330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 2СУ_ПроизвСмолыПВХ

ПРЕДЫСТОРИЯ СОЗДАНИЯ

тому времени опыт создания систем ав

ленной воды, раствора эмульгатора

СИСТЕМЫ

томатизации и диспетчеризации на за

(МОПЦ) и винилхлорида. На этом этапе

Производственный комплекс ОАО

водах ОАО «СИБУР Нефтехим». Сог

важными показателями являются массы

«СИБУР Нефтехим» состоит из трёх

ласно

поставленным

требованиям,

отдельных компонентов. Второй этап

технологически взаимосвязанных заво

предприятием учитывались условия

является основным в производстве, в

дов по производству нефтехимической

привязки новой системы к существую

нём осуществляется полимеризация ВХ

продукции. Завод «Капролактам» — од

щему ассортименту приборов и преоб

в реакторе. Реактор представляет собой

но из предприятий этого комплекса —

разователей, характеристики выходных

вертикальный цилиндрический аппарат

расположен в городе Дзержинск. На за

сигналов, точность измерений пара

с перемешивающим устройством (ме

воде действует несколько производств,

метров и износ имеющегося оборудова

шалка) и теплообменной оболочкой

на одном из которых выпускается смо

ния. Внедрение новой системы предпо

(рубашка). Процесс полимеризации ВХ

ла поливинилхлорида (ПВХ).

лагало выполнение «под ключ» полного

проводится внутри реактора с опреде

Ранее этот производственный про

объёма работ, охватывающего все ос

лённой температурой, влияющей на ин

цесс контролировался при помощи

новные стадии от предпроектного об

тенсивность реакции. Температура сре

системы автоматики первого поколе

следования и выпуска проектно смет

ды в реакторе регулируется подачей за

ния на базе ЭВМ ЕС 1010. Многие па

ной документации до поставки, монта

холоженной воды или водяного пара в

раметры отображались на показываю

жа и наладки. По завершении этих ра

рубашку реактора. Окончание полиме

щих приборах. Процессы регулирова

бот планировалось провести комплекс

ризации определяется по истечении оп

ния производились вручную. Естест

ные испытания, выпустить исполни

ределённого времени, в зависимости от

венно, что возникла необходимость в

тельную и эксплуатационную докумен

марки получаемого ПВХ и по началу па

замене ЕС 1010, причём оборудование

тацию, обучить персонал для самостоя

дения давления в реакторе. На третьей

верхнего уровня подлежало замене на

тельного обслуживания системы.

стадии по окончании полимеризации

современную систему с учётом того,

проводится дегазация реактора в не

что на технологических установках ос

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

сколько этапов. Результатом всех опи

тавались прежние датчики и исполни

Технологический процесс производ

санных процессов является образование

тельные устройства. Новая система

ства смолы ПВХ проводится методом

в реакторе суспензии ПВХ.

должна была поддерживать все функ

суспензионной полимеризации. Про

Оборудование, относящееся к данно

ции и возможности старой системы, а

цесс выполняется в двух параллельных

му производственному процессу, распо

также обеспечивать дополнительный

технологических потоках, которые на

лагается в отдельном корпусе цеха. Этот

сервис в работе персонала. Внедрение

зывают «северной» и «южной» нитка

корпус цеха по взрывопожарной опас

такой системы АСУ ТП позволило бы

ми. В каждой нитке работает семь ре

ности относится к категории А, по ПУЭ

снизить уровень влияния человеческо

акторов, предназначенных для прове

имеет класс взрывоопасной зоны В Iа,

го фактора на процесс производства, а

дения

полимеризации

винилхлорида

характеризуется категорией и группой

также повысить безопасность работы

(ВХ). Одновременно в работе может

взрывоопасных смесей IIАТ1.

обслуживающего персонала.

находиться до 10 реакторов.

Для защиты персонала от вредных

Работы по внедрению новой системы

Технологический процесс производ

воздействий и оптимизации управле

АСУ ТП были переданы предприятию

ства состоит из трёх стадий. На первой

ния контроль состояния всех техноло

40

ООО НТО «Терси КБ» (г. Саров Ниже

стадии происходит подготовка для за

гических процессов по показаниям

городской области), уже имевшему к

грузки в реактор компонентов: обессо

датчиков и управление исполнитель

www.cta.ru

СТА 4/2009

СТА 4/2009

www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Х И М И ЧЕ С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

производится только веду

Блоки BAD 8 и BAO 8

щим блоком CPCD. Уст

Устройство управления

ройство управления резер

резервированием UCR 2

RS 232

RS 232

вированием UCR 2 опре

Коммутатор № 1

деляет, какой из двух бло

10Base T

ков CPCD является веду

щим в системе. Специали

Щит

100Base T

Блоки

зированное

программное

серверный

10Base T

BAO 8

…

обеспечение процессорно

го блока CPCD работает

Блок

Блок

под управлением операци

процессорный

процессорный

CPCD № 1

CPCD № 2

онной системы реального

10Base T

времени QNX 4. Схема свя

Щит

100Base T

Входные/выходные клеммы

зей резервированного обо

10Base T

серверный

Щит сигнализации

рудования в центральном

щите показана на рис. 2.

Щит управления

Блоками BAD 8 цент

Коммутатор № 2

рального щита обеспечи

вается приём нормализо

Рис. 2. Структура связей резервированного оборудования центрального щита

ванных сигналов телеиз

мерения 4…20 мА от существующих

Все блоки ввода/вывода имеют на

В состав щита управления входят ли

преобразователей с собственными ис

лицевой стороне корпуса индикацию,

нейки блоков дискретного вывода BOD

точниками питания. Приведённая по

которая

отражает рабочее

состояние

14, которые производят выдачу на

грешность измерительных каналов не

блоков, сигнализирует о наличии пита

электропневмопозиционеры и другие

превышает 0,15%.

ния, об обмене данными, а в дублиро

исполнительные устройства сигналов

Блоками BAO 8 производится фор

ванной системе дополнительно присут

телеуправления. Дискретные выводы

мирование

сигналов

телерегулирова

ствует индикация о состоянии ведуще

24 В управляют полевыми устройствами

ния 4…20 мА. Электропитание данных

го устройства.

с питанием 220 В через промежуточные

сигналов

обеспечивается

установлен

Схемы щитов сигнализации и управ

реле. Контакты реле рассчитаны на ком

ными в щите блоками питания 24 В

ления реализованы на блоках ввода/вы

мутацию переменного тока до 5 А нап

постоянного тока.

вода сигналов BID 14 и BOD 14, кото

ряжением до 250 В. Фаза, поданная на

В дублированной схеме работы бло

рые осуществляют обмен информацией

реле, защищена клеммой с держателем

ков телерегулирования BAO 8 один

с процессорными блоками через ком

предохранителя.

блок является основ

муникационный блок ВСЕ 4.

Для обеспечения надёжности пере

ным,

другой ре

В состав щита сиг

дачи данных производится дублирова

зервным. Рабочей

нализации

входят

ние каналов связи щитов сигнализа

нагрузкой управ

линейки

блоков

ции и управления с центральным щи

ляет

основной

дискретного ввода

том, а также блоков питания полевых

блок BAO 8, ре

BID 14 . Данные

цепей. Покомпонентное дублирование

зервный в этот мо

блоки осуществля

выполнено таким образом, что при вы

мент

отключён

от

ют обработку диск

ходе из строя какого либо элемента пе

выходных цепей и

ретной информации

реключение на резерв производится

работает

на внут

технологического

только у данного элемента без пере

реннюю

нагрузку,

процесса, поступаю

ключения других (исправных) элемен

при этом

контроль

щей со стоек релей

тов на резервные.

выходного тока со

ных щитов и непосре

С помощью перечисленного обору

храняется. Перевод

дственно от технологи

дования средний

уровень системы

резервного

блока

ческого оборудования.

(контролируемый

пункт) производит

режим

основного

Входные каналы бло

измерение и контроль параметров от

производится по ко

имеют

индивиду

технологических датчиков, осущест

манде процессорного

альную гальваническую

вляет обработку и хранение информа

блока. В этом случае

развязку. Дополнитель

ции, вычисление расчётных парамет

основной блок по

к этому дискретные

ров, выдаёт сигналы регулирования и

пям блокировки пере

входы

изолированы

управления технологическим процес

водится

в

резерв

от

полевых

уст

сом по заданным алгоритмам, обеспе

отключается от рабо

ройств с помощью

чивает передачу информации по конт

чей

нагрузки.

Цепи

промежуточных

реле,

ролируемым параметрам технологи

блокировки

предот

расположенных в этом же

ческого процесса на верхний уровень.

вращают одновремен

Компоновка

щита

Верхний уровень системы имеет дуб

ную работу основного

Рис. 3. Щит сигнализации:

сигнализации,

конструк

лированную структуру, схема которой

42

резервного

блоков

на конструктивное размещение

тивное размещение его эле

приведена на рис. 4. Он содержит два

рабочую нагрузку.

элементов

ментов показаны на рис. 3.

взаимозаменяемых автоматизирован

www.cta.ru

СТА 4/2009

АРМ реализует иденти

Сервер № 1

Сервер № 2

фикацию

пользователя

для

обеспечения

защиты

от

несанкционированно

Центральный щит

го доступа к управлению

технологическим

обору

Коммутатор № 1

1000Base T

дованием и модификации

Коммутатор № 2

конфигурационной

ин

Процессорный блок

формации. Программное

1000Base T

CPCD № 1

1000Base T

обеспечение АРМ «Кас

Заводская

сеть

Процессорный блок

кад САУ» предусматрива

CPCD № 2

ет следующие меры защи

…

ты от несанкционирован

1000Base T

ного доступа:

…

● применение

системы

персональных

имён и

АРМ № 1

АРМ n

паролей;

● разграничение

систем

Рис. 4. Дублированная структура верхнего уровня системы

ных и технологических

прав для различных ка

ных рабочих места (АРМ) операторов,

кад САУ» версии 3.2 работает под уп

тегорий оперативного и обслужива

одно автоматизированное рабочее мес

равлением операционной системы MS

ющего персонала;

то оператора инженера, серверное обо

Windows 2000 Professional.

● регистрация действий оператора и

рудование с дублированным архивно

Автоматизированные рабочие мес

инженера.

конфигурационным сервером, комп

та выполнены на базе персональных

На мониторах АРМ

представлена

лектом сетевого оборудования и дубли

компьютеров в офисном исполнении.

оперативная информация о работе тех

рованной

системой бесперебойного

Каждое место оборудовано двумя жид

нологического

оборудования

в

виде

питания.

кокристаллическими мониторами, вла

мнемосхем, списков событий и трен

Оборудование верхнего уровня, кроме

гозащищённой клавиатурой и манипу

дов. Оператору предоставляется воз

АРМ и принтеров, размещено в сервер

лятором «мышь». Два монитора позво

можность ручного управления техно

ном щите. Одним из основных элемен

ляют расширить рабочее пространство

логическим

оборудованием,

задания

тов верхнего уровня является дублиро

для отображения данных. Такое реше

величин уставок и регулирующих сиг

ванный

архивно конфигурационный

ние даёт возможность оператору одно

налов. Возможны генерация по запро

сервер. Он предназначен для хранения

временно контролировать работу не

су оператора различных сводок и отчё

программной конфигурации системы, а

скольких реакторов и вспомогательного

тов, графиков, таблиц за заданный

также выполняет функцию

промежуток времени и распечатка их

госрочного архивирования ин

на принтере. Организованы построе

формации о параметрах и со

ние текущих и архивных трендов для

бытиях технологического про

произвольно выбранного

сочетания

цесса, результатов измерений

параметров и распечатка их на принте

и вычислений. Программное

ре. Реализована функция

просмотра

обеспечение сервера «Каскад

предыстории данных и событий за за

САУ» версии 3.2 работает под

данный промежуток времени. Перио

управлением операционной

дически производится синхронизация

системы общего назначения

времени АРМ по времени архивно

MS Windows 2000 Professional.

конфигурационного сервера.

Длительность хранения в ар

АРМ инженера предназначен для мо

хиве информации о событиях,

дификации и сопровождения системы.

происходящих в системе, не

На этом рабочем месте реализуются

менее 360 суток, точных дан

сервисные функции, проводится про

ных — не менее 30 суток, ус

верка правильности функционирова

реднённых данных — не менее

ния программно технических средств.

360 суток, сводок — без огра

У обслуживающего персонала участка

ничения времени. Внешний

КИП имеется возможность с помощью

вид серверного и центрально

АРМ инженера изменять и вносить до

го щитов показан на рис. 5.

полнения в технологические алгорит

Автоматизированные рабо

мы системы.

чие места операторов и инже

Дополнительно АРМ инженера вы

нера подключены к серверному

полняет все функции автоматизирован

щиту по сети Ethernet через

ного рабочего места оператора, пред

товый промышленный

ставляя собой резервное АРМ операто

43

Программное обеспечение АРМ

ра. Отказ любого из АРМ не приводит

СТА 4/2009

www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Х И М И ЧЕ С К А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

к потере архивных и оперативных дан

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ

Алгоритм работы системы представ

ных, а также к потере автоматического

АЛГОРИТМЫ

ляет собой пошаговое исполнение тех

управления и контроля за процессом на

Сигналы

управления работой

всех

нологических операций. Каждая техно

объекте в целом или на его отдельных

реакторов и вспомогательного обору

логическая операция исполняется либо

участках со стороны других АРМ.

дования, участвующего в технологи

средствами системы, либо обслужива

ческом процессе, формируются в про

ющим персоналом вручную. При руч

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

цессе выполнения технологических ал

ном режиме обслуживающий персонал

К электропитанию системы были

горитмов системы. С помощью техно

должен подтвердить выполненную опе

предъявлены отдельные требования по

логических алгоритмов в системе авто

рацию с целью регистрации её испол

надёжности

источников бесперебой

матизации решены следующие задачи:

нения в архивной базе сервера системы.

ного питания и по обеспечению стаби

● автоматическая обработка сигналов,

В алгоритме предусмотрена возмож

лизации частоты и напряжения на вы

поступающих от датчиков давления,

ность выхода в нерабочее состояние из

ходе цепей. В соответствии с этими

разрежения и температуры, исполь

любой операции без выполнения ка

требованиями было принято решение

зуемых на всех реакторах и вспомога

ких либо исполнительных действий

использовать источники бесперебой

тельном оборудовании;

системы. При неуспешном заверше

ного питания PW9125 (3000 В•А) с

● автоматическое и по указанию опе

нии какой либо из операций оператор

двойным преобразованием

(online)

и

ратора формирование команд управ

имеет возможность перехода на следу

встроенными батареями. Предписан

ления клапанами, мешалками, вен

ющую операцию.

ное в технических требованиях время

тиляцией и насосами;

Для визуального наблюдения за про

работы от батарей при пропадании

● автоматическая сигнализация поло

текающими процессами разработаны

напряжения питающей сети должно

жения клапанов, мешалок и насосов

общая

технологическая

мнемосхема

быть не менее 30 минут. Для обеспече

на технологической линии процесса;

(рис. 7) и отдельные мнемосхемы реак

ния этого времени к источнику беспе

● автоматическое поддержание темпера

торов (рис. 8), отображающие схему

ребойного питания (ИБП) дополни

туры в реакторах согласно регламенту.

определённого реактора вместе с его

тельно подключён батарейный модуль

Для получения ПВХ различных ма

вспомогательным оборудованием. До

BAT 3000 EBM72. В ИБП предусмотре

рок в производстве применяются раз

полнительно к этому созданы отдель

на функция «горячей» замены батарей,

личные рецептуры и режимы опера

ные мнемосхемы с отображением всех

что позволяет осуществлять замену

ций. Поэтому перед запуском техноло

общецеховых вспомогательных сис

внутренних

батарей без отключения

гического процесса обслуживающему

тем, подлежащих автоматизации.

нагрузки. Для замены неисправного

персоналу

предоставляется возмож

Общая технологическая мнемосхема

блока ИБП в системе предусмотрен

ность выбора марки ПВХ, а также из

отображает состояние только наиболее

сервисный байпас SB 3000, который

менения настроек и режимов работы

важных параметров, запорной арматуры

позволяет питать потребителей в обход

технологического алгоритма. Так, опе

и насосов всего производства. Для полу

источника бесперебойного питания.

ратор имеет возможность ручной кор

чения детальной информации о работе

Управление

байпасом производится

ректировки констант полимеризации и

любого из реакторов существует возмож

ручным переключателем на задней час

вспомогательных технологических ус

ность перехода на его мнемосхему как с

ти корпуса.

тавок для определённой марки ПВХ.

общей мнемосхемы, так и через контек

Цепи питания каждого

щита защищены автомати

Сервер № 1

ческими выключателями,

расположенными в ниж

ней части серверного щита.

Сервер № 2

В том же щите расположе

Байпас № 1

но устройство автомати

ИБП №1

ческого включения резерв

~220 В

ABP

~220 В

Ввод №1

ного питания (АВР), обес

АКБ

Линия № 1

…

~220 В

печивающее питание сис

Байпас № 2

темы от одного из двух вво

Ввод №2

ИБП № 2

дов заводской сети элект

~220 В

ропитания.

АКБ

Линия № 2

…

Автоматизированные ра

АС/DС преобразователи

ИБП

бочие места

оператора и

АРМ № 1

инженера тоже снабжены

24 В

24 В

24 В

ИБП, в качестве которых

ИБП

Питание блоков

Питание

Питание

применены

источники

АРМ № 2

процессорных

цепей ТИ

цепей ТУ

SUA750I фирмы APC. Тип

ИБП

№ 1, 2

этих ИБП — линейно интер

АРМ № 3

активный (line interactive),

мощность — 750 В•А.

Условные обозначения: АВР — автоматическое включение резервного питания; АКБ — аккумуляторная батарея;

Общая структурная схе

АРМ — автоматизированное рабочее место; ИБП — источник бесперебойного питания; ТУ — телеуправление;

44

ма электропитания систе

ТИ — телеизмерение.

мы представлена на рис. 6.

Рис. 6. Структурная схема электропитания системы

www.cta.ru

СТА 4/2009

www.cta.ru

СТА 4/2009