2.3 Противоаварийная защита блока

Для определения критериев возникновения аварийных ситуаций и выбора варианта их устранения, необходимо осуществлять сбор информации о критических параметрах технологического процесса и оборудования:

Насосы Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2.

Залив насосов контролируется датчиками 6-1, 7-1, 8-1, 9-1, 10-1 с сигнализацией и выдачей блокировки по минимальному значению. Температура подшипников насосов контролируется датчиками 41-1, 42-1, 43-1, 44-1, 45-1 с сигнализацией и выдачей сигнала блокировки по максимальному значению (90 °С).

При достижении бензина в емкости минимального значения (500мм) по датчику 25-1 происходит останов насосов Н-3/1, Н-3/2. Также сигнал блокировки выдается по прибору 27-1, происходит останов насосов Н-3/1, Н-3/2 и закрывается запорно-регулирующий клапан RN-4.

Уровень в колонне контролируется датчиком 26-1, с сигнализацией по максимальному и минимальному значениям и выдачей сигнала блокировки при достижении предельно минимального значения, происходит останов насосов Н-2/1, Н-2/2,

Индикация технологического процесса атмосферной перегонки нефти.

Для этой цели используем датчики, рассмотренные ранее, а также осуществляем контроль дополнительных параметров технологического процесса и состояния оборудования:

- контроль температуры: на входе и выходе теплообменника датчиками 1-1, 2-1, 3-1, 4-1 ; на входе и выходе насосов Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2 датчиками 52-1, 53-1, 54-1, 60-1, 61-1, 62-1, 63-1, 64-1, 65-1, 66-1; подшипников насосов Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2 приборами 67-1, 68-1. 69-1, 70-1, 71-1.

- контроль давления: на входе и выходе насосов Н-1, Н-2/1, Н-2/2, Н-3/1, Н-3/2 приборами 17-1, 18-1, 19-1, 20-1, 21-1, 22-1, 23-1, 24-1, 25-1; в емкости орошения датчиком 22-1; внизу колонны датчиком 21-1.

3 Разработка структуры управления и контроля асутп

3.1 Основные особенности

Структурная схема системы управления представлена на листе ДП-2068998-А1-11-00.00.000.Э1 графической части проекта и на рисунке 3.1.

Система имеет двухуровневую иерархическую структуру. Нижний уровень представлен программируемым контроллером SIMATICS7 -300, станцией распределенного ввода/выводаET200Mс подключенными к ней датчиками и исполнительными механизмами, верхний уровень включает в себя автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора и инженера КИП.

Структура системы управления разработана в соответствии с выявленными в ходе аналитического обзора основными тенденциями в автоматизации; и с учетом того, что помещение аппаратной, где располагается программируемый контроллер, находится вне зоны размещения установки атмосферной перегонки нефти. Непосредственно в зоне расположения объекта располагается станция распределенного ввода / вывода. Данный факт позволяет все сигналы от датчиков, исполнительных механизмов заводить на модули станции распределенного ввода/вывода, откуда сигналы передаются непосредственно на ПК.

3.2 Нижний уровень системы управления

Нижний уровень системы управления обеспечивает:

- сбор информации от датчиков, установленных по месту;

- постоянный контроль параметров процесса и поддержание их заданных значений, контроль состояния оборудования;

- обработку и передачу информации о состоянии объектов на АРМ, прием информации с АРМ и формирование управляющих воздействий;

Рисунок 3.1. Структурная схема системы управления

- автоматическое управление техпроцессом, автоматическое включение резервного оборудования при нарушении работы основного;

- предотвращение развития аварийных ситуаций и обеспечение безопасного завершения процесса по заданной программе.

Рисунок 3.2. Контроллер S7-300

Управление осуществляется из центрального пункта управления (ЦПУ), где размещены АРМ операторов, обслуживающих секции установки.

Учитывая повышенные требования к надежности систем контроля и управления взрывоопасных производств, применены контроллеры типа SIMATIC S7-300 фирмы Siemens.

Контролеры SIMATIC S7-300 фирмы Siemens являются мощным вычислительным средством и способны выполнять задачи любой сложности.

Контроллер обеспечивает непрерывный опрос датчиков, диагностику модулей.

Эксплуатационные характеристики ПЛК:

• температура окружающей среды 1 - 50 градусов

• относительна влажность воздуха при температуре 30 градусов не более 90%

• атмосферное давление 750 мм рт. ст.

• амплитуда вибрации частотой до 25 Гц, мм, не более 0,1

• вид обслуживания – периодический

• режим работы – круглосуточный

Технические характеристики контроллера зависят от выбора установленных модулей. Связь контроллера и устройств нижнего уровня осуществляется через станцию распределенного ввода-вывода ЕТ200М и сеть PROFIBUS-DP.

В состав контроллера входит:

• Каркас

• Центральный процессор CPU 315-2DP

• Блок питания PS -307

• Коммуникационный процессор CP 343-1

• Центральный процессор CPU 315-2DP.

CPU исполняет программу пользователя; подает питание 5В на расположенную с задней стороны модулей шину S7-300;

CPU 315–2 DP отличаются следующими свойствами:

• может использоваться как Master-устройство DP (DP-Master) или как Slave-устройство DP (DP-Slave)

• 48 Кбайт рабочей памяти

• 80 Кбайт встроенной загрузочной памяти RAM; может быть расширена с помощью платы памяти емкостью от 16 Кбайт до 512 Кбайт, в CPU программируемы до 256 Кбайт

Рисунок 3.3. Элементы CPU 315-2DP

Блок питания PS -307. Преобразует напряжение сети (AC 120/230 В ) в рабочее напряжение DC 24 для питания S7-300, а также для электропитания цепей нагрузки DC 24 V.

Источник питания PS 307; 10 A имеет следующие отличительные характеристики:

•выходной ток 10 A

•выходное напряжение 24 в пост. тока; защита от короткого замыкания и обрыва цепи

•подключение к однофазной системе переменного тока (входное напряжение 120/230 В перем. тока, 50/60 Гц)

•надежная электрическая изоляция в соответствии с EN 60 950

•может быть использован как источник питания нагрузки

Технические характеристики приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Размеры и вес
Размеры Ш х В х Г		200  125  120 мм
Вес		1,2 кг
Номинальные входные данные
Входное напряжение •Номинальное значение		120/230 В перем. тока
Частота системы питания •Номинальное значение •Допустимый диапазон		50 Гц или 60 Гц от 47 Гц до 63 Гц
Номинальный входной ток •при 230 В •при 120 В		1,7 A 3,5 A
Пусковой ток (при 25°C)		55 A
I2t (при пусковом токе)		9 A2с
Номинальные выходные данные
Выходное напряжение •Номинальное значение •Допустимый диапазон •Время нарастания	24 В пост. тока 24 В  5 %, защита от размыкания цепи макс. 2,5 с
Выходной ток •Номинальное значение	10 A, нельзя включать в параллельные конфигурации
Защита от короткого замыкания	Электронная, не фиксирующая, от 1,1 до 1,3  IN
Остаточные пульсации	макс. 150 мВ

Коммуникационный процессор CP 343-1.

Коммуникационный процессор CP 343-1 позволяет производить подключение контроллеров SIMATIC S7-300 к сети Industrial Ethernet. Он разгружает центральный процессор контроллера от выполнения коммуникационных задач и обеспечивает поддержку:

• Транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP.

• PG/OP функций связи (связь с программаторами и устройствами человеко-машинного интерфейса).

• S7 функций связи (клиент, сервер, мультиплексирование).

• S5 функций связи.

Модуль оснащен встроенными интерфейсами AUI/ITP и RJ45. Переключение между интерфейсами AUI и промышленной витой пары (ITP) выполняется автоматически. Передача данных производится в дуплексном или полудуплексном режиме со скоростью 10 или 100 Мбит/с. Операции определения скорости передачи и настройки на эту скорость выполняются автоматически. При использовании протокола UDP поддерживается передача широковещательных сообщений. CP 343-1 позволяет выполнять дистанционное программирование контроллеров через сеть, а также подключать контроллеры к офисной сети Ethernet. Конфигурирование коммуникационного процессора выполняется с помощью пакета NCM S7 для Industrial Ethernet. Этот пакет входит составной частью в STEP 7 V5 и более поздних версий.

CP 343-1 поставляется с предварительно установленным уникальным Ethernet адресом. Он осуществляет независимую передачу данных по сети Industrial Ethernet с соблюдением требований международных стандартов. Он снабжен собственным микропроцессором и способен работать в комбинированном режиме, обеспечивая поддержку транспортных протоколов ISO, TCP/IP и UDP. При этом для организации обмена данными могут использоваться PG/OP- и S7- функции связи, а также функции S5-совместимой связи. Для контроля соединений возможна настройка времени отклика для всех TCP-соединений с активными и пассивными партнерами по связи.

Станция распределенного ввода-вывода ЕТ200M.

Так как датчики распределены по объекту и удалены от контроллера на значительное расстояние, необходима система для приемо - передачи сигналов.

Для этого используется станции распределенного ввода-вывода. Станции ЕТ200M предназначены для построения систем распределенного ввода-вывода и поваляют использовать в своем составе все сигнальные и функциональные модули. Станция работает в сети PROFIBUS-DP и выполняет функции ведомого устройства.

Станция включает в свой состав подчиненный интерфейсный модуль IM 153-3 (рисунок 3.4), модули входных или выходных аналоговых/дискретных сигналов. А так же в состав входит источник питания (PS-307). Станция поддерживает выполнение диагностических функций, с помощью которых контролируется техническое состояние модулей ввода - вывода, короткие замыкания в выходных цепях модулей, ошибки в передаче данных, наличие напряжения питания (=24 В), подключение и удаление модулей. Результаты диагностики могут считываться по сети PROFIBUS-DP или контролироваться по светодиодам станции. В каждом интерфейсном модуле может быть до 8 модулей ввода-вывода информации.

Рисунок 3.4. Интерфейсный модуль IM 153-3

Для режима резервирования с помощью IM 153–3 выполняются следующие предпосылки следующие предпосылки: DP–Master 1 - центральный процессор CPU 315-2DP и DP–Master 2 - центральный процессор CPU 315-2DP.

• обрабатывают одну и ту же программу пользователя

• имеют для IM 153–3 одинаковую параметризацию и конфигурирование.

Рисунок 3.5. Принцип резервирования PROFIBUS с помощью IM 153–3

IM 153–3 в принципе состоит из 2 подчиненных интерфейсных модулей, модулей PROFIBUS. Оба модуля PROFIBUS взаимно контролируют свои рабочие состояния.

Передача данных пользователя всегда происходит через оба модуля PROFIBUS к соответствующему Master-устройству DP. Один из модулей PROFIBUS всегда активен. Только через этот активный модуль PROFIBUS осуществляется передача данных пользователя непосредственно на выходы или от входов периферийных модулей. Другой модуль пассивен и “находится в состоянии готовности”.

Имеется два способа выполнения переключения между модулями PROFIBUS:

Если активный модуль PROFIBUS выходит из строя, то IM 153–3 переключается на пассивный модуль PROFIBUS. Тогда передача данных пользователя продолжается с помощью отображения этих данных из памяти.

DP–Master принудительно переключает с активного на пассивный модуль PROFIBUS (напр., через STOP CPU).

Модули ввода-вывода.

Входные аналоговые модули обеспечивают возможность первичной фильтрации сигналов, а также установку зоны нечувствительности при изменении параметров для сокращения объема пересылаемых данных в систему контроля и управления.

• Модули ввода-вывода обеспечивают:

• Прием сигналов от следующих датчиков:

• Термопар

• Датчиков уровня

• Расходомеров вихревых

• Сигнализаторов уровня

• Аналоговых датчиков с сигналом 4 - 20 мА

• Дискретных датчиков типа «сухой контакт»

• Устройств, обменивающихся информацией по шине PROFIBUS-DP

• Формирование управляющих сигналов:

• 4 - 20 мА для электропневмоклапанов

• дискретных сигналов постоянного тока = 24 В

Модули позволяют выполнить горячую замену модулей без отключения всей подсистемы. Модули имеют индикаторы состояния, облегчающие диагностику их работоспособности, а так же поиск неисправностей. Указанные модули могут работать в тяжелых заводских условиях, в соответствии со стандартом, при температуре окружающей среды от –40 до +70 градусов. Надежность обеспечивается резервированием питания, лини связи с управляющими контроллерами, а также возможность горячей замены блоков питания.

Для согласования различных уровней сигнала процесса используется следующие модули:

Ввода: аналоговые сигналы - SM 331 Ex AIx32 (4-20 mA).. Дискретные сигналы - SM 321 DIx32 (24 В), SM 321 DIx16 (24 В).

Вывода: дискретные сигналы - SM 322 DОx32 (24 В).Аналоговые сигналы: SM 332 AOx32(4-20 mA).

Ввода/вывода: дискретные сигналы – SM 323 DOx8/DIx8 (24 В)

Модуль ввода аналоговых сигналов SM 331 Ех AIx32 (4-20 mA) оснащен встроенными искробарьерами.

Для согласования дискретных сигналов переменного тока 220 В со входными дискретными сигналами применяется релейная гальваническая развязка.