Разработка системы автоматизации газосепаратора на УПСВ

 

     Контроллеры SLC наряду с локальным вводом/выводом  поддерживают расширение ввода/вывода (до 3 шасси SLC 500 может быть соединено  вместе с помощью специального кабеля). Процессоры SLC 5/03 и SLC 5/04 могут полностью поддерживать 30 модулей ввода/вывода (30х32=960 I/O).

     Контроллеры SLC-500 фирмы Allen-Bradley, в полной мере отвечают критерию цена/надежность.

     Поэтому в данном проекте использован  контроллер серии SLC-500 Контроллер SLC-500 выполняет следующие функции:

− сбор и обработку аналоговых измерений;

− сбор и обработку цифровых сигналов аварий, предупредительной сигнализации и состояний технологического оборудования;

− контроль выхода за уставки технологических параметров и формирование соответствующих аварийных или предупредительных сигналов;

− контроль выхода за уставки на различные механизмы;

− автоматическое регулирование;

− обмен информацией с верхним уровнем управления. 
 

     3.2 Выбор конфигурации контроллера

     Семейство SLC-500 работает с модулями ввода-вывода на платформе 1746, разработанными для  оснащения системы управления модулями с минимальными требованиями к занимаемому  пространству и стоимости. Модули предлагаются в различных модификациях как  по количеству сигналов – 4, 8, 16, 32 точек, так и по качеству – постоянного  тока, переменного тока, ТТЛ.

     Семейство SLC 500 предлагает 6 различных модулей  аналогового ввода/вывода, в том  числе:

- модули аналогового ввода NI4;

- модули дискретного ввода IB4;

- модули дискретного вывода OB4;

- комбинированные модули аналогового ввода/вывода NIO4I, NIO4V;

- модули ввода сигналов с термопар / мВ NT4;

- модули ввода сигналов с термометров сопротивлений NR4.

     Согласно разработанной схемы автоматизации был выбран процессор SLC 5/03 1747-L532E.

     Согласно разработанной схемы автоматизации были использованы следующие модули:

- 1746-NI8– модуль ввода аналоговых входов (для получения информации с датчиков);

- 1746-IB8 – модуль дискретных входов (для опроса состояния задвижки открыта/закрыта и сигнализаторов);

- 1746-OB16 – модуль дискретных выходов (для открытия/закрытия задвижки, включения сигнализации).

     В 0 слоте находится модуль процессора SLC 5/03.

     Для того чтобы выбрать источник питания  необходимо произвести расчет энергопотребления  контроллера. Расчет энергопотребления  приведен в таблице 3.6. 
 

Таблица 3.3 – Конфигурация контроллера и энергопотребления

 
 

     Для шасси 1746-А4 выбран блок питания 1746-Р1.

     Семейство SLC 500 программируются при помощи широко известного и распространенного языка программирования лестничной логики LADDER LOGIC.

     Перечень  сигналов приведен в приложении В. 

     3.3 Тип используемого кабеля

     Был выбран кабель марки КИПЭВ производства НПП «Спецкабель» - информационный симметричный для передачи данных.

     Пары  с многопроволочными медными  лужёными проводниками диаметром 0,60 мм (7 × 0,20 мм) с изоляцией из сплошного  полиэтилена, в общем экране из алюмолавсановой ленты с дренажным проводником и оплёткой из медных лужёных проволок плотностью 88-92%. Пары имеют цветовую кодировку изоляции. Оболочка из поливинилхлоридного пластиката. Также выпускаются кабели с защитным покровом (броня из оцинкованных проволок, броня в виде сплошной стальной гофрированной ленты и др.) [12].

     Кабели  КИПЭВ симметричные для систем распределённого  сбора данных, использующих промышленный интерфейс RS-485 по стандартам ИСО/МЭК 8482, TIA/EIA-485-A. Марки КИПЭВ (КИПЭВт, КИПЭВм) соответсвуют требованиям пожарной безопасности, установленным в ГОСТ 12.2.007.14 (п.2), ГОСТ 12176 - 89 (раздел 2), МЭК 332 - 1, НПБ 248 (п. 5.1) по нераспространению горения при одиночной прокладке и имеют разрешение Федеральной службы по технологическому надзору на применение во взрывоопасных и пожароопасных зонах внутри и вне помещений, при условии защиты от прямого воздействия солнечного излучения и атмосферных осадков. Кабель эксплуатируется на открытом воздухе, в кабельных канализациях, коллекторах, частично затапливаемых помещениях.

     Технические характеристики кабелей КИПЭВ в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Технические характеристики кабелей КИПЭВ

 

     3.4 Алгоритм управления технологической установкой

     Алгоритм  контроля и управления газосепаратором описывает информационный процесс, включающий в себя сбор данных, их упорядочение, обработку и формирование управляющего воздействия по результатам обработки.

     Главной целью реализации алгоритма управления является поддержание непрерывного режима работы объекта и выявление  аварийных ситуаций.

     Структурная схема алгоритма контроля и управления приведена в приложении Б.

     Последовательность  действий программы, отображаемая алгоритмом, начинается с инициализации контроллера  и интерфейсных плат.

     Далее подпрограмма ПИ-регулирования давления предназначена для поддержания заданных значений давления в ГС. Предварительно считываются и масштабируются сигналы аналогового датчика (при этом устанавливаются флаги достоверности). В случае недостоверности сигналов уровня подпрограмма ПИ-регулирования не выполняется.

     Уравнение ПИ (инструкция) управляет процессом, посылая сигналы на исполнительный механизм. Полученное значение давления сравнивается с уставками регулятора и вычисляется значение сигнала рассогласования (ошибки).

     Далее вычисляется допустимая зона нечувствительности для регулирующего воздействия. Если масштабированное значение показаний  датчика положения регулирующего  органа больше суммы значений регулирующего  воздействия и допустимой зоны нечувствительности, то поступает сигнал на закрытие к  регулирующему органу. Если же масштабированное значение показаний датчика положения  регулирующего органа меньше разности значений регулирующего воздействия и допустимой зоны нечувствительности, то поступает сигнал на открытие к регулирующему органу. Сигналы на открытие или на закрытие включается только на одно сканирование программы. Допустимая зона нечувствительности для регулирующего воздействия принимается как 5% от величины регулирующего воздействия.

     Далее происходит вызов подпрограммы управления задвижкой, если нет аварийных ситуаций, то на задвижку посылается сигнал открытия и начинается опрос  сигнализаторов, при приходе сигналов с которых  происходит аварийное закрытие задвижки, авария регистрируется в базе данных контроллера. Кроме этого сигналы  приходят с аналогового датчика  давления. Затем программа циклически возвращается на начало.

     Cогласно разработанного алгоритма управления составлена программа функционирования контроллера на языке релейной лестничной логики. Инструкции языка делятся на входные и выходные, и при написании программы располагаются в строках (rang).

     В приложении Б приведен алгоритм управления технологической установкой.

     В приложении Г приведен список переменных для контроллера.

     Текст программы приведен в приложении Д. 

       4 Расчет системы  автоматического  регулирования давления в

          газосепараторе ГС-1 

       4.1 Определение передаточной функции объекта

       Для протекания процесса дегазации нефти необходимо регулирование давления газов.

       Объектом  регулирования является давление газов  в газовом сепараторе ГС.

       Для определения передаточной функции  Wоб строится переходная характеристика объекта.

       Переходная  характеристика – реакция системы  на единичное входное воздействие.

       Экспериментально, при нанесении на объект ступенчатого воздействия была снята переходная характеристика изменения давления газа в сепараторе.

       Изменение положения регулирующего органа показано на рисунке 4.1.

       Переходная  характеристика процесса показана на рисунке 4.2.

      

Рисунок 4.1 – График входного ступенчатого воздействия

       

Рисунок 4.2 – График переходной характеристики объекта

       По  характеру переходных характеристик  регулируемые объекты разделяются на два класса - объекты с самовыравниванием (статические объекты) и объекты без самовыравнивания (астатические объекты).

       Для проведения расчетов использована переходная характеристика газосепаратора (рисунок 4.2). Из графика переходной характеристики видно, что объект регулирования относится к статическим объектам. Для определения его передаточной функции используется графический метод идентификации по переходной характеристике.

       Данный  вид переходной характеристики можно представить двумя элементарными звеньями соединенными последовательно: апериодическим звеном первого порядка и запаздывающим звеном. Общий вид передаточной функции в этом случае будет иметь следующий вид:

        ,                                                                                  (4.1)

       где К_ОБ - коэффициент передачи объекта регулирования;