Отчет по практике в ООО «НП ЭСАН», участок КИП и А

Негосударственное образовательное учреждение высшего образования Московский технологический институт

 

Факультет: Техники и современных технологий   

Кафедра: Информатики и автоматизации

Уровень образования: бакалавр

Направление: Управление в технических системах

Профиль:  Системы и средства автоматизации технологических процессов 

 

ОТЧЕТ

 

по производственной практике

 

в   период   с   «01» февраля 2016 г.   по   «20» февраля 2016 г.

 

в     ООО «НП ЭСАН»,  участок КИП и А      

(место прохождения практики)

 

 

 

Студент:  Шайдуллин Ильдар Алимович                 

                                            (Ф.И.О. полностью)                                                                  (подпись, дата)

 

 

Руководитель практики от организации

 

Начальник КИП и А    ООО «НП ЭСАН»,   Иванов Виктор Владимирович 

                                                  (ученая степень, звание, Ф.И.О. полностью)                                     

 

                                                                                                                                                  (подпись, дата)

 

 

Руководитель практики от кафедры

 

Заф. кафедрой «Информатики и автоматизации», к.т.н., доцент        Подлевских Александр Павлович        

                                                 (ученая степень, звание, Ф.И.О. полностью)                                     

 

                                                                                                                                                  (подпись, дата)

 

 

 

 

Москва 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В век высоких технологий в производство активно внедряется компьютеризированные, роботизированные технологии а также АСУ ТП.  
О промышленной автоматизации (АСУ ТП) и ее актуальности сегодня говорят и обсуждают много. Так что же такое АСУ ТП? Это совокупность высоких технологий, интегрированных в промышленность и предназначенных для производства на высоком уровне.

Сегодня АСУ ТП внедрена практически во все сферы производства: пусть это сфера ЖКХ, энергетика и особенно нефтегазовая промышленность. Именно автоматизация производственного процесса помогает увеличить объемы производства, сократить затраты ресурсов и, соответственно, позволяет увеличить отдачу и обеспечить приток большей прибыли.

В первую очередь в АСУ ТП заинтересованы руководители предприятий. Обычно, необходимость в АСУ ТП возникает, если процесс довольно трудоемок и время затраченное на его выполнение становится неприемлемым реальным срокам. Также нужно учитывать то, что внедрять частично АСУ ТП не приемлемо. Это лишь облегчит труд максимум паре сотрудников и никакого экономического эффекта не стоит ожидать. Важно отметить и тот факт, что АСУ ТП исключает ошибки «человеческий фактор» при сложных расчетах или при принятии важных решений.

Производственная проходила в период с «01» февраля 2016 г. по  
«20» февраля 2016 г. в обществе с ограниченной ответственностью ООО «НП ЭСАН», которое специализируется в области энергетики и АСУ ТП.

Проходя производственную практику моей целью было закрепление теоретических знаний, полученных при изучении дисциплин общепрофессионального цикла и дисциплин специализации. Во время производственной практики мной развиты и приобретены общие практические умения и навыки, которые в будущем закрепятся многолетней практикой.

Задачи производственной практики включают:

– освоение действующие стандартов, технических условий, положений и инструкций по эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной техники, периферийного и сетевого оборудования, аппаратных средств компьютерной графики;

– знакомство с организационными структурами предприятий, производств и цехов, а также с функциями и структурами основных подразделений и служб;

– изучение архитектуры компьютерной сети, основных характеристик сетевого оборудования, функциональных особенностей программного обеспечения;

– рассмотрение структуры подразделений АСУ и информационных технологий с учетом штатов, перечня решаемых задач, планируемых программ деятельности и развития технического оснащения, применяемых технологий, программных средств и систем;

– выполнение индивидуального задания;

– овладение современными методами сбора, анализа и обработки научной информации в области информатики и вычислительной техники;

– овладение основами компьютерной обработкой информации с помощью современных прикладных программ;

– получения опыта оформления технической документации;

– изучение основных характеристик и параметров производственных и технологических процессов;

– изучение тестирования и отладки аппаратно-программных комплексов;

– разработка программ и методик испытаний средств и систем автоматизации и управления. 

В процессе прохождения производственной практики разработана 2-х контурная система автоматического регулирования температуры в ректификационной колонне, для которой были выбраны и обоснованы современные средства автоматизации, а также выполнен анализ устойчивости и качества регулируемых параметров.

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Контроллер – устройство управления в электронике и вычислительной технике.

Контроллер прерываний – микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность обработки запросов на прерывание от разных устройств.

Контроллер электрического двигателя – многоступенчатый, многоцепной коммутационный аппарат с ручным управлением.

Микроконтроллер – микросхема, управляющая электронными устройствами.

Промышленный контроллер – управляющее устройство, применяемое в промышленности и других отраслях для автоматизации технологических процессов, в быту для управления климатом и др.

Программируемый логический контроллер – промышленный контроллер, оптимизированный для выполнения логических операций.

Контроллер прерываний (англ. Programmable Interrupt Controller, PIC)  – микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств.

Контроллер электрического двигателя – многоступенчатый, много цепной коммутационный аппарат с ручным управлением, предназначенный для изменения схемы главной цепи электрического двигателя или цепи возбуждения, включения и выключения электрической цепи с возможностью одновременно производить сложные переключения схемы управления с помощью одной рукоятки (маховика).

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ  (или) ПЗУ.

1. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА

1.1 Структурная схема

 

Рис.1 Структурная схема процесса ректификации

 

Ректификация (от лат. rectus — прямой и facio — делаю) — это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо – и теплообмена между паром и жидкостью. Ректификацию можно проводить периодически или непрерывно. Ректификацию проводят в башенных колонных аппаратах, снабженных контактными устройствами (тарелками или насадкой) — ректификационных колоннах.

1.2 Описание

На рис. 1 приведена брага-ректификационная колонна 1 которая путем многократного выпаривания разделяет бинарную смесь этилового спирта (низкокипящего компонента) и воды (высококипящего компонента). В середину колонны подается бинарная смесь, подается она заранее разогретой, для того чтобы не было большой нагрузки для замкнутого контура регулирования теплообменника 3. В нижней части колонны скапливается высококипящий компонент, который постоянно подогревается теплообменником за счет циркуляции. Так же в нижней части поддерживается определенный уровень низкокипящего компонента. В верхней части колонны по мере выпаривания выходит практически чистый низкокипящий компонент или готовый продукт.

1.3 Контроль и регулирование

Для того что бы технологический процесс ректификации проходил беспрерывно и с отсутствием брака необходимо постоянное регулирование и контроль технических параметров, таких как температура и уровень. В данной схеме мы регулируем температуру и уровень с помощью ПИД-закона регулирования функцию которого выполняет контроллер Honeywell С200.

В нижней части колонны устанавливается датчик температуры 5 (далее приведены технические характеристики всех датчиков и исполнительных механизмов) который снимает показания температуры, преобразует его в электрический сигнал 4-20мА и отправляет в контроллер Honeywell С200 далее контроллер отправляет уже обработанное значение на исполнительный механизм, который регулируя расход пара снижает или повышает температуру смеси. Таким образом, изменяя расход пара в теплообменнике, мы воздействуем на температуру в колонне.

Уровень так же регулируется с помощью закона ПИД-регулирования в колонне установлен датчик уровня 6 который снимает показания уровня преобразует его в электрический сигнал 4-20мА и отправляет в контроллер Honeywell С200 далее контроллер отправляет уже обработанное значение на исполнительный механизм, который увеличивая или снижая расход кубового продукта поддерживает необходимый уровень в колонне.

1.4 Функциональная схема

 Рис.2 Функциональная схема

 

В схеме показаны взаимодействия всех устройств управления и принцип работы САР в целом.

В трубопроводах установлены исполнительные механизмы ИМ регулирующие расход вещества подающего в объект управления ОУ. Далее датчик температуры ДТ снимает показания и преобразовывает значение температуры в унифицированный сигнал 4-20 мА который поступает в модуль входа Мвх установленный в шасси контроллера. Далее уже заранее написанная с помощью функциональных блоков и прогруженная в контроллер логика управления, построенная с помощью программного обеспечения Control Builder, обрабатывает сигнал, пришедший на модуль входа, и выдает уже обработанный сигнал на модуль выхода Мвых, который так же выдает сигнал размером 4-20 мА. С помощью усилителя сигнала УС сигнал, вышедший с модуля выхода, усиливается и подается на исполнительный механизм. Сервер выполняет функцию базы данных, хранит всю информацию о процессе. Станция является инструментом управления с помощью, которой оператор может вводить изменения в процесс.

1.5 Выбор и описание  средств автоматизации

Паспортные данные и спецификации выбранного 2-х ходового фланцевого линейного клапана приведены в приложении А, Б.

Привод Honeywell рис. 4 серия ML7421, модель ML7421A3004, для больших линейных клапанов, регулирующий работу механизмов открывания воздушных клапанов. Устройство применяется для вентилей, монтируемых в системах подачи и регулирования горячей воды для водяных нагревателей, используемых в вентиляционных конструкциях.

 

 

Рис.3 Привод Honeywell серии ML

Привод Honeywell модели ML7421A3004, имеет следующие характеристики:

• шток - 20 мм;
• класс защиты - IP54;
• управляющий сигнал - 0,5…10V, 0,25...20mA;
• электрические параметры - 24Vac; 12VA.

Благодаря продуманной концепции электрического и механического монтажа, стандартизированные размеры позволяют надежно и быстро проводить установку, подключение и пусконаладочные работы. Прибор оснащен кнопкой ручного управления совместно с механическим ограничителем угла. На реализацию поставляется только продукция стандартного исполнения, но ее отдельные варианты могут иметь дополнительное оснащение в виде переключателя или потенциометра.

Компактная конструкция и небольшие размеры делают возможной установку приборов в ограниченном монтажном пространстве, что выгодно отличает их от других аналогов, существующих на рынке. Для управления клапанами с защитными свойствами идеально подходят механизмы, оборудованные возвратной пружиной.

Паспортные данные и спецификации выбранных датчиков температуры приведены в приложении В.

Уровнемер АТ100 Принцип действия.

Рис.4 Установка уровенемера

Работа АТ100 (технические характеристики приведены в приложении Г) основана на принципе магнитострикции. Направляющая трубка содержит в себе провод, по которому через фиксированные промежутки времени проходят импульсы тока. Взаимодействие импульса тока с магнитным полем поплавка приводит к возникновению в проводе крутильной деформации в месте нахождения поплавка, которая в виде механической волны распространяется вдоль провода с известной скоростью в оба конца. Запатентованный пьезомагнитный чувствительный элемент, размещённый в корпусе прибора, преобразует полученные механические волны в электрический импульс. С помощью микропроцессорной электроники измеряется интервал времени между отправленным и принятым импульсами, который пропорционален измеряемому уровню.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5 Принцип работы уровнемера

 

Отметим преимущества использования поплавковых уровнемеров вместо буйковых:

• Показания уровня почти не зависят от изменений плотности жидкости
• Высокая точность 0.01% и повторяемость 0.005%
• Не требуется периодическая калибровка
• Только один подвижный элемент – поплавок
• Отсутствует дрейф нуля и диапазона

2. КОНТРОЛЛЕР HONEYWELL С200

Ниже приведен пример шасси C200 сконфигурированного с:

1. 10-слотовое шасси
2. Блок питания
3. Модуль Сетевого Интерфейса ControlNet (CNI) или Мост FTE
4. Процессор Управления(C200)
5. Модуль ИнтерфейсаIO Link
6. Модуль ИнтерфейсаFieldbus
7. Модуль Резервирования
8. CNI к Удаленным Вх/Вых

Рис.6 Комплектация контроллера С200

Источник Питания 24В постоянного тока

 

 

 

 

 

 

Рис.9 Источник питания 24В

Интерфейс Control Net

1. Предоставляет интерфейс к Супервизорной Сети (CNI восходящей линии)
2. Прямое соединение(Peer-to-Peer)
3. Связь с В/В (CNIнисходящей линии)
4. Один CNI может поддерживать до 24 модулей В/В
5. 4 CNI нисходящей линии соединяются с одним контроллером
6. Каждый CNI должен иметь уникальный MAC адрес в своей сети

 

 

 

 

 

 

Рис.10 Интерфейс Control Net

 

Процессор Управления

1. Процессор100МГц Power PC 603E с8 MБ ОЗУ
2. 4 MБ ЭСПЗУ с групповой перезаписью для хранения программ
3. Встроенная литиевая батарея (или необязательно расширяющий модуль с перезаряжаемой батареей)
4. Может поддерживать до 8 шасси В/В и 64 модуля В/В
5. Контроллер может быть резервированным и не резервированным
6. Модуль двойной ширины–занимает 2 слота в шасси

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.11 Процесс управления

Процессор PowerPC 603

PowerPC 603 является первым микропроцессором в семействе PowerPC, который полностью поддерживает архитектуру PowerPC. Он включает пять функциональных устройств: устройство переходов, целочисленное устройство, устройство плавающей точки, устройство загрузки/записи и устройство системных регистров, а также две, расположенных на кристалле кэш-памяти для команд и данных, емкостью по 8 Кбайт. Поскольку PowerPC 603 - суперскалярный микропроцессор, он может выдавать в эти исполнительные устройства и завершать выполнение до трех команд в каждом такте. Для увеличения производительности PowerPC 603 допускает внеочередное выполнение команд. Кроме того он обеспечивает программируемые режимы снижения потребляемой мощности, которые дают разработчикам систем гибкость реализации различных технологий управления питанием.

При обработке в процессоре команды распределяются по пяти исполнительным устройствам в заданном программой порядке. Если отсутствуют зависимости по операндам, выполнение происходит немедленно. Целочисленное устройство выполняет большинство команд за один такт. Устройство плавающей точки имеет конвейерную организацию и выполняет операции с плавающей точкой как с одинарной, так и с двойной точностью. Команды условных переходов обрабатывается в устройстве переходов. Если условия перехода доступны, то решение о направлении перехода принимается немедленно, в противном случае выполнение последующих команд продолжается по предположению (спекулятивно). Команды, модифицирующие состояние регистров управления процессором, выполняются устройством системных регистров. Наконец, пересылки данных между кэш-памятью данных, с одной стороны, и регистрами общего назначения и регистрами плавающей точки, с другой стороны, обрабатываются устройством загрузки/записи.

Рис.12 Блок-схема процессора Power PC 603

В случае промаха при обращении к кэш-памяти, обращение к основной памяти осуществляется с помощью 64-битовой высокопроизводительной шины, подобной шине микропроцессора MC88110. Для максимизации пропускной способности и, как следствие, увеличения общей производительности кэш-память взаимодействует с основной памятью главным образом посредством групповых операций, которые позволяют заполнить строку кэш-памяти за одну транзакцию.

Модуль Резервирования(RM)

1. Располагается в шасси Контроллера для поддержки
2. Резервирования контроллеров
3. RM должен располагаться в одинаковых позициях в обоих шасси
4. Оба RM соединены Оптоволоконным Кабелем
5. Переключение между Резервированными Контроллерами происходит в безударном режиме
6. Примечание: если Контроллер резервированный, тогда все модули В/В должны быть удаленными

 

 

 

 

 

 

Рис.13 Модуль резервирования (RM)

Шасси–Модули Ввода/Вывода Серии A

1. Компактный размер–могут размещаться как в шасси контроллера, так и в удаленном шасси В/В.
2. Доступны диагностируемые и не диагностируемые модули
3. Возможность конфигурирования через Control Builder
4. Съемная крышка над проводами
5. Допускается «горячая» замена
6. Все модули имеют размер5’’ X 5”
7. Резервирование не поддерживается основная обработка и интерфейс сигнала

 

 

Рис.14 Шасси–Модули Ввода/Вывода Серии A

3 СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ EXPERION PKS.

Рис.15 Система контроля и регулирования

Experion PKS - это сложная система контроля и регулирования.

• Отображает системные данные удобным для понимания способом
• Позволяет управлять системой по средствам команд
• Автоматически выполняет запланированные задания
• Уведомляет о деятельности системы включая сигнализации и системные события
• Генерирует рапорта

В системе Experion PKS используются 4 основных программных обеспечения:

HMIWeb Display Builder – это специализированное приложение для рисования, которое позволяет вам создавать свои собственные (пользовательские) дисплеи для Станции.

Пользовательские дисплеи позволяют представлять информацию в более доступном и понятном пользователю виде - как следствие, пользовательские дисплеи упрощают операторам наблюдение за сложными процессами и уменьшают возможность ошибок операторов.

Quick builder - приложение, предназначенное для построения SCADA систем с устройствами третьих поставщиков, каналов, контроллеров, точек, OPC серверов, принтеров и т д.

Станция - это инструмент для управления и конфигурирования технологическим процессом, который отображает информацию в виде набора дисплеев.

Control Builder –это графическое, объектно-ориентированное среда конфигурирования в Configuration Studio использемая для разработки, реализации и документирования управляющих приложений.

Имеет иконки на панели инструментов, которые становятся доступными при открытии определенных элементов Control Builder.

Имеет вкладки древовидных окон, помогающие разрабатывать управляющие приложения.

Вкладка Проект отображает CPM, IOM, CM и SCM в текущем проекте

Вкладка Мониторинг отображает все объекты, которые были загружены в модуль процессора управления (CPM) и позволяет просматривать и управлять активными подулями во время процесса

Вкладка Library (Библиотека) – отображает все доступные Системные CM и Функциональные Блоки, сгруппированные по типам, которые могут использоваться для построения стратегий управления

Стратегии управления загружаются в память C200, вкладку мониторинг и базу данных реального времени сервера

4. БЛОК СХЕМ АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ

 

 

Рис.16 Блок схема алгоритмов

Данная блок-схема представляет собой строгую последовательность действий, решений построенную с помощью графической упрощённой схемы. В блок ввода данных вводится информация AI1 и AI2 это аналоговые сигналы, поступающие с датчиков. Далее они отправляются на блок выполнения операции в котором указывается диапазон в процентах AI2,1 = (0%; 100%). Следующий блок, блок ручного ввода c помощью этого блока мы можем вводить вручную задание SP для ПИД-регулятора. Соответственно формула самого ПИД-регулятора вводится в блок выполнения операции и уже рассчитанное значение выхода ОР отображается на дисплее.

 

Блок начало-конец (пуск-остановка)

Элемент отображает выход во внешнюю среду и вход из внешней среды (наиболее частое применение − начало и конец программы). Внутри фигуры записывается соответствующее действие.

Данные (ввод-вывод)

Преобразование данных в форму, пригодную для обработки (ввод) или отображения результатов обработки (вывод). Данный символ не определяет носителя данных (для указания типа носителя данных используются специфические символы).

Блок действия

Выполнение одной или нескольких операций, обработка данных любого вида (изменение значения данных, формы представления, расположения). Внутри фигуры записывают непосредственно сами операции, например, операцию присваивания: 
a = 10*b + c.

Ручной ввод

Позволяет вручную вводить изменения в процесс.

 

Дисплей

Выводит информацию на дисплей.

 

5.ПОСТРОЕНИЕ ПРОГРАММНОЙ ЛОГИКИ, ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ

Рис.17 Вид мнемосхемы на станции

На рис. 17 приведена мнемосхема управления. Отображение на станции, данного процесса которая позволяет с помощью всплывающих окон управлять процессом.

Стандартный аналоговый вход с функцией сигнализации

 

 

 

 

 

Рис. 18 Стандартный аналоговый вход с функцией сигнализации

Этот тип управления используется для отображения значений аналогового процесса и сигнализации с полевых передатчиков (или с внутренних расчетных числовых значений). Значение для этого процесса, имеет вид аналогового входа, соединенного с полем (или с внутренними расчетными числовыми значениями), в то время как сигнализации настраиваются в системе. Эти сигналы сопрягаются через блоки аналогово канала в модуле управления.

Система Experion предоставляет DACA (функциональный блок DAC), который служит для взаимодействия аналогового входа и DCS. Функциональный блок DACA используется для отображения c передатчика, с соответствующими характеристиками, значений PV процесса и связанных с ним сигнализаций.

Инженерные конфигурации (диапазон, единицы измерения, описание, длительность сигнализации и другие различные приоритеты.) взятые из базы данных Smart Plant Instrumentation (SPI) конкретного проекта Master Engineering Database.

Ниже рассматривается типичное применение:

• Аналоговый вход

• Внутренние расчетные числовые значения характеристика PV будет зависеть от типа входа, подключенного к блоку DACA.

DACA (используется для представления аналоговой информации и сигнализаций).

Блок DACA используется в качестве интерфейса для аналогового входа. Он генерирует различные сигнализации (Bad PV, PVHH, PVHi, PVLo, PVLL и т д.) в зависимости от конфигурации.

Значение может быть доступно в виде числового параметра PV. (Параметр PVRAW полезен, когда значение выходит из расширенного диапазона в приделах определенного). Состояние сигнализации (Bad PV, PVHH, PVHi, PVLo, PVLL и т д.)

DACA имеет следующие особенности:

Пользователь может определить инженерные параметры (такие как диапазон, расширенный диапазон, инженерные единицы, характеристика PV, время фильтрации и т д.) и определение сигнализаций (значение срабатывания сигнализации, приоритет сигнализаций, зона нечувствительности). Оператор оповещается, когда процесс выходит за эти пределы

Стандартный PID- регулятор с прямой подачей

Рис.19 Общий вид программы

 

Это типичная схема обеспечивает прямой контроль подачи. Эта схема используется в сценариях, когда не контролируется нарушение процесса, но может быть изменен (например, подачей воды, регулируем поток пара для котла с помощью теплообменника изменяя скорость подачи продукта).

FEEDFORWARD известен как, процесс  подачи прямой информации для  вычисления корректного значения  выходного сигнала. Существенной особенностью, которая отличает эту систему от контуров управления, обратная связь прямого потока информации. Схема прямого потока может производить огромные улучшения в регулировании, потому что на практике материальные или энергетические требования процесса в отношении текущих требований нагрузки, постоянно уравновешиваются. Существует три различных входа связанные с типичным элементом управления

1. Прямая подача PV (например, три элемента для регулирования  потоком пара, подачей воды)

2. Поток PV (например, подача воды в трёх элементах контроля подачей воды)

3. Оператор переключения (прямая подача On/ прямая подача Off)

Алгоритм процесса

DevCtlA: Этот блок обеспечивает интерфейс оператора для включения или отключения прямой подачи. При выборе режима AUTO, выбирается прямая подача входного сигнала. При выборе режима работы OFF, используется функция PIDFF. При выборе режима работы MAN, оператор может вручную установить значение прямой подачи (через блок AUTOMAN).