектов нефтяной и газовой промышленности передаточная функция объекта аппроксимируется апериодическим звеном І порядка с запаздыванием, то есть передаточная функция будет иметь вид:

.

(1)

Относительное изменение регулируемого параметра объекта

.

(2)

Относительное изменение положения регулирующего органа δ=65-50=15%.

 

 

Безразмерный коэффициент передачи

.

(3)

Постоянная времени объекта Tоб=2 с.

Время запаздывания τоб=10 с.

Передаточная функция объекта

.

(4)

Принимаем период дискретизации равный Т=2 с.

При переходе к цифровой системе передаточные функции звеньев будут преобразованы в Z-передаточные функции.

Z-передаточная функция объекта имеет вид:

(5)

   Выбор типа регулятора

 

Для регулирования уровня раздела фаз «вода-нефть» в горизонтальном отстойнике на ДНС-6 выбран ПИ-закон регулирования. Выбор обусловлен тем, что  пропорциональное интегральное действие обеспечивает большую по сравнению с пропорциональным скорость регулирования.

Уравнение, описывающее изменение выходной величины при изменении входной для ПИ-закона регулирования выглядит следующим образом:

.

(6)

В практике наладочных работ широко используют приближенные формулы для определения оптимальных параметров настройки регуляторов в зависимости от параметров объекта регулирования.

Передаточная функция ПИ-регулятора имеет вид:

,

(7)

где

Wр(S)		– передаточная функция регулятора,
kр	– коэффициент усиления,
Ти	– постоянная интегрирования.

Расчет оптимальных настроек ПИ-регулятора

 

Находим оптимальное значение коэффициента усиления регулятора kр графо-аналитическим методом.

Расчет регулятора был произведен методом ограничения на частотный показатель колебательности, основываясь на полученной кривой отклика (рисунок 4.3).

По заданным параметрам σ и tр определяем показатель колебательности  М, по  номограммам М=1,1.