Разработка АСУ ТП газовоздушного тракта котла БКЗ-75-3,9 ГМА

При изменении качества газообразного или жидкого топлива схема «топливо-воздух» дополняется корректирующим импульсом по содержанию свободного кислорода О2 в дымовых газах [1].Расход топлива измеряется датчиком Ргаза, а расход воздуха датчикомРвозд. Корректирующий сигнал по содержанию свободного кислорода O2 в уходящих газах поступает от магнитного газоанализатораСО2. Сигналы датчиков расхода топлива и воздуха, а также корректирующий сигнал алгебраически суммируются в регулирующем устройстве РУ, которое в соответствии с сигналом небаланса воздействует на направляющий аппарат вентилятораОУ4.6 РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУ ТПТаблица аналоговых входных сигналовТаблица Аналоговые входные сигналы№п/пНаименование технологического параметра№позицииВид сигналаКол-во1Давление газа к горелке1/14-20 мА12Давление воздуха к горелке2/14-20мА13Разряжение в топке4/14-20 мА1Итого3Количество входных аналоговых сигналов с учётом 15 % резерва – 4.Таблица Выходные дискретные сигналы№п/пНаименование оборудования№позицииВид сигналаКол-во1На пускательПБР-ЗА (газ к котлу)1/224В 22На пускатель ПБР-ЗА (воздух к горелке)2/224 В23На пускатель ПБР-ЗА (дымосос)4/224 В24На пускатель ПБР-ЗА (дутьевой вентилятор)6/124 В2Итого8Количество выходных дискретных сигналов с учётом 15 % резерва – 9.АнализаторкислородаOxymitter 4000/5000, X-STREAMO2имеет коммуникационный интерфейс EthernetсModbusTCPилиRS 485/232CсModbusRTU [9].7ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР КТС7.1 Выбор ПТКСовременные АСУТП создаются с использованием микропроцессорных программно-технических комплексов, которые различаются способами технической реализации, масштабом и набором выполняемых функций. Основой технических средств ПТК являются микропроцессорные контроллеры, устройства ввода-вывода, сетевое оборудование и компьютеры в обычном и промышленном исполнении [5].Автоматизированная система управления котла БКЗ-75 3,9 ГМА строится на программируемых логических контроллерах далее (ПЛК) фирмы Siemens модели Simatic S7 1200.Таблица Спецификация ПТКНаименованиеТипКоличествоКонтроллерСтандартная профильная шина DINDIN1Модуль источника питанияSIPLUS PM 12071Модуль центрального процессораCPU 1217C1Коммуникационный модульCP 1243-11Коммуникационный модульCM 1243-51Программное обеспечение для программирования контроллеровSTEP 7 ProfessionalV131Программатор (в формате Notebook)Field PG1Станции распределенного ввода-выводаСтанции распределенного ввода-выводаET 200S1Интерфейсный модуль сети ProfiBusDPIM 151-11Сигнальный модуль 4аналоговых входов (от измерительных преобразователей тока)SM 12311Сигнальный модуль ввода-вывода дискретных сигналов (16+16)SM 12231КоммутаторКоммутатор сети Industrial EthernetEDS-6001Рабочая станция (операторская станция)Промышленный компьютер исполненияSIMATIC IPC347E1Промышленный LSD монитор 12”SIMATIC HMI KTP1200 Basic1Операционная системаWindows 7 Enterprise SP11Программное обеспечение для программирования SCADAWIN CC17.2Выбор приборов и средств автоматизацииК приборам и средствам автоматизации относятся измерительные преобразователи (в комплекте), вторичные приборы, регуляторы, пусковая и управляющая аппаратура, исполнительные устройства (исполнительные механизмы и регулирующие органы), шкафы управления, кроссовые шкафы, пункты управления, а также вспомогательные устройства, необходимые для работы средств автоматики.При выборе приборов и средств автоматизации учитываются такиефакторы, как вид используемой энергии (пневматические или электрические),наличие выходного сигнала, пределы измерения, метрологическиехарактеристики, область и практика применения, завод-изготовитель,доступность, цена приборов и др.При автоматизации теплоэнергетических процессов преимущественноиспользуются электрические приборы. Предпочтение отдаётся приборам, имеющим стандартныевходные и выходные сигналы. Система автоматизации должна строиться наоднотипных приборах одной серии или системы.Таблица Спецификация на основные технические средства автоматизацииПриме-чание9Масса единицы, кг.8Кол- во7111Единица измерения6Завод изготовитель5Концерн Метранг.Челябинскзавод "Пром - прибор"Завод электроники и механики г. ЧебоксарыКод оборудования 4Тип, марка3Метран 43-ДИ- 2160-01-МП-tl- 050-10МПа 42- КБ- С - ВИПБР-ЗАМЭО-630/63- 0.25-У92КНаименование и техническая характеристика2Давление газа за РКПреобразователь измерительный избыточного давления с выходным сигналом 4 ... 20 мА ТУ 4212-012-12580824-2001Пускатель бесконтактный реверсивныйИсполнительный механизм электрический однооборотныйПоз.11-11-21-3987111165Концерн Метранг.Челябинскзавод "Пром - прибор"Завод электроники и механики г. ЧебоксарыEmersonProcessManagement43Метран 43-ДД- 2160-01-МП-tl- 050-10МПа 42- КБ- С - ВИПБР-ЗАМЭО-630/63- 0.25-У92КOxymitter 4000/5000, X-STREAM O22Давление воздуха к горелкеПреобразователь измерительный избыточного давления с выходным сигналом 4 ... 20 мА ТУ 4212-012-12580824-2001Пускатель бесконтактный реверсивныйИсполнительный механизм электрический однооборотныйКонцентрация кислорода в уходящих газахАнализатор кислорода12-12-22-37-19871111165Концерн Метранг.Челябинскзавод "Пром - прибор"Завод электроники и механики г. Чебоксарызавод "Пром - прибор"Завод электроники и механики г. Чебоксары43Метран 43-ДИ- 2160-01-МП-tl- 050-10МПа 42- КБ- С - ВИПБР-ЗАМЭО-630/63- 0.25-У92КПБР-ЗАМЭО-630/63- 0.25-У92К2Разряжение в топкеПреобразователь измерительный избыточного давления с выходным сигналом 4 ... 20 мА ТУ 4212-012-12580824-2001Пускатель бесконтактный реверсивныйИсполнительный механизм электрический однооборотныйУправление дутьевым вентиляторомПускатель бесконтактный реверсивныйИсполнительный механизм электрический однооборотный14-14-24-36-16-28 РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ АСУТПВ ЦБП и энергетике нашли широкое применение трехуровневые АСУТП, в которых 1-й уровень представляет собой объект управления с полевой автоматикой (датчики, регулирующие органы, исполнительные механизмы); 2-й уровень – это контроллер или контроллеры, осуществляющие формирование управляющих сигналов, сбор и передачу информации на верхний уровень АСУТП; 3-й, или верхний, уровень – это операторская станция с автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов-технологов.Верхний уровень:Пульт оператора.Уровень контроллеров:Выполнен в виде шкафа контроллеров ШК и реализует автоматическое и дистанционное управление всеми технологическими объектами системы в реальном масштабе времени.Шкаф контроллеров выполняет основной объем функций управления и включает контроллер SIMATIC S7-1200. Шкафы ШК питаются от шкафа бесперебойного питания ШБП.Уровень сбора и передачи данных: Оборудование уровня сбора и передачи данных размещается в котельном цехе и включает:шкаф устройств сопряжения с объектом УСО,силовые шкафы управления исполнительными механизмами (шкафы преобразователей частоты ПЧДВ, ПЧДС, ПЧПН, шкафы управления запорной арматурой ШУЗ, шкафы управления регулирующей арматурой ШУР),шкаф автоматического ввода резерва сети ШАВРС, обеспечивающий питание исполнительных механизмов (электрифицированных задвижек и клапанов).                    Шкаф УСО выполняет задачи сбора данных от датчиков, вывода управляющих сигналов, а также обеспечивает обмен информацией с уровнем контроллера. Шкаф УСО содержит устройствораспределенного ввода/вывода ET 200S, блоки питания датчиков, блоки размножения аналоговых сигналов РС, графическую панель с сенсорным экраном 12”. Шкаф УСО получает питание от шкафа бесперебойного питания ШБП.Состав сигналов ввода-вывода шкафа УСО:- дискретные входы типа сухой контакт, =24 В- дискретные выходы, =24 В- аналоговые входы, (4-20) мА Местное управление запорной и регулирующей арматурой осуществляется с выносных пультов и с пультов, расположенных на дверях шкафов.Управление частотно-регулируемыми приводами в автоматическом и дистанционном режимах осуществляется от шкафов контроллеров по интерфейсу PROFIBUSDP. Местное управление осуществляется с пультов шкафов преобразователей частоты. Уровень датчиков, приборов и исполнительных механизмов:Для обеспечения возможности размножения сигналов все аналоговые датчики, включая датчики температуры и расхода, выбраны с выходным сигналом 4-20 мА.Все приводы регулирующей арматуры оснащены датчиками положения с выходным сигналом 4-20 мА.9 СОСТАВ ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУ ТППО АСУТП делится на базовое (фирменное), поставляемое разработчиком ПТК, и прикладное(пользовательское), которое разрабатывается, как правило, разработчиком АСУТП.Разработчик ПТК для контроллеров SIMATIC S7-1200 поставляет программное обеспечениеSTEP 7 V13 (TIA Portal).SIMATIC STEP 7 Basic V13 - это система проектирования для программируемых контроллеров S7-1200.STEP 7 V13 базируется на функциональных возможностях единой рабочей среды проектирования TotallyIntegratedAutomationPortal (TIA Portal), которая позволяет выполнять однородную, эффективную и интуитивно понятную разработку решений для всех задач автоматизации.Область примененияSIMATIC STEP 7 Professional V13 является интегрированной системой проектирования для программируемых контроллеров SIMATIC S7-1200, S7-300, S7-400, S7-1500 и WinAC, а также для интеллектуальных станций SIMATICET 200. Работа с пакетом отличается простотой и удобством. В комплект поставки STEP 7 ProfessionalV12 входит программное обеспечение PLCSIM для имитации работы центральных процессоров S7-1500, а также программное обеспечение WinCCBasic для конфигурирования панелей операторов SIMATIC BasicPanel.Система проектирования SIMATIC STEP 7 Basic V13 ориентирована на работу с программируемыми микроконтроллерами SIMATIC S7-1200, и их системами ввода-вывода. Она включает в свой состав программное обеспечение SIMATIC WinCCBasic для конфигурирования панелей операторов SIMATIC BasicPanels.STEP 7 V13 обеспечивает поддержку всех фаз разработки проектов автоматизации:Конфигурирование и настройка параметров аппаратуры.Конфигурирование систем промышленной связи.Программирование на языках IEC.Конфигурирование приборов человеко-машинного интерфейса и систем визуализации.Тестирование, выполнение пуско-наладочных работ и обслуживание готовой системы автоматизации.Эффективное проектирование с использованием мощных редакторов программSTEP 7 V13 поддерживает работу мощных редакторов программ контроллеров S7, оснащенных оптимизированными компиляторами.Разработка программ всех контроллеров, поддерживаемых пакетами STEP 7 V13, может выполняться на языках:Диаграмм лестничной логики (LAD).Диаграмм функциональных блоков (FBD).Структуированного текста (SCL)Дополнительно для контроллеров SIMATIC S7-1500, S7-300, S7-400 и WinAC:Язык списка инструкций (STL).Новые функции:инструкции для VariantPointer (указателя вариантов) для гибкого использования библиотечных функций;инструкции отображения для считывания информации из работающей программы (например, имен экземпляров);локальные константы;и т.д.позволяют выполнять эффективную разработку приложений пользователя, легко адаптировать алгоритмы обработки данных к требованиям решаемых задач.Трассировка переменных для эффективного выполнения пуско-наладочных работТрассировка переменных для эффективного выполнения пуско-наладочных работ. Редактор трассировки позволяет выполнять хронологическую запись сигналов, используемых программой центрального процессора S7-1200в реальном масштабе времени. Полученная информация может быть отображена в графическом виде, что упрощает и ускоряет процессы выполнения пуско-наладочных работ, а также поиска спорадических ошибок в программе пользователя.Гибкий масштабируемый набор функций управления перемещениемГибкий масштабируемый набор функций управления перемещением. Решение задач управления перемещением с использованием STEP 7 V13 превращается в подобие детской игры даже для новичков. Интуитивно понятный графический интерфейс пользователя позволяет получать простой и наглядный доступ к технологическим объектам STEP 7, обеспечивает мощную поддержку операций настройки параметров и ввода в эксплуатацию аналоговых и PROFIdrive-совместимых приводов, поиска и устранения неисправностей. Для управления перемещением используются PLCopenMotionControl – совместимые инструкции, которые позволяют:Выполнять операции абсолютного или относительного позиционирования.Выполнять управление скоростью перемещения.Выполнять синхронизацию привода.Использовать инкрементальные датчики и/или датчики абсолютного перемещения.Исчерпывающая концепция использования библиотекДля многократного использования и стандартизации часто используемых разделов программы может использоваться мощная концепция библиотечных функций.Программные блоки, переменные, сообщения, графика приборов человеко-машинного интерфейса, графические объекты, отдельные модули или целые станции могут быть сохранены со всеми параметрами настройки в локальных или глобальных библиотеках. Элементы библиотек могут использоваться для решения других задач автоматизации.Встроенная защита доступаПарольная защита от несанкционированного чтения и изменения содержимого программных блоков.Защита от несанкционированного копирования программных блоков. Программные блоки могут быть привязаны к номеру карты памяти и запускаться только при наличии этой карты в центральном процессоре.Использование до четырех уровней идентификации пользователей с различными правами на выполнение работ в системе автоматизации.Защита от несанкционированного изменения данных, передаваемых между STEP 7 и контроллером.ОсобенностиЭффективное проектирование с использованием мощных редакторов программ.Сквозное наращивание функциональных возможностей с использованием всех линеек контроллеров.Эффективное взаимодействие между контроллерами, приборами и системами человеко-машинного интерфейса и приводами в рамках единой рабочей среды.Общий менеджер управления данными и однородная система символьных имен.Системная диагностика как встроенный компонент.Трассировка переменных для эффективного выполнения пуско-наладочных работ.Гибкий масштабируемый набор функций управления перемещением.Исчерпывающая концепция использования библиотек.Встроенная защита доступа к производственным и проектным данным.Поддержка функций миграции для существующих программных и аппаратных продуктов.ВыводыВ ходе курсового проектирования была разработанаАСУ газовоздушного тракта котла БКЗ-75 3,9ГМА. В результате былапредложена структураАСУ, выбраны технические средства, входящие в систему.Разработана структура и состав ПЛК АСУ ТП, произведен выбор и изучены возможности инструментальных средств для реализации АСУ ТП, а также выполнена реализация АСУ ТП котла на современных микропроцессорных технических средствах фирмы SIEMENS.Внедрение системы приведет к более точному регулированию соотношения газ-воздух, экономии топлива, электроэнергии, увеличению КПД котлоагрегата, а также к уменьшению загрязнения окружающей среды и улучшению экологической обстановки близлежащих районов.Преимуществом автоматизированной системы является более точная реализация процессов регулирования за счет учета содержания О2 в отходящих газах.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВКлюев А.С., Таланов В.Д., Демин А.М. Проектирование систем автоматизации/ под ред. А.С. Клюева - М.: «Испо-Сервис», 2002.-148 с. Клюев А.С., и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие/ под ред. А.С. Клюева - М.: «Альянс», 2008.- 464 с. Буйлов Т.П., Доронин В.А., Серебряков Н.П. Автоматика и автоматизация производственных процессов ЦБП: учебное пособие. - М.: Экология, 1995.- 320 с. Серебряков Н.П., Буйлов Г.П. Основы автоматизированного проектирования систем автоматизации в ЦБП/ ЛТИЦБП.- Л., 1990.- 35 с. Суриков В.Н., Малютин И.Б., Серебряков Н.П. Автоматизация технологических процессов и производств: учебно-методическое пособие/ СПбГТУРП.- СПб., 2011.- 62 с.О составе разделов проектной документации и требования к их содержанию. Постановление Правительства РФ от 16 февраля 2008 г. № 87. Буйлов Г.П. Автоматизация оборудования ЦБП: учебное пособие/ СПбГТУРП.- СПб., 2009.- 167 с. Учебные материалы по оформлению курсовых проектов. -http://sampo.ru/~olle/Docs/forma%20kurs.doc Состав информационного обеспечения АСУ ТП. - http://www.teh-lib.ru/atpip/sostav-asu-tp.html 13. Выбор и обоснование КТС. -http://www.dissercat.com/content/metodika-razrabotki-programmno-tekhnicheskikh-kompleksov-sm-evm-dlya-asutp