Автоматизация насосной станции на базе контроллера Siemens S7-1500

Работа нацелена на проектирование и наладку автоматизированной насосной станции. В ходе работ был изменен метод управления давлением от метода управления задвижкой к метода частотного регулирования скорости насоса.

Обозначения и сокращения ……………………………………………………………………. 12
Введение ……………………………………………………………………………………………….. 13
1 Постановка задачи …………………………………………………………………………… 14
1.1 Требования к системе электроснабжения: …………………………………. 14
1.2 Требования к автоматизации технологических решений: ………… 15
1.3 Вывод по разделу 1 ……………………………………………………………………… 19
2 Комплекс автоматизированной системы управления ………………………… 20
2.1 Разработка функциональной схемы автоматизации …………………. 20
2.2 Комплекс технических средств автоматизации …………………………. 20
2.2.1 Выбор преобразователя потенциометр-токовая петля (4–20) ……. 21
2.2.2 Выбор датчиков температуры ………………………………………………….. 21
2.2.3 Выбор датчика вибрации …………………………………………………………. 22
2.2.4 Выбор датчиков давления ……………………………………………………….. 22
2.2.5 Выбор контроллерного оборудования ……………………………………… 23
2.2.6 Выбор панелей оператора………………………………………………………… 25
2.3 Разработка структурной схемы автоматического управления
насосными агрегатами ………………………………………………………………………… 27
2.3.1 Расчет параметров структурной схемы насосного агрегата ………. 31
2.3.2 Расчет значений ПИ – регулятора методом Копеловича …………… 35
2.3.3 Расчет значений ПИ-регулятора методом Марчетти и Скали……. 36
2.3.4 Расчет параметров ПИ-регулятора метода авто-настройки ………. 37
2.4 Вывод по разделу 2 ……………………………………………………………………… 38
3 Строительно-монтажные работы ……………………………………………………… 40
3.1 Утверждение и согласование кабельных трасс ………………………….. 40
3.2 Контроль правильности подключения цепей питания, контроля и
управления …………………………………………………………………………………………… 41
3.2.1 Визуальный осмотр …………………………………………………………………. 42
3.2.2 Инструментальная проверка ……………………………………………………. 42
3.2.3 Проверка подключения кабелей ………………………………………………. 45
3.3 Вывод по разделу 3 ……………………………………………………………………… 47
4 Пусконаладочные работы ………………………………………………………………… 48
4.1 Настройка оборудования ……………………………………………………………. 48
4.1.1 Настройка преобразователя Овен …………………………………………….. 48
4.1.2 Настройка 4G роутера Teleofis. ……………………………………………….. 50
4.2 Наладка клапана редуцирования давления, под управлением
ПЛК Visilogic 120 ………………………………………………………………………………….. 51
4.2.1 Назначение клапана ………………………………………………………………… 51
4.2.2 Описание ………………………………………………………………………………… 51
4.2.3 Трудности в наладке клапана …………………………………………………… 53
4.2.4 Решение проблем в логике работы клапана ……………………………… 54
4.3 Реализация программы управления ………………………………………….. 55
4.3.1 Алгоритм ………………………………………………………………………………… 55
4.3.2 Среда написания программы …………………………………………………… 58
4.3.3 Реализация программы управления …………………………………………. 59
4.3.4 Алгоритм управления насосным агрегатом ……………………………… 63
4.4 Отрисовка мнемосхем…………………………………………………………………. 66
4.4.1 Требования к мнемосхеме ……………………………………………………….. 66
4.4.2 Среда разработки мнемосхемы ………………………………………………… 67
4.4.3 Реализация мнемосхем ……………………………………………………………. 67
4.5 Вывод по разделу 4 ……………………………………………………………………… 69
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
5.1 Организация и планирование работ ………………………………………….. 70
5.1.1 Продолжительность этапов работ ……………………………………………. 71
5.2 Расчет сметы затрат на выполнение проекта ……………………………. 76
5.2.1 Расчет затрат на материалы……………………………………………………… 76
5.2.2 Расчет заработной платы …………………………………………………………. 77
5.2.3 Расчет затрат на социальный налог ………………………………………….. 78
5.2.4 Расчет затрат на электроэнергию …………………………………………….. 78
5.2.5 Расчет амортизационных расходов ………………………………………….. 79
5.2.6 Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе
платежных (расчетных) документов (кроме суточных) …………………………. 80
5.2.7 Расчет прочих расходов …………………………………………………………… 80
5.2.8 Расчет общей себестоимости разработки …………………………………. 81
5.2.9 Расчет прибыли ………………………………………………………………………. 81
5.2.10 Расчет НДС …………………………………………………………………………….. 82
5.2.11 Цена разработки НИР ……………………………………………………………… 82
5.3 Оценка экономической эффективности проекта……………………….. 82
5.3.1 Определение срока окупаемости инвестиций (РР – payback period)
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ …………………………………………… 85
6.1 Введение………………………………………………………………………………………. 85
6.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
6.2.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства …….. 86
6.2.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны… 87
6.2.2.1 Эргономические требования к рабочему месту ……………………… 87
6.3 Профессиональная социальная ответственность ………………………. 89
6.3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов …………. 89
6.3.1.1 Отклонение показателей микроклимата ………………………………… 89
6.3.1.2 Производственный шум ……………………………………………………….. 91
6.3.1.3 Отсутствие или недостаток естественного света……………………. 92
6.3.1.3.1 Расчет имеющегося освещения для операторов ………………….. 93
6.3.1.4 Электромагнитное и электростатическое излучения ……………… 96
6.4 Экологическая безопасность ………………………………………………………. 97
6.4.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду. .. 97
6.4.2 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды……….. 98
6.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях………………………………….. 98
1.1.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований. ……………………………………………………………………………………… 98
1.1.2 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка
порядка действия в случае возникновения ЧС………………………………………. 98
6.6 Выводы по разделу ……………………………………………………………………… 99
Заключение ……………………………………………………………………………………………. 101
Список используемой литературы ………………………………………………………….. 102
ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное) Функциональная схема автоматизации . 105
ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное)План прокладки силовых кабелей ……….. 107
ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное)План прокладки контрольных кабелей и 0.4
кВ ………………………………………………………………………………………………………….. 109
ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное)План проходных отверстий …………………. 111
ПРИЛОЖЕНИЕ Д (обязательное)Automating a pumping station based on the
Siemens S7-1500 controller ………………………………………………………………………. 113
Introduction …………………………………………………………………………………………….. 114
Automation water pumping station …………………………………………………………….. 115
Process description ………………………………………………………………………………. 115
Design works ……………………………………………………………………………………….. 116
Choosing equpment ……………………………………………………………………………… 116
Cable Route Alignment ………………………………………………………………………… 116
Building and assembly works ……………………………………………………………….. 117
Monitoring the correct execution of work ………………………………………………. 117
Making corrections to layout terminal boxes …………………………………………… 117
Pre-commissionin work ………………………………………………………………………… 117
Checking electrical circuits …………………………………………………………………… 118
Hardware Setup …………………………………………………………………………………… 119
Station control program ………………………………………………………………………… 120
Pressure-reducing valve ……………………………………………………………………….. 124
Valve description …………………………………………………………………………………. 124
The problems ………………………………………………………………………………………. 125
Problem solution………………………………………………………………………………….. 126
Conclusion ………………………………………………………………………………………………. 127

В результате данной работы была спроектирована система
автоматизации насосной станции. В ходе проектирования были получены
функциональная схема автоматизации, структурная схема автоматического
управления насосным агрегатом, проведен сравнительный анализ
результатов для различных методик расчета настроечных параметров ПИ-
регулятора, а также осуществлен выбор установочных коэффициентов
регулятора, позволяющих плавно регулировать давление в системе, иметь
плавный пуск насосного агрегата. Исходя из переходных характеристик для
разных значений регулятора была получена работоспособная система
автоматического управления насосным агрегатом.
На этапе строительно-монтажных работ утверждены планы
прохождения кабельных трасс, выполнен ряд проверок оборудования и
правильность его расключения.
На этапе пусконаладочных работ выполнялась настройка
необходимого в данном проекте оборудования, выполнялся запуск клапана
понижения давления Bermad, создан алгоритм управления насосным
агрегатом, написана программа управления, работающая согласно данному
алгоритму и созданы экраны мнемосхем панелей оператора.

1.TIAPortal[электронныйресурс]//ВикипедияURL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/TIA_Portal (дата обращения 03.05.2020)
2.ГОСТ 21.408 – 2013 «Система проектной документации для
строительства(СПДС).Правилавыполнениярабочейдокументации
автоматизации технологических процессов»
3.ГОСТ 21.208 – 2013 «Система проектной документации для
строительства(СПДС).Автоматизациятехнологическихпроцессов.
Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах»
4.Бунеев В.А., Федюн Р.В. Система автоматического управления
электронасосомводопроводногоузла//НаучныетрудыДонецкого
национальноготехническогоуниверситета.Серия:электротехникаи
энергетика – 2008 № 8 (140) с. 187 – 190.
5.Гликман, Б. Ф. Математические модели пневмогидравлических
систем/ Б. Ф. Гликман. – Москва : Наука. Гл. ред. физ.-мат., 1986. – 368 с
6.Инструкция по монтажу вспомогательных цепей № И 1.06-08
[электронныйресурс]//gostrfURL:
http://www.gostrf.com/normadata/1/4293834/4293834987.pdf (дата обращения
03/05/2020)
7.ГОСТ 34.601-90 «Информационная технология. Комплекс
стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы.
Стадии создания»
8.Мнемосхемы [электронный ресурс]// кафедра промышленной
электроники ТУСУР URL: https://ie.tusur.ru/books/COI/page_38.htm (дата
обращения 06.05.2020)
9.EasyBuilder Pro 6.x [электронный ресурс ]// Weintek |
ПроизводствосенсорныхпанелейоператораURL:
https://weintek.pro/topnews/easybuilder_pro_6x_dlya_panelej_operatora/(дата
обращения 04.05.2020)
10.Как россияне будут отдыхать в 2020 году [электронный
ресурс]// Государственная дума URL: http://duma.gov.ru/news/47108/ (дата
обращения 03.05.2020)
11.СанПиН2.2.2/2.4.1340-03«Гигиеническиетребованияк
персональнымэлектронно-вычислительныммашинамиорганизации
работы»
12.ГОСТ 12.2.032-78 ССБТ «Рабочее место при выполнении работ
сидя. Общие эргономические требования»
13.СанПиН2.2.4.548-96«Гигиеническиетребованияк
микроклимату производственных помещений»
14.САНИТАРНЫЕ НОРМЫ СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на
рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на
территории жилой застройки»
15.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.
16.СП 52.13330.2016 Естественное и искусственное освещение.
АктуализированнаяредакцияСНиП23-05-95[электронныйресурс]//
Электронныйфонд.URL:http://docs.cntd.ru/document/456054197(дата
обращения 26.05.2020)
17.Кнорринг, Г. М. Осветительные установки / Г. М. Кнорринг. –
Л. :Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1981. – 288 с.
18.ГОСТ 12.1.004-91 «ССБТ Пожарная безопасность. Общие
требования.» – М.: Изд-во стандартов, 2006. – 67 с.
19.Automation [электронный ресурс]// Techopedia Inc URL:
https://www.techopedia.com/definition/32099/automation(датаобращения
05.05.2020)
20.What is SCADA? [электронный ресурс]// Inductive Automation
URL:https://inductiveautomation.com/resources/article/what-is-scada(дата
обращения 06.05.2020)
21.What is HMI? [электронный ресурс]// Inductive Automation
URL: https://www.inductiveautomation.com/resources/article/what-is-hmi (дата
обращения 06.05.2020)