Проектирование автоматической системы управления температурным режимом печи пиролиза П-101 установки (стр. 9 из 16)
3. На следующем уровне детализации системы в областях выделяются модули, управляющие элементами оборудования. Разработчик может использовать уже существующие модули из библиотеки в качестве отправной точки для создания модулей, необходимых для реализации стратегии управления.
В системе используется модульный принцип при разработке стратегии управления. Управляющие модули являются уникальными поименованными управляющими единицами. Они содержат группу логически взаимосвязанных системных объектов и имеют имя – тег. Обычно, управляющие модули представляют управляющее оборудование технологического процесса, такое, как клапаны, задвижки, насосы, мешалки и т. д.
Функциональные блоки – это основные компоненты управляющего модуля, то есть, это блоки, из которых строится управляющая модель. Каждый функциональный блок содержит в себе управляющий алгоритм (такой как ПИД, Аналоговый Выход или Аналоговый Вход). Будучи соединенными вместе, в определенной последовательности, несколько функциональных блоков образуют управляющую модель.
Задание параметров функциональных блоков.
На рис. 4.8.1 показана схема управления температурным режимом печи П-101.
Рис. 4.8.1
4.9 Выводы
В ходе выполнения данного раздела было выполнено следующее:
1. Рассчитаны и смоделированы одноконтурные системы регулирования по каналам температуры на выходе печи П-101, расхода топливного газа. Получены оптимальные настройки ПИ регуляторов.
2. Рассчитана и смоделирована каскадная система регулирования температуры на выходе печи. Установлено, что каскадная САР, по сравнению с одноконтурной, практически мгновенно ликвидирует внутренние возмущающие воздействия.
3. Для уменьшения влияния внешних возмущений на систему была рассчитана и смоделирована комбинированная схема регулирования (каскадная система с компенсацией по расходу сырья в печи).
4. При реализации CAP на реальном объекте на качество переходного процесса влияют нелинейности ТСА, принимая во внимание эту особенность, была смоделирована CAP, учитывающая нелинейности используемых ТСА.
5. Реализован алгоритм регулирования температуры в распределенной системе управления CS-3000 фирмы Yokogawa.
5. Выбор и анализ комплекса средств автоматизации
5.1 Характеристика используемых средств автоматизации
1). Измерение температуры на выходе печи.
В качестве прибора для измерения температуры используется норирующий преобразователь YTA310/320 с термопарой СН-К фирмы Yokogawa.
Конфигурирование осуществляется посредством BRAIN или HART коммуникатора. При конфигурировании пользователь может задать:
-тип входного сигнала и пределы измерений;
-режим сигнализации;
-время демпфирования;
тип выходной характеристики (прямая/ обратная) и т.д.
Основные характеристики:
Тип сенсора К
Пределы измерений 0... 900,
Выходной сигнал: 4...20 мА с функцией цифровой связи по BRAIN или HART протоколу.
Класс точности 0,5.
Питание: 10,5...42 В постоянного тока.
Температура окружающей среды:
- базовая модель: -40... 85 °С;
-с ЖК-индикатором: -30...80°С.
Пылевлагозащищенность IP67.
2). Измерение расхода топливного газа.
Вихревой расходомер Digital YEWFLO фирмы Yokogawa.
Вихревые расходомеры серии YEWFLO представляют собой интеллектуальные датчики расхода и предназначены для измерения объемного расхода жидкости, пара или газа. Эти приборы измеряют частоту вихрей с помощью вихреобразователя, внутри которого находятся пьезодатчики, преобразующие вибрацию вихреобразователя в электрический частотный сигнал.
Подробнее о принципе измерения...
Последняя модель серии YEWFLO, называемая digitalYewflo (DY), принципиально отличается от предыдущей версии тем, что в ней применяется новая уникальная цифровая электроника, использующая разработанную фирмой Иокогава технологию спектральной обработки сигнала "SSP". Благодаря этому, расходомер теперь постоянно анализирует вибрацию, состояние среды внутри себя и, используя эти данные, автоматически подстраивает режимы обработки сигнала, а также вовремя информирует оператора или устройства верхнего уровня о нештатных режимах потока и вибрации, если таковые возникают.
У модели digitalYewflo также имеется модификация, обладающая способностью одновременно с расходом измерять через встроенный в виреобразователь термометр сопротивления еще и температуру рабочей среды. С помощью этой функции теперь расходомер может самостоятельно рассчитывать и выдавать массовый расход при измерении расхода жидкости и насыщенного пара (в память электронного блока "зашита" зависимость плотности насыщенного пара от температуры).
Кроме того, 2 выходных сигнала (токовый 4...20 мА и импульсный) позволяют датчику передавать на верхний уровень одновременно информацию как о расходе, так и о температуре рабочей среды.
Погрешность
- Газ и пар: ±1% от текущего значения (при скорости потока до 35 м/с)
Выходные сигналы
4…20мА, импульсный (частотный) сигнал, статус, цифровая связь (BRAIN или HART протокол), Foundation Fieldbus
Дополнительные функции коррекция аппаратной ошибки, самодиагностика, коррекция по числу Рейнольдса.
Конструктивное исполнение IP67, искробезопасное, взрывонепроницаемое.
Внесены в ГОСРЕЕСТР.
Расходомеры поставляются с первичной поверкой Госстандарта
Межповерочный интервал - 4 года.
3). Измерение расхода сырья.
Вихревой расходомер Digital YEWFLO фирмы Yokogawa(См. выше).
4). Регулирующий орган.
В качестве регулирующего органа применяется ИМ Fisher-Rosemount 657 с позиционером EWТ.
Характеристика:
Исполнение: нормально закрытый;
DU: 6"
Рабочая температура: 40 град. Целься;
Давление: 5,36 кгс/кв. см;
Среда: природный газ.
5). Обеспечение взрывозащиты:
Барьеры искрозащиты РИФ
Производитель ОАО "Челябинский завод "Теплоприбор".
Барьеры искрозащиты РИФ обеспечивают искро-безопасность электрических цепей датчиков давления, температуры и др. аналогичных средств автоматизации, используемых в системах контроля и управления технологическими процессами взрыво- и пожароопасных производств различных отраслей промышленности.
Барьеры искрозащиты РИФ относятся к взрыво-защищенному электрооборудованию и в соответствии с ПУЭ: имеют уровень взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь"; - относятся (по области применения) к электрооборудованию подгруппы МС, соответствующей категориям взрывоопасной смеси МС, ИВ, НА.
5.2 Метрологический расчет измерительного канала
В данном разделе будет произведен метрологический расчет канала температуры продукта на выходе печи П-101.
Канал измерения температуры представлен на рисунке 5.1.
Рис. 5.1. Блок-схема канала измерения температуры продукта на выходе.
Где: ТСП – Термопреобразователь сопротивления;
ЛС – линия связи;
БИЗ - барьер искробезопасности;
Плата I/O – плата ввода-вывода;
СУ – система управления.
Суммарная погрешность dИК канала измерения температуры определяется по формуле:
(5.1)где: dТСП- погрешность термопреобразователя сопротивления – 0,5%;
dЛС – погрешность линии связи – 0,15%;
dБИЗ – погрешность барьера искрозащиты – 0,1%;
dI/O – погрешность платы ввода-вывода – 0,1%;
В соответствии с формулой (13) погрешность измерительного канала равна:
5.3 Расчет надежности системы автоматического регулирования
Надежность АСУТП является комплексным свойством, включающим безотказность, ремонтопригодность и долговечность. Надежность работы АСУТП обеспечивается за счет распределенности ее структуры. Для обеспечения надежности системы управления, все управляющие алгоритмы АСУТП реализуются в программном обеспечении, резервированных (дублированных) контроллеров.Надежность программного обеспечения АСУТП обеспечивается наличием в его составе систем диагностики и самодиагностики.
В данной системе управления нам необходимо рассчитать надежность по каналу температуры.
Известно, что:
· для контроллеров Yokgawa среднее время наработки на отказ tср.н равно 0000 часов (tср.н=150000 часов);
· для датчиков расхода вероятность отказа (
) за 2000 часов составляет 0,04;· для соединительных проводов вероятность отказа (
) за 2000 часов составляет 0,005.Условно примем, что закон распределения отказов экспоненциальный, тогда вероятность безотказной работы контроллера определяем по формуле: