Разрабатываемая АСУ ТП будет выполнять задачи, характерные для первой и второй ступеней управления.
Возможно несколько вариантов реализации АСУ ТП.
АСУ ТП, реализующая ручной режим, при котором комплекс технических средств выполняет информационные функции централизованного контроля и вычисления комплексных технических и технико-экономических показателей. Выбор и осуществление управляющих воздействий производит человек (оператор).
АСУ ТП, реализующая режим «советчика», при котором комплекс технических средств на основе анализа исходной информации разрабатывает рекомендации (советы) по управлению и осуществляет поиск оптимальных решений, а решение об их использовании принимается и реализуется оперативным персоналом.
АСУ ТП, реализующая автоматический режим, при котором комплекс технических средств реализует управляющие функции. Целью этих функций является автоматическая выработка и осуществление управляющих воздействий на технологический объект управления. При этом различают режим супервизорного управления, когда средства управляющего вычислительного комплекса автоматически изменяют уставки и параметры настройки локальных регулирующих устройств вблизи точки оптимального ведения процесса, и режим прямого, непосредственного цифрового управления, когда управляющий вычислительный комплекс формирует воздействие непосредственно на исполнительные механизмы, а регуляторы вообще исключаются из схемы управления.
Разрабатываемая АСУ ТП будет работать в автоматическом режиме и объединит:
1). Локальные средства автоматизации, установленные непосредственно на технологическом оборудовании и коммуникациях и осуществляющие сбор, первичное преобразование информации и передачу ее в измерительные преобразователи-контроллеры;
2). Преобразователи-контроллеры первого уровня, предназначенные для сопряжения ЭВМ с объектом и реализации законов регулирования. Эти контроллеры имеют блочную структуру и позволяют подключать модули аналогового и дискретного ввода и вывода, модули для подключения термопар. Рабочие диапазоны настраиваются программным путем. Программируемость этих контроллеров позволяет реализовывать на них любые законы регулирования, при этом ресурсы ЭВМ вышестоящего уровня высвобождаются для решения других задач. Все микроконтроллеры подключаются к ЭВМ посредством унифицированного интерфейса обмена данными.
3). Электронно-вычислительную машину второго уровня, выполняющую функции индикации, регистрации, управления, идентификации и сигнализации предаварийных ситуаций. В качестве ЭВМ предлагается использовать промышленную рабочую станцию. Такие машины предназначены для эксплуатации в цеховых условиях, имеют достаточную вычислительную мощность и высокую надежность. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы. Подключенные к ЭВМ устройство ввода и вывода (в минимальной конфигурации клавиатура и принтер) образуют автоматизированное рабочее место оператора, и позволяют оператору осуществлять ручное управление процессом.
Предлагаемая автоматизированная система управления технологическим процессом позволит решать все требуемые задачи автоматизации.
Структура АСУ приведена в документе ДП-210200-833-2005 А1.
2.4 Техническое обеспечение разрабатываемой системы автоматизации
В данной системе управления используется микроконтроллер OctagonSystems 6440. Задачи, решаемые контроллером:
· Сбор информации с датчиков различных типов и ее первичная обработка (фильтрация сигналов, линеаризация характеристик датчиков и т.п.);
· Выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов;
· Контроль технологических параметров и аварийная защита многофункционального оборудования;
· Обмен данными в распределенных системах, обмен данными с другими контроллерами;
· Обслуживание оператора-технолога, прием и исполнение команд, аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров, передача значений параметров и различных сообщений на панель оператора и в SCADA – систему верхнего уровня.
Этот контроллер имеют блочную структуру и позволяют подключать модули для аналогового ввода/вывода, модули для подключения термопар и термопреобразователей сопротивления, модули цифрового ввода/вывода, релейные модули, плату последовательного интерфейса RS232/485. Рабочие диапазоны настраиваются программным путём. Программируемость этих контроллеров позволяет реализовывать на них любые, самые сложные законы регулирования, при этом ресурсы рабочей станции вышестоящего уровня высвобождаются для решения других задач. Управление объектом производится прикладной программой, хранящейся в энергонезависимой памяти контроллера. При этом контроллер подключен к сети Ethernet, что позволяет вычислительному устройству верхнего уровня иметь доступ к значениям входных и выходных сигналов контроллера и значениям рабочих переменных прикладной программы, а также воздействовать на эти значения. Открытая архитектура позволяет подключать практически любое количество внешних преобразователей, что очень важно для возможного расширения системы. Для повышения надежности системы предусмотрено наличие резервного контроллера, работающего в режиме горячего резервирования с основным контроллером.
На основании эскизного проекта разработана функциональная схема автоматической системы управления процессом подготовки шихты.
Для управления технологическим процессом подготовки шихты используем программируемый контроллер, предназначенный для построения территориально распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивающий выполнение следующих функций: аналоговый ввод-вывод, дискретный ввод-вывод, первичное преобразование информации, прием команд от удаленной вычислительной системы, передача в ее адрес преобразованных данных, управление процессом. Программируемый контроллер обозначен на схеме поз. 1-2. Все входные сигналы обрабатываются одним программируемым контроллером с передачей данных на ЭВМ для их индикации, регистрации, сигнализации, дистанционного управления.
Основным технологическим параметром подготовки шихты является температура сушки песка. Отклонение данного параметра от заданного значения вызывается изменением температуры и влажности песка, поступающего на сушку. Эти изменения являются наиболее влияющими возмущениями, поэтому регулирование осуществляется с помощью комбинированной системы автоматического регулирования.
Сигнал с измерительного преобразователя температуры поз. 1-1 поступает на контроллер поз. 1-2 через модуль аналогового ввода на программно реализованный регулятор температуры и в ЭВМ, где осуществляется индикация значения температуры.
Влажность песка в бункере песка измеряется преобразователем влажности поз. 2-1, 2-2. Сигнал с измерительного преобразователя поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 в реализованный программным путем блок компенсации и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения влажности. С блока компенсации сигнал поступает на регулятор температуры.
Температура песка в бункере песка измеряется преобразователем температуры поз. 3-1. Сигнал с измерительного преобразователя поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 в реализованный программным путем блок компенсации и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения температуры. С блока компенсации сигнал поступает на регулятор температуры.
Выработанный регулятором температуры сигнал управления поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 1-3 и далее на исполнительный механизм регулирующего клапана на газопроводе поз. 1-5.
Для регулирования концентрации отходящих дымовых газов на выходе из сушильного барабана используем каскадную систему регулирования. Корректирующим (внешним, основным) регулятором является регулятор концентрации отходящих дымовых газов, а стабилизирующим (внутренним) – регулятор соотношения “воздух/топливный газ”. В качестве регулирующего воздействия выбираем изменение расхода воздуха, поступающего на горение в сушильный барабан.
Концентрация кислорода в отходящих из сушильного барабана дымовых газах измеряется газоанализатором поз.4-1, 4-2. Сигнал текущего значения концентрации кислорода, содержащегося в дымовых газах, с газоанализатора поступает через модуль аналогового ввода на контроллер поз. 1-2. в реализованный программным путем основной регулятор концентрации и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения.
Измерение расхода газа осуществляется измерительным преобразователем расхода поз. 5-1, 5-2. Сигнал текущего значения расхода поступает в контроллер поз. 1-2 на программно реализованный вспомогательный регулятор и в ЭВМ, где осуществляется индикация значения расхода. Сюда же поступает сигнал с измерительного преобразователя расхода воздуха, подаваемого на горение, поз. 6-1, 6-2. Выработанный основным регулятором сигнал поступает на вход вспомогательного регулятора. Сигнал управления с вспомогательного регулятора поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 6-3 и далее на исполнительный механизм регулирующего клапана на трубопроводе воздуха поз. 6-5.
Регулирование влажности песка в разгрузочной камере сушильного барабана песка осуществляется одноконтурной системой регулирования. Влажность песка измеряется преобразователем влажности поз. 7-1, 7-2. Сигнал с измерительного преобразователя поступает через модуль аналогового ввода в контроллер поз. 1-2 в реализованный программным путем регулятор влажности и в ЭВМ, где осуществляется индикация измеряемого значения влажности. С регулятора сигнал поступает через модуль импульсного вывода на пускатель поз. 7-3 и далее на исполнительный механизм регулирующего клапана на трубопроводе воздуха для сушки поз. 7-5.