Технический проект. Выбор технических средств - Проектирование автоматизированной системы печи трубчатой блочной ПТБ-10

В качестве технических средств автоматизации выбраны приборы, серийно выпускаемые отечественной промышленностью, прошедшие сертификацию и разрешенные к применению на территории Российской Федерации для систем технологического контроля и автоматизации.

Обоснование выбора датчиков давления

В измеряемом диапазоне от 0 до 0,25 МПа возможно применение следующих датчиков давления МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-0,25МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00, Сапфир-22М-Ех-ДИ-2110-11-У2-0,25-0,25МПа-42, Метран-100-Ех-ДИ-1152-11-У2-05-0,25МПа-42. Также предъявляются требования к пределу допускаемой погрешности - не более 0,5% и работе при низких температурах -40C. Сравнительная характеристика датчиков приведена в таблице 3.1. Проанализировав приведенные выше датчики, пришли к выводу, что наиболее подходящим является датчик МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-0,25МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00, так как он удовлетворяет всем поставленным требованиям и при этом обладает более низкой ценой, чем представленные аналоги.

Таблица 1. - Датчики давления с измеряемым диапазоном от 0 до 0,25 МПа

Технические характеристики	МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-0,25МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00	Сапфир-22М-Ех-ДИ-2110-11-У2-0,25-0,25МПа-42	Метран-100-Ех-ДИ-1152-11-У2-05-0,25МПа-42
Диапазон измеряемых давлений, МПа	0...0,25	0...0,25	0...0,25
Предел допускаемой погрешности, %	0,5	0,25	0,5
Выходной сигнал, мА	420	420	420
Взрывозащищенность	+	+	+
Степень защиты от пыли и воды	IP65	IP54	IP65
Температура окружающей среды, C	-40...+80	-50...+50	-40...+70
Гарантийный срок службы, год	3	3	3
Масса, кг	0,25	2	2,5
Цена, руб.	5111	10653	8990

В измеряемом диапазоне от 0 до 2,5 МПа возможно применение следующих датчиков давления МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-2,5МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00, Сапфир-22М-Ех-ДИ-2120-11-У2-0,25-2,5МПа-42, Метран-100-Ех-ДИ-1162-11-У2-05-2,5МПа-42.

Также предъявляются требования к пределу допускаемой погрешности - не более 0,5% и работе при низких температурах -40C. Сравнительная характеристика датчиков приведена в таблице 3.2.

Проанализировав приведенные выше датчики, пришли к выводу, что наиболее подходящим является датчик МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-2,5МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00, так как он удовлетворяет всем поставленным требованиям и при этом обладает более низкой ценой, чем представленные аналоги.

Таблица 2. - Датчики давления с измеряемым диапазоном от 0 до 2,5 МПа

Технические характеристики	МИДА-ДИ-13П-Ех-0,5/0-2,5МПа-У2-01-ТУ4212-044-1800448-00	Сапфир-22М-Ех-ДИ-2120-11-У2-0,25-2,5МПа-42	Метран-100-Ех-ДИ-1162-11-У2-05-2,5МПа-42
Диапазон измеряемых давлений, МПа	0...2,5	0...2,5	0...2,5
Предел допускаемой погрешности, %	0,5	0,25	0,5
Выходной сигнал, мА	420	420	420
Взрывозащищенность	+	+	+
Степень защиты от пыли и воды	IP65	IP54	IP65
Температура окружающей среды, C	-40...+80	-50...+50	-40...+70
Гарантийный срок службы, год	3	3	3
Масса, кг	0,25	2	2,5
Цена, руб.	3493	10653	8990

Обоснование выбора термопреобразователей

В измеряемом диапазоне от -50 до +50 0С возможно применение следующих датчиков давления ТСМУ-205Ех-120мм--50...+500С-0,25%- У1.1-OEхiallCT6X-ТУ4227-003-13282997-95, ТСПУ-205Ex-120мм--50...+500С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X, ТСМ-Метран-253-03-120-В-2-1-Н13-У1.1.

Также предъявляются требования к пределу допускаемой погрешности - не более 0,5%. Сравнительная характеристика датчиков приведена в таблице 3.3.

Таблица 3. - Термопреобразователи с измеряемым диапазоном от -50 до +50 0С

Технические характеристики	ТСМУ-205Ех 120мм--50...+500С-0,25%-У1.1-EхiallCT6X-ТУ4227-003-13282997-95	ТСПУ-205Ex-120мм - -50...+500С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X	ТСМ-Метран-253-03-120-В-2-1-Н13-У1.1
Диапазон измеряемых давлений, 0С	-50...+50	-50...+50	-50...+150
Предел допускаемой погрешности, %	0,25	0,25	0,25
Измерение среды	Твердых, жидких, газообразных и сыпучих (как нейтральных, так и агрессивных) веществ	Твердых, жидких, газообразных и сыпучих (как нейтральных, так и агрессивных) веществ	Жидкие и газообразные химически неагрессивные среды
Выходной сигнал, мА	420	420	420
Взрывозащищенность	OExiallCT6Х	OExiallCT6Х	1ExdllCT5X
Степень защиты от пыли и воды	IP65	IP65	IP65
Гарантийный срок службы, год	2	2	3
Масса, кг	0,3	0,3	0,4
Цена, руб.	1052	1630	1291

Проанализировав приведенные выше датчики, пришли к выводу, что наиболее подходящим является датчик ТСМУ-205Ех-120мм - -50...+500С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X-ТУ4227-003-13282997-95, так как он обладает наиболее подходящими параметрами.

В измеряемом диапазоне от 0 до +100 0С возможно применение следующих датчиков давления ТСМУ-205Ех-250мм-0...+1800С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X-ТУ4227-003-13282997-95, ТСПУ-205Ex-250мм-0...+1800С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X, ТСМ-Метран-255-03-250-В-2-1-Н13-У1.1.

Также предъявляются требования к пределу допускаемой погрешности - не более 0,5%. Сравнительная характеристика датчиков приведена в таблице 4.

Таблица 4. - Термопреобразователи с измеряемым диапазоном от 0 до +100 0С

Технические характеристики	ТСМУ-205Ех-250мм-0...+1800С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X-У4227-003-13282997-95	ТСПУ-205Ex-250мм-0...+1800С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X	ТСМ-Метран-255-03-250-В-2-1-Н13-У1.1
Диапазон измеряемых давлений, 0С	0...+180	0...+180	-200...+200
Предел допускаемой погрешности, %	0,25	0,25	0,25
Измерение среды	Твердых, жидких, газообразных и сыпучих (как нейтральных, так и агрессивных) веществ	Твердых, жидких, газообразных и сыпучих (как нейтральных, так и агрессивных) веществ	Жидкие и газообразные химически неагрессивные среды
Выходной сигнал, мА	420	420	420
Взрывозащищенность	OExiallCT6	OExiallCT6	1ExdllCT5X
Степень защиты от пыли и воды	IP65	IP65	IP65
Гарантийный срок службы, год	2	2	3
Масса, кг	0,3	0,3	0,4
Цена, руб.	1520	1780	2007

Проанализировав приведенные выше датчики, пришли к выводу, что наиболее подходящим является датчик ТСМУ-205Ех-250мм-0...+1800С-0,25%-У1.1-OEхiallCT6X-ТУ4227-003-13282997-95, так как он обладает наиболее подходящими параметрами.

Комплекс технических средств нижнего уровня не требующий выбора

В качестве сигнализатора горючих газов в блоке подготовки топлива был взят СТМ-30-50.

Для определения наличия пламени в горелках был взят сигнализатор наличия пламени СНП-1 (с оптическим датчиком).

Для учета общего расхода газа был взят датчик расхода газа ДРГ. М-400.

Для учета расхода нефти был взят турбинный счетчик нефти МИГ-200-4.

Технические характеристики указанных датчиков приведены в приложении Д. Все датчики, сведены в таблицу КИПиА, представленную в приложении.

Критерии выбора микроконтроллера

Объект управления - блок печей подогрева нефти, предполагает использование SCADA системы диспетчерского контроля, сбора данных и управления технологическими объектами. Архитектура АСУ ПТБ носит централизованный характер - это значит, что архитектура системы имеет в своем составе для нескольких технологических объектов один микропроцессорный контролер.

В состав SCADA системы входят следующие составные части:

- АРМ оператора; - уровень микропроцессорного контролера; - уровень полевых приборов.

Функцию взаимодействия диспетчерского пункта с технологическим оборудованием в системе контроля и управления несет микропроцессорный контролер, который является основой любой системы диспетчерского контроля и управления.

Данные с датчиков поступают в контроллер, где она обрабатывается и по результатам обработки вырабатывается управляющее воздействие. Обработанные данные поступают на диспетчерский пульт, где прослеживается весь процесс управления и регулирования и при необходимости, происходит вмешательство оператора в ход технологического процесса подогрева нефти.

Микропроцессорный контроллер, используемый в системе, должен обеспечивать выполнение следующих функции:

- ввод/вывод, аналогово-цифровое преобразование, усреднение, масштабирование, фильтрацию от помех, проверку на достоверность; - обмен данными с рабочей станцией; - автоматическое управления и регулирование; - исполнение дистанционных команд с рабочей станции.

Модули аналоговых входов должны обеспечивать ввод унифицированных токовых сигналов (4ч20 мА) с поддержкой входных сигналов от термосопротивлений и с полным гальваническим разделением цифровой от аналоговой части.

Дискретные модули должны обеспечивать полное гальваническое разделение внутренних цепей от внешних цепей. Модули дискретного ввода должны обеспечивать ввод сигналов 12ч24 В и током не более 5 мА/сигнал. Модули дискретного вывода должны обеспечивать ток до 5 А при напряжении до ~220 В.

Обмен информацией между контроллером и компьютером должен производиться через последовательный порт RS-232 или RS-485.

В настоящее время на рынке средств автоматизации имеется большой выбор контроллеров, как отечественного, так и зарубежного производства.

Импортные контроллеры, таких семейств как: SLС 500, Direct Logic, MOSCAD, Siemens, и т. д. имеют несравненно более высокую цену, что связано с более высокой себестоимостью (более современными и дорогими микросхемами, затратами на транспортировку, таможенными сборами). При этом они превосходят контроллеры российского производства по ряду таких показателей, как:

- надежность; - быстродействие; - удобство программирования и др.

Исходя из этого, будем рассматривать зарубежные контроллеры.

Обоснование выбора микроконтроллера

Из зарубежных микроконтроллеров наиболее соответствующими требованиям являются:

- контроллеры семейства SLС 500 компании Allen-Bradley Rockwell Automation; - контроллеры MOSCAD-RTU компании MOTOROLA; - контроллеры семейства Simatic S7-300 фирмы Siemens; - контроллеры семейства Simatic S7-400 фирмы Siemens.

Сравнительная характеристика контроллеров приведена в таблице 5.

Таблица 5. - Сравнительная характеристика зарубежных контроллеров

Параметр	SLС 500	MOSCAD-RTU	Simatic S7-300	Simatic S7-400
ОЗУ	1 Кб 24 Кб	256 Кб1,2 Мб	16 Кб8 Мб	72 Кб64 Мб
Время выполнения логики	0.37 мкс	0,2 мс	0,10,2 мс	0,10,2 мс
Дискретный I/O макс.	256/960	4020 / 2144	1024 / 1024	131072 / 131072
Аналоговый I/O макс.	-	576 / 576	256 / 256	8192 / 8192
Горячее резервирование контроллера/линии связи	-/-	+/+	+/+	+/+
Цена, руб., минимум	147850	86650	71350	142250

На основании приведенной в таблице 5 сравнительной характеристики контроллеров, выбираем SIMATIC S7-300, т. к. он подходит по всем ключевым характеристикам и обладает наиболее привлекательной ценой.

SIMATIC S7-300 - это модульный программируемый контроллер универсального назначения.

Несколько типов центральных процессоров различной производительности и широкий спектр модулей различного назначения с множеством встроенных функций позволяют выполнять максимальную адаптацию оборудования к требованиям решаемой задачи. При модернизации и развитии производства контроллер может быть легко дополнен необходимым набором модулей.

S7-300 имеет модульную конструкцию и позволяет использовать в своем составе широкий спектр модулей самого разнообразного назначения:

- модули центральных процессоров (CPU), для решения задач различного уровня сложности может использоваться несколько типов центральных процессоров различной производительности, включая модели с встроенными входами-выходами и набором встроенных технологических функций, а также модели с встроенным интерфейсом PROFIBUS DP, PROFIBUS DP/ DRIVE, Industrial Ethernet/ PPROFINET, PtP; - сигнальные модули (SM), используемые для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов; - коммуникационные процессоры (CP) для подключения к промышленным сетям и организации PtP соединений; - функциональные модули (FM) для решения задач скоростного счета, позиционирования и автоматического регулирования; - модули блоков питания (PS) для питания аппаратуры SIMATIC S7-300 и преобразования входных напряжений ~120/230 В или =24/48/60/110В в стабилизированное выходное напряжение =24В; - интерфейсные модули (IM) для обеспечения связи между базовым блоком и стойками расширения в многорядной конфигурации контроллера.

В зависимости от типа используемого центрального процессора система локального ввода-вывода программируемого контроллера S7-300 может включать в свой состав до 32 модулей. В этом случае все модули контроллера располагаются в одном базовом блоке и стойках расширения, которых может быть не более 3.

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью, технологичностью и удобством обслуживания. Все модули устанавливаются на профильную шину S7-300 и фиксируются в рабочих положениях винтами.

Каждый модуль, исключая блоки питания, оснащен встроенным участком внутренней шины контроллера. Соединения между модулями выполняются с помощью шинных соединителей, устанавливаемых на тыльной стороне корпуса. Шинные соединители входят в комплект поставки всех модулей, исключая модули центральных процессоров и блоков питания.

Подключение внешних цепей сигнальных и функциональных модулей выполняется через съемные фронтальные соединители, оснащенные контактами-защелками или контактами под винт. Применение фронтальных соединителей упрощает выполнение монтажных работ и позволяет производить замену модулей без демонтажа их внешних цепей.

Первая установка фронтального соединителя на модуль автоматически сопровождается его механическим кодированием. В дальнейшем фронтальный соединитель может устанавливаться только на модули такого же типа, что исключает возможность возникновения ошибок при замене модулей.

Наличие гибких и модульных соединителей SIMATIC TOP Connect, существенно упрощающих монтаж внешних цепей сигнальных модулей в шкафах управления.

Соединительные кабели и провода размещаются в монтажном канале модуля и закрываются защитной дверцей. Это позволяет иметь единую монтажную глубину для всех модулей контроллера.

Большинство модулей контроллера может размещаться в монтажных стойках в произвольном порядке. Фиксированные посадочные места должны занимать лишь блоки питания, центральный процессор и интерфейсные модули.

Система локального ввода-вывода программируемого контроллера S7-300 может включать в свой состав до 32 сигнальных, функциональных и коммуникационных модулей (для S7-300 c CPU 312 или CPU 312C - до 8 модулей, размещаемых в базовом блоке). Все модули устанавливаются в монтажные стойки контроллера, функции которых выполняют профильные шины S7-300.

В состав контроллера может входить одна базовая и до трех стоек расширения. В каждую стойку может устанавливаться до 8 сигнальных, функциональных и коммуникационных модулей. В базовый блок устанавливается центральный процессор.

Соединение стоек выполняется через интерфейсные модули, устанавливаемые в базовый блок и в каждую стойку расширения (по одному интерфейсному модулю на стойку). В базовом блоке интерфейсный модуль устанавливается справа от центрального процессора. Возможные варианты расширения системы локального ввода-вывода зависят от типа используемых интерфейсных модулей:

Применение интерфейсных модулей IM 365 позволяет производить подключение к базовому блоку не более одной стойки расширения. Расстояние между стойками может достигать 1м. Питание модулей стойки расширения осуществляется от блока питания базового блока контроллера. В стойку расширения нельзя устанавливать коммуникационные модули и большинство функциональных модулей.

Применение интерфейсных модулей IM 360/IM 361 позволяет подключать к базовому блоку до 3 стоек расширения. IM 360 устанавливается в базовый блок, IM 361 - в каждую стойку расширения. Стойки расширения должны комплектоваться собственными блоками питания. Отсутствуют ограничения на состав модулей, устанавливаемых в стойки расширения. Расстояния между двумя соседними стойками может достигать 10 м.

Программируемый контроллер S7-300 обладает широкими коммуникационными возможностями и позволяет использовать для организации обмена данными:

- встроенные интерфейсы PtP, MPI, PROFIBUS DP и Industrial Ethernet/ PROFINET центральных процессоров; - коммуникационные процессоры для подключения к AS-Interface, PROFIBUS и Industrial Ethernet; - коммуникационные процессоры для организации PtP связи.

SIMATIC S7-300 может подключаться к сети PROFIBUS DP в качестве ведущего или ведомого сетевого устройства через встроенный интерфейс центрального процессора или через коммуникационные процессоры CP 342-5/ CP 342-5 FO. Любой вариант подключения позволяет создавать системы распределенного ввода-вывода со скоростным обменом данными между ее компонентами.

Обращение к входам-выходам систем локального и распределенного ввода-вывода из программы пользователя производится теми же способами. Для этого используются одинаковые варианты конфигурирования, адресации и программирования.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 поддерживают широкий набор функций, позволяющих в максимальной степени упростить процесс разработки программы, ее отладки, снизить затраты на выполнение монтажных и пуско-наладочных работ, а также на обслуживание контроллера в процессе его эксплуатации.

Времена выполнения команд около 0.1 мкс позволяет использовать контроллер для решения широкого спектра задач автоматизации в различных областях промышленного производства.

Для настройки параметров всех модулей используются простые инструментальные средства с единым интерфейсом пользователя. Это существенно снижает затраты на обучение персонала.

Функции обслуживания человеко-машинного интерфейса встроены в операционную систему контроллера S7-300. Эти функции позволяют существенно упростить программирование: система или устройство человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI запрашивает необходимые данные у контроллера SIMATIC S7-300, контроллер передает запрашиваемые данные с заданной периодичностью. Все операции по обмену данными выполняются автоматически под управлением операционной системы контроллера. Все задачи выполняются с использованием одинаковых символьных имен и общей базы данных.

Центральные процессоры оснащены интеллектуальной системой диагностирования, обеспечивающей постоянный контроль и регистрацию отказов и специфичных событий (ошибки таймеров, отказы модулей и т. д.). Сообщения об этих событиях накапливаются в кольцевом буфере и снабжаются метками даты и времени, что позволяет производить дальнейшую обработку этой информации.

SIMATIC S7-300 отвечает требованиям целого ряда международных и национальных стандартов.

Технический проект. Выбор технических средств - Проектирование автоматизированной системы печи трубчатой блочной ПТБ-10

Похожие статьи