Автоматизированная система управления установкой отжига труб
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА
специальность 220201 «Управление
и информатика в технических си
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к дипломному проекту на тему: «Автоматизированная система управления установкой отжига труб»
Дипломник УИТС-00-2 Осипов А.Г.
Руководитель ассистент каф. КС Дубатовка У.В.
Консультанты: к.т.н., доцент каф. ПромЭко
Двойникова А.В.
Работа к защите допущена:
Зав. кафедрой КС: д.т.н. Кузяков О.Н.
Дата защиты_____________
Тюмень 2005
ФДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА
_____________________________
«______»________________2005 г.
Задание на дипломное проектирование
Студенту ____Осипову Артёму Геннадьевичу __________________________
- Тема проекта утверждена приказом по университету от
« 22 » марта 2005 г. № 249
Автоматизированная система
2. Срок сдачи студентом законченного проекта « 01 » июня 2005 г.
3. Исходные данные
к проекту ____________________
______________________________
______________________________
4. Содержание расчетно-
______________________________
5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)
______________________________
6. Консультанты по
проекту (с указанием
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА
Экономический раздел __________ Александрова А.В., асс. каф. ОПиВЭД
Задание: ______________________________
______________________________
Безопасность
жизнедеятельности _________ Двойникова А.В., к.т.н., доцент каф. ПромЭко.
Задание:______________________
Дата выдачи задания « 22 » марта 2005 г.
Руководитель ____________ Дубатовка У.В.
Задание принял к исполнению « 22 » марта 2005 г.
______________________________
(подпись студента)
Ведомость дипломного проекта
№ |
Формат |
Обозначение |
Наименование |
Кол-во |
Прим. | ||||||||
Технологическая документация |
|||||||||||||
1 |
А4 |
Пояснительная записка |
138 |
стр. | |||||||||
Графическая документация |
|||||||||||||
2 |
А4 |
Плакат |
Схема размещения объектов УОТ |
1 |
|||||||||
3 |
А4 |
ТюмГНГУ.220201.249.111 ДA |
Схема автоматизации УОТ |
1 |
|||||||||
4 |
А4 |
Плакат |
Блок-схемы алгоритмов функционирования системы |
2 |
|||||||||
5 |
А4 |
Плакат |
Иерархия экранов MMI |
1 |
|||||||||
6 |
А4 |
Плакат |
Экраны MMI |
3 |
|||||||||
7 |
А4 |
Плакат |
Надежность проекта |
1 |
|||||||||
8 |
А4 |
Плакат |
Показатели экономической |
2 |
|||||||||
9 |
А4 |
Плакат |
Планировка помещения и |
1 |
|||||||||
|
| |||||||||||||
ТюмГНГУ.220201.249.023 ВП | |||||||||||||
Ведомость дипломного проекта |
Лит. |
Масса |
Масшт. | ||||||||||
Изм |
Лист |
№ докум. |
Подп. |
Дата |
|||||||||
Разраб. |
Осипов А.Г. |
||||||||||||
Пров. |
Дубатовка У. В. |
||||||||||||
Лист 1 |
Листов 1 | ||||||||||||
УИТС 00-2 | |||||||||||||
Н. контр. |
Лянге И. А. |
||||||||||||
Утв. |
Кузяков О. Н. |
||||||||||||
Реферат
Пояснительная записка содержит 138 страниц машинописного текста, 20 таблиц, 4 рисунка, список использованных источников – 21 наименование, 11 приложений.
АВТОМАТИЗАЦИЯ, ПЕЧЬ ОТЖИГА, ГОРЕЛКА, ИНСИНЕРАТОР, ТЕМПЕРАТУРА, ИЗМЕРЕНИЕ, РЕГУЛИРОВАНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЛЕР, MMI, RTU, MTU.
Объектом проектирования является установка отжига труб (УОТ). Объект находится на территории регионального сервисного центра.
Цель проекта – разработка проекта автоматизированной системы управления технологическим процессом установки отжига труб в пакете Rockwell Software на базе микроконтроллера SLC 5/04 фирмы Allen-Bradley.
При автоматизации рассматривается 51 сигнал, в число которых входит 19 аналоговых, 32 дискретных.
Разработан проект управления технологическим процессом установки отжига труб, включающий в себя:
- анализ и выбор аппаратных средств верхнего и нижнего уровня;
- анализ технологического процесса УОТ
- создание программного
обеспечения верхнего и
- разработку технологических
окон человеко-машинного
В ходе работы производятся необходимые расчеты по надежности, энергопотреблению, экологичности проекта, а также расчет экономической эффективности.
Область применения: внедрение проекта возможно на УОТ регионального сервисного центра, Нижневартовской базы по ремонту труб.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
С развития электронной
промышленности и микроэлектроники
развивались и
Ремонт труб является
непрерывным технологическим
Поддержание с заданной точностью на заданном уровне параметров быстротекущих технологических процессов при ручном управлении оказывается невозможным. Поэтому современные производства возможны только при оснащении технологических установок соответствующими измерительными системами и введением автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ
1.1 Обзор современных инструментальных сред
Сегодня в России в нефтегазовой отрасли наиболее широко используются следующий ряд общепромышленных MMI:
- InTouch, американской фирмы Wonderware;
- Trace Mode, российской фирмы AdAstra Research Group LTD;
- RS View32, компании Rockwell Software, США;
- GENESIS;
- RealFlex;
- Metso DNA.
В отечественной промышленности широко применяется система для разработки операторского интерфейса Trace Mode, которая состоит из инструментальной системы и исполнительных (run-time) модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе Trace Mode.
1.1.1 Пакет Trace Mode
Trace Mode создана в архитектуре клиент-сервер и основана на новейшей распределенной общей модели объектов – DCOM, лежащей в основе Windows NT. Поэтому отдельные модули системы легко сопрягаются между собой, а АСУТП на базе Trace Mode легко поддерживать, развивать и интегрировать в корпоративные информационные системы. В Trace Mode существует более 150 алгоритмов обработки данных и управления, в том числе фильтрация, PID, PDD, нечеткое, адаптивное, позиционное регулирование, управление устройствами (клапан, задвижка и так далее). Trace Mode поддерживает автоматическое горячее резервирование, поддержку единого сетевого времени. Обмен с независимыми приложениями производится с использованием OPC, DDE, SQL, DCOM.
1.1.2 Пакет InTouch
В течение последних нескольких лет на отечественном рынке программного обеспечения для систем автоматизации заметно выделяется SCADA-пакет InTouch разработки американской фирмы Wonderware. Программное обеспечение InTouch является объектно-ориентированным интерфейсом «человек-машина» (MMI), генератором задач для промышленной автоматизации, управления процессом и сбора информации. Одной из самых значительных новых возможностей данного программного обеспечения является возможность использования ранее созданных графических объектов «Wizard», что позволяет создавать проект быстрее и проще. Возможное использование модулей SPC, Recipe и SQL помогает пользователю удовлетворить различные требования по созданию рапортов.
InTouch использует объектно-
InTouch использует стандартный интерфейс Windows GUI, т.о. очень просто переходить от одной InTouch версии к другой, или от InTouch к другим программам, работающим в Windows.
Доступ SQL фирмы Wonderware позволяет пользователям InTouch иметь доступ ко всем популярным программам баз данных, включая Microsoft SQL Server, ОRАСLЕ, SуВаsе, dВаsе и другие, поддерживающие платформу “Ореп Dаtа Ваsе”.
Встроенные в InTouch объекты позволяют осуществлять простое создание исторических трендов и трендов реального времени. Возможно отображение до восьми переменных на тренде и возможно каждую переменную читать из собственного файла. Каждый исторический тренд имеет возможности по выбору типа курсора, масштаба, сдвига и центровки. Возможен экспорт данных в ЕХСЕL, файл данных или в канал DDE. Тренд реального времени поддерживает работу с четырьмя переменными. Нет предела количеству графиков, которые могут быть показаны.
Функции InTouch поддерживают
логические и математические выражения.
Пользователь может показывать на дисплее
действительное число с одним
знаком после запятой, в то время
как при вычислениях
1.1.3 Пакет Genesis
Программный пакет GENESIS применяется на рабочих местах операторов автоматизированных систем управления технологическими процессами любой степени сложности в самых различных отраслях промышленности. GENESIS-32 v.6.0 основан на технологии "OPC-to-the-Core".
Эта SCADA-система основана на стандарте OPC 2.0, имеет встроенный язык программирования VBA 6.0, используемый в Microsoft Office 2000, и скомпилирована в среде Visual C++ 6 для обеспечения максимального соответствия спецификации Microsoft's DNA for Manufacturing Initiative.
Среди множества компонент и функций GENESIS 32 v.6.0 отмечу лишь некоторые:
- возможность создания систем под управлением Windows CE;
- ScriptWorX32 - система создания скриптов, выполняемых периодически, по событиям или тревогам, основанная на VBA 6.0;
- Web HMI - ориентированный на интернет "Тонкий Клиент";
- много ActiveX компонентов для
создания интерфейса
1.1.4 Пакет RealFlex
Следующей, широко используемой системой для создания интерфейса оператора, является RealFlex. RealFlex - многопроцессный программный продукт реального времени для прикладных задач SCADA и управления процессами.
Достоинства RealFlex 4:
- Бесспорное наличие многозадачных возможностей;
- 32-битовая операционная система;
- Архитектура клиент-сервер;
- Возможность иметь дело с сотнями и тысячами
точек без снижения скорости обработки;
- Обеспечение высокой производительности,
свойственной универсальным машинам,
при использовании аппаратуры, базирующейся
на процессорах Intel;
Достоинства, дающие удобства и легкость
использования, включая:
- графический интерфейс OpenLook GUI;
- выбор конфигурации в режиме "on-line";
- большие возможности построения отчетов
и трендов;
- возможность удаленного подсоединения и работы
в локальной сети;
- горячее резервирование/автоматическое
восстановление предлагает защиту и избыточность;
- одновременно могут работать до 16 драйверов
устройств ввода/вывода на одном компьютере;
- сертифицированная стадартом POSIX операционная
система;
- многопоточная файловая система;
- избыточная сетевая архитектура;
- работа в режиме защищенной памяти.
1.1.5 Пакет Metso DNA
DNA – динамическая сеть приложений. Пакет применяет концепцию открытых технологий в распределённых системах управления (РСУ). DNA объединяет в единую сеть всю деятельность по автоматизации и информационному обеспечению, т.е. вся деятельность становится единой системой от участка до офиса. В данной сети в тесном взаимодействии работают приложения основанные на разных алгоритмах, что позволяет осуществлять гибкую политику.
Основными параметрами Metso DNA является:
- сеть информационных ресурсов;
- новый интерфейс оператора;
- полный контроль периодических процессов;
- открытость архитектуры;
- наличие встроенных систем автоматизации;
- масштабность системы
(маленький вариант это
- особенность современного инженерного и технического обслуживания.
Данная система построена как совокупность функции, которые в свою очередь, которые в свою очередь состоят из подзадач. Особенность функций заключается в том, что они могут быть. распределены по всей сети, а могут быть сконцентрированы в одном узле. Прямая связь между функциями обеспечивается без отдельных модулей связи.
Функциональная структура пакета:
1) функция управления информационными ресурсами;
2) функция оператора;
3) функция управления;
4) функция совместимости;
5) функция полевого контроля;
6) функция инжиниринга
и технологического обслуживани
Каждая функция это отдельный пакет. Функция управления информационными ресурсами состоит из высокопроизводительных баз данных, куда записывается предыстория технологического процесса, все возникающие неисправности, накапливается статистика периодических производств. Функция снабжена мощными служебными программами подготовки отчёта и анализа информации. Имеются формы специальных функциональных справок в виде дневников. Имеются функции 3-D моделей.
Основные преимущества:
- передача знаний, этапов проектирования персоналу;
– явное представление ситуации с исправным изучением;
– эффективность принятия решений, основанное на знании;
– доступность информации во всех ситуациях;
– хранение, обмен и накопление информации.
Функции оператора включают: интерфейс связи пользователя с технологическим процессом, а также систему обработки аварийных сигналов и кроме того определены пакетные программы.
Преимущества:
наличие эффективных средств
постепенный доступ к данным;
гибкое использование информации и знаний;
простота настройки на различные задачи.
Таким образом, данная функция обеспечивает доступ к данным и информационным ресурсам связанных с конкретным технологическим процессом. Структурно рабочее место оператора от 1 до 3 мониторов, дополнительная клавиатура. Рабочий стол предполагает наличие нескольких экранов технологического процесса (т.е. эргономичность). Время обновления дисплея 1-2 секунды, главное окно 1 сек. Число объектов на дисплее выбирается исходя из особенностей процесса. Дискретность аварийного сигнала 1 мс.
Интерфейсы связи MetsoDNA:
- внешний программный интерфейс;
- широкий выбор протоколов связи (универсальные протоколы);
- широкий выбор модулей с интерфейсом ProfiBUS, ORS, протокол с изменяемой конфигурацией CNP и ENP реализация связи с компьютерами;
- программно-логические интерфейсы:
1) протоколы ModeBUS;
2) Allen Bradley;
3) Siemens;
4) протоколы последней передачи данных.
Интерфейсы с полевым оборудованием.
Функции полевого контроля:
1) международный стандарт используется для устройства I/O IEC-61131-3;
2) компактное программное устройство электропитания (встроенные);
3) всестороннее управление по месту.
Интерфейсы Foundation FieldBUS – цифровая 2-х сторонняя многоточечная система связи, используемая для обмена данными между полевыми приборами и диспетчерской. SoftDOS - это система корпорации Metso, представляет собой масштабируемую концепционно-гибкую распределительную систему управления (РСУ). Такая система целесообразна при автоматизации небольших объектов, когда используется программные контроллеры и персональные компьютеры. Применение к большой системе не выгодно.
Преимущества:
а) малые размеры, возможность масштабирования;
б) рабочие станции ориентированы на WinNT;
в) функции взаимной блокировки;
г) использование различных универсальных сетевых форматов при работе;
д) стандартное приятное распределение;
е) система ориентируется на 1000 каналов I/O. Данная система легко преобразуется в основную систему наличием универсальных приложений.
1.1.6 Пакет RSView32
Производитель пакета RSView32 – американская фирма Rockwell Software, являющаяся подразделением компании Rockwell Automation, т.е. является родной программой выбранному контроллеру [3].
RSView32 использует открытые технологии в рамках платформы Microsoft Windows такие, как ODBC, OLE и DDE и является открытой платформой для выбора в промышленной автоматизации. RSView32 обеспечивает взаимодействие между продуктами серии Wintelligent и продуктами Microsoft и обладает улучшенной функциональностью по сравнения с традиционными средствами MMI. Это обеспечивается за счет объектно-ориентированной анимационной графики, открытой базы данных, регистрации архивных данных в формате DBF и расширенными возможностями для трендов, тревог, создания производных тэгов и детектора событий.
RSView32 использует драйверы,
работающие по специальному
RSView32 позволяет создавать
экранные дисплеи в любом
Технология ODBC (Open Database Connectivity) это стандарт, разработанный Microsoft , который позволяет базам данных различных форматов быть доступными для других приложений, работающих в среде Windows. Вся информация о тэгах RSView32 и системной конфигурации запоминается в формате совместимом с ODBC, и доступна для большого количества инструментальных средств работающих под Windows, таких как, Microsoft Access, Excel и т.д.
RSView32 поддерживает тревоги для цифровых и аналоговых тэгов, которые можно поделить на восемь градаций по уровням и восемь категорий опасности. RSView32 имеет весьма гибкий и развитый механизм обработки трендов. Тренды могут сниматься непосредственно в реальном масштабе времени или браться из архивных файлов, предварительно записанных регистратором данных.
RSView32 поддерживает работу в сетевых средах. Имеется возможность разделения баз данных. Присутствует поддержка промышленных сетей, таких как DH, DH+, DH485, ControlNet, Ethernet и т.д. RSView32 имеет уникальную систему драйверов связи. Она включает в себя динамическую оптимизацию обмена по сети и проверку ошибок индивидуально по каждому тэгу. Важной особенностью является горячее резервирование драйверов связи. Все это создает надежную среду для гарантированного сбора данных.
Система RSView32 предназначена для использования на производстве, где сбор и обработка данных, взаимодействие оператора с производственными участками, а также связь с компьютерами, входящими в производственные комплексы и установленными в управлении, должна быть быстрой и надежной.
В целом, система RSView32 состоит из 2 составных частей: RSView Works и RSView Runtime.
RSView Runtime – программный модуль монитора реального времени, который обеспечивает функционирование системы в многозадачной операционной системе Windows 95 или Windows NT.
RSView Works - программное
обеспечение разработчика, которое
позволяет создать все составля
В качестве операторского интерфейса для данного дипломного проекта была выбрана система RSView32.
1.2 Постановка задачи
1.2.1 Цель дипломного проекта
Современные АСУ ТП представляют собой гибкие распределенные системы, состоящие из компонентов различных производителей и обладающие возможностью расширения, как в количественном, так и качественном отношении. Все успешно работающие системы обеспечивают контроль и управление, включая графический интерфейс оператора, обработку сигналов тревог, построение графиков, отчетов и обмен данными. В тщательно спроектированных системах эти возможности способствуют улучшению эффективности работы предприятия и, следовательно, увеличению прибыли за счет сокращения себестоимости продукции.
Автоматизированные системы управления предусматривают не только замену мускульной энергии человека при выполнении различных операций на технологических объектах, но также освобождение человека от производственных функций, связанных с его умственной деятельностью. Такими операциями являются сбор, запоминание, переработка информации, в том числе выполнение вычислительных операций и выработка управляющих сигналов. Кроме того, к таким операциям относится контроль за ходом технологического процесса. Следовательно, важнейшие условие нормальной работы системы автоматического управления – получение информации, правильно отражающей состояние объекта управления, ход технологического процесса.
Функционирование АСУ ТП обеспечивается введением вычислительных систем, в качестве которых могут быть использованы персональные компьютеры, промышленные компьютеры, микропроцессорные контроллеры в самых различных исполнениях. Чаще всего в сложных производствах используют микропроцессорные контроллеры, которые могут работать совершенно автономно в различных условиях, а также при необходимости, можно обеспечить управление работой контроллера как оператором, находящегося в непосредственной близости, так и дистанционно с центрального пункта управления.
В АСУ ТП за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики и приборы, измеряющие параметры технологического процесса (например, температуру, давление и т.д.), контролирующие состояние оборудования (температуру подшипников агрегатов, насосов) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч. Качество функционирования систем автоматического управления в значительной мере зависит от метрологических и динамических свойств измерительных датчиков и приборов.
Целью дипломного проекта является разработка автоматизированной системы управления технологическим процессом предназначенной для поддержания заданного оптимального режима работы печи отжига труб (ПОТ), на базе современных микропроцессорных средств. В данном дипломном проекте применен программируемый контроллер и программное обеспечение американской фирмы Allen-Bradley, обеспечивающее лучшее соотношение цены и технических характеристик.
1.2.2 Обоснование разработки АСУ печи отжига труб
В процессе эксплуатации существующей ПОТ было выявлено множество недостатков. К ним относятся:
- система управления печью не позволяла работать полностью в автоматическом режиме.
- использование электроклапанов является невыгодным с точки зрения энергосбережения, а также плавности и точности регулирования.
- датчики загазованности расположены на удалении от операторского пульта и не имеют прямой связи с ним.
- использование устаревшего оборудования.
- Автоматизированная система учета движения полисов ОМС в филиале ООО «Росгосстрах-Медицина»
- Автоматизированная система учета кадров и расчета заработной платы
- Автоматизированная система учета лиц на административном участке
- Автоматизированная система учета по подключению Интернет сети в РУП «Белтелеком»
- Автоматизированная система учета продуктов и услуг фотосалона "Konika"
- Автоматизированная система экспертных оценок финансового состояния предприятия
- Автоматизированное завершение отчетного периода и составление отчетности
- Автоматизированная система оптического распознавания текста
- Автоматизированная система тендерного отдела
- Автоматизированная система управления и диагностики системы надежного электропитания
- Автоматизированная система управления комбината Белшина
- Автоматизированная система управления компрессорной установки (1)
- Автоматизированная система управления компрессорной установки (2)
- Автоматизированная система управления персоналом «Отдел кадров"
