WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерная школа информационных технологий и робототехники Направление подготовки 15.03.04 ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа информационных технологий и робототехники

Направление подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и

производств»

Отделение автоматизации и робототехники

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Тема работы Разработка автоматизированной системы управления станка-качалки УДК 681.586-043.61:622.276.53 Студент Группа ФИО Подпись Дата З-8Т31 Романова Екатерина Вадимовна Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Руководитель ВКР Мамонова Татьяна доцент, к.т.н .

Егоровна Руководитель ООП Воронин Александр доцент, к.т.н .

Васильевич

КОНСУЛЬТАНТЫ:

По разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»

Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Старший Шаповалова Наталья преподаватель ШИП Владимировна По разделу «Социальная ответственность»

Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Ассистент Невский Егор ИШХБМТ Сергеевич

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ:

Должность ФИО Ученая степень, Подпись Дата звание Руководитель ОАР Леонов Сергей доцент, к.т.н .

Владимирович Томск – 2018 г .

ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБУЧЕНИЯ ПО ООП

Код Результат обучения результата (выпускник должен быть готов) Профессиональные компетенции Демонстрировать базовые естественнонаучные и математические знания для P1 решения научных и инженерных задач в области анализа, синтеза, проектирования, производства и эксплуатации систем автоматизации технологических процессов и производств. Уметь сочетать теорию, практику и методы для решения инженерных задач, и понимать область их применения .

Иметь осведомленность о передовом отечественном и зарубежном опыте в P2 области теории, проектирования, производства и эксплуатации систем автоматизации технологических процессов и производств .

Применять полученные знания для определения, формулирования и решения P3 инженерных задач при разработке, производстве и эксплуатации современных систем автоматизации технологических процессов и производств с использованием передовых научно–технических знаний и достижений мирового уровня, современных инструментальных и программных средств .

Уметь выбирать и применять соответствующие аналитические методы и P4 методы проектирования систем автоматизации технологических процессов и обосновывать экономическую целесообразность решений .

Уметь находить необходимую литературу, базы данных и другие источники P5 информации для автоматизации технологических процессов и производств .

Уметь планировать и проводить эксперимент, интерпретировать данные и их P6 использовать для ведения инновационной инженерной деятельности в области автоматизации технологических процессов и производств .

Уметь выбирать и использовать подходящее программно-техническое P7 оборудование, оснащение и инструменты для решения задач автоматизации технологических процессов и производств .

Универсальные компетенции Владеть иностранным языком на уровне, позволяющем работать в P8 интернациональной среде с пониманием культурных, языковых и социально





– экономических различий .

Эффективно работать индивидуально, в качестве члена и руководителя P9 группы с ответственностью за риски работу коллектива при решении инновационных инженерных задач в области автоматизации технологических процессов и производств, демонстрировать при этом готовность следовать профессиональной этике и нормам Иметь широкую эрудицию, в том числе знание и понимание современных P10 общественных и политических проблем, вопросов безопасности и охраны здоровья сотрудников, юридических аспектов, ответственности за инженерную деятельность, влияния инженерных решений на социальный контекст и окружающую среду .

Понимать необходимость и уметь самостоятельно учиться и повышать P11 квалификацию в течение всего периода профессиональной деятельности .

–  –  –

Инженерная школа информационных технологий и робототехники Направление подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»

Отделение автоматизации и робототехники

–  –  –

Тема работы:

Разработка автоматизированной системы управления станка-качалки .

Утверждена приказом директора (дата, номер)

Срок сдачи студентом выполненной работы:

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:

Объектом исследования является станокИсходные данные к работе качалка .

(наименование объекта исследования или проектирования;

производительность или нагрузка; режим работы (непрерывный, периодический, циклический и т. д.); вид сырья или материал изделия; требования к продукту, изделию или процессу; особые требования к особенностям функционирования (эксплуатации) объекта или изделия в плане безопасности эксплуатации, влияния на окружающую среду, энергозатратам; экономический анализ и т. д.) .

–  –  –

Инженерная школа информационных технологий и робототехники Направление подготовки15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»

Уровень образования – бакалавр Отделение автоматизации и робототехники Период выполнения – осенний/весенний семестр 2017/2018 учебного года

–  –  –

Выпускная квалификационная работа содержит 70 страниц машинописного текста, 23 таблиц, 20 рисунков, 1 список использованных источников из 13 наименований, 7 приложений .

Ключевые слова: СКН, электродвигатель, электронагреватель, клапан с электроприводом, автоматизированная система управления, ПИД-регулятор, локальный программируемый логический контроллер, коммутационный программируемый логический контроллер, протокол, SCADA-система .

Объектом исследования является станок-качалка-насос .

Цель работы – разработка автоматизированной системы управления станок-качалка-насос с использованием ПЛК, на основе выбранной SCADA– системы .

В данном проекте была разработана система контроля и управления технологическим процессом на базе промышленных контроллеров ПЛК БАЗИС- 100, с применением SCADA-системы GENESIS32 Разработанная система может применяться в системах контроля, управления и сбора данных на различных промышленных предприятиях .

Данная система позволит увеличить производительность, повысить точность и надежность измерений, сократить число аварий .

Содержание Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки

1 Техническое задание

1.1 Назначение системы

1.2 Цели создания системы

1.3 Требования к техническому обеспечению

1.4 Требования к метрологическому обеспечению

1.5 Требования к программному и информационному обеспечению.............14 2 Основная часть

2.1 Описание технологического процесса

2.2 Разработка структурной схемы АС

2.3 Функциональная схема автоматизации

2.4 Разработка схемы информационных потоков

2.5 Комплекс аппаратно-технических средств

2.5.1 Выбор контроллерного оборудования

2.5.2 Выбор устройств измерения

2.5.3 Выбор исполнительных механизмов

2.6 Разработка внешних проводок

2.7 Выбор алгоритмов управления АС СКН

2.7.1 Алгоритм сбора данных измерений

2.7.2 Алгоритм автоматического регулирования

2.8 Экранные формы АС СКН

3. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности

3.1 Потенциальные потребители результатов исследования

3.2 Анализ конкурентных технических решений

3.3 Планирование научно-исследовательских работ

3.3.1 Структура работ в рамках научного исследования

3.3.2 Разработка графика проведения научного исследования

3.4 Бюджет научно-технического исследования

3.4.1 Расчет материальных затрат

3.4.2 Расчет затрат на специальное оборудование

3.4.3 Основная заработная плата исполнителей темы……………………….56 3.4.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………59 3.4.5 Накладные расходы………………………………………………………60

3.5 Определение экономической эффективности исследования……………61

4. Социальная безопасность

4.1 Датчики……………………………………….……………………….……..64

4.2 Контроллер………………………………………………………………….67

4.3 Обеспечение отказоустойчивости системы………………………………68

4.4 Интерфейс…………………………………………………………………..69 Заключение……………………………………………………………………...70 Список используемых источников…………………………………………….71 Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки Определения автоматизированная система (АС) – комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса .

интерфейс (RS-232C, RS-422, RS-485, CAN) – совокупность средств (программных, технических, лингвистических) и правил для обеспечения взаимодействия между различными программными системами, между техническими устройствами или между пользователем и системой .

видеокадр: область экрана, которая служит для отображения мнемосхем, трендов, табличных форм, окон управления, журналов и т.п .

мнемосхема: представление технологической схемы в упрощенном виде на экране АРМ .

мнемознак: представление объекта управления или технологического параметра (или их совокупности) на экране АРМ .

интерфейс оператора: совокупность аппаратно-программных компонентов АСУ ТП, обеспечивающих взаимодействие пользователя с системой .

профиль АС: определяется как подмножество и/или комбинации базовых стандартов информационных технологий и общепринятых в международной практике фирменных решений (Windows,Unix, Mac OS), необходимых для реализации требуемых наборов функций АС .

протокол (CAN, OSI, ProfiBus, Modbus, HART и др.): набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в соединение программируемыми устройствами .

технологический процесс (ТП): последовательность технологических операций, необходимых для выполнения определенного вида работ .

архитектура автоматизированной системы: набор значимых решений по организации системы программного обеспечения, набор структурных элементов и их интерфейсов, при помощи которых компонуется АС .

программный комплекс, предназначенный для

ОРС-сервер:

автоматизированного сбора технологических данных с объектов и предоставления этих данных системам диспетчеризации по протоколам стандарта ОРС .

тег: метка как ключевое слово, в более узком применении идентификатор для категоризации, описания, поиска и задания внутренней структуры .

modbus: коммуникационный протокол, основанный на архитектуре «клиентсервер» .

–  –  –

OSI (Open Systems Interconnection) – Эталонная модель взаимодействия открытых информационных систем;

PLC (Programmable Logic Controllers) – Программируемые логические контроллеры (ПЛК);

HMI (Human Machine Interface) – Человеко-машинный интерфейс;

OPC (Object Protocol Control) – протокол для управления процессами;

IP (International Protection) – степень защиты;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

КИПиА – контрольно-измерительные приборы и автоматика .

–  –  –

Многие факторы современной экономической ситуации, например, такие как истощение ресурсов нефтяных пластов, ограниченный объем средств на ремонт скважин, высокая стоимость электроэнергии, а также высокая трудоемкость проводимых работ обуславливают необходимость автоматизации процессов нефтедобычи. Автоматизация – это один из факторов, позволяющих повысить производительность и улучшить условия труда .

Автоматизация скважин, оснащенных штанговыми глубинными насосами (ШГН) заключается в контроле таких технологических параметров, как динамограмма, ваттметрграмма, динамический уровень жидкости, частота качаний, потребляемый ток, давление на устье скважины. Функции управления должны обеспечить дистанционное включение и отключение приводного электродвигателя, периодический режим эксплуатации, аварийное отключение установки, плавное регулирование скорости вращения электродвигателя с помощью преобразователя частоты .

Созданием средств автоматизации ШГН занимаются многие зарубежные и отечественные предприятия: Lufkin Automation (США), НПП «Грант»

(Уфа), НПФ «Интек» (Уфа), ООО «Микон» (Н. Челны), ТНПВО «Сиам»

(Томск) и другие. Тем не менее, абсолютными успехами в этом направлении не может похвастаться ни одна фирма и объясняется это, прежде всего бурным развитием измерительной, преобразовательной и микропроцессорной техники, предоставляющей разработчикам возможности решения все более и более сложных задач .

В данной выпускной квалификационной работе основной задачей является разработка автоматизированной системы управления станкомкачалкой (СК) .

–  –  –

Основное назначение автоматизированной системы СКН заключается в:

стабилизации режимов технического процесса с помощью контролирования технологических параметров, визуального представления и подачи управляющих сигналов на исполнительные механизмы в автоматическом и ручном (выполнение последовательности действий технологом) режимах;

выявления аварийных ситуаций на технологических узлах посредством проведения опроса датчиков входящих в состав системы в автоматических режимах, а также анализ измеренных значений и переключение технологических узлов в рабочее состояние посредством подачи управляющих сигналов на исполнительные механизмы в автоматическом или ручном режимах;

обеспечения автоматизированного контроля, а так же управления в реальном масштабе .

–  –  –

обеспечение стабилизации эксплуатационных показателей оборудования и режимных параметров ТП;

увеличение товарооборота;

снижение производственных затрат;

подбор более целесообразных технологических режимов за счёт учета показаний промышленных анализаторов, и оперативной корректировки режима опираясь на данные, полученные в результате проведения лабораторных исследований;

1.3 Требования к техническому обеспечению Оборудование которое установлено на открытой местности должно выдерживать воздействие температуры от минус 50°С до плюс 50°С и влажности не менее 80% при температуре 35°С .

Автоматизированная система станка-качалки должна иметь возможность наращивания, масштабирования и последующей модернизации всей системы .

Комплекс технических средств АСУ ТП должен обеспечивать реализацию определенных данным ТЗ функций, и при этом в его основе должны лежать следующие специализированные программно-технические комплексы:

Средства КИПиА, включая исполнительные механизмы, измерительные датчики, микропроцессорные регуляторы;

Периферийные подсистемы управления на базе микропроцессорных устройств, или контроллеров;

Многофункциональные станции для операторов и инженеров;

Системы архивирования данных;

Сетевая аппаратура;

Специализированные системы противоаварийной защиты (ПАЗ);

Метрологические приборы поверки оборудования .

Система измерений должна быть построена исходя из того, что в её основе должны лежать электронные датчики давления, динамометрии, деформации, положения, вязкости нефти. Средства измерения должны передавать информацию, при помощи стандартных сигналов входящих в диапазон 4-20 мА. Датчики, используемые в системе, должны удовлетворять требованиям использования с агрессивными средами. При выборе датчиков рекомендуется отдавать приоритет оборудованию, оснащённому искробезопасными цепями. В целях обеспечения свободной компоновки каналов ввода/вывода, контроллеры должны быть построены на модульной архитектуре. В случае необходимости получения информации с датчиков, которые находятся во взрывоопасной среде, возможно использование как модулей оснащённых искробезопасными входными цепями, так и внешних барьеров искробезопасности, размещаемых в отдельном конструктиве .

1.4 Требования к метрологическому обеспечению Требования к метрологическому обеспечению работоспособности резервуара и насосов представляют собой комплекс рекомендуемых и обязательных к осуществлению действий, нацеленных на обеспечение единства и требуемой точности измерений, повышение качества работоспособности и эффективности системы .

Требуемые нормы погрешности представлены в таблице 1 .

Таблица 1 – требования к погрешности измерительных каналов .

–  –  –

1.5 Требования к программному и информационному обеспечению Программное обеспечение автоматизированной системы должно включать в себя:

системное программное обеспечение - операционные системы;

инструментальное программное обеспечение;

общее прикладное программное обеспечение;

специальное прикладное программное обеспечение .

Программное обеспечение, которое входит в состав терминала должно иметь русскоязычный интерфейс, лицензионный антивирус, при этом доступ к терминалу возможен только зарегистрированным пользователям, которые прошли аутентификацию .

Также программное и информационное обеспечение должно обеспечивать следующие функции:

создание распределённой базы данных и возможность доступа к ней;

обработку и хранение параметров и данных полученных с датчиков во время протекания технологического процесса;

отображение мнемосхем (видеокадров) для визуализации состояния технологических объектов в режиме реального времени;

возможность изменения параметров технологического процесса;

создание унифицированной электронной документации, отчетов (рапортов, протоколов) .

2 Основная часть 2.1 Описание технологического процесса

Станок-качалка относится к элементам, которые участвуют в эксплуатации нефтедобывающих скважин с использованием штанговых насосов. К тому же такое оборудование входит в число наземных приводов штанговых глубинных насосов. Специалисты-нефтяники дают ему такое определение, как «индивидуальный балансирный механический привод штангового насоса» или просто «качалка». По принципу действия станоккачалка нередко сравнивают с ручным велосипедным насосом, который преобразовывает возвратно – поступательное движение в воздушный поток .

От станка-качалки нефтяной насос преобразует подобные движения в поток жидких углеводородов, которые поступают на поверхность по насосно – компрессорным трубам .

Рассмотрим принцип и последовательность работы станка-качалки .

Электродвигатель вращает механизмы станка-качалки, балансир движется по принципу качели в результате подвеска устьевого штока получает возвратнопоступательные движения. Полученная энергия передаётся на стальные стержни (штанги), скрученные друг с другом с помощью специальных муфт .

Через эти стальные стержни энергия передаётся штанговому насосу, который начинает качать нефть и подавать её наверх .

На рисунке 1 представлена схема АСУ ТП работы скважины, обустроенной ШГН (обеспечение работы скважины в режиме периодической подачи продукции на поверхность) .

Позиция 2 – маслонаполненная печь, предназначенная для подогрева нефти на скважинах с высокой температурой её застывания (+ 25o) .

Рисунок 1 – Система управления режимом работы скважины

Данная система построена на основе следующих элементов:

1 – скважина; 2 – маслонаполненная печь (устанавливается при большом содержании парафина в нефти); 3 – змеевик; 4 – электронагреватель;

5 – преобразователь ИПМ-50; 6 – электронное устройство ИПМ -50;

7 – анализатор характера подачи продукции скважины; 8 – электропусковая аппаратура; 9 – станция управления СКН; 10, 11 – самопищущие приборы;

12 – блок телемеханики .

Функциональная схема АСУ ТП работы скважины, обустроенной ШГН приведена в приложении А .

Ниже представлены основные элементы функциональной схемы:

1 – датчик усилия (JISA – измерение, защита, сигнализация) располагается на штоке над верхней траверсой; 2 – датчик деформации баланса (NISA – измерение, защита, сигнализация); 3 – датчик положения (GIR – измерение, регистрация), устанавливаемы на редукторе станкакачалки, работающий на эффекте Холла; 4 – датчик вязкости (VIR – измерение, регистрация); 5 – электродвигатель СКН; 6 – датчик ваттметрирования (EIRC – измерение, регистрация для контроля энергетических параметров: тока и напряжения электропусковой аппаратуры); 7, 10, 13 – датчик давления (PIRC – измерение, регистрация, управление); 8, 9, 12 – датчики положения электрозадвижек (GA – сигнализация); 11 – термодатчик (TIR – измерение, регистрация); 14 – датчик давления (PIR – измерение, регистрация) .

–  –  –

Автоматизированная система управления станком-качалкой построена в виде трехуровневой структурной системы. Такая система строится по принципу иерархического распределенного управления .

Трехуровневая структура автоматизированной системы представлена в приложении Б и содержит следующие уровни:

нижний или полевой уровень содержит первичные датчики, а именно для автоматизированной системы СКН (датчик усилия, датчик деформации, датчик положения, датчик вязкости, датчик ваттметрирования, датчик давления, датчик температуры, газоанализатор), а также приводы запорной и рeгулирующей арматуры, исполнительные устройства установок и агрегатов;

средний уровень или контроллерный содержит программируемый локальный контроллер, контуры авторегулирования и стабилизации;

верхний уровень или информационно-вычислительный содержит контроллер, выполняющий роль концентратора. Также на верхнем уровне располагаются сервера БД и компьютеры оператора АСУ, которые объединены локальной сетью Ethernet. На компьютере оператора АСУ в качестве операционной системы используется Windows 8 и SCADA MasterSCADA .

С нижнего уровня полевые датчики передают информацию на контроллерный уровень программируемому логическом контроллеру, который в свою очередь, выполняется следующие задачи:

собирает, обрабатывает и хранит всю информацию о состоянии технологического процесса и информацию о параметрах используемого оборудования;

автоматизированное управление технологическим процессом;

выполняет команды, которые поступают с пункта управления;

обменивается информацией с пунктом управления .

В свою очередь информация с ПЛК передаётся в сеть диспетчерской посредством концентратора, расположенного на информационновычислительном уровне, который выполняет следующие задачи:

собирает данные, поступающие с ПЛК со среднего уровня;

обрабатывает данные, при этом масштабируя их;

поддерживает единое время всей системы;

синхронизирует работу подсистем;

организует создание архивов по заданным параметрам;

обменивается информацией со средним уровнем .

Операторская состоит из нескольких станций управления, которыми являются компьютеры оператора АСУ. Также в операторской расположен сервер БД. На экранах оператора АСУ отображаются технологические процессы и оперативное управление .

Для взаимодействия контроллера на нижнем уровне с полевыми датчиками и исполнительными устройствами используются каналы связи .

Контроллер среднего уровня и концентратор верхнего уровня взаимодействуют посредством Modbus. Также используя локальные сети Ethernet взаимодействуют между собой концентратор верхнего уровня и компьютеры оператора АСУ .

2.3 Функциональная схема автоматизации Технический документ, определяющий функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического управления, регулирования и контроля технологического процесса, а так же оснащения объекта управления приборами и средствами автоматизации – это все и есть функциональная схема автоматизации. Системы автоматического регулирования и контроля, дистанционного управления и сигнализации изображаются на функциональной схеме .

Все элементы систем управления показывают в виде условных изображений и объединяются в единую систему линиями функциональной связи. Функциональная схема автоматического управления и контроля содержит упрощенное изображение технологической схемы автоматизируемого процесса. Оборудование на схеме показывается в виде условных изображений .

В ходе разработки функциональной схемы автоматизации технологического процесса решаются следующие задачи:

получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им и стабилизации технологических параметров процесса;

контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования .

Согласно заданию разработана функциональная схема автоматизации, которая приведена в приложении В. По ГОСТ 21.208-13 «Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах» и ГОСТ 21.408-13 «Система проектной документации для строительства. Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов» .

На функциональной схеме можно выделить следующие каналы измерения (1, 2, 3, 4, 6, 7, 9, 11, 12, 15) и каналы управления (5, 8, 10, 13, 16, 17). Контур 7-8, 9-10, 12-13 предназначены для автоматического поддержания давления в трубопроводе .

Согласно функциональной схеме, с датчиков давления PT007, PT010 и PT013 сигнал передаётся на контроллер. Контроллер в свою очередь сравнивает сигналы, поступившие с датчика, с сигналами, которые заданы, в случае расхождения показаний, контроллер автоматически регулирует положение задвижек для поддержания заданного давления .

–  –  –

На нижнем уровне приведены данные с устройств ввода/вывода. В их состав входят данные дискретных сигналов и аналоговых сигналов, а также данные о вычислениях и преобразованиях .

Средний уровень является буферной базой данных, которая по сути выполняет функции как приемника, запрашивающего данные от внешних систем, так и их источника. Иначе говоря, она представляет собой маршрутизатор информационных потоков от систем автоматики и телемеханики к графическим экранным формам АРМ-приложений. На данном уровне из ранее полученных данных, контроллер формирует потоки информационных пакетов. Сигналы между контроллерами среднего и верхнего уровней и АРМ оператора передаются по протоколу Ethernet .

–  –  –

Знак подчеркивания «_» в данном представлении служит для отделения одной части идентификатора от другой и не несет в себе какого-либо другого смысла .

–  –  –

2.5 Комплекс аппаратно-технических средств В данном разделе осуществлён подбор оптимального по критерию "цена-качество" состава технических средств, необходимых для решения поставленной задачи по автоматизации СКН (приборов, датчиков, исполнительных механизмов, средств сбора и обработки информации, контроллерного оборудования) .

При этом в выборе полевых устройств предпочтение у интеллектуальных датчиков с выходным токовым сигналом 4-20мА, корректно работающие с агрессивными средами .

Контроллерное оборудование должно иметь модульную структуру для возможности последующей модернизации и расширяемости автоматизированной системы .

–  –  –

В качестве контроллерного оборудования были рассмотрены следующие виды контроллеров:

GE Fanuc серии 90-30;

Sсhneider Electric Modicon М238;

В качестве основы для построения системы автоматизированного управления СКН возьмём два ПЛК Sсhneider Electric Modicon М238 (рисунок 2). Один контроллер будем использовать как локальный, а другой как коммуникационный, при этом связь между ними будет осуществляться на базе интерфейса Ethernet .

Рисунок 2 – Sсhneider Electric Modicon М238 Основными критериями, по которым был выбран именно данный вид контроллерного оборудования, были:

–  –  –

Поддержка сетевых протоколов и форматов данных .

Modicon M238 – контроллер, систем ввода/вывода и специальных модулей, разработанных для решения многочисленных промышленных задач. Данный котроллер исполнен в компактном корпусе (160*120*90 мм), на котором располагаются съемные клеммы входов/выходов, индикаторы состояния контроллера, разъем подключения модулей расширения и порты встроенных интерфейсов. Schneider Electric Modicon M238 содержит двадцать четыре канала дискретного вводы/вывода. Из четырнадцати каналов восемь – быстродействующие и предназначены для выполнения функций быстрого счета с частой до 100 кГц. Из десяти каналов вывода четыре – быстродействующие и предназначены для выполнения функций рефлексного выхода быстрого счетчика, а так же выполнения функций РТО и ШИМ .

Данный контроллер поддерживает такие протоколы обмена как:

CANopen master, Modbus-RTU, AS-interface master, а также обмен по ModbusTCP через Modbus-Ethernet шлюз. Количество каналов ввода-вывода по желанию может быть увеличено установкой до 7 модулей расширения. По дискретным каналам ввода доступны модули на 24 В пост. тока и 120 В перем. тока плотностью до 32 каналов на модуль. Выходные каналы есть как транзисторные 24 В пост. тока так и релейные 220 В перем. тока плотностью до 32 каналов на модуль. Также доступны модули смешанного дискретного ввода-вывода с 8 и 24 каналами на модуль. Блоки расширения аналоговых каналов включают модули для ввода и вывода нормированных сигналов 0мА, 0-10 В, а также ввода сигналов с термометров сопротивления и термопар .

Отладка и программирование контроллера М238 производится при помощи ПО SoMachine, которое поддерживает все языки программирования, предписанные стандартом МЭК 61131-3: список инструкций (LI), язык функциональным блок-схем (FBD), язык лестничных диаграмм (LD), язык структурированного текста (ST) и язык последовательных функциональных блоков (SFC). К тому же добавлен язык непрерывных функциональных блоков (CFC). Характерное время выполнения одной булевой инструкции составляет около 1 мкс .

–  –  –

Датчик динамометрии является основным элементом, применяемым для автоматизации СКН, т.к. данный датчик позволяет получить данные для анализа работы объекта и его состояния .

На СКН датчики усилия устанавливаются на следующих позициях:

1) непосредственно на самом штоке (накладные датчики);

2) между траверсами;

3) между верхней траверсой и замками;

4) балансир СКН .

Датчики, которые размещены над верхней траверсой, воспринимают нагрузку на шток непосредственно, и, следовательно, обеспечивают максимальную чувствительность определения усилия. В качестве датчика усилия выберем датчик типа «Loadtrol» фирмы «Lufkin»

(США), чувствительный элемент которого показан на рисунке 3 .

Рисунок 3 – Чувствительный элемент датчика усилия типа «Loadtrol»:

–  –  –

Датчики усилия, которые устанавливаются на балансир, предназначены для измерения деформации балансира. Однако точности измерения таких датчиков недостаточно .

Для увеличения точности измерения деформации воспользуемся датчиком деформации EPSI AX (рисунке 4), который предназначен для измерения продольной деформации различных конструкций под статической или динамической нагрузкой .

–  –  –

В качестве датчика положения, устанавливаемого на редуктор станкакачалки, выберем датчик 103SR12-A1 (HONEY) компании Honeywell (рисунок 5), работающий на эффекте Холла .

–  –  –

Датчик положения крепится при помощи кронштейна на редуктор установки ШГН и срабатывает при прохождении мимо него двух магнитов .

Монтируется датчик положения таким образом, чтобы магниты проходили мимо датчика Холла в моменты, когда шток установки ШГН находится в крайних нижнем и (или) верхнем положениях .

Технические характеристики датчика представлены в таблице 4 .

Таблица 4 – Технические характеристики датчика 103SR12-A1 (HONEY)

–  –  –

В качестве датчика вязкости выберем датчик Aveni Sense DEVIL (рисунок 6), который предназначен для масел и чистой нефти и обладает крепостью и широким диапазонoм измерения вязкости. Это единственный встроенный датчик для непрерывного измерения плотности, динамическoй и кинематическoй вязкости .

–  –  –

Преимущества датчика вязкости DEVIL:

– Высокие характеристики при малых размерах

– Технологии MesoScale and Selfbalancit. Конструкция MesoScale® используется для снижения внутреннего объема чувствительного элемента до менее, чем 1 куб./см, обеспечивая свободный и легко очищаемый путь для протока жидкости. Технология Selfbalancit® позволяет делать измерения в соответствии с требованиями ASTM .

– Надежное решение для взрывоопасных сред. Прочная конструкция и простота использования являются ключевыми элементами для обеспечения стабильных метрологических характеристик. DEVIL® изготавливается из коррозионностойких материалов и имеет сертифицированное искробезопасное исполнение .

–  –  –

2.5.2.5 Выбор расходомера В процессе работы СК необходимо следить за расходом выкачиваемой нефти. Ниже в таблице 6 приведены характеристики перекачиваемой нефти .

–  –  –

Преимущества данного расходомера:

Интегральная конструкция исключает необходимость в импульсных линиях и дополнительных устройствах, тем самым сокращая количество потенциальных мест утечек среды;

Низкие безвозвратные потери давления в трубопроводе сокращают затраты на электроэнергию;

Многопараметрические преобразователи 3051SMV в составе расходомеров обеспечивают необходимое вычисление мгновенного массового расхода пара, жидкости, газа или объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям;

Установка расходомера экономична и менее трудоемка по сравнению с установкой измерительного комплекса на базе стандартной диафрагмы .

–  –  –

Для измерения давления в проекте используется датчик давления Элемер АИР-20/М2-Н (рисунок 8) .

Рисунок 8 – датчик давления Элемер АИР-20/М2-Н Этот датчик предназначен для постоянного преобразования абсолютного, дифференциального и избыточного давления, а так же избыточного давления разрежения, гидростатического давления в унифицированный выходной токовый сигнал 4...20 мА .

Технические характеристики датчика давления Элемер АИР-20/М2-Н представлены в таблице 7 .

Таблица 7 – Технические характеристики Элемер АИР-20/М2-Н

–  –  –

Преобразователя термоэлектрические предназначены для непрерывного измерения температуры жидких, парообразных и газообразных сред .

Термопара типа ТХА состоит из двух спаянных проводников изготовленных из металлов, обладающих разными термоэлектрическими свойствами, на одном из концов .

Спаянный конец, который называют "рабочим спаем", погружается в рабочую, а свободные концы или "холодный спай" подключаются ко входу измерителей, регуляторов .

Если температуры "рабочего" и "холодного" спаев различаються, то вырабатывается термо-ЭДС, которая подается на прибор. Так как термоЭДС зависит от разности температур двух спаев датчика, то для получения корректных показаний необходимо знать температуру "холодного спая", чтобы скомпенсировать эту разницу в дальнейших вычислениях .

Основные характеристики датчика, представлены в таблице 8 .

Таблица 8 – Технические характеристики датчика

–  –  –

В качестве газоанализатора используется Оптимус ИК (рисунок 10) – инфракрасный оптический датчик обнаружения присутствия взрывоопасных газов и предназначен для непрерывного контроля взрывоопасных концентраций метана, пропана, бутана, изобутана, пентана, циклопентана, гексана, пропилена, метанола, этанола, а также паров нефти и нефтепродуктов в области рабочей зоны в пределах от 0 до 100% НКПР .

–  –  –

В основу действия газоанализаторов Оптимус ИК положен принцип поглощения ИК излучения измеряемыми газами в контролируемой рабочей зоне .

Газоанализаторы Оптимус ИК имеет стандартный выходной токовый сигнал 4-20 мА, цифровой сигнал HART и RS-485 Modbus RTU, реле «сухие контакты», световую LED индикацию и дисплей .

Прочная конструкция Оптимус ИК позволяет эксплуатировать его в экстремальных климатических условиях в агрессивной атмосфере во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок .

Газоанализатор Оптимус ИК работает при температуре от -60°С до +75°С и относительной влажности до 98% .

–  –  –

В качестве исполнительных механизмов выбран клапан с конструкционным типом – клеточно-плунжерный регулирующе-отсечной типа КМР .

–  –  –

Кv) .

Исходными данными для расчета пропускной способности являются следующие:

- потеря давления на клапане принята равной 1 кгс/ см2 p – изменение давления в трубопроводе 0,5 кгс/ см2 Qmax– максимальное значение расхода 10000 м3/ч .

Расчетная пропускная способность клапана должна быть не менее 100 м3/ч .

В соответствии с таблицей зависимости диаметра трубопроводы от расхода жидкости получен присоединительный размер задвижки к = 250 мм .

трубопроводу В данной работе будет использоваться клапан MV54 с электроприводом (рисунок 11) .

Рисунок 11 – Регулирующий клапан с электроприводом MV54

Регулирующие клапаны MV54 оснащенные электрическими приводными устройствами являются средством автоматизации, позволяющим осуществлять автоматическое изменение параметров регулируемой среды по заданному алгоритму. Контроллер получая сигнал от датчиков, работая по заложенному в него алгоритму, изменяет управляющий сигнал, поступающий на исполнительное устройство – регулирующий клапан с приводом, который, в свою очередь, изменяет положение регулирующего органа, изменяет расход или давление рабочей среды .

Регулирующий клапан с электроприводом – стандартное решение для различных технологических процессов, которые могут требовать точное поддержание заданных характеристик и быстрое реагирование на изменение параметров входящей среды .

–  –  –

Схема внешней проводки представлена в приложении Г. Все выбранные выше датчики, а именно датчик усилия Loadtrol, датчик деформации EPSI AX, датчик положения103SR12-A1, датчик вязкости Aveni Sense DEVIL, датчик ваттметрирования ДВТ-02, датчики давления Элемер АИР-20/М2-Н, а также электропривод клапана ST 5116 имеют унифицированный токовый сигнал 4-20 мА .

Что бы передача сигналов от датчиков давления, расходомеров, амперметров и системы мониторинга на щит КИПиА необходимо использовать по три провода, а для сигнализаторов – два провода. Кабель выбран КВВГ. Это – кабель с медными токопроводящими жилами с виниловой изоляцией в полиэтиленовой оболочке, с защитным покровом, предназначенный для неподвижного присоединения к электрическим аппаратам, приборам и распределительным устройствам номинальным переменным напряжением до 660 В частотой до 100 Гц или постоянным напряжением до 1000 В при температуре окружающей среды от -50°С до +50°С. Медные токопроводящие жилы кабелей КВВГ выполнены однопроволочными. Изолированные жилы скручены. Кабель прокладывается в трубе диаметром 20 мм .

2.7 Выбор алгоритмов управления АС СК В автоматизированных системах используются разные алгоритмы на различных уровнях управления системой:

алгоритмы запуска/остановки используемого оборудования, реализуются на программируемом логическом контроллере и SCADA системе;

ПИД-алгоритмы автоматического управления технологическими параметрами используемого оборудования: регулирование положением клапана, регулирование давления, и т. п., реализуется на программируемом логическом контроллере;

алгоритмы управления сбором измерительных сигналов, данные алгоритмы представляют собой универсальные, логически завершенные программные блоки, реализуются на программируемом логическом контроллере;

алгоритмы автоматической защиты, противоаварийная защита, реализуется на программируемом логическом контроллере;

алгоритмы центрального управления автоматизированной системой, реализуются на программируемом логическом контроллере и SCADA системе;

В выпускной квалификационной работе представлены два алгоритма:

алгоритм сбора данных измерений и алгоритм автоматического регулирования технологическим параметром .

–  –  –

В качестве канала измерения рассмотрим канал измерения показаний вязкости нефти, которая добывается непосредственно из скважины. Для этого канала разработаем алгоритм сбора данных. Алгоритм сбора данных с канала измерения представлен в приложении Д .

2.7.2 Алгоритм автоматического регулирования В качестве алгоритма регулирования будем использовать алгоритм ПИД регулирования, который позволяет обеспечить хорошее качество регулирования, достаточно малое время выхода на режим и невысокую чувствительность к внешним возмущениям .

–  –  –

После расчетов проведем моделирование в среде Matlab. Получим переходную характеристику системы при уставке в 30оС .

На рисунке 14 приведена схема, смоделированная в Matlab .

Рисунок 14 – Схема в Matlab На рисунке 15 представлен переходный процесс системы. Из данного график видим, что при уставке в 30оС заданное значение достигается за 12 секунд. При этом в системе присутствует перерегулирование, которое составляет 3%. Просадка температуры в начале переходного процесса говорит о том, что на систему действует возмущающее воздействие в качестве температуры окружающей среды, которая составляет -10оС .

Рисунок 15 – Переходная характеристика системы Настройка ПИД-регулятора производилась автоматизировано .

Коэффициенты ПИД-регулятора представлены на рисунке 16 .

–  –  –

2.8 Экранные формы АС СКН Для разработки экранных форм использована SCADA – система MasterSCADA. MasterSCADA – это программный пакет для проектирования систем диспетчерского управления и сбора данных (SCADA). Основными свойствами является модульность, масштабируемость и объектный подход к разработке. Система предназначена для сбора, архивирования, отображения данных, а также для управления различными технологическими процессами .

MasterSCADA позволяет легко решать следующие задачи:

решить проблемы программной стыковки различных устройств системы управления;

перераспределять сигналы или алгоритмы их обработки по отдельным устройствам;

создавать распределенные по устройствам алгоритмы контроля и управления;

иметь доступ с любого рабочего места к любой информации, имеющейся в системе .

Дерево экранных форм представлено в приложении Е .

При запуске проекта оператору АСУ предлагается авторизоваться в системе. После корректного ввода логина и пароля, перед оператором открывается основное окно, содержащую упрощённую схему СКН и контроль основных параметров. Из этого окна можно перейти к экранным формам: станок-качалка-насос, электродвигатель, журнал аварий, электронагреватель, журнал событий .

Среда исполнения обеспечивает пользовательский интерфейс операторатехнолога с АСУТП, используя экранные формы и различные элементы управления. Экранные формы позволяют отображать текущую и архивную информацию о технологическом процессе в виде мнемосхем

–  –  –

На мнемосхеме «станок-качалка-насос» представлена схема работы СКН. Как видно основную часть видеокадра занимает схема, которая содержит оборудование и текущую информацию о его работе в виде цветовых индикаторов и мнемознаков. В самом верху расположена панель на которой отображается название открытой мнемосхемы, кнопки открытия логов и отчётов, текущая дата и время, а также кнопка выхода из системы .

Далее расположено меню с имеющимися мнемосхемами, а именно станоккачалка- насос, электронагреватель, электродвигатель. Под меню выбора мнемосхем располагаются цветовые индикаторы загазованности, пожарной и охранной сигнализации .

Обозначения цветов индикаторов указаны в таблице 13 .

Таблица 13 – обозначение цветов индикаторов .

–  –  –

Исходные данные к разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»:

1. Стоимость ресурсов научного исследования (НИ): Оклады участников проекта, нормы материально-технических, энергетических, рабочего времени, ставки налоговых финансовых, информационных и человеческих отчислений во внебюджетные фонды,

2. Нормы и нормативы расходования ресурсов районный коэффициент

3. Используемая система налогообложения, ставки налогов, отчислений, дисконтирования и кредитования

Перечень вопросов, подлежащих исследованию, проектированию и разработке:

1. Оценка коммерческого потенциала, перспективности и Определение потенциальных потребителей, альтернатив проведения НИ с позиции анализ конкурентных технических решений .

ресурсоэффективности и ресурсосбережения

2. Планирование и формирование бюджета научных Планирование этапов работ, составление исследований графика работ

3. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), Оценка эффективности работы финансовой, бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования Перечень графического материала(с точным указанием обязательных чертежей)

1. Оценка конкурентных технических решений

2. График проведения работ

3. Бюджет НИ 3 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности .

На сегодняшний день перспективность и актуальность научного исследования оценивается не столько новизной и масштабом данного открытия, определить которое на первых порах достаточно нелегко, сколько коммерческой ценностью этой разработки. Оценка коммерческой ценности разработки является необходимым условием при поиске источников финансирования для проведения научного исследования и коммерциализации его результатов. Это важно для разработчиков, которые должны представлять состояние и перспективы проводимых научных исследований .

Необходимо понимать, что коммерческая привлекательность научного исследования определяется не только превышением технических параметров над предыдущими разработками, но и тем, насколько быстро разработчик сумеет найти ответы на такие вопросы – будет ли продукт востребован рынком, какова будет его цена, каков бюджет научного проекта, какой срок потребуется для выхода на рынок и т.д .

Таким образом, целью раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» является проектирование и создание конкурентоспособных разработок, технологий, отвечающих современным требованиям в области ресурсоэффективности и ресурсосбережения .

3.1 Потенциальные потребители результатов исследования

Потенциальными потребителями результатов исследования являются коммерческие организации в нефтегазовой отрасли, в частности нефтеперерабатывающие заводы, предприятия. Научное исследование рассчитано на крупные предприятия. Для данных предприятий разрабатывается автоматизированная система управления станка-качалкинасоса (СКН). Автоматизированная система управления СКН позволяет осуществлять процессы перекачки нефти без непосредственного участия обслуживающего персонала .

В таблице 14 приведены основные сегменты рынка по следующим критериям: размер компании-заказчика, направление деятельности. Буквами обозначены компании: «А» - ООО «Томская нефть», «Б» - ОАО «Газпромнефть - Восток», «В» - ЗАО «Микран» .

–  –  –

Детальный анализ конкурирующих разработок, существующих на рынке, необходимо проводить систематически, поскольку рынки пребывают в постоянном движении. Такой анализ помогает вносить коррективы в научное исследование, чтобы успешнее противостоять своим соперникам .

Важно реалистично оценить сильные и слабые стороны разработок конкурентов .

С этой целью может быть использована вся имеющаяся информация о конкурентных разработках:

–  –  –

Согласно оценочной карте можно выделить следующие конкурентные преимущества разработки: повышение производительности, повышение надежности и безопасности, простота эксплуатации .

–  –  –

Планирование комплекса предполагаемых работ осуществляется в следующем порядке:

1) определение структуры работ в рамках научного исследования;

2) определение участников каждой работы;

3) установление продолжительности работ;

4) построение графика проведения научных исследований .

Для выполнения научных исследований формируется рабочая группа, в состав которой могут входить научные сотрудники и преподаватели, инженеры, техники и лаборанты, численность групп может варьироваться .

По каждому виду запланированных работ устанавливается соответствующая должность исполнителей .

В данном разделе необходимо составить перечень этапов и работ в рамках проведения научного исследования, провести распределение исполнителей по видам работ. Примерный порядок составления этапов и работ, распределение исполнителей по данным видам работ приведен в таблице 16 .

–  –  –

- продолжительность выполнения i-й работы в календарных днях;

Где

– продолжительность выполнений i-й работы в рабочих днях;

- коэффициент календарности .

кал

Коэффициент календарности определяется по следующей формуле:

–  –  –

На основе таблицы 17 построим календарный план-график. График строится для максимального по длительности исполнения работ в рамках научно-исследовательского проекта. На рисунке 17 приведен календарный план-график за период времени дипломирования .

–  –  –

Данная статья включает стоимость всех материалов, используемых при разработке проекта. В таблице 18 приведены материальные затраты. В расчете материальных затрат учитывается транспортные расходы и расходы на установку оборудования в пределах 15-25% от стоимости материалов .

Таблица 18 – Материальные затраты

–  –  –

В данной статье расхода включается затраты на приобретение специализированного программного обеспечения для программирования ПЛК фирмы GE Fanuc Series 90-30.

В таблице 19 приведен расчет бюджета затрат на приобретение программного обеспечения для проведения научных работ:

–  –  –

3.4.3 Основная заработная плата исполнителей темы В настоящую статью включается основная заработная плата научного и инженерно-технического работников, непосредственно участвующих в выполнении работ. Величина расходов по заработной плате определяется исходя из трудоемкости выполняемых работ и действующей системы окладов и тарифных ставок .

Основная заработная плата (Зосн) руководителя (лаборанта, студента) от предприятия (при наличии руководителя от предприятия) рассчитывается по следующей формуле:

–  –  –

где Зосн – основная заработная плата одного работника;

Тр– продолжительность работ, выполняемых научно-техническим работником, раб. дн. (таблица 20);

Здн–среднедневная заработная плата работника, руб .

Среднедневная заработная плата рассчитывается по формуле:

–  –  –

где Зм – месячный должностной оклад работника, руб.;

М – количество месяцев работы без отпуска в течение года:

при отпуске в 24 раб.дня М =11,2 месяца, 5-дневная неделя;

при отпуске в 48 раб.дней М=10,4 месяца, 6-дневная неделя;

Fд – действительный годовой фонд рабочего времени научнотехнического персонала, раб.дн. (таблица 20) .

Таблица 20 – Баланс рабочего времени

–  –  –

Расчет расходов на оплату труда берется на основе отраслевой оплаты труда в НИ ТПУ, в соответствии с должностями исполнителей, где руководитель – к.т.н., доцент, студент (инжинер) – учебный вспомогательный персонал .

Месячный должностной оклад работника:

–  –  –

3.4.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) В данной статье расходов отражаются обязательные отчисления по установленным законодательством Российской Федерации нормам органам государственного социального страхования (ФСС), пенсионного фонда (ПФ) и медицинского страхования (ФФОМС) от затрат на оплату труда работников .

Величина отчислений во внебюджетные фонды определяется исходя из следующей формулы:

–  –  –

где kвнеб – коэффициент отчислений на уплату во внебюджетные фонды (пенсионный фонд, фонд обязательного медицинского страхования и пр.) .

Данные предоставлены в таблице 22 .

Таблица 22 – Отчисления во внебюджетные фонды

–  –  –

Накладные расходы учитывают прочие затраты организации, не попавшие в предыдущие статьи расходов: печать и ксерокопирование материалов исследования, оплата услуг связи, электроэнергии, почтовые и телеграфные расходы, размножение материалов и т.д .

–  –  –

3.5 Определение экономической эффективности исследования На основании проведенных исследований выявлено, что на фоне других конкурентных проектов данная разрабатываемая автоматизированная система управление станком качалкой является наиболее эффективной, так как позволяет улучшить технические характеристики: производительность, удобство эксплуатации, помехоустойчивость, надежность, уровень шума, безопасность. Внедрение разрабатываемой АСУ ТП СКН позволяет повысить качество интеллектуального интерфейса, тем самым повышая конкурентоспособность .

Планирование научно исследовательских работ позволило наглядно продемонстрировать все этапы работ и сроки, а также распределить нагрузку между исполнителями .

Расчет бюджета затрат научно исследовательских работ позволил определить объем вложенных (необходимых) инвестиций .

Проведенный технико-экономический анализ свидетельствует о том, что разработанная АСУ ТП СКН позволит значительно снизить затраты на обслуживание и эксплуатацию .

–  –  –

В данной работе рассматривается автоматизация системы управления станок-качалка-насос. В этом разделе рассмотрены и представлены основные факторы, влияющие на работников предприятия, такие как производственная и экологическая безопасность. Разработан комплекс мероприятий, уменьшающий негативное воздействие на работников и окружающую среду .

Задачей ВКР было разработка такой автоматизированной системы управления станком-качалкой, что бы было возможно осуществлять технологические процессы без непосредственного или минимального участия обслуживающего персонала. При полной автоматизации роль обслуживающего персонала будет ограничивается общим наблюдением за работой оборудования, настройкой и наладкой аппаратуры .

4.1 Датчики Входе ВКР необходимо было подобрать такие средства измерения которые должны передавать информацию, при помощи стандартных сигналов входящих в диапазон 4-20 мА. Датчики, используемые в системе, должны удовлетворять требованиям использования с агрессивными средами .

При выборе датчиков рекомендуется отдавать приоритет оборудованию, оснащённому искробезопасными цепями. При получении информации с датчиков, которые находятся во взрывоопасной среде, возможно и необходимо использование как модулей оснащённых искробезопасными входными цепями, так и внешних барьеров искробезопасности, размещаемых в отдельном конструктиве .

На рисунке 19 представлена блок-схема проверок на обрыв и короткое замыкание .

Рисунок 19 – Блок-схема проверок на обрыв и короткое замыкание При обрыве линии или коротком замыкании в системе у оператора появляются сообщения об ошибках, данные недостоверны. В этом случае включаются резервные датчики, если же общая линия повреждена таким образом, что резервные датчики выдают ошибки, то включается световое и звуковое оповещение «Авария», оператор должен дать указание дежурному слесарю КИПиА проверить оборудование по месту. Система автоматически переходит в режим аварийного останова .

4.1.1 Датчик усилия

В качестве датчика усилия выберем датчик типа «Loadtrol»

фирмы «Lufkin» (США). Датчик Loadtrol представляет собой стальной полый цилиндр, на наружную поверхность которого наклеены тензорезисторы. Для монтажа такого датчика на шток требуется полная разборка траверсканатной подвески, что является достаточно трудоемкой операцией. По типу чувствительных элементов датчик усилия Loadtrol представляет собой пассивный тензометрический мост с выходным маломощным аналоговым сигналом напряжением до 10 мВ. Естественно, что столь слабый сигнал подвержен воздействию помех от мощных электродвигателей, преобразователей частоты, пускателей, и для повышения помехозащищенности при передаче сигнала по длинному кабелю требуется применение специальных мер. Кроме того, показания датчика подвержены воздействию параметров самого кабеля: его длины, абсолютного сопротивления и температурного изменения сопротивлений жил кабеля .

Полная погрешность таких датчиков во всем температурном диапазоне может достигать 5% .

4.1.2 Датчик деформации

Датчики EPSI AX предназначены для измерения продольной деформации различных конструкций под статической или динамической нагрузкой. Наличие в датчиках EPSI AX-V встроенного измерительного преобразователя позволяет иметь на выходе нормированный сигнал. Монтаж осуществляется с помощью винтов в предварительно подготовленные резьбовые. Датчики имеют специальный интерфейс для подключения к устройству Epsilog VX для "тонкой" настройки характеристик .

–  –  –

В качестве датчика положения, устанавливаемого на редуктор станкакачалки, выбрали датчик 103SR12-A1 (HONEY) компании Honeywell, работающий на эффекте Холла .

Датчик положения крепится при помощи кронштейна на редуктор установки ШГН и срабатывает при прохождении мимо него двух магнитов .

Монтируется датчик положения таким образом, чтобы магниты проходили мимо датчика Холла в моменты, когда шток установки ШГН находится в крайних нижнем и (или) верхнем положениях .

4.1.4 Датчик вязкости В качестве датчика вязкости выберем датчик Aveni Sense DEVIL, который предназначен для масел и чистой нефти и обладает крепостью и широким диапазонoм измерения вязкости. Это единственный встроенный датчик для непрерывного измерения плотности, динамическoй и кинематическoй вязкости .

DEVIL Преимущества датчика вязкости DEVIL:

– Высокие характеристики при малых размерах

– Технологии MesoScale and Selfbalancit. Конструкция MesoScale® используется для снижения внутреннего объема чувствительного элемента до менее, чем 1 куб./см, обеспечивая свободный и легко очищаемый путь для протока жидкости. Технология Selfbalancit® позволяет делать измерения в соответствии с требованиями ASTM .

Надежное решение для взрывоопасных сред. Прочная конструкция и простота использования являются ключевыми элементами для обеспечения стабильных метрологических характеристик. DEVIL® изготавливается из коррозионностойких материалов и имеет сертифицированное искробезопасное исполнение .

4.2 Контроллер

Modicon M238 – контроллер, систем ввода/вывода и специальных модулей, разработанных для решения многочисленных промышленных задач. Данный котроллер исполнен в компактном корпусе (160*120*90 мм), на котором располагаются съемные клеммы входов/выходов, индикаторы состояния контроллера, разъем подключения модулей расширения и порты встроенных интерфейсов. Schneider Electric Modicon M238 содержит двадцать четыре канала дискретного вводы/вывода. Из четырнадцати каналов восемь – быстродействующие и предназначены для выполнения функций быстрого счета с частой до 100 кГц. Из десяти каналов вывода четыре – быстродействующие и предназначены для выполнения функций рефлексного выхода быстрого счетчика, а так же выполнения функций РТО и ШИМ .

4.3 Обеспечение отказоустойчивости системы Работоспособность контроллера подтверждается сигналом “Работа”, который передается на вход сторожевого таймера. В случае выхода из строя контроллера UCP1 (“зависания”), сигнал “Работа” переходит в статический режим, в этой ситуации сторожевой таймер формирует команду на включение блока экстренного останова .

Контроль работоспособности блоков связи с объектом осуществляет блок управления устройства UCP1. Критерием исправности блока связи является наличие связи с ним по каналу PROFIBUS-DP и отсутствие сообщений об ошибках, в принятых от него, диагностических сообщениях .

Сообщения об отказах передаются оператору, который принимает решение о возможности продолжения работы или останове блока сепарации .

Если решение от оператора не поступает в течение 10 минут, система формирует команду на включение блока экстренного останова .

Также для защиты данных от ошибок помимо самодиагностики датчиков проходит проверка контрольной суммы (хэшсуммы) .

Хеш-сумма (контрольная сумма) – это массив байт фиксированный длинный полученный при помощи специальных хеш-функций, являющийся уникальным для входящих данных. Как правило, хеш-суммы возвращаются в шестнадцатеричном виде, где каждые два символа представляют собой один байт данных .

Хеш-суммы удобно использовать для проверки целостности и/или достоверности данных, т.к. если данные будут отличаться от своего первоначального вида, то хеш-сумма также будет отличаться .

В системе используется алгоритм MD5. Алгоритм генерирует 128битный ключ, что составляет 16 байт данных .

Также для повышения надежности необходимо зарезервировать датчики (рисунок 20) .

Рисунок 20 – Резервирование датчиков

–  –  –

На рисунке 21 приведена часть мнемосхемы выполненная в SimpLight Scada .

Данный интерфейс прост для оператора. Не дает возможности изменять или менять информацию показаний с датчиков. Доступ у оператора лишь на просмотр данных, также есть возможность пуска/останова системы .

Включение/отключение насоса .

Рисунок 21 – Мнемосхема Заключение В результате выполнения выпускной квалификационной работы разработаны технические решения для автоматизированной системы станок-качалка-насос. В ходе выполнения работы подобрано современное оборудования, которое имеет хороший срок службы и необходимую точность измерения, а именно полевые датчики, модульный контроллер Sсhneider Electric Modicon М238, для управления давлением в трубопроводе используются клапаны с электроприводами. Для корректной работы разработанного проекта используется современная SCADA-система MasterSCADA .

Во время разработки проекта изучен технологический процесс работы станка-качалки-насоса. Для безопасной работы и защиты системы в помещение используется высокоточный газоанализатор, поэтому в случае аварийной утечки система быстро перекроет подачу нефти с помощью клапанов с электроприводами .

Так же в ходе выполнения данной работы разработаны функциональная и структурная схемы автоматизации СКН, с помощью которых подобрано правильное оборудования. Была построена схема внешних проводок, которая позволяет четко разобраться в системе передачи сигналов оператору АСУ на щит КИПиА, который в случае обнаружения неисправности работы системы, сможет их устранить. Рассмотрены два алгоритма: алгоритм сбора данных измерений, а именно показаний вязкости нефти и алгоритм автоматического регулирования температуры в печи. Спроектирована мнемосхема и дерево экранных форм .

Итогом данной работы служат готовые решения удовлетворяющие требованиям поставленных задач .

Список используемых источников 1. Громаков Е. И., Проектирование автоматизированных систем. Курсовое проектирование: учебно-методическое пособие: Томский политехнический университет. — Томск, 2009 .

2. Клюев А. С., Глазов Б. В., Дубровский А. Х., Клюев А. А.;

под ред. А.С. Клюева. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справочное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 464 с .

3. Комиссарчик В.Ф. Автоматическое регулирование технологических процессов: учебное пособие. Тверь 2001. – 247 с .

4. ГОСТ 21.408-93 Правила выполнения рабочей документации автоматизации технологических процессов М.: Издательство стандартов, 1995.– 44с .

5. Разработка графических решений проектов СДКУ с учетом требований промышленной эргономики. Альбом типовых экранных форм СДКУ. ОАО «АК Транснефть». – 197 с .

6. Комягин А. Ф., Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП газонефтепроводов. Ленинград, 1983. – 376 с .

7. Попович Н. Г., Ковальчук А. В., Красовский Е. П., Автоматизация производственных процессов и установок. – К.: Вищашк .

Головное изд-во, 1986. – 311с .

8. СП 52.13330.2011. Естественное и искусственное освещение .

9. СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории застройки .

10. СанПиН 2.2.2/2.4.1340 – 03. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы «Гигиенические требования к персональным электронно- вычислительным машинам и организации работы». – М.:

Госкомсанэпиднадзор, 2003 .

11. Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды: учебник для вузов. – М.: Изд-во Юрайт, 2013. – 671с .

12. ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда .

Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов .

13. ГОСТ 12.1.004–91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования .

Приложение А Приложение Б Приложение В Приложение Г Приложение Д Приложение Е



Похожие работы:

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президент...»

«Спиновые явления в полупроводниках. Курс лекций М.М. Глазов 10 декабря 2018 г. Оглавление Оглавление 1 Список основных обозначений 4 Введение 6 0 Кинетическое уравнение 8 1 Эффекты обм...»

«Отчет инжиниринговой компании в сфере долевого участия в жилищном строительстве о результатах мониторинга за ходом строительства жилого дома Сентябрь 2018 г. г. Уральск Отчет инжиниринговой компании в сфере долевого участия в жилищном строительстве о результатах мониторинга...»

«"УТВЕРЖДАЮ" Председатель Окружной комиссии по вопросам градостроительства, землепользования и застройки при Правительстве Москвы по Северному административному округу города Москвы (подпись на оригинале) В.В.Никитин "27" ноября 2018 года ЗАКЛЮЧЕНИЕ по результатам публичных слушан...»

«БЛОК ИНДИКАЦИИ СИСТЕМЫ ПОЖАРОТУШЕНИЯ "С2000-ПТ" вер. 1.01 Этикетка АЦДР.426469.015-02 ЭТ ИСО 9001 УП001 ББ02 1 ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ 1.1 Общие сведения 1.1.1 Блок индикации системы пожаротушения "С2000-ПТ" (в дальнейшем – блок) предназначен для работы в системе "Орион" совместно с прибора...»

«Блок питания ELF, интерьерный, 12 В, 60 Вт МОДЕЛЬ: ELF-12E60BE mini Инструкция по эксплуатации. В настоящей инструкции Вы найдете подробные рекомендации по установке и использованию Блока питания ELF-12E60BЕ mini, 12В, 60 Вт.1...»

«Оптимизация технологического процесса гидроабразивной резки деталей из авиационных материалов Работа выполнена на производственных мощностях РВПК ПАО "Роствертол" и Донском государственном техническом университете (ДГ...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.