Проектирование АСУ котла и топливного тракта

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………....2

1  Техническое задание ……………………………………………………….3

2 Техническая часть…………………………………………………………...4

2.1 Выбор и обоснование выбора средств автоматизации ………………..17

2.2 Функциональная схема автоматизации котла ….………………………25

3 Алгоритм работы регулирования  задвижкой…………………………….31

4 Расчет надёжности ………………………………………………………...34

5 Экономическая часть ……………………………………………………...38

Заключение……………………………………………………………………49

Список используемой литературы………………………………………….50

ВВЕДЕНИЕ

         Автоматизация технологических  процессов является одним из  решающих факторов повышения  производительности и улучшения  условий труда. Все существующие  и строящиеся промышленные объекты  в той или иной степени оснащаются  средствами автоматизации.

        Средства  автоматизации применяются также  на объектах жилищного строительства  и социально - бытового назначения  в системах кондиционирования  воздуха, дымоудаления, энергосбережения  и т.п.   

     Как известно, в последнее время уделяется повышенное внимание вопросам энергосбережения и безопасности эксплуатации объектов газового хозяйства. Анализ аварий и несчастных случаев, происходящих при эксплуатации котельных агрегатов, показывает, что чаще всего они возникают при нарушении режима их работы и вследствие ненадежности существующих систем автоматики.

        Целью  данного проекта является обеспечение  стабильной, качественной и надежной  работы котлоагрегатов ВА-4500 котельной  службы ТиСТО ОАО ”Нижневартовскавиа”  за счет разработки и внедрения автоматизированной системы управления (АСУ), предназначенной для контроля, управления технологическим процессом и противоаварийной защиты, уменьшение затрат на эксплуатацию оборудования.

        В  данном проекте также рассматривается  вопрос возможности применения комплексов автоматики для различных типов котлов.

Ключевым критерием качества работы АСУТП является стабильность заданных характеристик технологического процесса с учетом противоаварийной защиты для всех стадий технологического процесса.

        Успешная  деятельность ОАО ”Нижневартовскавиа”  в значительной степени зависит  от эффективной и качественной  работы службы (ТиСТО), занимающей  самостоятельное место в его  производственной и организационной  структуре.

        Служба  ТиСТО осуществляет техническую эксплуатацию и организацию ремонта котельной, тепловых сетей, внутренних и внешних водоканализационныхт сетей, установок вентиляции  и кондиционирования воздуха, отведение и очистку хозяйственно-фекальных и производственных вод с целью бесперебойного снабжения объектов авиапредприятия тепловой энергией, технологическим паром, горячей, холодной водой и рационального расходования тепловой энергией, воды и котельного топлива.

1 ТЕХНИЧЕСКОЕ  ЗАДАНИЕ НА РАЗРАБОТКУ  АСУ водогрейного котла и топливного тракта на котельной ОАО «Нижневартовскавиа»

1.1 Общее  описание

Настоящий документ содержит технические требования к проектированию АСУ водогрейного котла и топливного тракта на котельной ОАО «Нижневартовскавиа», выполняемого в рамках капитального ремонта.

1.2 Цели создания системы

Повышения качества процесса оперативного управления за счет:

- Автоматизированного предоставления информации о состоянии технологического объекта управления  (ТОУ)  на  всех уровнях управления, включая смежные системы;

- Автоматизированного контроля состояния ТОУ, предупредительной и аварийной сигнализации;

- Автоматизированного дистанционного управления ТОУ с рабочих мест оперативного персонала;

- Автоматического   регулирования   отдельными   технологическими процессами;

Улучшения ведения технологического процесса за счет:

-Автоматизированного расчета технико-экономических  показателей оборудования в режиме  реального времени.

Улучшения условий труда персонала за счет:

- Автоматизации контроля состояния  оборудования  и параметров процессов, предупредительной и аварийной сигнализации.

- Создания инструментальных средств  анализа процессов и диагностики  оборудования.

- Автоматизации формирования отчетной  документации.

- Централизации рабочих мест, разнообразного  и удобного представления оперативной информации,

Реализации дистанционного контроля и управления всем комплексом сооружений на технологических площадках цеха, т.е. превращение технологических установок в автоматизированные технологические звенья, работающие в соответствии с заданиями вышестоящего уровня управления.

          1.3 Требования к системе

1.3.1 Требования к системе в целом

1.3.1.1 Требования к структуре и функционированию системы

Структура системы должна соответствовать магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределенное программное обеспечение и базу данных.

Система должна иметь распределенную иерархическую структуру построения и включать:

• первичные средства автоматизации (измерительные преобразователи и датчики, приборы местного контроля, вторичные приборы, агрегатные средства КИПиА, исполнительные устройства и механизмы) – нулевой уровень системы. 
• Основное назначение: преобразование технологических параметров в информационные сигналы, преобразование управляющих сигналов в управляющие воздействия;
• программно-аппаратные средства на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) – нижний уровень системы.  Основное назначение:
• сбор и первичная обработка информации;
• реализация алгоритмов автоматического регулирования, программно-  логического управления, защит и блокировок;
• обмен данными с вышестоящим уровнем и реализация команд вышестоящего уровня;
• программно-аппаратные средства диспетчеризации централизованного контроля и управления технологическими процессами котельной  операторского пункта (операторские станции, контроллеры связи, SQL сервер и локальная вычислительная сеть) – верхний уровень системы.  Основное назначение – увязка всех составляющих системы в единую информационно-управляющую систему, реализация функций человеко-машинного интерфейса (мониторинг технологического процесса, оперативное управление технологическим процессом, формирование и ведение истории технологического процесса).

Информационные взаимосвязи между компонентами системы и со смежными системами должны соответствовать стандартным физическим интерфейсам и протоколам связи.

Для подключения к разрабатываемой системе смежных систем и приборов с интерфейсным выходом, последние должны заказываться заказчиком и поставляться в комплекте с протоколами связи.

Связь датчиков и исполнительных устройств (механизмов) с контроллерами должна осуществляться по электрическим кабельным линиям связи.

Система должна предусматривать возможность развития и модернизации по следующим направлениям:

• фоновый самоконтроль компонентов системы (контроллеры, рабочие станции операторов) в процессе функционирования, предназначенный для выявления функциональных отказов, возникающих в процессе функционирования системы;
• контроль компонентов системы при проведении ремонтно-восстановительных работ.

2. Требования к персоналу системы и режиму его работы

Пользователями системы являются специалисты (начальник или мастер, технолог) и оперативный персонал (операторы ).

Обслуживание системы должно выполняться специалистами службы КИПиА. Персонал, обслуживающий систему должен обеспечивать:

• администрирование, эксплуатацию, обслуживание, ремонтные и ремонтно-восстановительные работы в соответствии с утвержденным регламентом;
• ведение нормативно-справочной и эксплуатационной документации;
• модернизацию и сопровождение приложений;
• анализ работы системы.

Количество и квалификация персонала, обслуживающего программно-технические средства, определяется в соответствии с нормами обслуживания и соответствующими разделами инструкций по эксплуатации.

Пользователи системы и обслуживающий персонал должны пройти специальный курс обучения для работы на программно-технических средствах системы.

1.3.1.3 Показатели назначения

Система должна иметь гибкую структуру, легко адаптироваться к изменению технологической схемы установки, обеспечивать конфигурирование новых контуров измерения, контроля, регулирования и программно-логического управления.

 Разрабатываемая система будет  считаться соответствующей своему  назначению при следующих условиях:

·  обеспечение реализации информационных функций:

 -  автоматический сбор информации от измерительных преобразователей и расчет текущих значений параметров;

 - ручной ввод параметров и показателей ;

 - контроль и сигнализация о нарушениях регламентных и аварийных границ измеряемых и контролируемых параметров;

 - расчет средних показателей установки за определенный период времени (час, смена, сутки, месяц);

 - контроль параметров по вызову;

 - представление информации на устройствах отображения в цифровой и графической форме;

 - регистрация изменений состояния оборудования, выхода параметров за регламентные и аварийные границы;

 - вывод информации на печать.

-  обеспечение реализации управляющих функций:

 - автоматическое регулирование на основе стандартных (П, ПИ, ПИД и др.) законов регулирования;

 - реализация блокировочных зависимостей в соответствии с технологическим регламентом;

 - программно-логическое управление насосными агрегатами, задвижками, отсечными клапанами, вентиляторами;

 - ручное дистанционное управление насосными агрегатами, электрозадвижками, отсечными и регулирующими клапанами.

- обеспечения заданных метрологических характеристик информационных каналов.

Система должна обеспечивать возможность управления установкой в случае несущественных изменений технологии или методов управления путем переналадки контуров управления (ручной режим) силами обслуживающего персонала.

Состав программно-технических средств системы должен предусматривать развитие системы за счет резервирования входов и выходов интерфейсных модулей (до 20%).

2. Требования к надежности

        Показатели надежности должны отвечать требованиям ГОСТ 24.701-86.

      Система должна быть многофункциональным, восстанавливаемым, ремонтируемым изделием.

В системе нормируются показатели безотказной работы по каждому каналу регулирования, логического управления и измерения технологического параметра.

Показателями аппаратурной надежности для комплекса технических средств системы являются:

· средняя наработка на отказ 4000;

· среднее время восстановления-1 час.

Средний срок службы системы должен быть не менее 10 лет.

Критерием предельного состояния системы является невозможность  восстановления работоспособного состояния при проведении ремонтных  и восстановительных работ вследствие исчерпания ЗИП или экономической нецелесообразности ее восстановления.

Примечание. Время восстановления принято при условии наличия  ЗИП для восстановления системы.

1.3.3  Требования безопасности

При монтаже, наладке, эксплуатации, обслуживании и ремонте технические средства системы должны соответствовать общим правилам, установленным для электрических установок документами:

• Правила устройства электроустановок (ПУЭ);
• Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) и  Межотраслевые правила охраны труда  (МОПОТ) – 2001 г.;
• СниП 3.05.07-85  Системы автоматизации.

Электрическая изоляция между отдельными электрическими цепями 220В, 50Гц и корпусом  при температуре окружающего воздуха 20,5 0С  и относительной влажности не более 80% должна выдерживать в течение одной минуты действие испытательного повышенного напряжения  1000В промышленной частоты.

Электрическая изоляция между отдельными электрическими цепями и корпусом  при температуре окружающего воздуха 20,5 0С  и относительной влажности не более 80% должна быть не менее  0,5 Мом согласно ПЭУ.

В конструкции шкафов системы должен быть предусмотрен элемент, позволяющий заземлять изделие.

Требования безопасности к составным частям системы автоматизации в отношении изоляции токоведущих частей, блокировок и защитному заземлению должны соответствовать  ГОСТ 12.2.007.0-75, ГОСТ 12997-84  и  ГОСТ 25861-83.

По способу защиты человека от поражения электрическим током технические средства системы должны относиться к классу 01 по  ГОСТ 12.2.007.0-75.

Обеспечение электробезопасности обслуживающего персонала должно соответствовать требованиям  ГОСТ 12.1.019-79.

Требования безопасности, предъявляемые к комплектным устройствам, монтируемым в шкафах системы должны соответствовать  ГОСТ 12.2.007.0-75.

Система не должна являться источником загрязнения окружающей среды.

Уровни шума и звуковой мощности в местах расположения персонала не должны превышать значений, установленных  ГОСТ 12.1.003-83 и санитарным нормам, при этом должны быть учтены уровни шумов и звуковой мощности, создаваемые всеми источниками.

Технические средства системы должны удовлетворять требованиям норм допустимых индустриальных радиопомех.

Все внешние элементы технических средств системы, находящихся под напряжением, должны иметь защиту от случайного соприкосновения, а сами технические средства иметь защитное заземление в соответствии с  ГОСТ 12.1.030-81 и  «Правилам устройства электроустановок».

Все  устройства  должны присоединяться к общему контуру заземления УПСВ на КСП-56  с сопротивлением растекания не более  4 Ом.

Общие требования к безопасности должны соответствовать требованиям  ГОСТ 24.104-85 (раздел 2).

Комфортные условия обитаемости персонала должны соответствовать действующим санитарным нормам, предельно-допустимые условия обитаемости по  ГОСТ 12.1.005-88, допустимые уровни влияния опасных и вредных производственных факторов по  ГОСТ 12.0.003-74.

В зоне обслуживания комплекса технических средств освещенность должна быть не ниже санитарных норм.

1.3.4 Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы

Режим работы системы круглосуточный, что требует наличие эксплуатационного технологического персонала в каждой смене. Планово-профилактические мероприятия по обслуживанию должны проводиться периодически в соответствии с техническими описаниями и инструкциями по эксплуатации технических средств.

Технические средства должны размещаться на площадях действующего производства.

Питание технических средств должно осуществляться от сети переменного тока напряжением 220 В с допустимым отклонением от минус 15 до плюс 10% от номинального значения и частотой 50 Гц с допустимым отклонением от минус 1 до плюс 1 Гц.

Для питания технических средств необходимо использовать отдельную электролинию с бесперебойным питанием, к которой до распределительного щита не должно подсоединяться сильноточное и коммутационное оборудование. Блоки бесперебойного питания должны иметь аккумуляторную поддержку, позволяющую сохранить работоспособность системы при сбоях в сети не менее 60 минут.

Технические средства установленные в помещении операторной, должны быть устойчивы к воздействию:

·  температуры окружающего воздуха в диапазоне от + 10°С до +30 °С в соответствии с ГОСТ 15150-69;

· относительной влажности окружающего воздуха до 75% при температуре +30°С;

·  атмосферного давления от 70,0 до 106 кПа;

·  ударов ускорением 40 м/с2 с длительностью 22 мс;

·  содержание пыли до 1,0 мг/м3;

·  отсутствие агрессивных примесей;

·  напряженность внешнего магнитного поля должна быть не более 0,3 В/м;

·  частота вибрации должна быть не более 25 Гц при амплитуде смещения не более  0,1 мм.

Перечень и периодичность профилактических работ определяются в эксплуатационной документации на систему.

Хранение технических средств осуществляется в заводской упаковке. Хранение должно соответствовать ГОСТ 15150-69, срок хранения – 12 месяцев.

1.3.5 Требования к защите информации от несанкционированного доступа

Система должна обеспечивать строгую конфиденциальность хранимой и обрабатываемой информации.   Это должно быть достигнуто следующими мерами:

·  разделение информации по уровням доступа;

·  создание групп пользователей, имеющих права доступа пользователей к базе данных и сетевой операционной системе;

·  автоматическую регистрацию факта доступа пользователей к базе данных и сетевой операционной системе;

· регистрацию факта попытки несанкционированного доступа пользователей к базе данных и сетевой операционной системе.

   1.3.6 Требования по сохранению информации при авариях

Система должна обеспечивать сохранность информации в следующих ситуациях:

· отказ технических и программных средств;

· сбой в электропитании;

· внесение изменений в программное обеспечение.

С целью исключения возможности потери информации при выходе из строя технических и программных средств накопленная (архивная) информация должна храниться на внешних носителях.

Для исключения потери информации при пропадании электропитания в системе должны быть предусмотрены внутренние независимые источники питания.

7. Требования к защите от внешних воздействий

По устойчивости к воздействию окружающей среды составные части системы автоматизации должны соответствовать:

• первичные преобразователи, шкафы и другие технические средства, установленные на открытом воздухе – климатическое исполнение УХЛ1 по  ГОСТ 15150-69;
• аппаратура, устанавливаемая в операторной – климатическое исполнение УХЛ 4.1 по  ГОСТ 15150-69.

По устойчивости к механическим воздействиям технические средства системы должны соответствовать группе 3 по  ГОСТ 12997-84.

1.3.8 Требования по стандартизации и унификации

Все средства системы должны быть сертифицированы в установленном порядке по законам РФ.

Система должна отвечать следующим основным принципам стандартизации и унификации:

• модульность построения технических и программных средств;
• стандартность взаимосвязей между уровнями решения задач;
• программная, функциональная и конструктивная совместимость программно-технических средств;
• открытость системы.

             1.3.9 Требования к функциям

Система должна обеспечивать выполнение информационных, управляющих  и вспомогательных (конфигурирования и обслуживания) функций.

Сбор и первичная обработка информации включает:

• опрос аналоговых и дискретных датчиков;
• контроль достоверности;
• масштабирование и перевод в действительные значения в соответствии с градуировочными характеристиками аналоговых датчиков;
• формирование слов событий, аварий, предаварий;
• сравнение с регламентными и аварийными уставками;
• вычисление средних значений параметров за заданный интервал времени (например, среднечасовой и среднесуточный расход нефти, воды, газа, эл. энергии и др.);
• косвенное измерение (вычисление) параметров (например, время работы котлоагрегатов агрегатов).

Функции защиты и блокировки технологического оборудования должны обеспечивать обнаружение аварийных состояний технологического процесса по аварийным отклонениям технологических параметров, производить обработку данных синхронно с опросом, обеспечивать сигнализацию на экране монитора о наличии аварийной ситуации и выдачу сообщений об аварийной ситуации вне зависимости от типа видеограмм на экране.

Должны осуществлять срабатывание автоматических блокировок в соответствии с принятым алгоритмом (например, останов насосов, закрытие запорно-регулирующих клапанов).

Документирование срабатывания системы защиты должно позволить получить протокол срабатывания блокировок и должно выполняться автоматически при обнаружении аварийной ситуации.

 Отказом данных функций является  отсутствие сообщения об аварии  или его недостоверность и  не выполнение программы срабатывания  блокировки (если она предусмотрена).

Регулирование и программно-логическое управление должны включать в себя логическую проверку входного сигнала на достоверность, формирование значения управляющего воздействия, проверку его на допустимость и выдачу на исполнительный механизм.

  В каждом контуре регулирования  и управления должна быть предусмотрена  возможность дистанционного ручного  управления, а также безударный  переход с режима ручного управления  на автоматическое регулирование  и наоборот.

Отказом функций логического управления является невозможность управления каким-либо механизмом, заданным в программе.

Функция отображения информации должна обеспечивать по запросу оператора вывод на экран цветного графического дисплея оперативной информации о текущем состоянии технологического процесса и оборудования, представленной в виде таблиц.

На дисплее информация о состоянии технологического процесса отображается в виде:

·  значений параметров контуров регулирования (текущее значение, задание, управляющее воздействие, процент открытия клапана, параметры настройки);

·  трендов текущих значений параметров за требуемый промежуток времени.

На видеокадрах должна быть предусмотрена сигнализация нарушений регламентных, предупредительных и аварийных границ.

Сигнализация выхода параметров за регламентные и аварийные границы определяется:

·  строкой в листе аварийных сообщений;

·  специальным блоком звуковой сигнализации.

Для ретроспективного анализа хода технологического процесса должно быть предусмотрено архивирование данных за требуемый промежуток времени. Хранение данных за месяц должно осуществляться в памяти АРМ оператора. Для более длительного хранения информации должен использоваться сервер базы данных.

Документирование основных  технологических параметров  должно осуществляться на печатающем устройстве в форме отчетных документов, определяемых на стадии рабочего проектирования.

          1.4 Требования к видам обеспечения

1.4.1 Требования к математическому обеспечению

Математическое обеспечение системы должно обеспечивать реализацию функций по контролю и управлению технологическим процессом и включать:

·   алгоритмы сбора, обработки и отображения информации;

· алгоритмы регулирования и стабилизации параметров технологического процесса;

· алгоритмы программно-логического управления и защиты оборудования.

   Разработка математического обеспечения должна базироваться на максимальном использовании и адаптировании стандартных алгоритмов регулирования, сбора, обработки и отображения информации.

1.4.2 Требования к информационному обеспечению

           Информационное обеспечение системы должно включать:

1. перечень входных и выходных данных по уровням  решения  задач;
2. информационные массивы, необходимые для решения всего комплекса задач, возложенных на программно-технические средства, например:

·  массивы данных, вводимых с портов ввода контроллеров;

·  массивы текущих значений параметров;

· массивы интегральных значений параметров (среднечасовых,  среднесуточных);

· массивы уставок (шкала преобразования параметров, регламентных и аварийных уставок, временных уставок, уставок настройки регуляторов);

· массивы данных по параметрам, измеряемым не автоматизированным способом (данные лабораторных анализов и др.);

· массивы данных для выходных форм документов;

· массивы исторических данных (исторические тренды по параметрам, протоколы событий, аварий и действий диспетчера) и др.

Кодирование информации должно быть максимально упрощено за счет использования кодовых обозначений, принятых на производстве.

Представление информации на видеотерминале должно быть наглядным, с удобной для персонала символикой.

Уточненный объем и назначение технологической информации и управлений должны быть определены на этапах рабочего проектирования.

1.4.3 Требования к программному обеспечению

         Программное обеспечение системы должно соответствовать следующим общим требованиям:

· открытость для пользователя при наличии развитых средств защиты от несанкционированного доступа;

· модульность;

· универсальность;

· соответствие передовым стандартам информационных технологий.

Программное обеспечение системы должно включать:

· системное (стандартное) программное обеспечение;

· сервисное программное обеспечение;

· прикладное программное обеспечение .

Системное программное обеспечение должно включать:

· операционную систему реального времени контроллеров  и АРМ-О;

· систему сетевой поддержки;

· драйверы связи с устройствами ввода-вывода.

Сервисное программное обеспечение  должно включать:

программирования соответствующих требованиям стандарта IEC 1131);

·  систему разработки и исполнения прикладных приложений АРМ-О

   ( Wonderware Factory Suitе 2000 ).

Прикладное программное обеспечение контроллеров разрабатывается в системе разработки прикладных приложений RSLogix.

  Прикладное  программное  обеспечение АРМ-О  разрабатывается в системе разработки прикладных приложений Wonderware Factory Suitе 2000.

Гарантированное сохранение данных в SQL Server должно составлять не менее 12 месяцев, а автоматическое сохранение данных на накопителях на магнитной ленте за период не менее 24 месяцев.