Модернизация автоматизированной системы управления блока подготовки метанола на установке комплексной подготовки газа

Объектом исследования является блок подготовки метанола на установке комплексной подготовки газа. Цель работы – модернизация автоматизированной системы управления блоком подготовки метанола на установке комплексной подготовки газа с использованием программируемого логического контроллера, на основе выбранной SCADA-системы.
В выпускной квалификационной работа была разработана система контроля и управления технологическим процессом на базе промышленных контроллеров Siemens S7-400, с применением SCADA-системы WinCC. Разработанная система может применяться в системах контроля, управления и сбора данных на различных промышленных предприятиях. Данная система позволит увеличить производительность, повысить качество, точность и надежность измерений в системе и на производственном процессе.

Определения, нормативные ссылки, обозначения, сокращения 8

Введение 11

1 Техническое задание 12

1.1 Основные цели и задачи создания АСУ ТП 12

1.2 Назначение системы АСУ ТП 13

1.3 Требования к системе АСУ ТП 14

1.4 Требования к техническому обеспечению АСУ ТП 14

1.5 Требования к метрологическому обеспечению АСУ ТП 15

1.6 Требования к программному обеспечению АСУ ТП 16

1.7 Требования к информационному обеспечению АСУ ТП 17

1.8 Требования к математическому обеспечению АСУ ТП 17

2. Основная часть 18

2.1. Описание технологического процесса 18

2.2. Разработка структурной схемы АС 19

2.3 Функциональная схема автоматизации 20

2.4 Разработка схемы информационных потоков 21

2.5 Выбор средств реализации АСУ 23

2.6 Разработка схемы внешних проводок 54

2.7 Выбор алгоритмов управления АС 55

2.8 Экранные формы АС 60

3.Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности 65
3.1Потенциальные потребители результатов исследования 65
3.2Анализ конкурентных технических решений 66
3.3SWOT – анализ 68
3.4Структура работ в рамках научного исследования 71
3.5Разработка графика проведения научного исследования 72
3.6Бюджет научно-технического исследования 75
3.6.1Расчет материальных затрат 75
3.6.2Расчет затрат на специальное оборудование 75
3.6.3.Основная заработная плата исполнителей темы 76
3.6.4.Дополнительная заработная плата исполнителей темы 76
3.6.5.Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) 77
3.6.6 Накладные расходы 77
3.6.7 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта 78
3.7 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования 79
4.Социальная ответственность 85
4.1. Защита от чрезвычайных ситуаций 86
4.2. Пожаробезопасность 89
4.3. Электробезопасность и передача сигнала 92
4.4. Организационные мероприятия обеспечения безопасности 93
Заключение 96
Список использованной литературы 98
Приложения 100
Глоссарий
Термин Определение
АСУ Автоматизированная система управления – это система
«человек-машина», призванная обеспечивать
автоматизированный сбор и обработку информации,
необходимый для оптимизации процесса управления. В отличие
от автоматических систем, где человек полностью исключён из
контура управления

Интерфейс (RS-232C, Интерфейс – это средство взаимодействие системы с
RS-422, RS-485, CAN) пользователями и наоборот. Иначе говоря – это внешний вид.

Мнемосхема Мнемосхема – графическая информационная модель, условно
отображающая функционально-техническую схему
управляемого объекта и информацию о его состоянии в объеме,
необходимом для выполнения оператором возложенных на него
функций. М. реализуются с помощью разных типов средств
отображения информации (дисплеи, стрелочные и цифровые
индикаторы, проекционная техника и т. д.) и их комплексов.
Широко используются на диспетчерских пунктах управления
энергетическими объектами и системами, пунктах управления
технологическими процессами в различных отраслях
промышленности.
ОРС-сервер ОРС-сервер – это программный комплекс, предназначенный для
автоматизированного сбора технологических данных с объектов
и предоставления этих данных системам диспетчеризации по
протоколам стандарта ОРС

Протокол Протокол – это набор соглашений, который определяет обмен
данными между различными программами. Протоколы задают
способы передачи сообщений и обработки ошибок в сети, а
также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к
конкретной аппаратной платформе.
Техническое задание Утвержденный в установленном порядке документ, в котором
на АС (ТЗ) изложены требования, параметры и основные эксплуатационные
характеристики проекта, объекта или системы, необходимые для
разработки автоматизированной системы
Технологический Технологический процесс – это упорядоченная
процесс (ТП) последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся
с момента возникновения исходных данных до получения
требуемого результата.
Архитектура АС Архитектура автоматизированной системы – абстрактное
представление АСУ, включает модели компонент (устройств,
программных компонент) и взаимосвязи между ними

SCADA SCADA – это особая диспетчерская система, которая занимается
сбором информационных данных о текущей деятельности
предприятия, а также их управлением. На английском языке
название данной системы звучит, как Supervisory Control And
Data Acquisition. Достоинство SCADA главным образом в том,
что она может предоставить необходимую информацию через
показатели, которые собраны абсолютно с разных точек
хозяйствующего объекта в реальном времени. Только в таком
режиме можно оптимизировано управлять предприятием, делая
его работу непрерывной, без простоев, сбоев и возможных
аварийных ситуаций. Предшественниками SCADA когда-то
были всем известные сигнализации и телеметрии.
Объект управления Объект управления – устройство или технологический процесс,
на которое оказывается управленческое воздействие
Метанол бесцветная легкоподвижная горючая жидкость, практически без
запаха. Метанол смешивается во всех соотношениях с водой,
этанолом, ацетоном, бензолом. Метанол один из ключевых
продуктов химической промышленности, который является
сырьем для получения многих продуктов органического синтеза.
Программируемый Программируемый логический
логический контроллер или программируемый контроллер – представляют
контроллер (ПЛК) собой микропроцессорное устройство, предназначенное для
сбора, преобразования, обработки, хранения информации и
выработки команд управления, имеющий конечное количество
входов и выходов, подключенных к ним датчиков, ключей,
исполнительных механизмов к объекту управления, и
предназначенный для работы в режимах реального времени.

Автоматизированная Автоматизированная система управления технологическим
система управления процессом – это система, состоящая из персонала и
технологическим совокупности оборудования с программным обеспечением,
процессом (АСУ ТП) использующихся для автоматизации функций этого самого
персонала по управлению промышленными объектами:
электростанциями, котельными, насосными, водоочистными
сооружениями, пищевыми, химическими, металлургическими
заводами, нефтегазовыми объектами и т.д. и т.п.
HART HART – протокол использует принцип частотной модуляции для
осуществления обмена дынными на скорости 1200 Бод. Он
позволяет передавать одновременно аналоговый и цифровой
сигнал, используя при этом одну и ту же пару проводов. Мало
того, к одной паре проводов может быть подключено несколько
устройств. Модулированный сигнал накладывают на токовую
несущую аналоговой токовой петли 4-20мА

Modbus Modbus – это коммуникационный протокол, основанный на
архитектуре «клиент-сервер»

Обозначения и сокращения

OSI (Open Systems Interconnection) – Эталонная модель взаимодействия
открытых информационных систем;

PLC (Programmable Logic Controllers) – Программируемые логические
контроллеры (ПЛК);

HMI (Human Machine Interface) –Человеко-машинный интерфейс;

OPC (Object Protocol Control) – протокол для управления процессами;

IP (International Protection) – Степень защиты;

АЦП – аналого-цифровой преобразователь;

ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;

КИПиА– контрольно-измерительные приборы и автоматика;

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была
произведена модернизация автоматизированной системы «Блока подготовки
метанола на установке комплексной подготовки газа (УКПГ)».
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были
изучены особенности технологического процесса работы на установке
комплексной подготовки газа, а именно работы блока подготовки метанола.
Были разработаны структурная и функциональная схемы автоматизации
блока подготовки метанола, позволяющие определить состав необходимого
оборудования и количество каналов передачи данных и сигналов. Был
произведён выбор комплекса аппаратно-технических средств реализации
автоматизированной системы, а именно были подобранны ПЛК (Siemens S7-
400), расходомеры (Siemens FX 300), датчики давления (Siemens P 410),
датчик температуры (Siemens 7NG 3130), уровнемер (Siemens LR 200),
регулирующие клапаны с электроприводом серии AUMA SA.
В рамках выпускной квалификационной работы была разработана
автоматизированная система блока подготовки метанола на установке
комплексной подготовки газа. Был изучен технологический процесс
комплексной подготовки газа, разработал структурную схему и
функциональную схему автоматизации блока подготовки метанола,
определил состав необходимого для реализации автоматизированной
системы оборудования. Был исследован рынок промышленных датчиков и
оборудования. На базе ПЛК от Siemens S7-400 производителя Siemens
спроектирована автоматизированная система «Блока подготовки метанола на
установке комплексной подготовки газа (УКПГ)», разработана схема
внешних проводок, дерево экранных форм, структурные схемы и
мнемосхемы.
Разработана схема внешних проводок, благодаря которой в случае
отказа системы существует возможность оперативно найти неисправности и
легко их устранить. Для управления технологическим оборудованием и
сбором данных были разработаны алгоритмы пуска/остановка
технологического оборудования и управления сбором данных.
Таким образом, модернизированная автоматизированная система
управления «Блока подготовки метанола на установке комплексной
подготовки газа (УКПГ)» не только удовлетворяет текущим требованиям к
системе автоматизации, но и имеет высокую гибкость, позволяющую
улучшать данную автоматизированную систему управления в соответствии с
возрастающими в течение всего срока эксплуатации требованиями.

1.Громаков Е. И., Проектирование автоматизированных систем.
Курсовоепроектирование:учебно-методическоепособие:Томский
политехнический университет. — Томск, 2009.
2.Клюев А. С., Глазов Б. В., Дубровский А. Х., Клюев А. А.; под
ред. А.С. Клюева. Проектирование систем автоматизации технологических
процессов:справочное пособие.2-еизд.,перераб. идоп.–М.:
Энергоатомиздат, 1990. – 464 с.
3.КомиссарчикВ.Ф.Автоматическоерегулирование
технологических процессов: учебное пособие. Тверь 2001. – 247 с.
4.ГОСТ 21.408-93 Правила выполнения рабочей документации
автоматизации технологических процессов М.: Издательство стандартов,
1995.– 44с.
5.Разработка графических решений проектов СДКУ с учетом
требований промышленной эргономики. Альбом типовых экранных форм
СДКУ. ОАО «АК Транснефть». – 197 с.
6.Комягин А. Ф., Автоматизация производственных процессов и
АСУ ТП газонефтепроводов. Ленинград, 1983. – 376 с.
7.Попович Н. Г., Ковальчук А. В., Красовский Е. П.,
Автоматизация производственных процессов и установок. – К.: Вищашк.
Головное изд-во, 1986. – 311с.
8.СанПиН2.2.4.548–96.Гигиеническиетребованияк
микроклимату производственных помещений. М.: Минздрав России, 1997.
9.СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03. Гигиенические требования к
естественному, искусственному и совмещённому освещению жилых и
общественных зданий. М.: Минздрав России, 2003.
10.СП 52.13330.2011 Свод правил. Естественное и искусственное
освещение.
11.СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Шум на рабочих местах, в помещениях
жилых, общественных зданий и на территории застройки.
12.СанПиН2.2.2/2.4.1340-03.Гигиеническиетребованияк
персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы.
13.БеловС.В.Безопасностьжизнедеятельностиизащита
окружающей среды: учебник для вузов. – М.: Изд–во Юрайт, 2013. – 671с.
14.ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда.
Электробезопасность.Предельнодопустимыезначениянапряжений
прикосновения и токов.
15.ГОСТ 12.1.004–91 ССБТ. Пожарная безопасность. Общие
требования.
16.ВППБ01-04-98.Правилапожарнойбезопасностидля
предприятий и организаций газовой промышленности.
17.ГОСТ 12.2.032-78. Рабочее место при выполнении работ сидя.
Общие эргономические требования.
18. Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197–
ФЗ.