Дипломная работа: Требования к условиям эксплуатации

Содержание

Технологическая часть
Цели и задачи проектирования системы
Функции системы и технологический процесс
Требования к условиям эксплуатации
Структура и состав технических средств
Функции сбора и обработка данных
Математическое обеспечение
Конструкторская часть
Свободно-программируемый контроллер (СПЛК)
HMI Панель
Модули ввода-вывода сигналов и блок питания
Датчики
Кабели
Электрические схемы
Контроллерный шкаф
Монтаж оборудования, прокладка кабелей
Программное обеспечение
Описание использованного программного обеспечения
Конфигурация оборудования
Описание работы программы
Обзор SCADA системы
Симуляция работы программы


Охрана труда и экология
Анализ опасных и вредных производственных факторов
Расчет освещения производственных помещений
Электробезопасность
Пожарная безопасность в ВЦ
Технико-экономическое обоснование
Цели и задачи проекта
Обоснование необходимости разработки АСУ
Расчет затрат на создание АСУ
Расчет экономии
Вывод
Заключение
Список литературы
АСУ ТП предназначена для автоматизированного контроля и
управления процессом сушки концентрата на сушильных линиях. Система
управления предназначена для обеспечения контроля и управления в
реальном масштабе времени технологическим процессом сушки
железорудного концентрата и очистки отходящих газов.
Целями создания системы управления являются:
1) обеспечение работы технологического оборудования в заданном
технологическом режиме;
2) автоматизация отдельных технологических операций;
3) обеспечение требуемого нормами уровня безопасности работы
технологического оборудования, которое используется в линии сушки.
4) управление загрузкой, включая:
- контроль состояния поточно-транспортной системе;
- управление плужковыми сбрасывателями при загрузке.
АСУТП Сушильных линий должна работать в автоматизированном
режиме, обеспечивая автоматическое непрерывное выполнение всех
заданных функций (задач), обеспечивать автоматическое регулирование
технологических параметров (контура регулирования), а также выполнение
всех команд управления, задаваемых оператором (диспетчером), включая
дистанционное управление исполнительными органами любого из контуров
регулирования технологическими параметрами. Помимо автоматического
режима, АСУТП Сушильных линий, должна иметь возможностью
управления исполнительными механизмами по месту в ручном режиме.
Задачей подсистемы загрузки бункеров является управление
загрузкой бункеров влажным материалом при помощи плужковых
сбрасывателей по алгоритму, обеспечивающему оптимальную загрузку
бункеров, способствующую непрерывной работе сушильных линий.
Управление плужковыми сбрасывателями должно осуществляться в двух
режимах – ручной или автоматический, причем в автоматическом режиме
должна иметься возможность выбрать вариант дистанционного
управления загрузкой, при участии машиниста конвейера, или полностью
автоматический режим.

1.3 Требования к условиям эксплуатации

Условия эксплуатации создаваемой автоматизированной системы
должны соответствовать требованиям, приведенным ниже:
- климатические условия - нормальные, по ГОСТ 16325-88;
- периферийные средства системы должны работать в помещении
операторской;
- рабочие станции (WS) должны работать при температуре
окружающего воздуха от +5 до +40 С, относительной влажности воздуха
(при 30С) от 40 до 80 %, атмосферном давлении от 84 до 106 КПА;
- контроллер должны работать при температуре воздух 0 – 60 С и
влажности до 95% (без конденсации);
- должен быть обеспечен режим энергоснабжения первой категории
или предусмотрена установка блока резервного питания;
- должна быть обеспечена периодичность профилактического
обслуживания системы в соответствии с регламентом;




15




- помещения операторской и УСО комплекса «Сушки» должно быть
оборудовано автономным контуром заземления;

-

все элементы системы должны соответствовать общим

техническим требованиям ГОСТ 24.104-85 (ИУС 8-2003г), а термины и
определения, используемые при разработке эксплуатационной
документации должны соответствовать ГОСТ 34.003-90.
Помещения, где будут устанавливаться компьютеры должны
отвечать требованиям СНИП РК 2.02-05-2002 "Противопожарные нормы",
СНИП РК 2.04-05-2002 "Естественное и искусственное освещение",
СНИП II-12-77 "Защита от шума".
Системные блоки, входящие в состав рабочих и серверных станций
должны быть выполнены в промышленном исполнении. Для размещения
этих устройств предусмотреть специализированные шкафные
конструкции. При их установке должны соблюдаться следующие правила:
- все устройства должны быть расположены на расстоянии не менее
одного метра от нагревательных приборов;
- в шкафы должен обеспечить свободный приток воздуха;
- мониторы, входящие в комплект рабочих станций не должны
подвергаться воздействию прямых солнечных лучей;
- агрегируемые устройства должны располагаться в пределах длины
кабелей входящих в комплект поставки рабочей станции.
Для обеспечения работоспособности рабочих станций в
операторском помещении должно быть предусмотрено заземление в
соответствии с требованиями ГОСТ 25861-83.
АСУ ТП Сушильной линии должна обеспечить максимальные
удобства и простоту работы для пользователей, не обладающих
специальными навыками работы на персональных компьютерах.
Виды обслуживания, периодичность и трудоемкость технического
обслуживания и ремонта технических средств, количество и
квалификация обслуживающего персонала, состав, размещение и
хранение комплекта ЗИП регламентируются инструкцией по
эксплуатации системы.

1.4 Структура и состав технических средств

АСУТП Сушильной линий спроектирована как трёхуровневая
система:
- нижний уровень - КИПиА;
- средний уровень - контроллерные станции;
- верхний уровень - автоматизированные рабочие места, серверы
архивации.
Структурная схема АСУ ТП удовлетворяющая выше приведенным
требованиям приведена на рисунке 1.2.




16




1.4.1 Верхний уровень АСУТП
Верхний уровень должен включать в себя четыре рабочие станции с
22” мониторами, а именно: оператор загрузки бункеров, оператор участка
сушки, дежурный КИП, оператор сушки. Для надежной отказоустойчивой
работы, система должна состоять из двух резервируемых серверов, на
которых будут храниться архивы всего технологического процесса.
Рабочую станцию оператора сушки расположить в собственной
операторской, станцию инженера АСУ (одну на корпус) и архивные
станции (резервируемые сервера), расположить в контроллерном
помещении корпуса сушки. Станцию оператора загрузки бункеров
расположить непосредственно на участке загрузки, в имеющейся
операторской расположенной над питающим конвейером. Рабочие
станции технологического персонала должны располагаться в
соответствующих служебных помещениях. Операторские станции
работают под управлением ОС Windows XP. Визуализация параметров
технологических процессов и состояния оборудования осуществляется на
основе мнемосхем.
Для оператора сушки необходимо установить два монитора для
удобства контроля технологического процесса. При этом на экранах
дисплеев сможет одновременно отображаться ситуация на сушки в
целом, состояние оборудования и основные параметры корпуса или
выбранной линии, окна настройки параметров, регуляторов, шкал, ввода
заданий, смены режима работы секции и т.д., а также тренды
параметров (одной или нескольких линий), находящиеся под особым
контролем оператора. Таким образом, оператор имеет возможность
контролировать работу всех сушильных линий и своевременно
принимать адекватные решения при возникновении внештатных
ситуаций.
Все операторские станции и резервируемые сервера для хранения
баз данных, должны быть выполнены в промышленном исполнении.
Для удаленного мониторинга системы управления инженерным
персоналом, корректировки или дополнения и загрузки в контроллер
рабочих программ, а также для расширения функциональности
приложений в системе должна быть предусмотрена выделенная
инженерная станция. Окончательное решение по месту дислокации
инженерной станций принимается при проектировании.

1.4.2 Средний уровень АСУТП
Средний уровень АСУТП должен строиться на аппаратных и

программных средствах фирмы

Siemens. Организацию работы

преобразователей частоты и устройств защиты электрооборудования
серии Sinamics и другого полевого оборудования реализовать на
контроллерах фирмы Siemens CPU S7-300. Каждую сушильную линию
реализовать на отдельном независимом от других линий контроллере,


17




загрузку бункеров так же реализовать на отдельном контроллере.
Применение контроллера серии CPU Simatic S7-300 обеспечивает:
- высокую надежность;
- масштабирование в широких пределах;
- уменьшение эксплуатационных затрат;
- минимальную потребность в кабельной продукции;
- сокращение затрат на монтажные работы.
В качестве управляющих агрегатов (отсечные клапана, задвижки и
т.д.) для системы газовой безопасности использовать только
аттестованные и разрешенные для применения работы с природным
газом.
Реализовать регулирование подачей влажного материала с
использованием весовых дозатор фирмы «Schenck» для сушильной
линии. Для стабильной подачи концентрата в сушильный барабан
весовые дозаторы должны работать параллельно.
В перспективе для дистанционного управления и регулирования
скорости вращения сушильных барабанов, шлюзовых затворов
использовать преобразователи частоты фирмы Siemens, подключенные к
контроллеру по шине Profibus-DP. Для обеспечения возможности

управления преобразователями по шине

Profibus-DP

частотные

преобразователи должны оснащаться специальной коммуникационной
платой СВР с 9-контактной SUB-D розеткой, которая предназначена для
подключения к шине Profibus-DP в соответствии с Profibus-стандартом.
Для дистанционного управления дутьевыми вентиляторами использовать
блок управления и защиты электроприводов типа Simocode DP с
функцией управления по шине Profibus-DP от АСУТП.
Такая структура контроллерных средств обеспечивает
максимальную надежность при минимальных затратах.

1.4.3 Нижний уровень АСУТП
Нижний уровень должен реализовываться на средствах КИПиА от
фирм Endress+Hauser и Siemens. Приборы должны быть внесены в реестр
средств измерения РК. Должна быть предусмотрено максимально
возможное использование технических средств с интерфейсом Profibus-
DP. Защита от внешних воздействий должна быть не ниже IP67.

1.4.4 Локальная сеть
Контроллеры, рабочие станции, архивная станция и станция
инженера АСУ должны быть объединены локальной сетью Industrial

Ethernet 100MB

с возможность подключения ее к сети АСОДУ по

оптоволоконному кабелю. Сеть должна быть построена на базе
коммутаторов ЕSM TP80, установленных в операторской и помещениях
установки контроллеров. Для повышения надежности связи рабочих
станций с контроллерами и архивными станциями коммутаторы ЕSM


18




TP80 должны быть соединены в кольцо (уточняется при
проектировании). Модуль коммутатора с электрическими интерфейсами
ЕSM TP80 соединяет в локальную в сеть Industrial Ethernet 100 MB
программируемые логический контроллер, инженерную архивную и
рабочие станции. Модуль имеет 8 портов для подключения медных
сетевых кабелей с RJ45 вилкой.

1.4.5 Системное ПО
Для разработки раздела ТРП программное обеспечение
использовался следующий фирменный программный продукт SIMATIC
PCS 7 - система управления производственными процессами, в составе:
- Step 7 v.5.5;
- WinCC v.7.0 + SP 2 - лицензия для разработчика;
- WinCC v.7.0 + SP 2 - Run-time лицензия.

1.5 Функции сбора и обработка данных

Сбор и обработка данных предусматривает опрос и первичную
обработку сигналов с датчиков. Предварительная перечень сигналов для
АСУТП Сушильных линий №1-№6 приведён в Приложении 3. Данные о
состоянии объекта управления передаются на верхний уровень. Для
получения адекватных сведений о параметрах и состоянии объекта
управления инициируется периодический вызов и исполнение
программных модулей, реализующих функции оценки достоверности
сигналов, фильтрации, масштабирования, пересчёта в технологическую
размерность сигналов с датчиков установленных на процессе. Периоды
запуска программных модулей определяются динамическими свойствами
технологических процессов. Кроме таких периодических измерений
автоматически инициируемых операционной системой контроллера,
обеспечивается возможность ввода данных с рабочих станций
технологическим персоналом. В частности обеспечивается возможность
ввода данных по верхним и нижним допустимым границам рабочих зон
регулирования, коэффициентов пересчета в технологическую
размерность, параметров, технологических границ и т. д.

1.5.1 Функции контроля
В системе автоматизации должен выполняться контроль
технологических параметров по нарушению уровня технологических и
аварийных границ. При этом нарушение любой границы должно
сопровождаться цветовой сигнализацией при отображении значений
технологической переменной на мнемосхемах, а также текстовым
сообщением в специально отведенном окне на экране монитора и записью
в соответствующий системный журнал. Кроме того, в системе должен
выполняться контроль достоверности измеряемых параметров на


19




диапазон допустимых значений. При несоответствии параметра диапазону
допустимых значений должна обеспечиваться соответствующие отметка в
таблицах базы данных и на мнемосхемах, графиках и отчетах
формируемых системой.

1.5.2 Функции управления
Системой управления предполагается реализация следующих
функций контроля параметров и управления:
- функции контроля технологических параметров;
- функции регулирования технологических параметров;
- функции сигнализации отклонения технологических параметров от
заданных значений;
- функции архивирования данных;
- функции управления технологическим оборудованием;
- функции защиты и блокировки.
Законы регулирования реализуются соответствующими
программными модулями на основе дискретного представления о
линейных регуляторах (в общем случае это ПИД - закон). Параметры
такого регулятора зависят от динамических характеристик управляемого
объекта и предъявляемых требований к качеству переходных процессов.
Окончательно параметры регуляторов будут уточняться на этапе
комплексной наладки.

1.6 Математическое обеспечение

Математическое обеспечение полностью обеспечивает реализацию
функций системы с учетом всех требований, предъявляемых к ней. При
разработке математического обеспечения максимально использовался
модульный принцип построения алгоритмов и типизация
алгоритмических модулей.
Математическое обеспечение системы достаточно для реализации
всей совокупности технологических задач.
Математические методы обработки технологических параметров
обеспечивают необходимую точность и качество, не накладывают
существенных ограничений на скорость реакции системы:
- расхода ± 0,05 % от Qmax;
- уровня ± 1 см;
- температуры ±1,5 °С;
- давления ± 0,1 кгс/см2....