Третий уровень - рабочие станции промышленного исполнения, то есть станция оператора-технолога и станция инженера.
Станция оператора-технолога осуществляет следующие функции: управление в реальном масштабе времени основным и вспомогательным технологическим процессом, ведение базы данных, визуализацию состояния технологического оборудования (мнемосхемы, графики), обработку данных, дистанционное и ручное управление технологическим процессом, сигнализацию вышедших за пределы технологических параметров, формирование и печать протокола нарушений и сообщений, связь с другими системами автоматизации.
Станция инженера выполняет следующие функции: задание уставок блокировки, настройка датчиков, настройка диапазонов значений параметров, настройка регуляторов, отладка программ, настройки мнемосхем, трендов.
Связь между компонентами 1-го и 2-го уровней АСУ ТП должна осуществляться электрическим способом: кодовые, аналоговые и дискретные сигналы.
Связь между компонентами 2-го и 3-го уровня должна осуществляться кодовым способом посредством специализированных промышленных компьютерных сетей обеспечивающих полный цикл обмена данными между компонентами в пределах одной секунды. Связь во время управления процессом между контроллерами должна работать в режиме односторонней передачи информации – от ПАЗ к РСУ. 3-й уровень АСУ ТП должен иметь программные и аппаратные средства для подключения к информационно-управляющей системе завода, организованной на базе протокола Ethernet.
АСУ ТП должна быть ориентирована на работу в жёстком реальном времени, т.е. быть предсказуемой и обеспечивать выполнение всех функций точно в срок.
Система должна иметь возможность оперативного конфигурирования прикладного программного обеспечения на отдельной инженерной станции без нарушения работоспособности системы, кроме того, система должна быть резервируема и полностью автономна.
3.2 Техническое обеспечение
(Лист №2 ДП 2102 00 022 05 ГЧ)
Выбор технических средств автоматизации. Для достижения поставленной задачи дипломного проектирования, реализации функций контроля, регулирования и управления, необходимо заменить полевой КИП существующей системы автоматизации, а так же отсечную блокировочную арматуру на всём объекте для повышения надёжности системы ПАЗ.
При выборе преобразователей и измерительных средств, в первую очередь необходимо принять во внимание такие факторы, как выходной сигнал, пожароопасность и взрывоопасность. Измерительные преобразователи должны быть выбраны, исходя из пределов измерения регулируемой величины объекта.
Для измерения давления предлагается использовать преобразователи давления CerabarSPMP 635 и CerabarSPMC 731 фирмы «Endress+Hauser», с видом искрозащиты EExiaIICT4/T6 [13].
Преобразователь давления Cerabar S PMP 635 имеет следующие характеристики:
- Погрешность (относительная), % < 0,1;
- Погрешность (дополнительная), % 0,1/год;
- Диапазон измерения: (абсолютное давление, кПа) от 16 до 600;
(избыточное давление, кПа) от 16 до 600;
- Диапазон окружающих температур, 0С от (- 40) до 100;
- Диапазон рабочих температур, 0С от (-40) до 100;
Если высокая постоянная температура превышает 850С, то датчик устанавливается с капиллярной трубкой, с использованием специального кронштейна.
- Выходной сигнал от 4 до 20 мА/HART®;
- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP 65.
Преобразователь давления CerabarSPMC 731 имеет следующие характеристики:
- Погрешность (относительная), % < 0,1;
- Погрешность (дополнительная), % 0,1/год;
- Диапазон измерения: (абсолютное давление, кПа) от 0 до 4000;
(избыточное давление, кПа) от 100 до 4000;
- Диапазон окружающих температур, 0С от (- 40) до 100;
- Диапазон рабочих температур, 0С от (-40) до 100;
Если высокая постоянная температура превышает 850С, то датчик устанавливается с капиллярной трубкой, с использованием специального кронштейна.
- Выходной сигнал от 4 до 20 мА/HART®;
- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP 65.
Для измерения расхода предлагается использовать преобразователь дифференциального давления DeltabarSPMD 235 фирмы «Endress+Hauser», с видом искрозащиты EExiaIICT4/T6 [13], имеющий следующие характеристики:
- Погрешность (относительная), % < 0,1;
- Погрешность (дополнительная), % 0,1/год;
- Диапазон измерения (дифференциальное давление, кПа) от 0 до 300;
- Диапазон окружающих температур, 0С от (-40) до 125;
- Диапазон рабочих температур, 0С от (-40) до 125;
Если высокая постоянная температура превышает 850С, то датчик устанавливается с капиллярной трубкой, с использованием специального кронштейна.
- Выходной сигнал от 4 до 20 мА/HART®;
- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP 65.
Для измерения температуры предлагается использовать датчики температуры промышленной группы «Метран»: ТСП Метран-206, ТХА Метран-201 [12].
ТСП Метран-206 имеет следующие характеристики:
- Диапазон измерений (температура, 0С) от (-50) до 500;
- НСХ 100П;
- Класс допуска А;
- Материал головки полиамид стеклонаполненный ПА-66;
- Материал защитной арматуры 12Х18Н10Т;
- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254.
ТХА Метран-201 имеет следующие характеристики:
- Диапазон измерений (температура, 0С) от (-40) до 800;
- НСХ К;
- Класс допуска 2;
- Материал головки полиамид стеклонаполненный ПА-66;
- Материал защитной арматуры 12Х18Н10Т;
- Степень защиты от воздействия пыли и воды IP65 по ГОСТ 14254.
Для измерения уровня используется преобразователь измерительный уровня буйковый Сапфир-22Ду-Ex искробезопасного исполнения 0ExiaIIСТ6 [11], имеющий следующие характеристики:
- Погрешность измерений, % ±0,5;
- Диапазон окружающих температур, 0С от (- 50) до 120;
- Диапазон измерений (уровень, мм) от 0 до 400, от 0 до 1600;
- Плотность измеряемой жидкости, кг/м3 от 400 до 2000;
- Предельно допустимое избыточное рабочее давление, кПа до 4000.
Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра (уровня жидкости) в стандартный токовый сигнал дистанционной передачи. Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного преобразователя. При изменении измеряемого уровня происходит изменение гидростатической выталкивающей силы, воздействующей на чувствительный элемент – буек. Это изменение через рычаг передается на тензопреобразователь, размещенный в измерительном блоке, где линейно преобразуется в изменение электрического сопротивления тензорезисторов. Электронный преобразователь преобразует это изменение в токовый сигнал.
Для определения состава контактного газа предлагается использовать промышленный многопоточный хроматографGC 1000 MarkII фирмы ООО «Йокогава электрик» [16], имеющий следующие характеристики:
- Объект измерения газ;
- Диапазон измерений от 10 ppm до 100 %;
- Число измеряемых потоков 31;
- Количество измеряемых компонентов 255;
- Воспроизводимость ±1% шкалы;
- Температура окружающей среды от (-10) до 50 0С;
- Газ-носитель водород (давление от 500 до 700 кПа);
- Выход от 4 до 20 мА;
- Питание 220В/50 Гц.
Для преобразования выходного электрического сигнала от системы управления к клапану в пневматический сигнал предлагается использовать позиционеры во взрывозащищённом исполнении EExiaIICT6 типа 4763-10130012110 фирмы SAMSON [15], имеющие следующие характеристики:
- Диапазон хода, мм от 7,5 до 90;
- Задающая величина, мА от 4 до 20;
- Сопротивление катушки при 20 0С, Ом 250±7%;
- Воздух питания, кПа от 140 до 600;
- Характеристика линейная;
- Отклонение при установке фиксированной точки, % <1,5;
- Температура окружающей среды, 0С от (-45) до 85.
Для обеспечения безопасности цепей датчики подключаются к модулям ввода/вывода системы управления с помощью барьеров искробезопасности. Предлагается использовать барьеры искробезопасности серии HiD 2000 фирмы «Elcon Instruments» (Италия) [14].
HiD 2030SK – аналоговый вход (2 канала): обеспечивает полностью независимый (изолированный от земли и других цепей) источник питания для интеллектуальных и обычных 2-х или 3-х проводных датчиков;
HiD 2062 – аналоговый вход (2 канала): принимает входной сигнал от термоэлектрических преобразователей из опасной зоны и преобразует их в изолированный аналоговый токовый сигнал в безопасной зоне;
HiD 2072 – аналоговый вход (2 канала): принимает входной сигнал от термометра сопротивления из опасной зоны и преобразует его в изолированный аналоговый токовый сигнал в безопасной зоне;
HiD 2038 – аналоговый выход (2 канала): используется для управления электропневматическими преобразователями или другими подобными устройствами с токовым управлением, находящимися в опасной зоне.
HiD 2872 − дискретный выход (2 канала): предназначен для управления электромагнитными клапанами, светодиодными индикаторами, аварийными звуковыми сигналами.
HiD 2842 − дискретный вход (2 канала): сигнал опасной зоны – «сухой» контакт; сигнал безопасной зоны – 2 открытых коллектора (транзисторные выходы) в каждом канале, обнаружение повреждения линии.
Серия Elcon HiD 2000 разработана для использования совместно с системами управления технологическими процессами и состоит из набора компактных модулей барьеров искробезопасности с гальванической развязкой, предназначенных для обработки и согласования входных и выходных сигналов на технологической установке.
Для реализации блокировочных воздействий на объект управления предлагается использовать клеточно-плунжерные отсечные клапаны КМО 101 НЖ 150 а НЗ У фирмы ЛГ «Автоматика» с пневматическим приводом, в комплекте с электромагнитными клапанами (во взрывозащищённом исполнении), сигнализаторами конечных положений (на базе взрывозащищённого микропереключателя) и фильтрами-редукторами [10].