Проектирование автоматизированной системы управления узла растаривания и дозирования компонентов в отделении производства концентратов ООО «Томскнефтехим»

Автоматизированная система управления узлом растаривания и дозирования компонентов, выбор структуры и архитектуры системы, выбор средств реализации, система контроля и управления технологическим процессом, визуализация происходящих процессов.

Реферат ……………………………………………………………………………………………………… 4

Глоссарий ………………………………………………………………………………………………….. 9

Обозначения и сокращения ………………………………………………………………………. 11

Введение ………………………………………………………………………………………………….. 13

1 Техническое задание ……………………………………………………………………………… 14

1.1 Основные цели и задачи проектирования АСУ ТП ……………………………… 14

1.2 Назначение системы АСУ ТП……………………………………………………………… 15

1.3 Требования к автоматике узла дозирования компонентов ……………………. 15

1.4 Требования к техническому обеспечению …………………………………………… 17

1.5 Требования к метрологическому обеспечению ……………………………………. 17

1.6 Требования к программному обеспечению ………………………………………….. 18

1.7 Требования к математическому обеспечению ……………………………………… 19

1.8 Требования к информационному обеспечению ……………………………………. 19

2 Основная часть ……………………………………………………………………………………… 21

2.1 Описание технологического процесса …………………………………………………. 21

2.2 Разработка структурной схемы АС ……………………………………………………. 27

2.3 Функциональная схема автоматизации ……………………………………………… 28

2.3.1 Функциональная схема автоматизации по ГОСТ 21.404-2013 …………… 29

2.3.2 Функциональная схема автоматизации по ANSI/ISA ………………………… 30

2.4 Разработка схемы информационных потоков ………………………………………. 30

2.5 Выбор средств реализации АСУ ТП ……………………………………………………. 33

2.5.1 Выбор контроллерного оборудования ………………………………………………. 34

2.5.2 Блок управления типа Congrav® OP …………………………………………………. 36

2.5.3 Выбор исполнительных устройств и средств измерения …………………… 38
2.5.3.1 Датчик уровня ……………………………………………………………………………….. 38

2.5.3.2 Тензодатчик ………………………………………………………………………………….. 40

2.5.3.3 Дозирующее устройство ………………………………………………………………… 43

2.5.3.4 Электродвигатель ………………………………………………………………………….. 45

2.5.3.5 Редуктор ……………………………………………………………………………………….. 46

2.6 Разработка схемы внешних проводок ………………………………………………….. 48

2.7 Выбор алгоритмов управления узла растаривания и дозирования
компонентов…………………………………………………………………………………………….. 49

2.7.1. Алгоритм сбора данных измерений …………………………………………………. 49

2.7.2 Алгоритм пуска/останова технологического оборудования ………………. 51

2.7.3 Алгоритм автоматического управления технологическим параметром 52

2.8 Экранные формы АС узла растаривания и дозирования компонентов….. 57

2.8.1 Разработка дерева экранных форм ……………………………………………………. 57

2.8.2 Разработка экранных форм АС …………………………………………………………. 58

3 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……… 60

3.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………………… 60

3.2 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………… 61

3.3 Определение возможных альтернатив проведения научных исследований
………………………………………………………………………………………………………………… 65

3.4 Планирование научно-исследовательских работ………………………………….. 66

3.4.1 Структура работ в рамках научного исследования ……………………………. 66

3.5 Определение трудоемкости выполнения работ ……………………………………. 68

3.6 Разработка графика проведения научного исследования ……………………… 69

3.7 Бюджет научно-технического исследования (НТИ) …………………………….. 71
3.7.1 Основная заработная плата исполнителей ………………………………………… 72

3.7.2 Дополнительная заработная плата исполнителей темы……………………… 75

3.7.3 Отчисления во внебюджетные фонды ………………………………………………. 75

3.7.4 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта … 76

3.8 Определение эффективности исследования …………………………………………. 77

4 Социальная ответственность …………………………………………………………………. 80

4.1 Производственная безопасность………………………………………………………….. 81

4.1.1 Анализ вредных факторов ………………………………………………………………… 81

4.1.1.1 Вредные вещества …………………………………………………………………………. 81

4.1.1.1 Повышенный уровень шума и вибрации ………………………………………… 84

4.1.2 Анализ опасных факторов ………………………………………………………………… 86

4.1.2.1 Опасность получения механических травм ……………………………………. 86

4.1.2.2 Опасность поражения электрическим током ………………………………….. 87

4.1.2.3 Взрывопожароопасность ……………………………………………………………….. 88

4.1.2.4 Опасности, связанные с проведением погрузочно-разгрузочных работ
………………………………………………………………………………………………………………… 89

4.1.2.5 Опасность отравления токсичными веществами …………………………….. 90

4.2 Экологическая безопасность ……………………………………………………………….. 90

4.2.1 Воздействие на атмосферу……………………………………………………………. 90

4.2.2 Воздействие на гидросферу ……………………………………………………………… 91

4.2.3 Воздействие на литосферу ……………………………………………………………. 91

4.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………….. 91

4.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……… 93

Заключение ……………………………………………………………………………………………… 95

Список использованных источников ………………………………………………………… 96
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ……………………………………………………………………………………… 0

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ………………………………………………………………………………………. 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ………………………………………………………………………………………. 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ………………………………………………………………………………………. 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ………………………………………………………………………………………. 4
Глоссарий

Термин Определение
Автоматизированная Комплекс технических, программных и
система других средств, а также обслуживающего
персонала, предназначенный для
автоматизации различных процессов.
Автоматизированное Программно-технический комплекс,
рабочее место предназначенный для автоматизации
деятельности определенного вида.
Автоматизированная Комплекс программных и технических
система управления средств, предназначенный для автоматизации
технологическим управления технологическим оборудованием
процессом на предприятиях. Под АСУ ТП обычно
понимается комплексное решение,
обеспечивающее автоматизацию основных
технологических операций на производстве в
целом или каком-то его участке, выпускающем
относительно завершенный продукт.
Архитектура АС Набор значимых решений по
организации системы программного
обеспечения, набор структурных элементов и
их интерфейсов, при помощи которых
компонуется АС.
Видеокадр Область экрана, которая служит для
отображения мнемосхем, трендов, табличных
форм, окон управления, журналов и т.п.
Интерфейс Совокупность средств (программных,
технических, лингвистических) и правил для
обеспечения взаимодействия между
различными программными системами, между
техническими устройствами или между
пользователем и системой.
Мнемосхема Представление технологической схемы в
упрощенном виде на экране АРМ.
Протокол Набор правил, позволяющий
осуществлять соединение и обмен данными
между двумя и более включёнными в
соединение программируемыми устройствами.
Пропорционально- Устройство, используемое в системах
интегрально- автоматического управления для поддержания
дифференциальный заданного значения измеряемого параметра.
регулятор ПИД-регулятор измеряет
отклонение стабилизируемой величины от
заданного значения (уставки) и выдаёт
управляющий сигнал, являющийся суммой трёх
слагаемых, первое из которых пропорционально
этому отклонению, второе пропорционально
интегралу отклонения и третье пропорционально
производной отклонения.
Система Совокупность программных и языковых
управления базами средств, предназначенных для управления
данных данными в базе данных, ведения базы данных,
обеспечения многопользовательского доступа к
данным.
SCADA Инструментальная программа для
разработки программного обеспечения систем
управления технологическими процессами в
реальном времени и сбора данных.
Технологический Последовательность технологических
процесс операций, необходимых для выполнения
определенного вида работ.
Техническое Утвержденный в установленном порядке
задание на АС документ, определяющий цели, требования и
основные исходные данные, необходимые для
разработки автоматизированной системы.
Тег Метка как ключевое слово, в более узком
применении идентификатор для категоризации,
описания, поиска данных и задания внутренней
структуры.
Обозначения и сокращения

Аббревиатура Краткая характеристика
ANSI/ISA American National Standards Institute/ Instrument
Society of America
Американский национальный институт
стандартов/
Американское общество приборостроителей
API Application Program Interface
Интерфейс прикладных программ
CM Communication module
Коммуникационный модуль
CPU Central Processing Unit
Центральный процессор
EEI External Environment Interface
Интерфейс внешнего окружения
EIA Electronics Industries Association
Ассоциацией электронной промышленности
FBD Function Block Diagram
Графический язык программирования
DAS Direct-attached storage
Система хранения данных с прямым
подключением
ISO International Organization for Standardization
(ИСО) Международная организация по
стандартизации
LAD Ladder Diagram
Язык лестничных диаграмм
LAN Local Area Network
Локальная вычислительная сеть
NACE National Association of Corrosion Engineers
Международная ассоциация инженеров-
коррозионистов
OPC OLE for Process Control
Набор спецификаций стандартов, протокол
взаимодействия
OSE/RM Open System Environment Reference Model
Эталонная модель среды открытых систем
PLC Programmable Logic Controllers
(ПЛК) Программируемый логический контроллер
RS Recommended Standard
Рекомендованный стандарт
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
Диспетчерское управление и сбор данных
TCP Transmission Control Protocol
Протокол управления передачей
АРМ Автоматизированное рабочее место
АС Автоматизированная система
АСУ Автоматизированная система управления
ИМ Исполнительный механизм
КИП и А Контрольно-измерительные приборы и
автоматика
КТС Комплекс технических средств
ПИД Пропорционально-интегрально-
дифференциальный
ПО Программное обеспечение
САР Система автоматического регулирования
САУ Система автоматического управления
СУБД Система управления базами данных
ТЗ Техническое задание
ТП Технологический процесс
ФСА Функциональная схема автоматизации
ЭП Электронный преобразователь

В процессе выполнения работы была спроектирована система
автоматического управления узлом растаривания и дозирования компонентов,
включающая в себе каналы измерения по технологическим параметрам,
контуры регулирования и аварийной защиты. Разработанная система имеет
трехуровневую архитектуру: сигналы с датчиков полевого уровня поступают
через контроллерное оборудование на АРМ оператора в виде экранных форм
SCADA-системы.

При разработке САУ были детально проработаны структурная и
функциональные, соответствующие ГОСТ и стандарту ANSI/ISA, схемы. В
процессе работы были изучены все необходимые стандарты для разработки
АСУ ТП.

Разработанная система автоматического управления отвечает всем
заявленным в техническом задании требованиям к разным видам обеспечения
и системе в целом.

В данной работе были проведены различного рода анализы и дана
оценка разрабатываемой автоматизированной системы узла растаривания и
дозирования компонентов в отделении производства концентратов. Так же
было произведено исследование о рациональной организации научно-
исследовательской работы и ей материально-технического обеспечения. В
состав группы по разработке проекта входило три человека. Для разработки
системы потребовалось 59 календарных дней и бюджет в 291621 рубль.

Использование проектируемого оборудования, при соблюдении
инструкций по охране труда, промышленной безопасности, экологической
безопасности, противопожарной безопасности является малоопасным и не
травмоопасным.

1.Громаков Е. И., Проектирование автоматизированных систем.
Курсовоепроектирование:учебно-методическоепособие:Томский
политехнический университет. — Томск, 2009.
2.ГОСТ21.408-2013Системапроектнойдокументациидля
строительства. Правила выполнения рабочей документации автоматизации
технологических процессов. Издательство Москва Стандартинформ, 2014.–
42с.
3.Бакалаврскаяработа«Постпроектнаямодернизация
автоматизированной системы управления электродегидратором на установке
подготовки нефти «Ярактинского месторождения» Львов Ю.Ю. ТПУ 2016г.
4.Дипломная работа «Модернизация системы автоматизированного
управления подачи воды на установку первичной переработки нефти УПН-150
”АНГК”»
5.Руководство по эксплуатации прибора Congrav® OP12 HGC
6.Руководство по эксплуатации прибора ISC plus – System
7.Оригинальное руководство по эксплуатации к прибору: дозатор
D2D22365
8.Видяев И.Г., Серикова Г.Н., Гаврикова Н.А. Финансовый
менеджмент,ресурсоэффективностьиресурсосбережение:учебно-
методическое пособие / И.Г. Видяев, Г.Н. Серикова, Н.А. Гаврикова, Н.В.
Шаповалова, Л.Р. Тухватулина З.В. Криницына; Томский политехнический
университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014.
– 36 с.
9.Постоянный технологический регламент № 410 – 01 – 2015
Установки производства и дополнительной переработки полиэтилена на
основе технического углерода производства полиэтилена
10.СН 2.2.4/2.1.8.562 – 96. Шум на рабочих местах, в помещениях
жилых, общественных зданий и на территории застройки.
11.СанПиН 2.2.2/2.4.1340 – 03. Санитарно – эпидемиологические
правилаинормативы«Гигиеническиетребованиякперсональным
электронно-вычислительныммашинамиорганизацииработы».–
М.:Госкомсанэпиднадзор, 2003.
12.НПБ 105-03. Нормы пожарной безопасности. Определение
категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и
пожарной опасности.