Автоматизация магистрального насосного агрегата НМ 1250-260

 

Реферат


Дипломный проект содержит ___с, 24 рисунка, 16 таблиц, 9 использованных источников, 6 приложений.

АВТОМАТИЗАЦИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО НАСОСНОГО АГРЕГАТА НМ 1250-260, ДАТЧИК, СИГНАЛ, САУ СЕРИИ "MODICON TSX QUANTUM", КОНТРОЛЬ ВИБРАЦИИ, СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ

Объектом исследования является магистральный насосный агрегат НМ 1250-260, применяющийся в ЛПДС "Черкассы".

В процессе исследования выполнен анализ существующего уровня автоматизации агрегата, обоснована необходимость модернизации его системы управления.

Цель работы - разработка управляющей программы для ПЛК "Modicon TSX Quantum" фирмы "Schneider Electric".

В результате исследования разработана система автоматизации магистрального насосного агрегата на основе современных программных и аппаратных средств. В качестве программного обеспечения проекта использован язык ST программы ISaGRAF.

Опытно-конструкторские и технико-экономические показатели свидетельствуют о повышении эффективности функционирования модернизированной системы управления магистрального насосного агрегата.

Степень внедрения - полученные результаты применённые в системе контроля вибрации "Каскад".

Эффективность внедрения основывается на повышении надежности системы автоматизации МНА, что подтверждено подсчетом экономического эффекта за расчетный период.

программный магистральный насосный агрегат

Определения, обозначения и сокращения


ЛПДС-Линейная производственно-диспетчерская станцияАРМ-Автоматизированные рабочие местаБРУ -Блок ручного управленияВВ УЗН-Уфа-Западное направлениеАВР-Автоматическое включение резерваМДП-Местный диспетчерский пунктМНА-Магистральный насосный агрегатМНПП-Магистральный нефтепродуктпроводМПСА-Микропроцессорная система автоматикиНПБ-Нормы пожарной безопасностиНПС -Нефтеперекачивающая станцияПЛК-Программно-логический контроллерЭД-ЭлектродвигательРДП-Районный диспетчеркий пунктДУИСД-Диспетчерское управление и сбор данныхСОД-Средство очистки и диагностикиST-Язык программированияССВД-Система сглаживания волн давленияВВ-Высоковольтный выключательУСО-Устройство связи с объектомФГУ-Фильтры-грязеуловителиЦП-Центральный процессорПУЭ-Правила устройства электроустановокСНиП-Строительные нормы и правилаССБТ-Система стандартов безопасности трудаСОИ-Система обработки информации

Содержание


Введение

1. Линейная производственная диспетчерская станция "Черкассы"

1.1 Краткая характеристика линейной производственной диспетчерской станции "Черкассы"

1.2 Характеристика технологического оборудования

1.3 Характеристика технологических помещений

1.4 Режимы работы ЛПДС "Черкассы"

1.5 Магистральный насосный агрегат

1.6 Обвязка насосов ЛПДС "Черкассы"

1.7 Анализ существующей схемы автоматизации ЛПДС "Черкассы"

2. Патентная проработка

2.1 Выбор и обоснование предмета поиска

2.2 Регламент патентного поиска

2.3 Результаты патентного поиска

2.4 Анализ результатов патентного поиска

3 Автоматизация ЛПДС "Черкассы"

3.1 Автоматизация магистрального насосного агрегата

3.2 Система противоаварийной защиты

3.3 АСУ ТП на базе контроллеров Modicon TSX Quantum

3.4 Структурная схема АСУ ТП на базе системы Quantum

3.5 Устройства, входящие в состав системы

3.5.1 Модули источников питания

3.5.2 Модули центрального процессорного устройства (ЦПУ)

3.5.3 Модули ввода/вывода

3.5.4 Система горячего резервирования Quantum

3.5.5 Модули Advantech

3.6 Технические средства автоматизации

3.6.1 Электрические датчики давления серии Сапфир-22МТ (Россия)

3.6.2 Уровнемер серии "ОМЮВ"

4. Выбор системы виброконтроля МНА

4.1 Аппаратура контроля вибромониторинга (АКВ)

4.2 Аппаратура контроля вибрации "Каскад"

4.3 Разработка программы управления насосным агрегатом

4.3.1 Описание работы контроллера Modicon TSX Quantum

4.4 Инструментальная система программирования промышленных контроллеров

4.4.1 Архитектура ISaGRAF

4.4.2 Языки программирования, реализованные в ISaGRAF

4.5 Описание языка ST

4.6 Создание проекта и программ в системе ISaGRAF

4.7 Программирование контроллера

4.8 Алгоритм сигнализации и управления насосным агрегатом

4.9 Результаты работы программы

5. Охрана труда и техника безопасности магистральной насосной МНПП "Уфа-Западное направление"

5.1 Анализ потенциальных опасностей и производственных вредностей

5.2 Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации объектов ЛПДС "Черкассы"

5.3 Мероприятия по промышленной санитарии

5.3.1 Требования к спецодежде

5.3.2 Требования к освещению

5.3.3 Требования к микроклимату

5.4 Мероприятия по пожарной безопасности

5.5 Расчет установки пенного тушения и пожарного водоснабжения

6. Оценка экономической эффективности автоматизации линейно-производственной диспетчерской станции "Черкассы"

6.1 Основные источники повышения эффективности

6.2 Методика расчета экономической эффективности

6.2.1 Чистый дисконтированный доход (ЧДД)

6.2.2 Индекс доходности (ИД)

6.3 Расчет экономического эффекта

6.3.1 Расчет капитальных вложений

6.3.2 Расчет текущих издержек

6.3.3 Расчет экономии от использования АСУ ТП.

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Введение


Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящие объекты оснащены средствами автоматизации.

Транспорт нефтепродуктов - непрерывное производство, требующее пристального внимания к вопросам надежной эксплуатации, строительству и реконструкции объектов нефтеперекачки, капитального ремонта оборудования. В настоящее время основной задачей транспорта нефтепродуктов является повышение эффективности и качества работы транспортной системы. Для выполнения этой задачи предусмотрено строительство новых и модернизация действующих нефтепроводов, широкое внедрение средств автоматики, телемеханики и автоматизированных систем управления транспортом нефтепродуктов. При этом необходимо повышать надежность и эффективность нефтепроводного транспорта.

Система автоматизации линейно-производственной диспетчерской службы (ЛПДС) предназначена для контроля, защиты и управления оборудованием нефтепровода. Она должна обеспечивать автономное поддержание заданного режима работы насосной станции и его изменение по командам с пульта оператора ЛПДС и из вышестоящего уровня управления - районного диспетчерского пункта (РДП).

Актуальность создания автоматизации систем управления на ЛПДС "Черкассы" возросла в связи с низким уровнем автоматики, наличия морально устаревших релейных схем, низкой надежности и сложностью обслуживания. Это требует замены существующих систем на микропроцессорную систему автоматики.

Целью дипломного проекта является: повышение надежности и живучести технологического оборудования и средств автоматизации ЛПДС; расширение функциональных возможностей; увеличение периодичности технического обслуживания и ремонта станций.

Задачами дипломного проекта является:

-анализ существующей системы автоматизации ЛПДС;

-модернизация системы управления насосных агрегатов на базе ПЛК;

Автоматизация является высшей ступенью механизации производства и применяется в комплексе управления технологическими производственными процессами. Она открывает колоссальные возможности для повышения производительности труда, быстрого роста темпов развития производства, а также безопасности производственных процессов.


1. Линейная производственная диспетчерская станция "Черкассы"


1.1 Краткая характеристика линейной производственной диспетчерской станции "Черкассы"


ЛПДС "Черкассы" Уфимского производственного отделения ОАО "Уралтранснефтепродукт" образована в 1957 году с вводом в эксплуатацию МНПП Уфа - Петропавловск, насосной № 1 и резервуарного парка РВС-5000 в количестве 20 штук общей емкостью около 57,0 тыс. тонн. Станция образована как вторая площадка НПС "Черкассы" Уфимского районного нефтепроводного управления, входящего в состав Управления Урало-Сибирских магистральных нефтепроводов.


1.2 Характеристика технологического оборудования


В состав технологического оборудования ЛПДС "Черкассы" входят:

три насоса магистральных НМ 1250-260 на номинальный расход 1250 м³/ч с напором 260 м, с электродвигателями СТД 1250/2 мощностью N=1250 кВт, n=3000 об/мин и один насос магистральный НМ 1250-400 на номинальный расход 1250 м³/ч с напором 400 м, с электродвигателем АЗМП-1600 мощностью N=2000 кВт, n=3000 об/мин, расположенные в общем укрытии и разделенные брандмауэрной стеной;

система регулирования давления, состоящая из трех регуляторов давления;

маслосистема принудительной смазки подшипников насосных агрегатов, состоящая из двух маслонасосов, двух маслобаков, аккумулирующего бака, двух маслофильтров, двух маслоохладителей;

система оборотного водоснабжения, состоящая из двух водонасосов;

система сбора и откачки утечек, состоящая из четырех емкостей и двух насосов откачки утечек;

система вентиляции, состоящая из приточно-вытяжной вентиляции отделения насосов (два приточных и два вытяжных вентилятора); подпорной вентиляции отделения электродвигателей (один вентилятор существующий, установка второго предусмотрена на перспективу для выполнения аварийного включения резерва (АВР)); подпорной вентиляции беспромвальных камер (два вентилятора); вытяжной вентиляции камеры регуляторов давления (один вентилятор существующий, установка второго предусмотрена на перспективу для выполнения АВР); вытяжной вентиляции камеры на сов откачки утечек (один вентилятор существующий, установка второго пре смотрена на перспективу для выполнения АВР);

электроприводные задвижки на технологических трубопроводах;

система фильтров, состоящая из фильтра-грязеуловителя и двух фильтров тонкой очистки;

система электроснабжения;

система автоматического пожаротушения.

Камера регуляторов давления - защищаемое помещение: стены из кирпича. В данном помещении находятся 3 регулятора давления.

Камера утечек - защищаемое помещение: стены из кирпича. В данном помещении находятся 2 насоса откачки утечек.

Все исполнительные механизмы, обеспечивающие автоматическую работу ПС, должны быть оснащены электроприводами. Запорная арматура трубопроводов должна быть оснащена датчиками сигнализации крайних положений (открыто, закрыто). Автоматизируемое оборудование оснащено

приспособлениями для установки датчиков контроля и исполнительных механизмов.

Технологическая схема магистральной насосной МНПП "Уфа-Западное направление" №2 ЛПДС "Черкассы" приведена на рисунке 1.1.


1.3 Характеристика технологических помещений


Общее укрытие насосной состоит из отделения насосов и отделения электродвигателей, разделенных брандмауэрной стеной. Помещение отделения насосов относится к взрывоопасной зоне В-1а согласно Правилам устройства электроустановок ПУЭ, (зона класса 1 согласно ГОСТ Р 51330.3-99), по пожарной опасности - к категории А согласно Нормам пожарной безопасности НПБ 105-95, по функциональной опасности - к категории Ф5.1 согласно Строительным нормам и правилам СНиП 21-01-97. Помещение подлежит автоматическому пожаротушению.

Пространство помещения отделения электродвигателей не относится к взрывоопасной зоне. По пожарной опасности помещение отделения электродвигателей относится к категории Д. В отделении электродвигателей располагается маслоприемник, относящийся по пожарной опасности к категории В согласно НПБ 105-95. Маслоприемник подлежит автоматическому пожаротушению. По функциональной опасности отделения электродвигателей относится к категории Ф5.1 согласно СНиП 21-01-97.

Камера регуляторов давления - защищаемое помещение: стены из кирпича. В данном помещении находятся 3 регулятора давления. Пространство внутри помещения относится к взрывоопасной зоне В-1а согласно ПУЭ (зона класса 1 согласно ГОСТ Р 51330.3-99). По функциональной опасности - к категории Ф 5.1 согласно СНиП 21-01-97). По пожарной опасности - к категории А согласно НПБ 105-95. Камера регуляторов давления подлежит автоматическому пожаротушению. Трубопровод подачи огнетушащего вещества не предусмотрен. Система автоматики предусматривает реализацию автоматического пожаротушения камеры регуляторов давления.

Камера утечек - защищаемое помещение: стены из кирпича. В данном помещении находятся 2 насоса откачки утечек. Пространство внутри помещения относится к взрывоопасной зоне В-1а согласно ПУЭ (зона класса 1 согласно ГОСТ Р 51330.3-99), по функциональной опасности - к категория Ф5.1 согласно СНиП 21-01-97, по пожарной опасности - к категории А согласно НПБ 105-95. Трубопровод подачи огнетушащего вещества не предусмотрен. Система автоматики предусматривает реализацию автоматического пожаротушения камеры откачки утечек [1].


1.4 Режимы работы ЛПДС "Черкассы"


Система автоматики должна обеспечивать следующие режимы управления насосными станциями:

"телемеханический";

"не телемеханический".

Выбор режима осуществляется с автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора-технолога насосной станции ЛПДС "Черкассы".

Каждый выбранный режим должен исключать другой.

Переключение из режима в режим должно осуществляться без останова работающих агрегатов и станции в целом.

В режиме "телемеханический" из РДП нефтепродуктопровода по системе телемеханики обеспечиваются следующие виды телеуправления (ТУ):

пуск и останов вспомогательных систем насосной станции;

открытие и закрытие задвижек на входе и выходе станции;

пуск и останов магистральных насосных агрегатов по программам пуска и останова магистрального агрегата.

Управление агрегатами и системами, включая вспомогательные системы и задвижки на входе и выходе станции, по системе телемеханики должно сопровождаться, дополнительно к сообщению о состоянии (положении) агрегата, сообщением "Включено - отключено диспетчером трубопровода" на экране АРМа оператора и фиксироваться в журнале событий.

В режиме "не телемеханический" обеспечивается управление технологическими задвижками, подпорными и магистральными насосными агрегатами, агрегатами вспомогательных систем насосной станции общими командами "программный пуск", "программный останов" магистральных насосных агрегатов и вспомогательного оборудования.

В таблице 1.1 приведены технологические параметры работы станции.


Таблица 1.1 - Технологические параметры работы ЛПДС "Черкассы"

ПараметрЗначениеМесто расположения станции по трассе МНПП, км306Высотная отметка, м89,3Максимальное допустимое рабочее давление на нагнетании насосов (на коллекторе, до регулирующих устройств), МПа7,35Максимальное допустимое рабочее давление на нагнетании станции (после регулирующих устройств), МПа5,88Минимальное и максимальное допустимое рабочее давление на приеме насосов, МПа0,29-2,45Наименьшая и наибольшая вязкость нефтепродукта, закачиваемого в трубопровод, мм²/с0,5-8Предел изменения температуры закачиваемого нефтепродукта из резервуаров в МНПП, ºС4Тип и назначение насосаНМ1250-260 №1 основной НМ1250-260 №2 основной НМ1250-400 №3 основной НМ1250-400 №4 основнойДиаметр рабочего колеса, мм460 №1 440 №2 420 №3 365 №4, 1250/260 №1

/260 №2

/400 №3

1250/400 №4Тип электродвигателяСТД-1250/2 №1 СТД-1250/2 №2 СТД-1250/2 №3 4АЗМП - 1600/6000 №4Номинальная нагрузка электродвигателя, А139 №1 139 №2 139 №3 179 №4, 3000/1250 №1

/1250 №2

/1250 №3

2980/1600 №4Минимальное давление на приеме станции, МПа0,2Максимальное давление в МНПП на выходе стан-ции, МПа6,08

1.5 Магистральный насосный агрегат


Каждый МНА содержит следующие объекты: насос, электродвигатель.

В качестве оборудования МНА используется насос марки НМ 1250-260 и электродвигатель типа СТД-1250/2, и один насос марки НМ 1250-400 с электродвигателем АЗМП-1600.

Центробежные насосы - основной вид нагнетательного оборудования для перекачки нефти по магистральным нефтепродуктопроводам. Они отвечают требованиям, предъявляемым к МНА для перекачки значительных объемов нефти на дальние расстояния. Магистральным насосам необходимо иметь избыточное давление на входе. Это давление должно предотвратить опасное явление - кавитацию, которая может возникать внутри насоса в результате уменьшения давления в быстро движущейся жидкости.

Кавитация состоит в образовании пузырьков, заполненных парами перекачиваемой жидкости. Когда эти пузырьки попадают в область высокого давления, они схлопываются, развивая при этом огромные точечные давления. Кавитация приводит к быстрому износу частей нагнетателя и снижает эффективность его работы. Используемый насос НМ предназначен для транспортирования нефти и нефтепродуктов по магистральным трубопроводам с температурой от минус 5 до +80ºС, с содержанием механических примесей по объему не более 0,05% и размером не более 0,02 мм. Насос горизонтальный, секционный, многоступенчатый, однокорпусный или двухкорпусной НМ, с рабочими колесами одностороннего входа, с подшипниками скольжения (с принудительной смазкой), с концевыми уплотнениями торцового типа, с приводом от электродвигателя.

В качестве привода насосного агрегата используется электродвигатель типа СТД мощностью 1250 кВт во взрывобезопасном исполнении. Он установлен в общем с нагнетателем зале. Взрывобезопасное исполнение электродвигателя достигается принудительным нагнетанием воздуха вентиляционной системой под защитный кожух привода для поддержания избыточного давления (исключающее проникновение в двигатель паров нефти), а также использованием взрывонепроницаемой оболочки.

В качестве привода к насосам используются также и асинхронные электродвигатели высокого напряжения. Однако при использовании асинхронных двигателей мощностью от 2,5 до 8,0 МВт требуется установка в помещениях насосной дорогостоящих статических конденсаторов мощностей (которые при колебаниях нагрузки станции и температуры окружающей среды часто выходят из строя), а также комплекса высоковольтного оборудования, усложняющего схему электроснабжения.

Синхронные электродвигатели обладают лучшим показателями устойчивости, по сравнению с асинхронным, что особенно важно при случающихся падениях напряжения в сети.

По стоимости синхронные электродвигатели, как правило, дороже, чем аналогичные асинхронные, однако имеют лучшие энергетические характеристики, что делает их применение эффективным. Считается, что коэффициент полезного действия (КПД) синхронного двигателя изменяется незначительно при нагрузках, близких к номинальной мощности двигателя. При нагрузках, составляющих от 0,5 до 0,7 номинальной мощности, КПД синхронных электродвигателей значительно снижается. Практика эксплуатации нефтепроводов показала, что в условиях постоянно изменяющегося уровня загрузки трубопроводных систем целесообразно использовать регулируемые приводы насосных агрегатов. Путем регулирования числа оборотов рабочего колеса нагнетателя удается плавно менять его гидравлические и энергетические характеристики, подстраивая работу насоса к изменяющимся нагрузкам. Двигатели постоянного тока позволяют осуществлять регулирование числа оборотов простым изменением сопротивления (например, введением реостата в цепь ротора двигателя), однако у таких двигателей диапазон регулирования сравнительно узок. Двигатели переменного тока допускают регулирование числа оборотов путем изменения частоты питающего тока (с промышленной частоты 50 Гц до большего или меньшего значения в зависимости от того, требуется увеличить число оборотов вала ротора или уменьшить, соответственно).


1.6 Обвязка насосов ЛПДС "Черкассы"


Обвязка насосов может осуществляться последовательно, параллельно и комбинированным способом (рисунки 1.2 - 1.4).


Рисунок 1.2 - Последовательная обвязка насосов


Рисунок 1.3 - Параллельная обвязка насосов


Рисунок 1.4 - Комбинированная обвязка насосов


Последовательное соединение насосов используется для повышения напора, а параллельное - для увеличения подачи насосной станции ЛПДС "Черкассы" включает четыре магистральных насосных агрегата с электродвигателями, расположенными в общем укрытии нефтенасосной. Для увеличения напора на выходе станции насосы соединяют последовательно (рисунок 1.6), так, чтобы при одной и той же подаче напоры, создаваемые насосами, суммировались. Обвязка насосов обеспечивает работу ЛПДС при выходе в резерв любого из агрегатов станции. На всасывании и нагнетании каждого насоса установлена задвижка, а параллельно насосу - обратный клапан.


Рисунок 1.5 - Обвязка насосов на ПС


Обратный клапан, разделяющий линию всасывания и нагнетания каждого насоса, пропускает жидкость только в одном направлении. При работающем насосе давление, действующее на заслонку клапана слева (давление нагнетания), больше, чем давление, действующее на эту заслонку справа (давление всасывания), вследствие чего заслонка закрыта, и нефть идет через насос. При неработающем насосе, давление справа от заслонки клапана больше, чем давление слева от нее, вследствие чего заслонка открыта, и нефтепродукт поступает через КО-1 к следующему насосу, минуя неработающий.


1.7 Анализ существующей схемы автоматизации ЛПДС "Черкассы"


Автоматизируемое оборудование оснащено приспособлениями для установки датчиков контроля и исполнительных механизмов.

Все исполнительные механизмы оснащены приводами с электрическими сигналами управления. Запорная арматура трубопроводов внешней и внутренней обвязки ЛПДС оснащена датчиками сигнализации крайних положений (открыто, закрыто).

При реализации системы автоматики обеспечивается выполнение следующих задач:

анализ режимов технологического оборудования;

контроль технологических параметров;

управление и контроль задвижек;

контроль готовности к запуску магистральных и подпорных насосных агрегатов;

обработка предельных значений параметров по магистральному насосному агрегату;

управление и контроль магистрального и подпорного насосных агрегатов;

управление и контроль приемной задвижки магистрального насосного агрегата;

корректировка уставки регулирования при пуске магистрального агрегата;

задание уставок регулирования;

регулирование давления;

управление и контроль маслонасосов;

управление и контроль приточного вентилятора насосного отделения;

управление и контроль вытяжного вентилятора насосного отделения;

управление и контроль насоса откачки утечек;

обработка измеряемых параметров;

приме и передача сигналов в системы телемеханики.

Состояние и параметры работы оборудования ЛПДС отображаются на экране АРМ оператора ЛПДС в виде следующих видеокадров:

общая схема насосной станции;

схема отдельных магистральных агрегатов и вспомогательных систем;

схема энергохозяйства;

схема прилегающих участков трассы.

Блок ручного управления (БРУ) ЛПДС, установленный в операторной (ЩСУ) предусматривает:

световую сигнализацию от:

) датчиков аварийного давления на входе, в коллекторе и на выходе ЛПДС;

каналов системы пожарной сигнализации;

) каналов средств загазованности;

) датчика переполнения резервуара-сборника;

) датчика затопления насосной;

) реле аварии ЗРУ;

кнопки подачи команд управления:

аварийного отключения ЛПДС;

отключения магистральных и насосных агрегатов;

включения магистральных и насосных агрегатов;

открытия и закрытия задвижек подключения станции.

В настоящее время, при постоянном уменьшении добычи нефти, снижается объем перекачиваемой нефти. В связи с этим используют систему автоматического регулирования режима перекачки. Система предназначена для контроля и регулирования давления на приеме и на выходе перекачивающих насосных станций магистральных нефтепроводов. Система использует регулирующие заслонки с электрическим приводом для регулирования давления на приеме и на выходе нефтепроводов методом дросселирования потока на выходе.


2. Патентная проработка


2.1 Выбор и обоснование предмета поиска


В дипломном проекте рассматривается проект модернизации АСУ ТП линейно-производственной диспетчерской станции ЛПДС "Черкассы" ОАО "Уралтранснефтепродукт".

Одним из измеряемых параметров насосного агрегата линейно-производственной диспетчерской станции является вибрация. На ЛПДС для этих целей предлагаю к применению систему измерения вибрации "Каскад", поэтому при проведении патентного поиска внимание было уделено поиску и анализу пьезоэлектрических датчиков для измерения вибрации в технологических объектах нефтегазовой промышленности.


2.2 Регламент патентного поиска


Патентный поиск производился с использованием фонда УГНТУ по источникам патентной документации Российской Федерации.

Глубина поиска - пять лет (2007-2011 гг.). Поиск производился по индексу международной патентной классификации (МПК) G01P15/09 - "Измерение ускорения и замедления; измерение импульсов ускорения с помощью пьезоэлектрического датчика".

При этом использовались следующие источники патентной информации:

документы справочно-поискового аппарата;

полные описания к патентам России;

официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам.

2.3 Результаты патентного поиска


Результаты просмотра источников патентной информации приведены в таблице 2.1.


Таблица 2.1 - Результаты патентного поиска

СтранаИндекс МПКНомера просмотренных патентовВыявленные аналогиРоссияG01P15/09№ 2301424 - 2400867 № 2301424 "Пьезоэлектрический акселерометр" № 2331076 "Вибрационный датчик" № 2347228 "Векторный пьезоэлектрический вибропреобразователь" № 2382368 "Устройство для измерения вибрации (варианты)" № 2383025 "Трехкомпонентный датчик механических колебаний" № 2400867 "Пьезоэлектрический измерительный преобразователь"

2.4 Анализ результатов патентного поиска


Пьезоэлектрический акселерометр по патенту № 2301424 содержит многослойный пакет пьезокерамических пластин, состоящий из трех секций. Секции включают группы из трех пластин. Крайние пластины в группе снабжены диаметральными пазами, заполненными коммутационными шинами. Одна из средних пластин поляризована целиком по толщине, две другие средние пластины содержат сегменты, поляризованные по толщине в противоположных направлениях. Секции с сегментированными пластинами повернуты одна относительно другой на 90° вокруг продольной оси пакета. Технический результат - расширение функциональных возможностей за счет измерения виброускорения в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Вибрационный датчик по патенту № 2331076 содержит пьезокерамический трубчатый стержень с электродами, закрепленный в корпусе одним концом на основании с электроконтактами перпендикулярно его поверхности, а на другом конце стержня закреплен инерционный элемент, выполненный в виде массы-структуры, которая состоит из тонкостенного цилиндра, полость которого заполнена текучей демпфирующей средой (например, маслом низкой вязкости) и единичными сферическими грузами, с возможностью их свободного перемещения, при этом сферические грузы имеют различную массу. Внутри корпуса размещен демпфирующий элемент, в качестве которого использована также текучая демпфирующая среда. Техническим результатом является расширение диапазона измерения при повышении чувствительности датчика.

Вибропреобразователь по патенту № 2347228 содержит корпус с закрепленным в нем пьезоэлементом, выполненным в виде прямоугольного параллелепипеда с квадратным основанием и с элементами съема заряда в виде электропроводящих поверхностей, закрепленных на его гранях и электрически изолированных друг от друга, проводники для съема зарядов и диэлектрическую подложку, на которой установлено квадратное основание пьезоэлемента, полярная ось которого перпендикулярна плоскости его крепления к подложке. Каждая электропроводящая поверхность выполнена в виде пластины с выступающим на одной из ее сторон за пределы соответствующей грани параллелепипеда лепестком, изготовленной из изотропной медной фольги и закрепленной на грани параллелепипеда посредством полимеризуемого термореактивного токопроводящего материала, при этом на каждой паре смежных пластин лепестки ориентированы на разные ребра параллелепипеда, в каждом лепестке выполнена просечка для крепления проводника для съема зарядов, а ось каждого лепестка совпадает с одной из плоскостей симметрии соответствующей пластины. Такая конструкция преобразователя позволяет вывести точки крепления проводников к элементам съема заряда, как наиболее выраженные концентраторы напряжений, за пределы поверхностей съема заряда чувствительного элемента и позволяет реализовать технологии изготовления деталей и монтажа пьезопакетника промышленным образом, что минимизирует неоднородность и механические напряжения на гранях пьезоэлемента.

Трехкомпонентный датчик колебательного ускорения по патенту № 2383025 содержит корпус, который жестко закреплен на базовом основании и закрыт колпачком. Корпус выполнен из металла в форме трехгранной пирамиды с тремя ортогональными плоскостями, на каждой из которых консольным способом закреплены по одному чувствительному элементу. Чувствительные элементы выполнены в виде пьезоэлектрических или биморфных пластин.

Устройство для измерения вибрации по патенту № 2382368 содержит пьезоэлектрический преобразователь, инструментальный усилитель и операционный усилитель, выход которого является выходом устройства. Выходы пьезоэлектрического преобразователя соединены с прямым и инверсным входами инструментального усилителя, первый вход задания усиления которого соединен с первым выводом первого резистора. Выход операционного усилителя соединен с его инверсным входом через конденсатор. Инверсный вход операционного усилителя соединен через второй резистор с выходом инструментального усилителя. Прямой вход операционного усилителя соединен с общей шиной. В устройство введена индуктивность, которая включена между вторым выводом первого резистора и вторым входом задания усиления инструментального усилителя, а параллельно конденсатору подключен третий резистор. Прямой и инверсный входы инструментального усилителя могут быть соединены с общей шиной через первый и второй вспомогательные резисторы.

Сущность пьезоэлектрического измерительного преобразователя по патенту № 2400867 в том, что он содержит пьезопреобразователь и предусилитель, Первая часть предусилителя размещена в корпусе преобразователя и включает каскад усиления на полевом транзисторе и трех резисторах. Вторая часть предусилителя расположена вне корпуса и включает разделительный конденсатор и токостабилизирующий диод, катод которого и первый вывод разделительного конденсатора соединены с истоком полевого транзистора. Второй вывод разделительного конденсатора и анод токостабилизирующего диода соединены соответственно с регистратором и источником питания, общая точка которых соединена со стоком полевого транзистора. Преобразователь содержит также последовательно соединенные первый и второй диоды. Катод первого и анод второго диодов соединены соответственно с истоком и стоком полевого транзистора. Их средняя точка соединена с затвором полевого транзистора, с первым электродом пьезопреобразователя первым выводом первого резистора, второй вывод которого соединен с первыми выводами второго и третьего резисторов. Второй вывод второго резистора соединен с истоком полевого транзистора. Второй вывод третьего резистора соединен со вторым электродом пьезопреобразователя и со стоком полевого транзистора. Технический результат: упрощение электрической схемы, снижение уровня собственного шума и защита от пробоя полевого транзистора.

Патентные исследования показали, что на сегодняшний день существует достаточно большое количество пьезоэлектрических средств измерения вибрации, разнообразных по своему устройству и обладающих как достоинствами, так и недостатками.

Таким образом, использование датчиков, позволяющих определить вибрацию на основе применения свойств пьезоэлектрических кристаллов, вполне актуально.

3 Автоматизация ЛПДС "Черкассы"


3.1 Автоматизация магистрального насосного агрегата


Автоматизация насосной станции включает в себя управление магистральными насосными агрегатами в режимах запуска-остановки, автоматический контроль, защиту и сигнализацию насосных агрегатов и в целом станции по контролируемым параметрам, автоматический запуск-остановку, контроль, защиту и сигнализацию по вспомогательным установкам насосных станций.

Система управления насосными агрегатами работает в режимах дистанционного пооперационного управления, программного пуска насосов, программной остановки насосов и аварийной остановки.

В режимах дистанционного управления со щита операторной осуществляется запуск маслонасоса, управление вентиляцией насосной, управление открытием-закрытием задвижек на всасывающих и нагнетательных линиях магистральных насосных агрегатов.

В режиме программного пуска и остановки МНА все операции запуска производятся автоматически. Режим пуска электродвигателя зависит от его типа (синхронный или асинхронный) и осуществляется пусковыми станциями.

В целом запуск магистрального насосного агрегата достаточно простой. При наборе электродвигателем номинального числа оборотов открываются всасывающая и нагнетательная задвижки, и агрегат вступает в работу. Система маслоснабжения на современной насосной станции является централизованной, общей для всех агрегатов, что исключает управление насосами маслосистемы и уплотнения при запуске-остановке агрегата.

Для насосной ЛПДС важное значение имеет программный запуск МНА. Имеются различные схемы запуска насосов в зависимости от характеристик насосов, схем электроснабжения и других факторов. Различаются программы последовательного открытия задвижек и запуска основного электродвигателя агрегата.

Агрегаты, переведенные в положение резервных для системы АВР, могут включаться также по программе, при которой обе задвижки открываются заранее при переключении агрегата в резерв, а основной электродвигатель запускается при отключении работающего агрегата и срабатывании системы АВР. Эта программа включения агрегата является наилучшей с точки зрения гидравлических условий работы магистрального трубопровода, так как при таком переключении агрегатов давления на всасывании и нагнетании станции меняются весьма незначительно и линейная часть магистрального трубопровода практически не испытывает никаких нагрузок из-за волн давления.

Программа отключения агрегата, как правило, предусматривает одновременное выключение основного электродвигателя и включение обеих задвижек на закрытие. При этом команда на закрытие задвижек обычно дается коротким импульсом (рисунок 3.1).

Защита насосного агрегата по параметрам перекачиваемой жидкости обеспечивается датчиками давления 1-1, 1-2, 7-1, 7-2 (Сапфир-22МТ), контролирующими давления во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Датчики 1-1, 1-2 установленные на всасывающем трубопроводе у входной задвижки, настраивают на давление, характеризующее кавитационный режим насоса. Защита по минимальному давлению всасывания осуществляется с выдержкой времени, благодаря чему исключается реакция на кратковременные снижения давления при включении насосов и прохождении по трубопроводу небольших воздушных пробок. Датчики 7-1, 7-2, установленные на нагнетательном трубопроводе у выходных задвижек осуществляют защиту по максимальному давлению нагнетания. Максимальный контакт датчика 7-1 дает сигнал в схему управления агрегатом, прерывая процесс запуска в случае превышения допустимого давления после открытия задвижки. Максимальный контакт датчика 7-1 обеспечивает автоматическую остановку агрегата, если сигнал в схему управления агрегатом, прерывая процесс запуска в случае превышения допустимого давления после открытия процесс запуска в случае превышения допустимого давления после открытия задвижки.

Максимальный контакт датчика 7-1 обеспечивает автоматическую остановку агрегата, если давление в нагнетательном трубопроводе превышает допустимое по условиям механической прочности оборудования, арматуры и трубопровода.

В эксплуатации возможны случаи работы насоса с очень малой подачей, что сопровождается быстрым повышением температуры жидкости в корпусе насоса, что недопустимо.

Защита от повышения температуры нефти в корпусе насоса обеспечивается термопреобразователем сопротивления 9, установленном на корпусе насоса. Нарушение герметичности устройств уплотнения вала насоса требует немедленной остановки агрегата. Контроль утечек сводится к контролю уровня в камере, через которую отводятся утечки. Превышение допустимого уровня фиксируется уровнемером 3-1.

Защита от превышения температуры подшипников 2-1, 2-2, 2-3, 2-4 осуществляется термопреобразователем сопротивления типа ТСМТ. В операторной срабатывает сигнализация, и агрегат отключается защитой по средствам управляющего сигнала с контроллера.

Защита от повышения температуры обмоток сердечника статора осуществляется термометром сопротивления 10 ТЭС-П. - 1. Контроль температуры воздуха в корпусе электродвигателя осуществляется и сигнализируется по средствам управляющего сигнала с контроллера.

Давление в системах уплотнительной жидкости и циркуляционной смазки подшипников насоса и электродвигателя контролируется датчиком давления Сапфир-22МТ и контроллером.

Вибросигнализирующая аппаратура 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 контролирует вибрацию подшипников насоса и электродвигателя, а при ее увеличении до недопустимых величин - отключает агрегат.


Таблица 3.1 - Перечень выбранного оборудования МНА

Позиционное обозначениеНаименованиеКол- воПримечание 1-1, 7-1,8-1Датчик давления типа Сапфир - 22МТ31ExsdIIBT4/Н21-2, 7-2,8-2Манометр показывающий типа ЭКМ31ExdIIBT42-1, 2-2,2-3, 2-4, 9,10, 11, 12Термопреобразователь сопротивления платиновый типа ТСП1008ExicIIA3Сигнализатор уровня типа ОМЮВ 05-11ExII2GExdIIBT5 4-1, 4-2,4-3, 4-4Аппаратура контроля вибрации "Каскад"4ExdIICT5

Аварийная остановка агрегата происходит при срабатывании приборов и устройств защиты. Различаются аварийные остановки, допускающие повторный пуск агрегата и не допускающие его. В последнем случае устанавливается и устраняется причина, вызвавшая остановку, и только после этого становится возможным повторный пуск агрегата. Остановка с разрешением повторного пуска происходит при несостоявшемся пуске, то есть если остановка произошла из-за температуры продукта в корпусе насоса. Аварийная остановка с запрещением повторного пуска агрегата происходит при следующих параметрах: возрастании температуры подшипников электродвигателя, насоса и промежуточного вала; повышенной вибрации агрегата; увеличении утечек из уплотнений вала насоса; возрастании температуры охлаждающего воздуха на входе в электродвигатель; повышении разности температур входящего и выходящего воздуха, охлаждающего электродвигатель; срабатывании устройств электрической защиты электродвигателя.

Последовательность операций при остановке агрегатов по сигналам защитной автоматики не отличается от последовательности при обычной программной остановке.

В целом по насосной станции также имеется система предупредительной сигнализации и аварийной защиты по следующим параметрам: возникновение пожара, затопление насосной, недопустимые давления на линиях всасывания и нагнетания и др.

Автоматическая остановка агрегатов станции происходит последовательно по программе, за исключением случая срабатывания защиты по загазованности. При повышенной концентрации паров нефти в помещении насосов происходит одновременное отключение всех потребителей электроэнергии, кроме вентиляторов и приборов контроля. В схеме автоматизации насосной станции предусматривается защита по пожароопасности (установлены датчики, реагирующие на появление дыма, пламени или повышенной температуры в помещении), при их срабатывании отключаются все потребители электроэнергии без исключения.

Перечень приборов, используемых для автоматизации магистрального насосного агрегата, приведён в таблице 3.2.


Таблица 3.2 - Приборы, используемые для автоматизации МНА

Номер сценарияПозиционное обозначениеУсловие срабатыванияДействие защиты1ТЕ 2-1Превышение температуры передних подшипников насосаСнижение оборотов ЭД2ТЕ 2-2Превышение температуры задних подшипников насосаСнижение оборотов ЭД3ТЕ 9Превышение температуры нефтепродукта в корпусе насосаСнижение оборотов ЭД4ТЕ 2-3Превышение температуры передних подшипников ЭДСнижение оборотов ЭД5ТЕ 10Превышение температуры обмоток сердечника статораСнижение оборотов ЭД6ТЕ 2-4 Превышение температуры задних подшипников ЭДСнижение оборотов ЭД7SЕ 4-3Превышение вибрации передних подшипников ЭДСнижение оборотов ЭД8SЕ 4-4превышение вибрации задних подшипников ЭДСнижение оборотов ЭД9SЕ 4-2превышение вибрации задних подшипников насосаСнижение оборотов ЭД10SЕ 4-1превышение вибрации передних подшипников насосаСнижение оборотов ЭД

3.2 Система противоаварийной защиты


Надежность функционирования систем обеспечения безопасности опасных объектов промышленности целиком зависит от состояния электронных и программируемых электронных систем, связанных с безопасностью. Эти системы называются системой противоаварийной защиты (ПАЗ). Такие системы должны быть способны сохранять свою работоспособность даже в случае отказа других функций АСУ ТП нефтеперекачивающей станции.

Рассмотрим главные задачи, возлагаемые на такие системы:

предотвращение аварий и минимизация последствий аварий;

блокирование (предотвращения) намеренного или ненамеренного вмешательства в технологию объекта, могущего привести к развитию опасной ситуации и инициировать срабатывание ПАЗ.

Для некоторых защит предусматривается наличие задержки между обнаружением аварийного сигнала и защитным отключением. Отключение основных вспомсистем, закрытие задвижек подключения НПС к МН.

У насосного агрегата непрерывно контролируется ряд технологических параметров, аварийные значения которых требуют отключения и блокировки работы агрегата. В зависимости от параметра или условия, по которому сработала защита, может выполняться:

отключение электродвигателя;

закрытие агрегатных задвижек;

пуск резервного агрегата.

Для всех параметров защиты предусмотрен испытательный режим. В испытательном режиме устанавливается флаг защиты, запись в массиве защит и передается сообщение оператору, но управляющие воздействия на технологическое оборудование не формируются.

В зависимости от того, по какому контролируемому параметру срабатывает общестанционная защита, связанная с отключение насосных агрегатов, система должна осуществлять:

отключение одного из работающих МНА, первого по ходу нефти;

одновременное или поочередное отключение всех работающих МНА;

одновременное отключение всех работающих ПНА;

закрытие задвижек подключения НПС;

закрытие задвижек ФГУ;

отключение тех или иных вспомогательных систем;

включение устройств световой и звуковой сигнализации.

Агрегатные защиты МНА и ПНА должны обеспечивать его безаварийную эксплуатацию и отключение при выходе контролируемых параметров за установленные пределы.

Алгоритмическое содержание функций ПАЗ состоит в реализации следующего условия: при выходе значений определенных технологических параметров, характеризующих состояние процесса или оборудования, за установленные (допустимые) пределы должно проводиться отключение (останов) соответствующего агрегата или всей станции.

Входную информацию для группы функций противоаварийной защиты содержат сигналы о текущих значениях контролируемых технологических параметров, поступающие на логические блоки (программируемые контроллеры) от соответствующих первичных измерительных преобразователей, и цифровые данные о допустимых предельных значениях этих параметров, поступающие на контроллеры с пульта АРМ оператора НПС. Выходная информация функций противоаварийной защиты представлена совокупностью управляющих сигналов, посылаемых контроллерами на исполнительные органы систем защиты.

Наличие обратной связи значительно упрощает процесс разработки целевых задач процессора и приложений пользователя. С другой стороны, это повышает инвариантность реакции логических и вычислительных алгоритмов на тестовое воздействие, проводимое при проверке противоаварийных защит.

Такая проверка не может дать гарантии повторяемости результатов тестов, так как состояние памяти процессора под управлением обратной связи при всех одинаковых условиях тестирования не будет одинаково в разные моменты времени.


3.3 АСУ ТП на базе контроллеров Modicon TSX Quantum


Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) нефтеперекачивающих станций базируется на серии программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum, являющейся хорошим решением для задач управления на базе высокопроизводительных программируемых контроллеров. Система на базе Quantum сочетает компактность, обеспечивая экономичность и надежность установки даже в наиболее сложных промышленных условиях. В то же время системы Quantum просты в установке и конфигурации, имеют широкую область применения, что обеспечивает более низкую стоимость по сравнению с другими решениями. Также предусмотрена поддержка установленных изделий за счет совместного использования старых технологий и этой новейшей управляющей платформы. Конструкция программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum позволяет сэкономить пространство в щите. Обладая глубиной всего в 4 дюйма (включая экран), эти контроллеры не требуют больших щитов; они размещаются в стандартном 6-дюймовом электрическом шкафу, что позволяет экономить до 50% стоимости обычных панелей управления. Несмотря на малые размеры, контроллеры Quantum поддерживают высокий уровень производительности и надежности. Системы управления, использующие программируемые контроллеры серии Modicon TSX Quantum, поддерживают различные варианты решений от одиночной установочной панели ввода/вывода (до 448 вводов/выводов) до резервируемых процессоров с разветвленной системой ввода/вывода с количеством линий ввода/вывода до 64000, определяемым в соответствии с потребностями. Кроме того, объем памяти от 256 Кбайт до 2 Мбайт достаточен для самых сложных схем управления. Благодаря использованию усовершенствованных процессорных устройств на основе микросхем Intel, быстродействие контроллеров серии Quantum и пропускная способность ввода/вывода достаточны для удовлетворения жестких требований к скорости. В этих контроллерах также используются высокопроизводительные математические сопроцессоры для обеспечения наилучшей скорости выполнения алгоритмов и математических вычислений, необходимой для обеспечения непрерывности и качества управляемого процесса.

Сочетание производительности, гибкости и расширяемости делает серию Quantum лучшим решением для самых сложных применений и в то же время достаточно экономичным для более простых задач автоматизации. Возможность подключения к сетям предприятия и полевым шинам реализована для восьми типов сетей от Ethernet до INTERBUS-S.

Quantum поддерживает пять языков программирования, соответствующих стандарту МЭК 1131-3. В дополнение к этим языкам, контроллеры Quantum могут выполнять программы, написанные на языке релейно-контактных схем Modicon 984, на языке состояний Modicon и на специальных языках для конкретных применений, разработанных другими фирмами.

В дополнение к языкам МЭК система Quantum использует преимущества улучшенного набора инструкций 984 для выполнения на контроллере Quantum прикладных программ, написанных на языке Modsoft или транслированных с SY/Mate. К контроллеру Quantum возможно подключить магистральные сети связи Ethernet, Modbus и Modbus Plus.

Ни одна системная архитектура не отвечает потребностям современного рынка систем управления так, как серия программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum. Она представляет собой альтернативную систему, в которой узлы ввода/вывода разделены по размеру, пространственно распределены и сконфигурированы с целью снижения стоимости кабелей, соединяющих узлы ввода/вывода с датчиками и исполнительными устройствами. Контроллер Quantum обладает гибкостью, позволяющей сочетать в конфигурациях локальный, удаленный, распределенный ввод/вывод, одноранговые конфигурации, а также подключение к полевым шинам ввода/вывода. Подобная гибкость делает Quantum уникальным решением, способным удовлетворить все потребности в автоматизации. Используя лишь одну серию модулей ввода/вывода, система Quantum может быть сконфигурирована под все архитектуры и, таким образом, является подходящей для контроля непрерывных процессов, управления оборудованием или распределенного управления [3].

Кроме программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum в АСУ ТП в качестве вспомогательных элементов используются модули-нормализаторы Advantech серии ADAM3014.

Система Quantum предоставляет возможность подключения к открытым стандартным сетям и полевым шинам, поддерживая несколько типов сетей: Modbus, Modbus Plus, Ethernet и др. Каждое ЦПУ Quantum содержит два порта связи - Modbus и Modbus Plus. Функции, поддерживаемые сетевыми протоколами Modbus и Modbus Plus, приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Функции, поддерживаемые сетевыми протоколами Modbus и Modbus Plus

ХарактеристикаModbusModbus PlusТехническаяОпрос подчиненного узла основнымСвязь одного ранга1СкоростьОбычно 19,2 Kб1MбЭлектрическаяRS-2322, возможны др. RS-4853Расстояние без репитеров, м15457Среда передачиРазличныеВитая пара, оптоволокноМаксимальное число узлов 24764ПрограммируемостьДаДаЧтение/запись данныхДаДаГлобальные данныеНетДаPeer Cop4НетДа Примечания: связь одного ранга ("peer-to-peer") - связь между устройствами с сетевой структурой, в которой каждое устройство может инициализировать передачу данных; RS-232 - стандарт Ассоциации электронной промышленности (EIA), который определяет требования к сигналам и кабельные подключения для последовательной передачи данных, характеризующейся отдельными проводами для передачи данных и приема данных; RS-485 - стандарт Ассоциации электронной промышленности (EIA), который определяет требования к сигналам и кабельные подключения для последовательной передачи данных, характеризующейся сбалансированной парой проводов для двунаправленной передачи данных; Peer Cop - метод связи одного ранга (peer-to-peer) между сетевыми устройствами, в которой данные переносятся по частям прохождением маркеров между узлами. Маркер дает сетевому устройству текущий доступ для передачи данных.

Modbus - протокол типа master/slave (основной узел/подчиненный узел). Приложения, работающие в масштабе реального времени, и приложения сбора данных легко поддерживаются непосредственно через последовательный порт любого компьютера. Modbus может быть использован:

в случае простого соединения двух устройств между собой;

в сетевой архитектуре, содержащей до 247 подчиненных узлов.

Сеть Modbus Plus характеризуется:

высокой скоростью передачи данных;

связью одного ранга (peer-to-peer);

легкой установкой для простых приложений, тем самым понижая затраты на установку [3].


3.4 Структурная схема АСУ ТП на базе системы Quantum


Структура АСУ ТП ЛПДС "Черкассы" должна соответствовать магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределенное программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам промышленной сети. На структурной схеме обозначена компоновка корзин контроллера (рисунок 3.2).

Для обеспечения надежности работы системы предусмотрено резервирование контроллера и питания. Две одинаково сконфигурированные системы связываются между собой через процессор резервного контроллера (CHS), установленный в каждой из систем. В конфигурации каждого из контроллеров определены область и объем передаваемых данных и информации о состоянии между обоими контроллерами.

Для системы предусматривается схема удаленного ввода/вывода повышенной надежности. Схема удаленного ввода/вывода предусматривает

двойной кабель, предохраняющий систему от последствий обрыва одного из кабелей или повреждения соединительной арматуры. При соединении головного конца с каждым узлом двумя кабелями обрыв одного из них не нарушит связь. Арбитраж кабеля и проверка целостности проводятся автоматически на головном конце и каждом из узлов.

Для перехода от существующего оборудования ввода/вывода фирмы Modicon используется мост Modbus Plus Bridge Plus.

Сетевая организация АСУ ТП должна обеспечить подключение АСУ ТП к сети РДП по стандартным аппаратным и программным средствам [3]. Контроллер располагается в шкафу управления в операторной с размещением УСО (устройство связи с объектом), в ЩСУ (щит силовых устройств) КППС СОД и ЗРУ-10кВ (закрытое распределительное устройство).


3.5 Устройства, входящие в состав системы


3.5.1 Модули источников питания

Источники питания Quantum обеспечивают работу системы в промышленных условиях, снабжая питанием корзины и защищая систему от электрических помех и колебаний номинального напряжения (без установки разделительных трансформаторов). В случае непредвиденных проблем с электричеством источник питания дает системе достаточно времени для безопасного отключения.

Источники питания подразделяются на автономные и резервируемые. Автономные источники питания занимают одно установочное место и обеспечивают питанием все модули, установленные в корзине. Резервируемые источники питания используют для повышения надежности - в корзину помещаются два резервируемых источника питания. При прекращении подачи энергии к одному источнику питания или неисправности самого источника питания работа оборудования или текущие сеансы связи не будут прерваны, поскольку резервный источник продолжит подачу необходимого питания. На контроллере имеется индикатор для быстрого обнаружения неисправности источника питания. Для резервирования используются модули питания одной модели [3].

В системе автоматизации ЛПДС "Черкассы" используются источник питания переменного тока 140 CPS 111 00 и резервируемый источник питания переменного тока 140 CPS 124 00. Спецификации и схемы подключения модулей приведены в приложении Б.


3.5.2 Модули центрального процессорного устройства (ЦПУ)

В системе Quantum используется модуль 140 CPU 434 12. Модуль ЦПУ занимает одно установочное место и включает системную память, память прикладных программ и порты связи. Вся память встроена, поэтому для конфигурации не требуются дополнительные микросхемы или платы. Светодиодные индикаторы облегчают устранение неисправностей, отображая состояние самого ЦПУ, а также портов связи.

ЦПУ контроллера Quantum использует технологию перезаписываемой постоянной памяти (flash) для хранения данных в системной памяти и хранения набора инструкций. Технология перезаписываемой постоянной памяти позволяет проводить модернизацию, загружая программу через порт Modbus или Modbus Plus (вместо замены микросхемы электрически программируемого ПЗУ или платы) при появлении новых версий программного обеспечения или обновлений прикладных программ. Использование этой технологии значительно упрощает и снижает эксплуатационные расходы.

Для хранения прикладных программ в ЦПУ используется ОЗУ с резервной подпиткой от батареи. Батарея расположена в передней части модуля и доступна для обслуживания во время работы контроллера. Для защиты прикладных программ от случайных изменений на передней панели ЦПУ имеется ползунковый переключатель ЗАЩИТА ПАМЯТИ. Положение этого переключателя отображается на светодиодном индикаторе. На ЦПУ стандартно устанавливаются порты связи с поддержкой сетевых протоколов Modbus и Modbus Plus. Светодиодные индикаторы отражают состояние каждого порта.

При использовании математических расчетов на модуле установлен аппаратный математический сопроцессор. Использование этого устройства значительно снижает время выполнения программ PCFL (библиотека функций управления процессами), Редактор Уравнений, а также программ на языках МЭК Concept, что позволяет повысить производительность алгоритмов и математических вычислений [3].

Спецификация модуля ЦПУ приведена в приложении В.


3.5.3 Модули ввода/вывода

Модули ввода/вывода разработаны для взаимодействия с широким кругом периферийных устройств, отвечают международным электротехническим стандартам МЭК, что гарантирует их надежность в самых неблагоприятных промышленных условиях. Кроме того, система Quantum повышает надежность и работоспособность путем поддержки "горячей замены", то есть извлечения или вставки модулей ввода/вывода под напряжением без создания помех для других рабочих элементов систем управления.

Все модули могут быть настроены на переход в одно из трех аварийных состояний при нарушении связи. Возможные аварийные состояния модулей - отключение всех выводов, удержание последнего значения, переход в предустановленное состояние. Такая гибкость обеспечивает согласованное и предсказуемое поведение системы.

Модули ввода/вывода Quantum конфигурируется программным путем, используя программное обеспечение Concept или Modsoft. Использование карты ввода/вывода означает, что любой модуль может быть установлен на любом установочном месте независимо от типа. Все параметры настройки также включены в экран настройки карты ввода/вывода. Такая система избавляет от процедуры настройки с помощью переключателей или специальной релейно-контактной схемы для настройки и чтения данных из модулей.

После окончания настройки программное обеспечение системы способно обнаружить отсутствие или неисправность модуля и послать сообщение об этом в рамках контроллера. Наглядная индикация состояния каждого модуля при помощи светодиодов также помогает в устранении неисправностей.

Каждый модуль аналогового ввода/вывода имеет светодиодную панель с обширной диагностической информацией, включающей активность каналов ввода-вывода и специфические свойства модуля, такие как индикация неправильного подключения проводов, сгорание предохранителей, выход сигнала за пределы диапазона. Индикатор Active показывает состояния связи. В качестве модуля аналогового входа в данной системе автоматизации представлена модель 140 ACI 040 00, а аналогового выхода - 140 ACO 020 00. Спецификации и схемы подключения данных модулей представлены в приложении Г.

В качестве модуля дискретного ввода выбрана модель 140 DDI 353 00, а дискретного вывода - 140 DDO 353 00.

Спецификации и схемы подключения представлены в приложении Г.


3.5.4 Система горячего резервирования Quantum

Система горячего резервирования основана на двух идентично сконфигурированных программируемых логических контроллерах, связанных друг с другом и с одной и той же сетью удаленного ввода/вывода. При выходе из строя одного из контроллеров другой принимает на себя управление сетью.

Система горячего резервирования Quantum разработана для применений, в которых невозможна потеря управления. Эта система поддерживает наивысшую надежность путем избыточного резервирования. Две корзины сконфигурированы однотипным оборудованием и программным обеспечением.

Один из контроллеров работает как основной. Он контролирует объект путем выполнения программы и управления удаленным вводом/выводом.

Другой контроллер работает как резервный. Основной контроллер обновляет данные резервного контроллера после каждого скана. Резервный контроллер готов принять на себя управление в течение одного скана после отказа основного.

Возможно переключение из основного состояния в резервное. Любой из контроллеров может быть установлен в основное состояние, но один из них обязательно должен быть в состоянии резерва. Сеть удаленного ввода/вывода всегда управляется основным контроллером.

Примечание: cистема горячего резервирования Quantum поддерживает только удаленную сеть ввода-вывода (сеть RIO). Локальная сеть не поддерживается.

Оба контроллера объединены модулями горячего резервирования CHS 210. Этот модуль контролирует состояние своего контроллера и поддерживает связь с другим модулем горячего резервирования. Система непрерывно контролирует свое состояние. В случае отказа основного контроллера модуль горячего резервирования передает управление резервному контроллеру, который переходит в основной режим. В случае отказа резервного контроллера основной продолжает работать без резерва.

Оборудование системы горячего резервирования Quantium

микропроцессорной системы управления НПС. Система горячего резервирования Quantum состоит из двух 6-слотовых корзин 140 XBP 006 00. Каждая корзина снабжена идентичными модулями:

модуль источника питания;

программируемый логический контроллер 140 CPU 434 12;

процессор удаленного ввода/вывода;

модуль горячего резервирования 140 CHS 110 00;

сетевой модуль NOM (обеспечивает расширенные возможности в процессе передачи информации в системе Quantum, использующей Modbus Plus);

модуль-заглушка.

В системе используются три типа кабелей:

модули горячего резервирования связываются между собой по оптоволоконному кабелю (длиной 3 м) при скорости 10 МегаБод;

контроллеры связаны с сетью RIO коаксиальным кабелем;

модули NOM связаны с компьютером верхнего уровня при помощи кабеля "витая пара".

Также в системе используются вспомогательные компоненты:

по одному коаксиальному разветвителю (сплиттер) в каждом магистральном кабеле сети RIO;

по два самосогласующихся F-адаптера в каждом магистральном кабеле сети RIO;

одно магистральное согласующее устройство в каждом магистральном кабеле сети RIO.

Работа системы заключается в следующем, после того как система горячего резервирования запущена в работу, она продолжает функционировать автоматически. Она непрерывно тестирует себя на сбои и при обнаружении ошибки всегда готова передать управление с основного контроллера на резервный.

При работе системы в конце каждого скана основной модуль автоматически передает состояние предопределенной области статической памяти на резервное устройство. Это гарантирует, что резервный контроллер обеспечен свежими данными и готов принять управление в случае первой необходимости.

Если одна или обе оптоволоконные линии связи между модулями горячего резервирования выйдут из строя, основной контроллер будет работать в обычном режиме, без резерва.

Если основной контроллер выйдет из строя, резервный контроллер автоматически примет управление удаленной сетью ввода-вывода. Если сбой основного контроллера устранится, он примет на себя функцию резервного контроллера. Если ошибка не исчезнет, контроллер останется отключенным.

Если произойдет отказ резервного контроллера, он отключится. Основной контроллер будет функционировать в автономном режиме и продолжит управлять сетью ввода-вывода.


3.5.5 Модули Advantech

Двунаправленный модуль нормализации аналоговых сигналов с гальванической развязкой ADAM-3014.

ADAM-3014 - один из самых эффективных по стоимости модулей нормализации сигналов, с возможностью настройки в полевых условиях. Предназначен для защиты информационных сигналов от вредных наводок, шумов и других электрических помех.

ADAM-3014 разработан по новой технологии оптической развязки, чтобы обеспечить гальваническую развязку с низкой потребляемой мощностью, предельной точностью и устойчивостью в широком диапазоне рабочей среды.

Температурная погрешность ADAM-3014 - 150 * 10-6 диапазона измерения (150 ppm of full range), полоса пропускания на входе - до 2,4 кГц, потребляемая мощность 1,11 Вт (выход напряжения).

Для нормирования и передачи могут быть сконфигурированы многообразные диапазоны входа и выхода.

ADAM-3014 обеспечивает тройную гальваническую развязку. Источник питания, который снабжает входной и выходной контуры модуля, изолирован внутри, чтобы реально обеспечить изоляцию "канал-канал".

Входная полоса пропускания ADAM-3014 - обычно 2,4 кГц. ADAM-3014 питается от источника на +24 В постоянного тока.

ADAM-3014 может быть установлен на DIN-рельс и работать в условиях с высокой влажностью и широким диапазоном температур.применяется для изолирования сигналов, при преобразовании сигнала для распределительных систем и ПЛК, в качестве передатчика сигнала (0.20 мА) и усилителя сигнала. ADAM-3014 обладает широким диапазоном входа/выхода, простым конфигурированием диапазона входа/выхода, гибкой установкой на DIN-рельс и низкой потребляемой мощностью [3].

Спецификация и схема подключения приведены в приложение Д.

Также в систему автоматизации входит импульсный источник питания PWR-243. Спецификация приведена в приложении Е.


3.6 Технические средства автоматизации

.6.1 Электрические датчики давления серии Сапфир-22МТ (Россия)

Работа датчика основана на использовании тензоэффекта в полупроводниках. Измеряемое давление, воспринимаемое мембраной измерительного блока, преобразуется в силу, передаваемую на чувствительный элемент тензопреобразователя. Под действием силы упругий элемент тензопреобразователя деформируется, изменяя сопротивления расположенных на нем тензорезисторов.

Электронный блок преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал и осуществляет компенсацию температурных погрешностей.

Схема датчика давления Сапфир-22МТ показан на рисунке 3.3.


Рисунок 3.3 - Схема датчика давления Сапфир-22МТ


Тензопреобразователь 4, мембранно-рычажного типа размещен в нутрии основания 9, в замкнутой полости 11, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 8. Мембраны 8 приварены по наружному контуру у основанию 9 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 10 уплотнены прокладками 3. Воздействие измеряемого параметра (большее давление подается в плюсовую камеру, меньшее - в минусовую камеру 12) вызывает прогиб мембран 8, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов.

Электронный блок смонтирован на двух платах, которые размещаются в корпусе датчика. Блок схема электронного блока приведена на рисунке 3.4 Сигнал с тензопреобразователя 2 поступает на вход инструментального усилителя 3, на другой вход инструментального усилителя поступает сигнал от корректора температурной нелинейности начального значения выходного сигнала 5. В качестве информационного источника о значении температуры используется напряжение на диагонали питания тензопреобразователя. Сигнал с инструментального усилителя подается на корректор статической нелинейности 6 и оттуда на переключатель пределов 7.

Технические данные датчика Сапфир-22М (модель 2161):

диапазон входного давления, МПа 0.6,3

выходной ток, мА 4.20, постоянный

класс точности 0,5

порог нечувствительности, %, не более 0,1

погрешность нулевой точки, ± 0,5

зависимость входного и выходного сигнал линейная

температура измеряемой среды на входе датчика 0C минус 50. + 80

вибростойкость, Гц 0.500

Сигнал с переключателя пределов 7 подается параллельно на корректор температурной погрешности диапазона 8 и на один из выходов выходного преобразователя "напряжение - ток" 4. На второй вход преобразователя "напряжение - ток" подается сигнал коррекции температурной нелинейности диапазона 9. В качестве информационного источника о значении температуры используется независимый кремневый резистор, изготовленный из того же материала, что и тензорезисторы.


Рисунок 3.4 - Блок схема электронного блока


3.6.2 Уровнемер серии "ОМЮВ"

При нормальной работе центробежных магистральных насосов через уплотнительные устройства происходят небольшие утечки нефти. Эта нефть собирается и подаётся в специальный резервуар-сборник, откуда откачивается по мере накопления. Если уплотнительные устройства насоса неисправны, утечки нефтепродукта могут достигнуть значительной величины.

Приборы для контроля уровня "ОМЮВ" применяются в качестве аварийного выключателя уровня для предотвращения перелива. Например, следящий прибор для восприятия уровня типа "ОМЮВ 05-1" используется в качестве аварийного выключателя уровня для слежения за утечками в насосной. Прибор воспринимает превышение понтонами заданного максимального уровня и обеспечивает возможность блокировки и аварийной сигнализации. Устройство уровнемера "ОМЮВ 05-1" приведено на рисунке 3.5.


Рисунок 3.5 - Устройство уровнемера "ОМЮВ 05-1"


Прибор состоит из крепежного фланца 1, на котором с помощью болтов установлен корпус 2. Внутри корпуса после снятия крышки 3 имеется доступ к последовательным контактам 4. Многожильный кабель 5 для подключения подводится к корпусу выключателя через уплотнение 6, в качестве которого используется масло - и бензостойкая резина, помещенная в гнездо сальника 7. Внутри полой трубки 8, изготовленной из корозионно стойкого металла, помещена удерживающая балка 9, на которой расположен герметизирующий контакт 10. Контакт замыкается под действием постоянного кольцевого магнита, расположенного в сферическом поплавке 11 из полипропилена. Поплавок передвигается за счет выталкивающей силы жидкости.

Чувствительные элементы (герконы) работают по моностабильному принципу, когда при прохождении поплавка передается по одному импульсу; таким образом, после прохождения уровня обеспечивается хранение информации электронным путем.


4. Выбор системы виброконтроля МНА


Современные технологии требуют непрерывного контроля параметров технологического процесса и состояния оборудования. Одними из важнейших являются параметры механического движения, в частности параметры периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве (вибрации). Этими параметрами являются виброперемещение (амплитуда вибрации) и виброскорость (частота вибрации). Подобный контроль необходим в магистральных насосных агрегатах для уменьшения износа МНА.

Проведем выбор системы контроля вибрации.


4.1 Аппаратура контроля вибромониторинга (АКВ)


АКВ - аппаратура для вибромониторинга и диагностики разработана для контроля абсолютного виброперемещения элементов конструкций генераторов, т. ч. и с водородным охлаждением ТВВ-800-2. Используется автономно или совместно с управляющей ЭВМ. Имеет три базовых модификации, отличающиеся исполнительными функциями, контролируемыми параметрами (перемещение или виброскорость), количеством измерительных каналов и конфигурацией. Модификации АКВ-001, АКВ-003 имеют 40-канальное исполнение, контролируемый параметр - размах виброперемещения; модификация АКВ-002 - 12-канальное исполнение, контролируемый параметр - амплитуда виброскорости. Датчики вибрации, устанавливаемые в корпусе генератора, заключены в защитные капролоновые кожуха, устойчивы к воздействиям сильных электрических или магнитных полей. Для измерения вибрации в различных направлениях применяются различные конструкции защитных кожухов датчиков вибрации для контроля вибрации в радиальном и аксиальном направлениях. Вывод сигналов с датчиков вибрации осуществляется через герморазъемы, установленные на люках корпуса генератора. Аппаратура имеет выходы постоянного и переменного напряжения. Для модификации АКВ-001 индикация СКЗ виброперемещения осуществляется на блоке питания и управления. Переключение каналов осуществляется либо вручную оператором с выносного пульта, либо автоматически (последовательный опрос через каждые 2 секунды), либо по сигналам с управляющей ЭВМ. Для модификации АКВ-002 индикация амплитудного значения виброскорости осуществляется в блоке электронном. АКВ-002 имеет встроенный генератор для проверки работоспособности измерительных каналов. Управление переключением измерительных каналов - ручное. Обработка результатов измерения, архивация для АКВ-002 осуществляются управляющей ЭВМ. Модификация АКВ-003 имеет микропроцессорное управление. Аналоговая часть включает датчик и согласующий усилитель с программируемым адаптивным выходом, управляемым контроллером, обслуживающим до 20 измерительных каналов. Обмен данными с управляющей ЭВМ осуществляется по протоколу Modbus. В стандартной конфигурации АКВ-003 включает 40 измерительных каналов. Программное обеспечение СВИМ АКВ обеспечивает оперативную диагностику текущего состояния агрегата, передачу текущих значений в общестанционную АСУ, а также накопление длительных стационарных архивов [4].


Таблица - 4.1 - Технические характеристики системы "АКВ-002"

ХарактеристикаЗначениеАмплитудный диапазон, мм/с0,5…50Количество каналов12Частотный диапазон, Гц10…10000Погрешность, %5Уставки, мм/1Две, 1…50 (10…500 мкм) Рабочая температура преобразователей, 0C: первичный преобразователь вторичный преобразователь 10…+60 10…+30Питание, B~220Потребляемая мощность, Вт150

4.2 Аппаратура контроля вибрации "Каскад"


Автоматизированная система контроля вибрации и диагностики (АСКВД) представляет собой аппаратно-программный комплекс с распределенными вычислительными и информационными ресурсами, предназначенный для контроля, анализа и диагностики вибрационного состояния турбоагрегатов и другого вращающегося оборудования электростанций.

Вибродиагностический контроль осуществляется на всех режимах эксплуатации турбоагрегата, включая валоповорот, набор оборотов (пуск), работу под нагрузкой и на холостом ходу (номинальная частота вращения), режим проверки автомата безопасности, выбег (останов).

Применение АСКВД позволяет повысить вибрационную надежность, культуру эксплуатации и ремонта вращающегося оборудования, обеспечивает принятие своевременных мер, уменьшающих последствия отказов, предоставляет возможности для раннего обнаружения возникающих дефектов и неисправностей и предупреждения их опасного развития.

Состав:

программируемый контроллер, реализованный на базе высоконадежных технических средств промышленного применения;

рабочие станции АСКВД;

программное обеспечение расширенного вибромониторинга;

программа анализа трендов и амплитудно-фазочастотных характеристик выбегов и наборов оборотов;

программа диагностики по изменению оборотной вибрации;

программа балансировочных расчетов;

Функции:

оперативный контроль и ретроспективный анализ вибрационного и механического состояния агрегатов на основе измеряемых вибрационных параметров, параметров механических величин и вводимых из АСУТП эксплуатационных параметров;

предупредительная сигнализация при регистрации аномальных вибрационных состояний в соответствии с требованиями ПТЭ и ГОСТов, формирование сигналов тревоги для внешних устройств;

формирование архива значений вибрационных, механических и эксплуатационных параметров (базы данных), просмотр и анализ архивных данных;

оперативная и постоперативная диагностика вибрационного состояния турбоагрегатов;

обслуживание балансировочных и виброналадочных работ;

отображение и документирование информации;

распределение информации по рабочим станциям АСКВД с помощью сети Ethernet.

Отличительные особенности:

реализация системы в виде распределенной сети, обслуживающей все турбоагрегаты электростанции. Представление информации о вибрационном состоянии оборудования всем заинтересованным службам и специалистам электростанции непосредственно на рабочих местах пользователей;

автоматическое определение режимов эксплуатации турбоагрегата, возможность контроля и предупредительной сигнализации по индивидуальным уставкам, задаваемым для каждого режима.

автоматическое определение вибрационных параметров (амплитуд и фаз) на критических частотах вращения роторов, просмотр и анализ трендов вибрационных параметров на критических частотах;

быстрый просмотр архивных данных (трендов) за любой интервал времени с помощью гистограмм, спектрограмм и таблиц;

возможность контроля минимального динамического зазора в подшипниках скольжения при использовании аппаратуры контроля относительной вибрации роторов;

возможность организации работ по ретроспективном о анализу и диагностике вибрационного состояния агрегатов разных электростанций по архивным данным АСКВД на базе специализированных (энергоремонтных) предприятий энергосистем, осуществляющих вибрационное обслуживание.

Элементы системы "Каскад":

виброканалы для измерения абсолютной вибрации - однокомпонентные пьезоэлектрические вибропреобразователи со встроенной электроникой ВК-310 или выносной электроникой ВК-312 ВК-315 имеют нормированный выход по виброскорости, выход по току и преобразователь в двухпроводную линию;

виброканалы ВК-316 для измерения относительной вибрации и механических величин - вихретоковые преобразователи со встроенной или выносной электроникой;

вторичные блоки преобразователей ВК-321 и ВК-361 - блоки, которые вместе с виброканалами обеспечивают сигнализацию и отключение механизмов при превышении допустимого уровня вибрации (2 уставки - аварийная и предупредительная). К каждому вторичному блоку при помощи кабеля длиной до 1000 м подсоединяется один из виброканалов ВК-310 ВК-312 ВК-315ВК-316 Превышение уровня вибрации индицируется светодиодами на лицевой панели блока и приводит к срабатыванию встроенных реле (одно реле на каждую уставку). Блоки имеют встроенный аналоговый индикатор и цифровой индикатор, указатель неисправности кабеля, память для фиксации факта срабатывания реле;

вторичные блоки ВК-320 и ВК-320В предназначены для работы в системах автоматики. Подключаются к любому виброканалу и обеспечивают выход "4.20 мА", гальваническую развязку, искрозащиту, сигнализацию и отключение механизмов при превышении допустимого уровня вибрации (для вторичного блока ВК-320 - сухие контакты реле);

плата АЦП типа L-1450 производства ЗАО "L-CARD" предназначена для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму, для ввода, вывода и обработки аналоговой и цифровой информации с помощью программы вибромониторинга "VM-2000" и последующей передачи информации с протоколом Fast ETHERNET на рабочие станции с программным обеспечением "верхнего уровня". Плата устанавливается в промышленный компьютер "ADVANTECH" IPC-6806;

программное обеспечение "Вибромониторинг-2000" - АСКВД представляет собой аппаратно - программный комплекс с распределенными вычислительными и информационными ресурсами, предназначенный для контроля, анализа и диагностики вибрационного и механического состояния энергетических турбоагрегатов и другого вращающегося оборудования. АСКВД является системой непрерывно - периодического действия, которая может работать как автономно, так и в составе АСУТП электростанции.

Пьезоэлектрический преобразователь (далее - датчик) вибропреобразователя устанавливается на контролируемом агрегате. Измерение вибрации производится в осевом направлении датчика. Датчик преобразует механические колебания в электрический сигнал. Сигнал поступает на согласующий усилитель (встроенный в вибропреобразователь ВК-310, или выносной, соединенный с вибропреобразователем вибростойким кабелем в металлорукаве для ВК-312 (рисунок 4.1, 4.2).


Рисунок 4.1 - Вибропреобразователь ВК-310 со встроенной электроникой


Рисунок 4.2 - Вибропреобразователи ВК-312 с выносной электроникой


В согласующем усилителе сигнал поступает на входной усилитель заряда с фильтрами, а затем на интегратор. С выхода интегратора сигнал подается на преобразователь "напряжение-ток". Параметры этого преобразователя позволяют устанавливать вторичный блок на расстоянии до 1000 м от вибропреобразователя. Вибропреобразователь соединяется со вторичным блоком двухпроводной линией. Преобразователь "напряжение-ток" модулирует ток в линии связи между вибропреобразователем и вторичным блоком пропорционально мгновенному значению виброскорости. Одновременно по этой линии, напряжение питания поступает от вторичного блока к вибропреобразователю. Такая линия связи отличается высокой помехоустойчивостью и отсутствием перекрестного влияния каналов друг на друга при прокладке нескольких пар связи в одной оболочке [5].

Входным сигналом вторичного блока является переменный ток, пропорциональный мгновенному значению виброскорости, который по двухпроводной линии через барьер искрозащиты подается на преобразователь "ток-напряжение" (рисунок 4.3).


Рисунок 4.3 - Структурная схема вибропреобразователя ВК-310 (встроенный согласующий усилитель)


Рисунок 4.4 - Структурная схема вибропреобразователей ВК-312 (выносной согласующий усилитель)


Переменная составляющая напряжения с выхода преобразователя через нормирующий усилитель поступает на детектор средних квадратических значений (СКЗ). Узел уставок следит за СКЗ виброскорости и обеспечивает замыкание нормально разомкнутых контактов предупредительного и/или аварийного реле при превышении установленных уставок (кроме ВК-320В).

Нормирующий усилитель обеспечивает на выходе переменное напряжение в диапазоне "0.3 В", пропорциональное измеряемому СКЗ виброскорости.

Выходной преобразователь "напряжение-ток" обеспечивает на выходе постоянный ток, пропорциональный СКЗ виброскорости в диапазонах 0.5 мА и 4.20 мА у вторичного блока ВК-321 и 4.20 мА у вторичных блоков ВК-320 и ВК-320В. Блок питания обеспечивает стабилизированным питанием вторичный блок и вибропреобразователь.


- барьер искрозащиты с преобразователем "ток-напряжение"; 2 - блок питания; 3 - нормирующий усилитель; 4 - узел уставок; 5 - детектор СКЗ; 6 - преобразователь "напряжение-ток".

Рисунок 4.5 - Структурная схема вторичного блока ВК-320


Рисунок 4.6 - Общий вид вторичного блока ВК-320


Прибор обеспечивает выполнение следующих основных функций:

индицирование на передней панели состояния превышения предупредительного и аварийного уровней вибрации;

регулирование уровня срабатывания предупредительной и аварийной сигнализации;

запоминание факта срабатывания аварийной сигнализации с последующим ручным сбросом (сброс происходит только на вторичном блоке ВК-321);

формирование сигнала для управления внешними устройствами защиты при превышении установленных предупредительного и аварийного уровня виброскорости;

формирование выходных сигналов напряжения и тока, пропорциональных уровню виброскорости контролируемого объекта;

обеспечение питанием согласующий усилитель (далее по тексту - согласующий усилитель) вибропреобразователя по искробезопасной цепи;

индицирование неисправностей (обрыв или короткое замыкание) линий связи с вибропреобразователем.


Таблица 4.2 - Технические характеристики системы "Каскад"

ХарактеристикаЗначениеАмплитудный диапазон, мм/с0,5.300Количество каналов16Частотный диапазон, Гц20.200Погрешность, %3Уставки, ммДве, 1.30 (10.500 мкм) Рабочая температура преобразователей, ºC: первичный преобразователь вторичный преобразователь минус 30. +80 минус 30. +60Питание, B~220Потребляемая мощность, Вт50

Сравнив технические характеристики и стоимости систем, выберем систему контроля вибрации "Каскад".


4.3 Разработка программы управления насосным агрегатом


4.3.1 Описание работы контроллера Modicon TSX Quantum

Управление насосным агрегатом осуществляется контроллером. Он производит опрос датчиков и вырабатывает сигналы управления. К функциям, выполняемым контроллером, относятся:

контроль и сигнализация предельных значений;

управление объектом.

Сигнализация реализуются путем сравнения технологического параметра с определенным предельным значением (уставкой). В результате вырабатывается соответствующий сигнал.

Управление реализуется при помощи сравнения с граничными значениями и вырабатывается сигнал отключения. В частности для данного объекта это управляющие сигналы на отключение насосного агрегата.

Все первичные преобразователи подают на вход контроллера унифицированные токовые сигналы 4.20 мА. Данные сигналы принимаются контроллером и обрабатываются при помощи программы, загруженной из памяти программ.

В качестве примера можно представить аппаратуру контроля вибрации "Каскад".


4.4 Инструментальная система программирования промышленных контроллеров


Прикладное программное обеспечение (ПО) современных программируемых логических контроллеров (ПЛК), имеющих встроенную операционную систему, может быть разработано как с использованием традиционных инструментальных средств (компиляторы языков СИ, Паскаль, Фортран, Бейсик и т.д.), так и на основе специализированных языковых средств. Традиционная технология требует от разработчика знаний не только в области использования языков программирования, но и особенностей операционной системы, а также аппаратных возможностей данного контроллера и организации системы ввода/вывода. При этом разработанное ПО будет привязано только к данному типу контроллера и не может быть перенесено на другую аппаратно-программную платформу [6]. Потребность в специальных платформе - независимых языках программирования возникла давно. Она послужила причиной объединения усилий ведущих производителей контроллеров по разработке под эгидой Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) стандарты на такие языки программирования ПЛК. Одной из первых реализации стала инструментальная система ISaGRAF.

Одной из первых реализаций этого стандарта стала инструментальная система ISaGRAF, разработанная компанией CJlnternational (Франция).


4.4.1 Архитектура ISaGRAF

Система ISaGRAF состоит из двух частей: системы разработки ISaGRAF Workbench системы исполнения ISaGRAF Target. Система разработки представляет собой набор Windows - приложений, интегрированных в единую инструментальную среду и работающих под операционной системой (ОС) Windows 95/98/NT/XP.

Основу системы исполнения составляет набор программных модулей (для каждой целевой системы свой), выполняющих самостоятельные задачи, под управлением ядра ISaGRAF.

Ядро ISaGRAF реализует поддержку стандартных языков программирования, типового набора функций и функциональных блоков и драйверов ввода/вывода. Задача связи обеспечивает поддержку процедуры загрузки пользовательского ISaGRAF - приложения со стороны программируемого контроллера, а также доступ к рабочим переменным этого приложения со стороны отладчика системы разработки ISaGRAF. Взаимодействие систем разработки и исполнения осуществляется по протоколу MODBUS, что дает возможность доступа к данным контроллера не только отладчику ISaGRAF, но и любой системе визуализации и управления данными (SCADA). Драйверы устройств сопряжения с объектом организуют прозрачный доступ к аппаратуре ввода/вывода. Функции пользователя реализуют процедуры и алгоритмы функций. Системные функции предназначены для описания специфики конкретной ОС, реализованной на данном типе контроллеров.


4.4.2 Языки программирования, реализованные в ISaGRAF

В ISaGRAF заложена методология структурного программирования, позволяющая пользователю представить автоматизированный процесс в наиболее легкой и понятной форме. Стандартом МЭК 61131-3 определяется пять языков три графических (SFC, FBD, LD) и два текстовых (ST, IL). Помимо этих языков, ISaGRAF предлагает язык блок-схем (Flowchart). Все эти языки программирования интегрированы в единую инструментальную среду и работают с едиными объектами данных.

SFC - графический язык последовательных функциональных схем (Sequential Function Chart). Язык SFC предназначен для использования на этапе проектирования ПО и позволяет описать "скелет" программы - логику ее работы на уровне последовательных шагов и условных переходов.

FBD - графический язык диаграмм релейной логики (Ladder Diagramm). Язык FBD применяется для построения комплексных процедур, состоящих из различных библиотечных блоков - арифметических, тригонометрических, регуляторов, мультиплексоров и т.д.

LD - графический язык диаграмм релейной логики (Ladder Diagram). Язык LD применяется для описания логических выражений различного уровня сложности.

ST - язык структурированного текста (Structured Text). Это язык высокого уровня, по мнемонике похож на Pascal и применяется для процедур обработки данных. Из выше перечисленных языков выбираем язык ST, так как он наиболее приемлем как по уровню, так и по синтаксису, и удобен для реализации сложных алгоритмов и процедур.


4.5 Описание языка ST


ST (Structured Text) - текстовый высокоуровневый язык общего назначения, по синтаксису похожий на Паскаль. Происхождение: Grafcet (Telemechanique-Groupe Schneider). Язык по умолчанию используется для описания действий внутри шагов и переходов.программа - это список ST операторов. Каждый оператор заканчивается точкой с запятой (;). Имена, используемые в исходном коде (идентификаторы переменных, константы, ключевые слова), разделены неактивными разделителями (пробелами, символами окончания строки и табуляции) или активными разделителями, которые имеют определенное значение (например, разделитель ">" означает сравнение "больше чем"). В текст могут быть введены комментарии. Комментарий должен начинаться с " ("и заканчиваться")". Каждый оператор заканчивается точкой с запятой.

Основные операторы языка ST:

оператор присвоения (variable: = expression);

вызов подпрограммы или функции;

вызов функционального блока;

операторы выбора (IF, THEN, ELSE, CASE);

итеративные операторы (FOR, WHILE, REPEAT);

управляющие операторы (RETURN, EXIT);

специальные операторы для связи с такими языками как SFC.

Выражения.

() - для выделения частей выражения с целью изменения приоритета выполнения операций, в их отсутствии используется приоритет по умолчанию;

: = - присваивает переменной значение некоторого выражения или константы:

< переменная >: = <любое выражение или константа >

Переменная должна быть внутренней или входной и иметь один тип с выражением.

Булевы операторы:, AND, OR, XOR.

Арифметические операторы:

+ (сложение), - (вычитание), * (умножение), / (деление).

Операторы сравнения:

<, >, =, <>, <=, >=.

Оператор RETURN.завершает выполнение текущей программы. В блоке операций на языке SFC оператор RETURN обеспечивает конец выполнения блока.

Оператор IF - THEN - ELSE< условие1 >

then

< оператор1 >;

< оператор2 >;< условие2 >< список операторов >;< список операторов >;_if;

Оператор WHILE.- это циклическая структура для группы операторов на языке ST, условие продолжения которой вычисляется до каждой итерации.< условие > do

< оператор 1 >;

< оператор 2 >;_while;

Примечание: так как система программирования и исполнения программ на языке ST является циклически синхронизированной, то исходные переменные не обновляются в течение операции while и, следовательно, изменение состояния входной переменной не может быть использовано для описания условия оператора while.

Оператор REPEAT.- циклическая структура, условие продолжения которой вычисляется после каждой итерации.

< оператор 1 >;

< оператор 2 >;< условие >;_repeat;

Примечание аналогичное для while.

Оператор FOR.- выполняет ограниченное количество итераций, используя целочисленную переменную (integer) для ограничения.< index >: = < min > to < max > by <step > do

< оператор 1 >;

< оператор 2 >;_for;

где index - внутренняя переменная, step - шаг изменения переменной.

Оператор CASE.- оператор выбора из нескольких возможных вариантов.< выражения > do

: < список операторов 1 >;

,3: < список операторов 2 >;

.7: < список операторов 3 >;< список операторов else >;_case;

Управляющая конструкция case передает управление тому списку операторов, для которого значение константы совпадает со значениям выражения.

Операторы управления таймерными параметрами.- пуск обновление таймерной переменной. После выполнения этого оператора таймерная переменная наращивается на каждом временном цикле выполнения программы вплоть до остановки оператором TSTOP, называемого остановка обновления. Операторы TSTART и TSTOP не присваивают значение таймерной переменной.


4.6 Создание проекта и программ в системе ISaGRAF


Имена проектов и программ подчиняются следующим правилам:

максимальная длина имени - 8 символов;

первый символ должен быть буквой;

следующие символы могут быть буквами, цифрами или символом "_";

для имени программы регистр символов является несущественным.

Программы изображаются в виде иерархического дерева и разделены на три логические секции. Программы верхнего уровня всегда активны и выполняются в следующем порядке:

чтение входных данных;

выполнение программ верхнего уровня секции BEGIN (начальной);

выполнение программ верхнего уровня секции SEQUENTIAL (последовательной);

выполнение программ верхнего уровня секции END (конечной);

обновление выходных данных.

Программы верхнего уровня секции BEGIN и END не могут быть описаны на языке SFC и наоборот, программы верхнего уровня секции SEQUENTIAL должны быть описаны на языке SFC. Язык SFC не может быть использован для циклических программ и их подпрограмм.

Объявление переменных осуществляется в словаре "Dictionary". Уровень использования переменной или пользовательских определений - это набор объектов, которые могут использовать эти переменные или определения.

Существует 3 уровня:(общие) - доступны любой программе любого проекта;(глобальные) - доступны любой программе выбранного проекта;(локальные) - доступны выбранной программе выбранного проекта.

Переменные ввода/вывода всегда относятся к уровню GLOBAL. Уровень COMMON используется только для пользовательских определений.

При задании имени переменных руководствуются следующими правилами:

максимальная длина имени - 16 символов;

первый символ должен быть буквой;

следующие символы могут быть буквами, цифрами или символом "_;

для имени переменной регистр символов является несущественным.

Программы верхнего уровня секций BEGIN и END не могут быть описаны на языке SFC. И наоборот, программы верхнего уровня секции SEQUENTIAL должны быть описаны на языке SFC.

Владельцем подпрограммы может быть только одна родительская программа. Подпрограмма может иметь локальные переменные и пользовательские определения. Для описания подпрограммы может быть использован любой язык, кроме SFC.

Присоединение переменных ввода/вывода позволяет программисту определить физические платы систем и каким образом переменные ввода/вывода присоединяются к каналам этих плат. Переменные ввода/вывода должны быть объявлены в словаре до присоединения их к платам ввода/вывода.

Команда "Make Application" позволяет пользователю проверить синтаксис программ выбранного проекта. Если программы проверены на наличие ошибок (и ошибки не обнаружены), при генерации кода они больше не проверяются до тех пор, пока не будут изменены их пользовательские определения или переменные.

В режиме "Имитация" открывается окно имитатора системы исполнения. Этот режим полезен для тестирования любой прикладной программы, когда аппаратные средства системы исполнения недоступны.


4.7 Программирование контроллера


Работа начинается с создания проекта в ISaGRAF. В описании проекта (Edit description) можно указать автора проекта, его название, версию. В самом проекте создается программа (File - New), при этом можно указать какой язык программирования будет использоваться, тип программы [6].

Перед тем, как ввести текст программы, необходимо объявить используемые в ней переменные. Это выполняется с помощью команд меню "Dictionary".

Глобальные переменные (global variables) доступны любой программе созданного проекта. Среди переменных можно выделить следующие:

аналоговые;

логические;

таймерные.

Переменные могут быть входными, выходными и внутренними. Аналоговые переменные могут быть целочисленными или вещественными.

Список переменных, применяемых в программе для данного проекта, приведен в таблице 4.3.


Таблица 4.3 - Список переменных

Идентифи - каторСигналТип сигналаОписаниеXpusk1BooleanInput Пуск НА с закрытой задвижкойXpusk2BooleanInputПуск НА с преоткрытой задвижкойXpusk3BooleanInputПуск НА с открытой задвижкойXvBooleanInputВсасывающий клапан открытXnBooleanInputНапорный клапан открытXadBooleanInputЭД включенXcBooleanInputНоминальная частота ЭДXstop1BooleanInputОстановка НА с закрытой задвижкойXstop2BooleanInputОстановка НА с преоткрытой задвижкойXstop3BooleanInputОстановка НА с открытой задвижкойYBooleanInputВыключение аварийной сигнализацииUvBooleanOutputОткрытие всасывающего клапанаUnBooleanOutputОткрытие напорного клапанаUadBooleanOutputВключение ЭДIBooleanOutputАварийная сигнализацияSnMessagesOutputСообщение о состоянии напорной задвижкиSvMessagesOutputСообщение о состоянии всасывающего клапанаSadMessagesOutputСообщение о состоянии ЭДSAlarmMessagesOutputСообщение о состоянии в случае аварииT1TimersInternalТаймеры для выдержки времени при открытии клапанов (8 сек) и включении ЭД (10 сек) T2TimersInternal

4.8 Алгоритм сигнализации и управления насосным агрегатом


Программа включения на "закрытую задвижку" предусматривает сначала полное открытие задвижки на всасывании, затем запуск основного электродвигателя и после этого - открытие напорной задвижки. Перед включением этой программы обе задвижки агрегата закрыты. Программа на "закрытую задвижку" обеспечивает наиболее легкие условия включения основного электродвигателя, так как в период запуска насос потребляет наименьшую возможную мощность, но создает большие давления на корпус насоса и саму задвижку. Поэтому программа включения агрегата "на закрытую задвижку" может быть рекомендована только в случаях, когда другие программы включения не допускаются схемой электроснабжения станции.

Программа включения на "приоткрытую задвижку" отличается от описанной выше только тем, что напорная задвижка агрегата включается на открытие немного раньше, чем запускается основной электродвигатель. Таким образом, облегчаются условия работы электропривода задвижек, так как в момент запуска и достижения номинальной частоты вращения электродвигателя привода затвор задвижки практически разгружен. Промежуток времени между включением напорной задвижки и включением основного электродвигателя по возможности увеличивается, если это допускают условия пуска основного двигателя, что позволяет уменьшить давление на корпус насоса и напорную задвижку при включении, а также уменьшить ударную нагрузку на обратный клапан.

Программа включения на "открытую задвижку" предусматривает запуск основного двигателя агрегата после полного открытия напорной задвижки. По этой программе корпус насоса и напорная задвижка в процессе включения агрегата практически не испытывают давления большего, чем при работе агрегата в стационарном режиме; обратный клапан практически не испытывает ударной нагрузки, и перепад давления на напорной задвижке в процессе ее открытия отсутствует.

Граф переходов алгоритма представлена на рисунке 4.7.


Рисунок 4.7 - Граф переходов алгоритма управления МНА


4.9 Результаты работы программы


Система программирования ISaGRAF позволяет осуществить эмуляцию работы контроллера при помощи меню Debug - Simulate. Для этого необходимо связать входные и выходные переменные с панелями ввода/вывода (пункт меню Make - I/O Connection) и произвести компиляцию программы (пункт меню Make - Make application). Покажем работу программы для разных вариантов входных сигналов [6].

Выход МНА на рабочий режим осуществляется следующим образом. После выбора программы запуска с пульта управления АРМа оператора (в данном случае выбираем программу запуска на закрытую задвижку) подается сигнал Pusk. После чего происходит запуск вспомогательных систем и МНА (рисунок 4.8).


Рисунок 4.8 - Подача команды Xpusk1 и пуск в нормальном режиме работы НА на закрытую задвижку


Во время запуска МНА производится выбор метода запуска, в данном случае на приоткрытую задвижку (рисунок 4.9).


Рисунок 4.9 - Подача команды Xpusk2 и пуск в нормальном режиме работы НА на приоткрытую задвижку


На рисунке 4.10 показан пуск насоса в нормальном режиме при открытой задвижке.


Рисунок 4.10 - Подача команды Xpusk3 и пуск в нормальном режиме работы НА на открытую задвижку


Во время работы НА возможны аварийные ситуации. При превышении оборотов подшипников, если не подать команду (в течение 8 сек) на открытие всасывающего клапана (рисунок 4.11), то об этом сигнализирует электрическое табло и срабатывает звуковая сигнализация.


Рисунок 4.11 - Срабатывание аварийной сигнализации


После выбора программы останова с пульта управления АРМа оператора (в данном случае выбирается программа остановки МНА всех трех режимов работы задвижек) подается сигнал на отключение электропривода МНА и на закрытие входной и выходной задвижек МНА.

Повторный запуск МНА осуществляется только после устранение всех алармов.

5. Охрана труда и техника безопасности магистральной насосной МНПП "Уфа-Западное направление"


Темой дипломного проекта, является автоматизация магистрального насосного агрегата ЛПДС "Черкассы".

С целью обеспечения безопасности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации, в данном разделе необходимо дать характеристику производственной среды, в которой будет произведена модернизация системы автоматики, и провести анализ опасных и вредных производственных факторов.

Безопасность производства должна соблюдаться по всем видам работ, связанных с монтажом, эксплуатацией и ремонтом средств автоматизации.

Нарушение требований правил техники безопасности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации может привести к авариям и производственным травмам, а экологической безопасности - к загрязнению окружающей среды.

Вследствие того, что нефтеперекачивающая насосная станция является вредным и опасным производственным объектом, в данном разделе будут рассматриваться мероприятия по безопасной эксплуатации оборудования и будет произведен анализ безопасной работы средств автоматизации.


5.1 Анализ потенциальных опасностей и производственных вредностей


В предыдущих разделах дипломного проекта рассматривалась технологическая схема ЛПДС "Черкассы" и система автоматического управления технологическими процессами.

Первичные приборы контроля состояния технологического процесса (датчики давления, уровня, температуры, расхода, загазованности и т.д.) устанавливаются непосредственно в насосной, где в процессе эксплуатации рабочей средой является дизельное топливо, возможное возникновение взрывоопасных смесей, характеристики которых приведены в таблице 5.1


Таблица 5.1 - Взрывоопасные и токсические свойства веществ в рассматриваемой производственной среде

Наименование веществаАгрегатное состояниеКласс опасности веществ по ГОСТ 12.1.007-06Температура °С Концентрацион-ный предел взрываемости, % объемПДК веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений, мг/м3Давление насыщенных паров при T=37,8° С, мм рт. ст.вспышкисамовоспламенениянижнийверхнийБензин (АИ-93) ЛВЖ (п) 4-363601,17,0100447Дизельное топливо (зимнее) Ж (п) 4482400,557,0300

Пары нефтепродуктов действуют, главным образом, на центральную нервную систему. Признаки отравления чаще всего проявляются в головокружении, сухости во рту, головной боли, тошноте, сердцебиении, общей слабости и потери сознания.

На быстроту поступления паров нефтепродуктов из воздуха в кровь влияет их растворимость в воде, близкая к растворимости в крови.

Нефтепродукты практически нерастворимы в воде. Углеводороды способны растворяться в поту и жировом покрове кожи, а затем всасываться через кожу и поступать в кровь. При этом начинается головокружение, тошнота.

Перекачиваемое дизельное топливо испаряется и способно образовывать взрывоопасную смесь. Нефтепродукты относятся к легковоспламеняющимся веществам. Их пары с воздухом образуют взрывоопасную смесь. Это выдвигает повышенные требования к надежности и эффективности пожаро- и взрывозащиты. Пары нефтепродуктов способны создавать опасность воспламенения от источника огня. Блуждающие пары тяжелее воздуха, поэтому они стелятся по поверхности пола в цехе, затекают с воздухом и образуют горючие и взрывоопасные смеси.

Пожароопасность технологических процессов в значительной степени определяется физико-химическими свойствами нефтепродуктов [7].

Классификация сооружений по НПБ 105-03 и ПУЭ приведена в таблице 5.2


Таблица 5.2 - Взрывопожарная и пожарная опасность, санитарная характеристика производственных зданий, помещений и наружных установок

Наименование производственных зданий, помещений, наружных установок Категории взрывопожароопасной и пожарной опасности зданий и помещений (НПБ 105-03) Классификация зон внутри и вне помещений Класс взрывопожароопасной или пожароопасной зоны (ПУЭ и ПБ 08-624-03) Категория и группа взрывопожароопасных смесей (ГОСТ12.1.011-78) Р51330.5-99 Р51330.11-99НасоснаяАВ-1аIIА-ТЗОператорнаяД--

При обслуживании первичных датчиков в насосном зале, возникает опасность воздействия на человека шума и вибрации источником которых является насосно-силовое оборудование. Длительное воздействие вибрации высоких уровней на организм человека приводит к развитию преждевременного утомления, нарушению вестибулярного аппарата, снижению остроты слуха, нередко к возникновению профессиональной патологии - вибрационной болезни. Допустимые уровни шума на рабочих местах нормируются документами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки" и СНиП 23-03-2003 "Защита от шума" и не должны превышать 80дБ.

Помещение рассматриваемого насосного зала ЛПДС, где установлены четыре насосных агрегата НМ 1250-400, отделено негорючей перегородкой от зала электродвигателей (рисунок 5.1).


Рисунок 5.1 - Cхема насосной ЛПДС


В разделительной стене в месте прохождения вала соединения насосов и электродвигателей устанавливаются специальные устройства, обеспечивающие герметичность разделительной стенки (диафрагмы с камерами беспромвальных соединений).

Согласно ГОСТ 12.1.019-96, насосный зал относится к помещениям с повышенной опасностью, так как имеет токопроводящие полы, возможно, одновременное прикосновение человека к соединяемым с землей технологическим аппаратом с одной стороны и к металлическим корпусам средств автоматизации - с другой.

В процессе эксплуатации средств автоматизации существует опасность поражения электрическим током. Приборы и средства автоматизации находятся под напряжением 24 В постоянного тока. Так как насосный зал имеет токопроводящие полы, то возможно, одновременное прикосновение человека к соединяемым с землей технологическим аппаратом с одной стороны и к металлическим корпусам средств автоматизации - с другой.

Удар электрическим током вызывает рефлекторную реакцию со стороны центральной нервной системы и ведет к нарушению нормального ритма работы сердца. В результате наблюдается нарушение или полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

При монтаже, наладке, эксплуатации, и ремонте систем автоматики производственные опасности и вредности могут быть обусловлены следующими факторами:

недостаточная освещенность насосного зала при работе в темное время суток, вызывающая повышенную утомляемость, замедляющая реакцию, что может явиться причиной травм;

воздействием атмосферного электричества в насосном зале в летнее время. Прямой удар молнии, при котором ток может достигать 200 кА, напряжение 100 кВ, а температура в канале молнии приблизительно 25000°С, вызывает разрушения большой силы;

при перекачке нефтепродуктов создаются условия для накопления статического электричества с потенциалом до ?=80 кВ. Это является причиной нарушения технологических процессов, снижения точности показания приборов автоматики, неблагоприятно отражается на здоровье рабочих;

наличием давления в аппаратах трубопровода до 5,4 МПа и т.д., в которых эксплуатируются приборы и средства автоматизации производственных процессов. В случаях разгерметизации, отказа регулирующих органов и приборов контроля системы автоматизации, а также при несоблюдении требований ГОСТ 12.2.085-2002 "ССБТ. Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные", возможно возникновение аварийной ситуации;

воздействием движущихся и вращающихся частей оборудования насосов при монтаже, демонтаже и эксплуатации приборов и средств автоматизации;

воздействием шума и вибрации как на приборы, так и на обслуживающий персонал [8].


5.2 Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации объектов ЛПДС "Черкассы"


Согласно регламентам и правилам ПТЭ, ПТБ, ПУЭ и РД 153-39.4-056-00, во избежание несчастных случаев при обслуживании оборудования, направляемый на работу персонал должен иметь соответствующую подготовку, пройти производственный инструктаж, ознакомиться с правилами внутреннего распорядка, общими правилами техники безопасности и должностной инструкцией на поручаемом ему для обслуживания участке или агрегате, а также с методами оказания первой помощи. По окончании инструктажа направляемые на работу сдают экзамен по технике безопасности в соответствии с ПБ 08-624-03 и другими руководящими нормативными документами и получают удостоверение с присвоением квалификационной группы. Инструктажи допуска персонала к самостоятельной работе соответствуют требованиям ГОСТ 12.0.004-90 (1999)"ССБТ. Организация обучения безопасности труда. Общие положения". Перед ремонтом оборудования должны быть назначены ответственные лица за организацию и проведение ремонта, подготовку к нему аппаратуры, оборудования и коммуникаций, выполнение мероприятий по пожарной безопасности и охране труда, предусматриваемых планом организации и проведения работ [7].

Во избежание утечек в насосной ЛПДС "Черкассы" важнейшим фактором при перекачке нефтепродуктов является герметизация основного насосного оборудования и системы трубопроводов. Герметизация обеспечена за счет сварного соединения стыковочных мест. Гибкие связи в системе технологических трубопроводов герметизируются при помощи хомутов с использованием герметика марки МГ-5.

Основными мероприятиями для предотвращения превышения давления сверх допустимого являются:

-постоянный контроль за режимом работы насосов, автоматизация процесса при превышении разрешенного давления автоматически останавливается насос;

-своевременное и качественное проведение ППР оборудования и контроль за состоянием торцевых уплотнений насосов, фланцевых соединений трубопроводов;

-периодическое прохождение обслуживающим персоналом инструктажа и обучение безопасным методам работы.


5.3 Мероприятия по промышленной санитарии


5.3.1 Требования к спецодежде

Обеспечение работников специальной одеждой и обувью выполняется согласно ГОСТ 12.4.011-89 (2001) ССБТ "Средства защиты работающих. Общие требования и классификация" (таблица 5.3), а также в соответствии с "Правилами обеспечения работников спецодеждой, спецобувью и другими средствами индивидуальной защиты".


Таблица 5.3 - Средства индивидуальной защиты

Виды происшествий, приводящие к несчастным случаямСредства индивидуальной защитыВоздействие вредных веществ (отравление, воздействие на кожу) Фильтрующие противогазы марки АБКФ, шланговые противогазы ПШ-1 и ПШ-2Поражение эл. током. Диэлектрические перчатки, калоши, коврики, указатели низкого напряжения, инструменты с изолированными рукояткамиПадение с высотыСпец. одежда, спец. обувь, защитные каски

Выдаваемые работникам средства индивидуальной защиты, должны соответствовать характеру, условиям работы и обеспечивать безопасность труда.


5.3.2 Требования к освещению

В дневное время суток освещение естественное. В ночное предусмотрено местное и общее освещение. В насосном цехе применяются светильники взрывозащищенного исполнения ВЗГ-200, кроме того, предусмотрено аварийное освещение, независимое от основного.

В качестве источников света при искусственном освещении операторной следует применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛД и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещении операторной и насосном цехе следует проводить чистку стекол и светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.

Освещенность местного и основного освещения в насосном цехе согласно СНИП-23-05-95* должна Е = 75 лк. Освещенность рабочих поверхностей мест производства работ, расположенных в операторной Е = 200 лк.


5.3.3 Требования к микроклимату

Показателями, характеризующими микроклимат, являются:

температура воздуха;

относительная влажность воздуха;

скорость движения воздуха.

В помещении операторной должны соблюдаться оптимальные величины параметров воздуха согласно ГОСТ 12.1.005-88:

температуры минус 21 до минус 23°С в холодный период года, 22-24°С - в теплый;

относительной влажности - 40-60%;

скорости движения - 0,1 м/с в холодный период года, 0,2 м/с - в теплый.

Микроклимат в помещении операторной согласно СНиП 2.04.05-91* поддерживается отоплением, приточно-вытяжной вентиляцией и кондиционированием. Для повышения влажности воздуха в помещениях с ПЭВМ следует применять увлажнители воздуха, заправляемые ежедневно дистиллированной или прокипяченной питьевой водой.

Содержание вредных химических веществ в производственных помещениях, работа на ПК в которых является основной (диспетчерские, операторские и др.), не должно превышать "Предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов".

Методы борьбы с шумом и вибрацией сводятся к уменьшению их возникновения. Для снижения или исключения вибрации СНиП 23-03-2003 предусматривает следующие меры:

-правильное проектирование оснований под оборудование с учетом динамических нагрузок и изоляция их от несущих конструкций и инженерных коммуникаций;

-центровка и балансировка вращающихся частей агрегатов.

В качестве индивидуальных средств защиты от шума используются наушники или антифоны.

Рабочие, подвергающиеся воздействию вибрации должны регулярно проходить медосмотр.


5.4 Мероприятия по пожарной безопасности


Безопасность. Общие требования:

-вспомогательное оборудование, электродвигатели, аппараты управления должны иметь степень защиты, соответствующее классу зоны, а также должны иметь аппараты защиты от коротких замыканий и перегрузок;

-запрещается использовать электрические аппараты и приборы в условиях, не соответствующих рекомендациям предприятий изготовителей или неисправных, создающие угрозу возникновения пожара, а также электропровода и кабели с поврежденной или потерявшей защитные свойства изоляцией;

запрещается пользоваться розетками, рубильниками и другими средствами с открытыми контактами;

-запрещается пользоваться электронагревательными приборами;

-во взрывоопасных зонах работать только с инструментом не дающим искру;

-смазочные материалы хранятся в специальных металлических лотках бочках с плотно закрывающимися крышками, промасленная ветошь собирается в специально отведенные места;

-запрещается курить и разводить открытый огонь в необорудованных для этого местах, для предупреждения вывешиваются предупредительные плакаты "НЕ КУРИТЬ".

Все первичные приборы контроля и регулирования, установленные по месту, в зонах возможного возникновения загазованности предусматривается выполнять в искробезопасном исполнении 2ExiIIАТ2 и 1ExdIIАТЗ, что позволяет производить измерение во взрывоопасной среде.

Насосная станция оснащена системой автоматического пожаротушения (АППТ), позволяющей тушить возможные очаги пожара автоматически.

Вентиляция в насосном зале установлена приточно-вытяжная кратностью воздухообмена 4: 1 для удаления взрывоопасной смеси воздуха с парами нефти.

В дополнение к этому предусматривается установка обратных клапанов па трубопроводе, срабатывающие термоэлементы для включения системы автоматического пожаротушения, установка дверей и окон, открывающихся наружу, заземление металлического оборудования от статического и атмосферного электричества. Соединение насосов и электродвигателей осуществляется через специальные отверстия в герметизирующей камере фрамуги разделительной стенки, к которому подается чистый воздух для создания пневмозащиты. При аварийном нарушении герметичности трубопроводов и оборудования, автоматически отключается вышедший из строя агрегат.

Система АППТ оборудована резервным питанием, а на станции пенотушения установлен дизель-генератор на случай отсутствия электроэнергии.

Система АППТ управляется контроллером сигнальным автоматического пожаротушения (КСАП), осуществляющий контроль за состоянием насосной станции. В насосной станции установлены инфракрасные датчики контроля "Ясень". При возникновении пожара, на объектах охраны контроллер КСАП автоматически запускает пенный насос и открывает соответствующие задвижки на насосную, сигнал с контроллера КСАП поступает в пожарное депо где находятся две дежурные пожарные машины и пожарный расчет. На каждом из входов в насосную устанавливаются ручные пожарные извещатели [9].

Для ликвидации небольших очагов возгорания, на территории предусмотрена установка щитов с пожарным инвентарем, песок, кошма, багор, лом, ведра, огнетушители серии ОХП-Ю и ОУ-8. Пожарный инвентарь окрашивается в красный цвет.


5.5 Расчет установки пенного тушения и пожарного водоснабжения


Пожарная безопасность объекта должна обеспечиваться системами предотвращения пожара и противопожарной защиты, в том числе организационно-техническими мероприятиями.

Система пожарной автоматики предназначена для:

-автоматического обнаружения очага возгорания;

-оповещения персонала о пожаре;

-приведения в действие системы пенотушения в автоматическом или ручном режимах, для локализации очага пожара.

Автоматическая система управления пенного пожаротушения (АСУ ПТ) на ЛПДС "Черкассы" выполняется на базе микропроцессорных средств, которая обеспечивает:

-непрерывный контроль и управление системами тушения пожаров в режиме ожидания (до возникновения пожара) и в режиме "Пожар";

функционирование централизованной или распределенной автоматизированной системы с возможностью расширения выполняемых функций без изменения структуры программного обеспечения;

-работу системы автоматизации автономно, в локальной сети и в составе многоуровневой автоматизированной системы управления.

На объекте ЛПДС "Черкассы" эксплуатируется система автоматической установки пожаротушения, в состав которой входит заранее приготовленный 6% водный раствор пенообразователя, хранящийся в специальных подземных резервуарах. В период тушения пожара насосами пожаротушения, раствор подаётся к пеногенераторам.

Комплексная система автоматического пожаротушения на ЛПДС "Черкассы" в нефтенасосных предусмотрена на пену высокой кратности.

Для локализации аварий и тушения пожаров в насосной, применяется стационарная воздушно-пенная установка конструкции ОВПО-2 и два пожарных гидранта.

Огнегасильное вещество - воздушно-механическая пена, имеющая кратность около восьмидесяти и хорошую подвижность.

Пена получается в стационарных пеногенераторах ГПС-600 при смешении шести процентного раствора пенообразователя ПО-1 с воздухом. Обладает незначительной электропроводностью и поэтому применяется для тушения пожаров в электроустановках, находящихся под напряжением.

Метод тушения - комбинированный, от площади к объему, это диктуется наличием трубопроводов на высоте 1,85 м, поскольку очаг пожара может возникнуть в любой точке по высоте трубопроводов обвязки, а остаточное давление в трубах будет способствовать образованию форсуночного горения, то при расчёте на объёмное тушение высота принимается равной 1,9 м.

Площадь пожаротушения составляет 162 м2.

Защищаемый объём, согласно принятой высоте, будет равен 308 м2.

Производительность принятого пеногенератора по пене составляет 0,6 м3/с или 36 м3/мин.

Расход раствора пенообразователя типа ПО-1 составляет 0,006 м3/с или 0,36 м3/мин.

Определение количества пеногенераторов производиться по формуле приведенной во "Временных указаниях по тушению пожаров в кабельных туннелях и помещениях, высоко кратной воздушно-механической пеной":



гдеn - искомое число пеногенераторов;

3,5 - коэффициент, учитывающий разрушение пены;

V - защищаемый объём, м3;

T - расчётное время тушения пожара, мин;

Q - производительность пеногенераторов по пене, м3/мин.

Расчётное время тушения пожара t = 10 мин.

Необходимое количество пеногенераторов составит:



По расчётам принимаем три пеногенератора. Для работы трех пеногенераторов ГПС-600 необходимо обеспечить суммарный расход пенообразователя 1,08 м3/мин.

Расчёт бака-дозатора производится с учётом троекратного запаса пенообразователя по формуле:



гдеVб. д. - объём бака-дозатора, м3;

Q - расход ПО-1 на один ГПС-600, м3/мин;

N - число ГПС-600;

T - расчётное время тушения пожара, мин;

3 - коэффициент, учитывающий запас пенообразователя.

Расчётный объём бака-дозатора составит:


Vб. д. = 0,36*3*10*3 = 32,4 м3.


Принимаем бак-дозатор объёмом 32 м3, серии 5-904-43. Размер бака составляет 4,24*5*1,508 м.

Диаметр трубопровода для обеспечения подачи раствора пенообразователя в количестве 1,08 м3/мин определяется по таблицам для гидравлического расчета, в зависимости от напора перед пеногенератором, определяемым по формуле:


hгп = hвод - hтр - hпс - Z,


гдеhгп - напор перед пеногенератором, м;

hвод - напор в системе пожарно-производственного водовода, 80 м;

hтр - потери напора в трубопроводе, м;

hпс - потери напора на работу пеносмесителя, м;

Z - высота установки пеногенераторов, м.

Потери напора в трубопроводе определяются по формуле:


hтр = i*L,


гдеI - гидравлический уклон, 0,0103;

L - длина расчетного участка, 22 м.

Потери напора на работу пеносмесителя определяются по формуле:


hпс = (hвод-hтр) *0,3,


где 0,3 - коэффициент, учитывающий потерю напора на работу пеносмесителя.


hгп = 80 - 0,0103*22 - (80 - 0,0103*22) *0,3 - 4,2 = 51,6 м.


По результатам расчёта видно, что напор перед пеногенератором находится в допустимых пределах 40.60 м.

Диаметр подходящих и отходящих трубопроводов принимается равным 150 мм.

Схема станции пенотушения насосной ЛПДС "Черкассы" представлена на рисунке 5.2.


Рисунок 5.2 - Схема установки автоматического пожарного пенотушения


6. Оценка экономической эффективности автоматизации линейно-производственной диспетчерской станции "Черкассы"


Задача автоматизации линейно-производственной диспетчерской станции "Черкассы", рассмотренная в дипломном проекте, является одной из прикладных задач, разработанных для автоматизированных рабочих мест (АРМ) специалистов, автоматизированной системы управления АСУ ТП ЛПДС для перекачки нефти

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) предназначена для автоматизации технологических объектов, автоматизации деятельности специалистов перекачивающей станции по контролю и управлению технологическим процессом и производством, по подготовке данных для АРМ специалистов районного диспетчерского пункта (РДП).

Актуальность замены существующей системы АСУ ТП на базе современных технических и программных средств значительно возросла в связи с повышением стоимости энергоресурсов, содержания обслуживающего персонала, дорогостоящего оборудования, повышения требований к надежности работы оборудования и электроснабжения.

Замена существующей системы АСУ ТП линейно-производственной диспетчерской станции "Черкассы" позволит:

приблизить вычислительные ресурсы непосредственно к технологическим объектам управления;

обеспечить решение новых задач (оперативное управление в реальном масштабе времени, диагностика и прогнозирование состояния оборудования);

повысить оперативность принятия решения на основе повышения информированности персонала и достоверности данных;

проводить расширение и совершенствование функции системы в процессе создания.

6.1 Основные источники повышения эффективности


Основными источниками повышения являются:

сокращения потерь технологической жидкости и расхода электроэнергии за счет их рационального использования и своевременном обнаружении аварийной ситуации;

сокращение затрат на электроэнергию за счёт её рационального использования (выравнивание нагрузок, снижение оплачиваемой мощности в часы максимальных нагрузок);

сокращение затрат по сбору, обработке и анализу информации обслуживаемых объектов;

сокращение затрат на ремонт и обслуживание оборудования.

В конечном счете, повышение оперативности и качества управления процессами перекачки нефти окажет положительное влияние на транспортировку нефти.


6.2 Методика расчета экономической эффективности


Для оценки эффективности инвестиционных проектов применяются методы дисконтированной оценки, которые базируются на учете временного фактора. Они учитывают временной фактор с позиции стоимости денег в будущем. Для оценки используются следующие показатели экономической эффективности.


6.2.1 Чистый дисконтированный доход (ЧДД)

Заключается в оценке чистого дохода за определенный промежуток времени. Он определяется как сумма текущих эффектов за весь расчетный период. На практике часто пользуются следующей формулой для определения ЧДД:


ЧДД , (6.1)


где Rt - результаты, достигаемые на t-ом шаге расхода;

Зt - затраты, осуществляемые на том же шаге;

Т - горизонт расчета (равный номеру шага расчета, на котором амортизация полностью проведена);

Е - норма дисконта.

Если ЧДД инвестиционного проекта положителен, проект является эффективным (при данной норме дисконта). Чем больше ЧДД, тем эффективнее проект.


6.2.2 Индекс доходности (ИД)

Представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капиталовложений:


ИД . (6.2)


Индекс доходности тесно связан с ЧДД. Он строится из тех же элементов и его значение тесно связано со значением ЧДД: если ЧДД положителен, то ИД больше единицы.

Внутренняя норма доходности (ВНД) - ставка дисконта, которая уравновешивает приведенные выгоды с приведенными затратами. При такой ставке r - внутренняя норма рентабельности [9].


ВНД = .


Проект эффективен, если ставка дисконта ниже нормы рентабельности. Срок окупаемости - срок, за которое предприятие возвратит все инвестиционные расходы.


6.3 Расчет экономического эффекта


6.3.1 Расчет капитальных вложений

Капитальные вложения на замену АСУ ТП ЛПДС "Черкассы" включают в себя единовременные денежные затраты.

К капитальным вложениям относятся затраты на приобретение, монтаж и наладку оборудования. Стоимостные показатели приведены в таблице 6.1.

Объём капиталовложений рассчитывается по формуле:


К = Зобпнр смр, (6.3)


где К - объём капиталовложений, тыс. руб.;

Зоб - затраты на оборудование, тыс. руб.;

Зпнр - затраты на пуско-наладочные работы (ПНР), тыс. руб.;

Зсмр - затраты на строительно-монтажные работы (СМР), тыс. руб., которые приведены в таблице 6.1.


Таблица 6.1 - Единовременные затраты

Наименование видов затратЗатраты, тыс. рублейПроектные исследования. Разработка технического задания51,0Разработка техно-рабочего проекта АСУ ТП 580,0Технические средства АСУ ТП 2 557, 0Покупное программное обеспечение АСУ 524, 9Средства КИП и А 1415, 7Строительно-монтажные работы 1372, 8Пуско-наладочные работы 1715, 8Технические средства ЛВС и коммуникаций27, 7ИТОГО 8244,1

Затраты на оборудование будут состоять из затрат на технические средства АСУ ТП, покупное программное обеспечение АСУ и средства КИП и А, что составит 4497,6 тыс. рублей.


6.3.2 Расчет текущих издержек

Для определения годовых затрат рассчитываются текущие издержки на автоматизацию ЛПДС.

Амортизационные отчисления определяются следующим образом:


Аt = Nа · К,


где Nа - норма амортизационных отчислений при расчетном сроке окупаемости системы (7 лет), Nа = 14,3 %;

К - капитальные вложения, К = 8244,1тыс. рублей.

Затраты на ремонт технических средств рассчитываются следующим образом:


Зр = Аt· Nр,


где Аt - амортизационные отчисления, тыс. рублей;р - коэффициент затрат на ремонт от амортизационных отчислений Nр=30%.

Затраты системы на потребление электроэнергии составляют:


Зэ = Qэ ? Цэ,


где Qэ - количество потребляемой электроэнергии, Qэ = 3,4 кВт·ч;

Цэ - стоимость электроэнергии, Цэ = 0,90 рублей за кВт·ч.

Затраты на оплату труда персонала, обслуживающего технические средства:


Зоб = nо · ЗП+ЕСН,


где nо - количество обслуживающего персонала, nо = 7 человек;

ЗП - годовая заработная плата на одного человека, ЗП=120 тыс. рублей;

ЕСН - единый социальный налог (30 %).

Результаты расчета текущих издержек представлены в таблице 6.2


Таблица 6.2 - Текущие издержки

Наименование видов издержекЗначение, тыс. руб. Амортизационные отчисления643,16Затраты на ремонт193,85Затраты на электроэнергию27,0Оплата труда обслуживающего персонала1058,4

Текущие издержки определяются как сумма рассмотренных затрат, но без амортизационных отчислений и составляют 1279,25 тыс. рублей.


6.3.3 Расчет экономии от использования АСУ ТП.

Сокращение потерь технологической жидкости за счет установки приборов учета и ее рационального использования


Этж1 = Qтжу Цтж,


где Qтжу - неучтенное количество технологической жидкости, Qтжу=0,053 млн. м3;

Цтж - стоимость технологической жидкости, Цтж = 5 руб/м3.

Сокращение затрат на электроэнергию за счёт рационального использования оплачиваемой мощности в часы максимальных нагрузок на 5%


Эзм = Ззм · 0,05,


где Ззм - затраты на оплату мощности, Ззм = 22500 тыс. рублей.

Сокращение потерь технологической жидкости за счет сокращения времени обнаружения аварийной ситуации на 90 % (с 2 часов до 10 минут), что в денежном выражении составит


Этж2 = Qтжа коб Цтж,


где Qтжа - потери технологической жидкости за счет аварии, Qтжа =0,077 млн. м3;

коб - коэффициент обнаружения места аварии или утечки, коб =0,9;

Цтж - стоимость технологической жидкости, Цтж = 5 руб/м3.

Сокращение расхода электроэнергии за счёт сокращения потерь технологической жидкости за время обнаружения аварийной ситуации


Ээ = (Qтжу + Qтжа · коб) · Qэ · Цэ,


где Qэ - количество электроэнергии для перекачивания 1 м3, Qэ =8,1 квт·ч/м3;

Цэ - цена электроэнергии, Цэ = 1,5 руб/кВт·ч.

Сокращение затрат на ремонт оборудования при своевременном обнаружении аварийной ситуации


Эр1 = Зр · ка · коб,


где Зр - затраты на ремонт, Зр = 1 847 тыс. рублей;

ка - коэффициент аварийного ремонта, ка =0,3.

Сокращение затрат на ремонт и содержание технологического оборудования за счет рационального режима работы и выхода на ремонт на 10%:


Эр2 = Зр · 0,1, (6.13)


Экономия транспортных затрат за счет сокращения объемов ремонта оборудования и аварийных ситуаций:


Этр = Зтр · ка · коб, (6.14)


где Зтр - транспортные затраты, Зтр = 2300 тыс. рублей.

Экономии по различным видам затрат от использования автоматизированной системы управления приведены в таблице 6.3.


Таблица 6.3 - Экономии от использования АСУ ТП

Наименование видов экономииЗначение, тыс. рублейЭкономия технологической жидкости: за счет установки приборов за счет сокращения времени обнаружения аварий 265 346,5Экономия электроэнергии: рациональное использование оплачиваемой мощности за счет сокращения потерь технологической жидкости 1125 1485,95Экономия затрат на ремонт: в результате сокращений аварий рациональный режим работы. 498,69 184,7Экономия транспортных средств 621

В результате получаем экономию Эt=5150,13 тыс. рублей. Сведем все промежуточные расчеты в таблицу 6.4 Зависимость накопленного дохода по годам и график ВНД по таблице 6.4 и отражены на рисунках 6.1 и 6.2.


Таблица 6.4 - Расчет экономического эффекта

ПоказательГод012345671. Капитальные вложения, тыс. руб. 8244,1-------2. Выгоды, тыс. руб. -5150,135150,135150,135150,135150,135150,135150,133. Текущие затраты, тыс. руб. -1279,251279,251279,251279,251279,251279,251279,25 - затраты на вспомогательные приборы-1648,82237,84237,84237,84237,84237,84237,84 - затраты на ремонт оборудования-2061,03297,30297,30297,30297,30297,30297,30 - затраты на содержание и эксплуатацию оборудования-3297,64475,68475,68475,68475,68475,68475,68 - амортизация-643,16643,16643,16643,16643,16643,16643,16 - прочие затраты-1912,66282,44282,44282,44282,44282,44282,444. Валовая прибыль, тыс. руб. -3870,883870,883870,883870,883870,883870,883870,885. Налог на прибыль, тыс. руб. -929,01929,01929,01929,01929,01929,01929,016. Налог на имущество, тыс. руб. -181,37167,22153,07138,92124,77110,6296,477. Чистая прибыль, тыс. руб. -8244,12760,502774,652788,802802,952817,102831,252845,408. Чистый доход, тыс. руб. -8244,13403,663417,813431,963446,113460,263474,413488,569. Коэффициент дисконтирования1,000,870,750,650,570,490,430,3710. Чистый дисконтированный доход, тыс. руб. -8244,103094,242824,632578,482353,742148,551961,211790,1811. Накопленный чистый дисконтированный доход, тыс. руб. -8244,10-5149,86-2325,23253,252606,994755,546716,758506,9312. Чистый дисконтированный доход проекта, тыс. руб. 8506,9313. Индекс доходности1,5914. Срок окупаемости, лет2,9 15. Внутренняя норма доходности, %24,5

Рисунок 6.1 - Зависимость накопленного дохода по годам


Так как ЧДД больше нуля, то можно говорить об эффективности внедрения нового оборудования. Анализируя рисунок 6.1 и учитывая, что срок окупаемости проекта определяется по переходу графика накопленного дохода из отрицательной области в положительную, мы можем определить его. В результате получим - 2,9 лет.

Рисунок 6.2 - Определение внутренней нормы доходности


Рассчитанные показатели эффективности позволяют сделать вывод, что модернизация системы автоматизации линейно-производственной диспетчерской станции ЛПДС "Черкассы" является экономически эффективным и его можно внедрять не только с технологической, но и с экономической точки зрения.


Заключение


В данном дипломном проекте разработана управляющая программа технологического процесса на линейно-производственной диспетчерской станции "Черкассы" для микропроцессорного контроллера Quantum. Эта программа призвана обеспечить более надежное и качественное управление технологическим процессом с минимальным участием оператора. Программа составлена для логической части алгоритма работы САУ на языке программирования ST, позволяющая автоматически управлять работой МНА.

Низкий уровень автоматики, наличие морально устаревших релейных схем требует замены на микропроцессорную систему автоматики. Поэтому автоматизированная система управления насосными агрегатами позволит уменьшить затраты за счет сокращения количества аварийных остановок ЛПДС и сокращения времени простоя НПС из-за неисправности системы автоматики. Анализ экономической эффективности, в ходе которого была произведена оценка экономической эффективности от внедрения оборудования показывают целесообразность автоматизации технологического процесса на НПС предложенным в данном дипломном проекте способом.

Внедрение системы контроля вибрации "Каскад" в САУ НА дает возможность контролировать изменение параметров без прерывания технологического процесса и использовать текущие значения параметров (либо их оценки) для формирования управляющих воздействий. Если параметры изменяются во времени достаточно медленно, то такие методы управления могут оказаться весьма эффективными, поскольку не связаны с прерыванием технологического процесса для тестирования управляемого процесса.

Система противоаварийной защиты (ПАЗ) необходима для предотвращения аварийных ситуаций в течении эксплуатации НА.

Предлагаемый проект обеспечит бесперебойную работу агрегата, что снизит вероятность возникновения аварий за счет функции защиты САУ НА, а также продлить срок эксплуатации.

Постоянное усложнение задач автоматизации, рост их масштабов и повышение требований, предъявляемых к надежности управляющих контроллеров подталкивают к применению современного оборудования. Это позволит выйти на качественно новый уровень.


Список использованных источников


1. НПБ-105-95. Классификация помещений по пожароопасности. - М.: 1995. - 28 с.

. Прахова, М.Ю. Основные принципы построения систем автоматического управления и технологического контроля: Учеб. пособие. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2003. - 103 с.

. Семейство программируемых контроллеров Modicon TSX Quantum. - Уфа: Авитрон Ойл, 1999. - 108 с.

. Аппаратура виброконтроля АКВ-001,002,003. Руководство по эксплуатации - Челябинск, 2003. - 97 с.

. #"justify">. ISaGRAF. Инструментальная система для программирования промышленных контроллеров. - М.: РТСофт, 1999. - № 6.

7. Гилязов, А.А. Охрана труда и окружающей среды: Методические указания. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1996. ?19 с.

8. Правила устройства электроустановок ПУЭ. ? М.: 1998.

. Бирюкова, В.В. Методические рекомендации по экономическому обоснованию дипломных проектов. - Уфа, 2008. ? 30 с.

Приложения


Приложение А


Перечень демонстрационных листов

Название ВКР.

Цели и задачи ВКР.

Технологическая схема магистральной насосной №2 ? МНПП "Уфа-Западное направление".

Функциональная схема автоматизации.

Автоматизированная система управления ЛПДС.

Сапфир-22МТ.

Уровнемер ОМЮВ 05-1.

Аппаратура контроля вибрации "Каскад".

Граф состояний технологического процесса.

Управляющая программа на языке ST.

Экономическая эффективность проекта.

Выводы.


Приложение Б


Спецификации и схемы подключения модулей источников питания Б.1 140 CPS 111 00 - источник питания переменного тока. Данные источника питания переменного тока указаны в таблице Б.1.


Таблица Б.1 - данные источника питания переменного тока

Требования по входуНапряжение100.276 В~Частота47.63 ГцВходной ток 0.4 A при 115 В~ 0.2 A при 230 В~Пиковый ток10 A при 115 В~ 20 A при 230 В~Номинальное значение мощности 50 ВАВыход на шинуНапряжение5.1 ВМаксимальная сила тока3 AМинимальная сила тока0.3 АЗащитаПо превышению сил тока, перенапряжениюОбщиеКоннектор для полевой проводкиКлеммная колодка с 7 клеммами Внутреннее рассеяние мощности 2.0+3.0 ´ I OUT (значение в Вт), где I OUT - сила тока на выходе, АРежим работыАвтономный

Схема подключения источника питания переменного тока 140 CPS 111 00 показана на рисунке Б.1.


Рисунок Б.1 - Схема подключения 140 CPS 111 00


Б.2 140 CPS 124 00 - Резервируемый источник питания переменного тока. Данные резервируемого источника питания переменного тока указаны в таблице Б.2.


Таблица Б.2 - данные резервируемого источника питания переменного тока

Требования по входуНапряжение93.138 В~ 170.276 В~Частота 47.63 ГцВходной ток1.1 A при 115 В~ 0.6 A при 230 В~Пиковый ток38 A при 115 В~ 19 A при 230 В~Номинальное значение мощности130 ВВыход на шинуНапряжение5.1 ВМаксимальная сила тока8 A при 60°C Минимальная сила токаНе лимитируетсяЗащитаПо превышению силы тока, перенапряжениюОбщиеКоннектор для проводкиКлеммная колодка с 7 клеммами Внутреннее рассеяние мощности 6.0+1.5 ´ I OUT (значение в Вт), где I OUT - сила тока на выходе, АРежим работыАвтономный/резервируемый

Схема подключения источника питания переменного тока 140 CPS 124 00 показана на рисунке Б.2.


Рисунок Б.2 - Схема подключения 140 CPS 124 00


Приложение В


Спецификация центрального процессорного устройства

В.1 140 CPU 434 12 - модуль ЦПУ. Данные модуля ЦПУ указаны в таблице В.1.


Таблица В.1 - Данные модуля ЦПУ

Используемая логика / информационная емкостьРазмер памяти программы 984 Ladder Logic Кол-во дискретных точек Кол-во регистров Расширенная область данных 64 k 64 k 57 k* 96 k * число регистров 4хх = 57766 при условии, что: кол-во 0ххх = 16, 1ххх = 16 и 3ххх = 16Информационная емкостьДискретные точки64 kКонфигурация локального ввода/выводаКоличество слов локального ввода/вывода64 вх. /64 вых. *Количество корзин локального вв. /выв. 1Конфигурация удаленного ввода/выводаКоличество слов удаленного вв. /выв. на узел64 вх. /64 вых. *Количество узлов удаленного вв. /выв. 31Конфигурация распределенного ввода/выводаКол. сетей распределен. вв/выв в кажд. сист. 3**Кол. слов распределен. вв/выв на сеть 500 вх. /500 вых. Кол. слов распределен. вв/выв на узел 30 вх. /32 вых. Количество интерфейсных модулейПоддерживает до 6 сетевых модулей (т.е. модули Modbus Plus, Ethernet, Multi-Axis Motion). Примечание: в полном объеме поддерживаются только два модуля Modbus Plus Сторожевой таймер250 мс (настраиваемый) Скорость выполнения программыот 0.1 мсек/кСлово до 0.5 мсек/кСловоБатарея3 В (литиевая) Емкость1200 мA*часСрок хранения10 лет с 0.5% -ой потерей емкости в годТок утечки батареи при выключенном режимеОбычный7 мкAМаксимальный210 мкAModbus (RS-232) 2 последовательных портаModbus Plus (RS-485) 1 сетевой портПотребляемый ток шины1.8 AЧасы реального времени +/ - 8.0 сек/день 0.60°CРабочая температура0.60°C

Примечание:

* Эти слова могут быть комбинацией дискретных точек и регистров ввода/вывода. Для каждого сконфигурированного регистра ввода/вывода выделяется 1 слово из общей их суммы для ввода/вывода. Точно также для сконфигурированного блока дискретных точек на 8 или 16 бит - выделяется 1 слово.

* * требуется использование двух выбранных модулей 140 NOM 21x 00


Приложение Г


Спецификация модулей ввода/вывода

Г.1 140 ACI 040 00 - модуль аналогового входа. Данные модуля аналогового входа указаны в таблице Г.1.


Таблица Г.1 - Данные модуля аналогового входа

Число каналов16 дифференциальных или однополярныхСветодиодыActiveF Примечание - Этот модуль формирует сигнал F, если в любом канале обнаружен обрыв линии (только для 4.20 мА). Требования адресации17 входных словВходное сопротивлениеНоминальное 250 Ом Диапазоны измерения и разрядность преобразования модуля0.0.20 мА, код 0.20 000 4.0.20 мА, код 0.16 000 (диапазон по умолчанию) 4.0.20 мА, код 0.4 095 Погрешность при 25°C ± 0.125% всего диапазонаРазряды преобразования12 разрядовЛинейность (0.60°C) Максимум ±12 мкА, диапазон 4.20 мА, 0.4 095 Максимум ± 6 мк А, диапазон 0.20 мА, 0.20000 Максимум ± 6 мк А, диапазон 4.20 мА, 0.16000 Абсолютное максимальное значение для входного тока30 мАТемпературная погрешность Обычно: ± 0.0025% всего диапазона /°C Максимум: ± 0.0050% всего диапазона /°C ИзоляцияПоле-шина1780 В~ в течение 1 мин. Фильтрация на входеОдиночные выбросы, - 3дБ при 34 Гц, ± 25%Ослабление синфазного сигнала> - 90 дБ при 60 ГцРабочее напряжениеКанал-каналМакс.30 ВВремя обновления15 мс для всех 16 каналовОбнаружение неисправностейОбрыв провода (режим 4…20 мА) При обрыве провода, номер неисправного канала передается контроллеру в 17-м входном слове. Потребляемый ток шины360 мАПотребляемая мощность5,0 Вт

Г.2 140 ACO 020 00 - модуль аналогового выхода. Модуль аналогового токового вывода на 4 канала выдает и позволяет контролировать управляющие токовые сигналы в диапазоне 4.20 мА. Данные модуля аналогового выхода указаны в таблице Г.2.


Таблица Г.2 - Данные модуля аналогового выхода

Требования адресации4 выходных словаНапряжение в контурах12.30 В. До 60 В с внешней нагрузкой контура выводаСопротивление контура

* при питании контура менее 30 В, Ом.

Не требуется внешнего сопротивления нагрузки при питании контура напряжением менее 30 В=. Внутренний перепад напряженийМинимум 7 В, Максимум 30 В при 20 мАРазрядность преобразования12 битовПогрешность при 25°C±0.20% всего диапазонаЛинейность± 1 младший разрядТемпературная погрешностьОбычно: 0.004% всего диапазона/ °C Максимум: 0.007% всего диапазона/ °C

Г.3 140DDI 353 00 - модуль дискретного ввода. Модуль дискретного ввода (приемник) на 32 (4 группы по 8) канала на 24 В. Данные модуля дискретного ввода указаны в таблице Г.3.


Таблица Г.3 - данные модуля дискретного ввода

Число каналов32 входа (4 группы по 8) СветодиодыActive, 1…32 (Зеленый) - индикация. сост. каналовТребования адреса2 входных словаРабочие напряжения и токиON (напряжение) +15. +30 ВOFF (напряжение) минус 3. +5 ВON (ток) 2.0 мА (минимальное значение) OFF (ток) 0.5 мА (максимальное значение) Абсолютные максимальные значения для входовПостоянно 30 В 1.3 мс 56 В затухающий импульс Время реакцииOFF-ON1 мс (макс.) ON-OFF1 мс (макс.) Внутреннее сопротивление2.5 кОм Защита вводаОграничение резистором

Г.4 140 DDO 353 00 - модуль дискретного вывода. Модуль дискретного вывода на 32 (4 группы по 8) канала на 24 В с общим плюсом. Данные модуля дискретного вывода указаны в таблице Г.4.


Таблица Г.4 - данные модуля дискретного вывода

Число выходных каналов32 выхода (4 группы по 8) СветодиодыActive F 1.32 (Зеленый) - индикация состояния каналаТребования адресации2 выходных словаНапряжениеРабочее (максимальное) 19.2…30 ВАбсолютное (максимальное) 56 В для затухающего импульса 1.3 мсПадение напряжения при включенном состоянии канала0.4 В при 0.5 АМаксимальный ток нагрузкиНа канал0.5 АНа группу4 АНа модуль16 АТок утечки при выключенном состоянии канала0.4 мА при 30 В=Максимальный пиковый токКаждый канал5 А при продолжительности 500 mс (не более 6 в минуту) Время реакции (активная нагрузка) OFF - ON (при включении) 1 мс (макс.) ON - OFF (при выключении) 1 мс (макс.) Защита выходов (внутр.) Подавление импульсов напряженияМаксимальная индуктивность нагрузки0.5 Гн при частоте переключений 4 Гц или

где L - индуктивность нагрузки,

I - ток нагрузки,

F - частота переключений. Максимальная емкость нагрузки50 мкФГруппа-группа 500 В в течение 1 минутыВыход-шина1780 В~ в течение 1 минутыОбнаружение неисправностейПерегорел предохранитель, потеря внутреннего питанияПотребляемый ток шины330 мАПотребляемая мощность1.75 Вт + 0.4 В ´ суммарный ток нагрузки модуляВнешнее питание19.2…30 ВПредохранительВнутреннийПредохранитель на 5 А для каждой группыВнешнийДля защиты модуля от повреждений предохранителем на 5 А

Приложение Д


Спецификация модулей Advantech

Д.1 ADAM-3014 - двунаправленный модуль нормализации аналоговых сигналов с гальванической развязкой. Данные модуля нормализации аналоговых сигналов с гальванической развязкой указаны в таблице Д.1.


Таблица Д.1 - данные модуля нормализации аналоговых сигналов с гальванической развязкой

Вход напряженияДифференциальный вход±10 мВ, ±50 мВ, ±100 мВ, ±0.5 В, ±1 В, ±5 В, ±10 ВОднонаправленный вход0~10 мВ, 0~50 мВ, 0~100 мВ, 0~500 мВ, 0~1 В, 0~5 В, 0~10 ВВходное сопротивление2 МОмПолоса пропускания2.4 кГц (обычно) Вход токаДифференциальный вход±20 мАОднонаправленный вход0~20 мАВходное сопротивление250 Ом (обычно) Выход напряженияДифференциальный выход±5 В, ±10 ВОднонаправленный выход0~10 ВВыходное сопротивление<50 ОмВыход токаСила тока 0~20 мАСопротивление нагрузки0~500 Ом (источник) ОбщиеГальваническая (тройная) =1000 ВОсновная погрешность±0.1% полного диапазонаТемпературная погрешность1,5 * 10-6 % от полного диапазонаРабочая температура-10~70°CОднонаправленный вход0~10 мВ, 0~50 мВ, 0~100 мВ, 0~500 мВ, 0~1 В, 0~5 В, 0~10 ВВходное сопротивление2 МОмПолоса пропускания2.4 кГц (обычно) Вход токаДифференциальный вход±20 мАОднонаправленный вход0~20 мАВходное сопротивление250 Ом (обычно) Выход напряженияДифференциальный выход±5 В, ±10 ВОднонаправленный выход0~10 ВВыходное сопротивление<50 ОмВыход токаСила тока 0~20 мАСопротивление нагрузки0~500 Ом (источник) Гальваническая развязка =1000 ВОсновная погрешность±0.1% полного диапазонаТемпературная погрешность1,5 * 10-6 % от полного диапазонаРабочая температура-10~70°CПитаниеДиапазон=24 В ± 10%Потребляемая мощность1.11 Вт (вых. напр.) 1.31 Вт (вых. тока)

Д.2 Конфигурация ADAM-3014. На рисунке Д.1 показано подключение ADAM-3014. Положительные контакты источника питания 9 и 7, отрицательные контакты 12 и 10 соединены внутри. Питание может поступать от соседних модулей, тем самым значительно облегчая монтаж. ADAM-3014 питается от 24 В.


Рисунок Д.1 - Схема подключения ADAM-3014


Приложение Е


Листинг управляющей программы

case ABC of

: Uv: =false;: =false;: =false;: =false;: ='Zakryt ';: ='Zakryt ';: =' ';: ='Vyklecen ';then ABC: =61; end_if;then ABC: =62; end_if;thenABC: =63; end_if;

: T1: =t#0ms; TSTART (T1); ABC: =1;

: Uv: =true;: ='Otkryvaetsa';>=t#8sthenABC: =101; end_if;: =64; end_if;

: TSTOP (T1); T2: =t#0ms; ABC: =2;

: TSTART (T2);: =false;: =true;: ='Otkryt ';: ='Vklycaetsa ';>=t#10sthen ABC: =101; end_if;Xadthen ABC: =65; end_if;

: TSTOP (T2); T1: =t#0ms; TSTART (T1); ABC: =3;

:: =true;: ='Otkryvaetsa ';: ='Vklucen ';>=t#8sthen ABC: =101; end_if;ABC: =4; end_if;

: TSTOP (T1);: ='Otkryt ';: =false;thenABC: =0; end_if;

: I: =true;: ='ekstrenno zakryt ';: ='ekstrenno zakryt ';: ='ALARM ';: ='ekstrenno vykl ';(T1);(T2);: =false;: =false;: =false;ABC: =0; end_if;

: T1: =t#0ms; TSTART (T1); ABC: =5;

: Uv: =true;: =' Otkryvaetsa';>=t#8sthenABC: =101; end_if;: =66; end_if;

: TSTOP (T1); T2: =t#0ms; TSTART (T2); ABC: =6;

: Uv: =false;: ='Otkryt';: =true;: ='Otkryvaetsa';>=t#2sthenABC: =7; end_if;

: Uad: =true;: ='Vklucaetsa';>=t#10sthen ABC: =101; end_if;(Xn and Xad) then ABC: =8; end_if;

: sAD: ='Vklycon';: ='Otkryt';: =false;then ABC: =0; end_if;

: T1: =t#0ms; TSTART (T1); ABC: =9;

: Uv: =true;: ='Vklycaetsa';>=t#8sthen ABC: =101; end_if;ABC: =67; end_if;

: TSTOP (T1); T2: =t#0ms; TSTART (T2); ABC: =10;

: Uv: =false;: ='Otkryt';: =true;: =' Otkryvaetsa';>=t#8sthen ABC: =101; end_if;: =68; end_if;

: TSTOP (T2); T1: =t#0ms; TSTART (T1); ABC: =11;

: Un: =false;: ='Otkryt';: =true;: ='Vklucaetsa';>=t#10s then ABC: =101; end_if;Xad then ABC: =12; end_if;

: TSTOP (T1);: ='Vklucen';Xstop3 then ABC: =0; end_if;

end_case;


Реферат Дипломный проект содержит ___с, 24 рисунка, 16 таблиц, 9 использованных источников, 6 приложений. АВТОМАТИЗАЦИЯ МАГИСТРАЛЬНОГО НАСОСНОГО АГРЕГ

Больше работ по теме:

КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]

Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение

Скачать      Реферат

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ