Барабанний котел

 

                                                      Таблиця 12. Програмування Овен ПЛК150

Програмування	CoDeSys 2.3.8.1 (і старше)
Інтерфейс для програмування і  налагодження	RS -232 або Ethernet

Загальна схема підключення датчиків до контролера ОВЕН ПЛК150

Рис. . Загальна схема підключення датчиків до контролера Овен ПЛК150

 

5. Рішення з супервізорної автоматизації

 

        HMI SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) - диспечерське  управління і збір даних, застосування SCADA системи дозволяє досягти високого рівня автоматизації в рішенні задачі розробки, управління, збору, зберігання і відображення інформації.

        Використання SCADA – системи підвищує досягнення великого рівня автоматизації у вирішенні завдань розробки АСУ, обробки, збору, передачі, зберігання та відображення даних. Повнота і наочність представленої на екрані інформації, дружність людино – машинного інтерфейсу, що надається SCADA – системою, зручність користування підказками і довідковою системою, доступність “важелів” керування і.т.д збільшують ефективність системи з диспетчером і приводять до мінімуму його небезпечні похибки при взаємодії. Потрібно сказати, що концепція SCADA основу якої становить автоматизована розробка і управління в реальному часі, вирішує ще ряд завдань – мінімізація термінів розробки проектів по автоматизації і прямих грошових витрат на їх створення. В концепцію SCADA системи покладено автоматизовану розробку і управління в реальному часі.

SCADA системи InTouch виконує  велику кількість функцій таких  як: введення/виведення сигналів  і даних в контролер, в даному  разі в ОВЕН ПЛК 150, а також  реалізує HMI функції (мнемосхеми, аларми, тренди). Створення мнемосхем на екрані монітора , які відображають створення технологічного агрегату і значення режимних параметрів є дуже важливою функцією InTouch. В InTouch є 3 бібліотеки графічних символів:

  1) бібліотека графічних примітивів (прямокутник, овал, лінія і.т.д)

  2) бібліотека візардів (wizard), складні графічні символи, розроблені із графічних примітивів і які мають власну анімацію ( це основні графічні символи для InTouch).

    3) Бібліотека смарт-символів, зберігаються створені розробником власні символи з використанням як примітивів так і візардів.

В основних версіях InTouch (v10.0  і вище) є можливість використання так званих Archestra-символів, які входять  до складу SystemPlatform.

Велика увага приділяється миттєвим і історичним алармам які  сигналізують ( звукове супроводження, блимання світла)  про вихід того чи іншого параметру за задані межі, за швидкість зміни параметру в даному випадку тиску в газовому середовищі печі. Функція введення алармів є край важливою і критичною з погляду замовника АСУ. Миттєві алярми відразу після виникнення відображаються у Viewer алармів. Оператор повинен проквітувати аларм, тобто клікнути на красному алярмі після чого він стане чорним.   Історичні аларми зберігаються не у своїх внутрішніх базах, а в зовнішній СУБД MSSQL Server, або в їх безкоштовних версіях MSDE або MSSQL Express. Для зберігання історичних алармів в СУБД використовується утиліта AlarmDBLogger. Ця утиліта конфігурується розробником. Утиліта забирає аларми із InTouch  і архівує їх в СУБД.

В системі реалізується відображення всіх контролюючих параметрів ТОУ як у вигляді числових значень  так і у вигляді трендів  реального часу і історичних трендів ( записуються у внутрішню базу даних). Тренди реального часу завжди оновлюються, історичні тренди не оновлюються тому для них необхідно робити оновлення (refresh). Всі параметри InTouch  можуть архівуватися, архівування тегів відбувається у власних базах даних, які є звичайними cvs- файлами. Для перегляду історичних архівованих даних використають історичний тренд і утиліта HistData. Історичний тренд підключається до внутрішніх архівів InTouch і виводить дані за даний проміжок часу. Утиліта HistData перекидає дані з архівів в Excel файли. В InTouch є утиліта SQL Access Manager. Ця утиліта взаємодіє із SQL СУБД, тобто може SQL командами записувати  в СУБД дані і читати. Таким чином InTouch може архівувати дані в стандартній SQL СУБД і переглядати усі дані за допомогою SQL запитів. Часто разом з InTouch використовується історичний сервер Historian Server, він самостійно логує дані від контролерів через свої комунікаційні сервери, а також може логувати дані від InTouch. Historian Server має свою систему звітності Historian Client (Active Factory) за допомогою якої можна переглядати архівні дані з Historian Server ( у вигляді трендів Excel, Word звітів).

Додаткові функції  в InTouch реалізуються за допомогою скриптів. Скрипти програмуються мовою QuickScript. Скрипти мають бібліотеку функцій  так званих QuickFunction, які можуть бути використані в скрипті.

Звітність в InTouch може бути реалізована наступними способами:

- екран InTouch розбивається як таблиця в клітинки якої виводяться теги;

- Використання спеціальних ActiveX елементів, які підтримують функції роботи з таблицями за ці елементи треба платити ліцензійні кошти;

- Штатними засобами InTouch перекинути дані в таблиці Excel, де і робити звітність, це є основний і рекомендований спосіб. InTouch підтримує протокол DDE, тому може обмінюватися даними з Excel. Через протокол DDE в Excel передаються миттєві значення тегів. Для передачі в Excel історичних значень тегів використовується утиліта HistDate (піднімає дані із внутрішніх архівів InTouch і передає їх в Excel за протоколом DDE).

- Використання програми HM Reports. Цей софт є універсальною системою звітності і може працювати окремо від софта Wondeware. HM Reports може обмінюватись даними з іншими SCADA – системами.

- Система звітності Historian Client її треба використовувавти, якщо дані архівуються в Historian Server. Тренди Historian Client будує в Excel і Word, а також виводить історичні дані на тренди.

Зв’язок InTouch і контролера ОВЕН ПЛК 150 здійснюється через OPC server. SCADA  система опитує контролер  ОВЕН ПЛК 150 через польову шину МodBus/RS-232, забирає від контролера дані і виводить дані в контролер через  цю саму польову шину.  Ця функція реалізується за рахунок використання комунікаційного сервера. Комунікаційним посередником між контролером ОВЕН ПЛК 150 і HMI SCADA  системою є  ОРС сервер. ОРС сервер опитує контролер через польову шину МodBus/RS-232 і передає дані SCADA  системі через протокол ОРС.

InTouch не підтримує ОРС  на рівні ядра, InTouch підтримує  протокол DDE  стандартрий протокол Windows і SuiteLink. Для конвертації ОРС  в протокол SuiteLink і DDE використовується програмний продукт шлюз FS Gateway. ОРС сервер передає дані FS Gateway, який передає дані в InTouch.

 Технологічний персонал  приймає активну участь в діалозі  із  SCADA системою. SCADA  система на  основі режимних карт розроблених  offline і раніше формує і передає в контролери завдання режимних параметрів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Реалізація автоматичного регулювання на ПЛК

 

 

        Температура димових газів в  топці барабанного котла вимірюється  платінородій-платіновою термопарою  Метран ТПП 211-13. Цей датчик має уніфікований вихід (4..20 мА) постійного струму. Він під’єднується до клем 27 і 28 контролера Овен ПЛК150, ці клеми проводять сигнал на АЦП контролера, який перетворює аналоговий сигнал у цифрову форму. Далі мікропроцесор контролера розраховує сигнал неузгодження як різницю між заданим значенням температури, та температуро виміряною датчиком Метран 211-13. По сигналу неузгодження мікропроцесор формує вихідну дію, яка з цифрового коду за допомогою ЦАП перетворюється в потенціальний сигнал по напрузі (0..10В постійного струму) і знімається з клем 12 і 11 та подається на виконавчий механізм Belimo CM24-SR-L. Сам виконавчий механізм керує роботою поворотної заслінки, яка розміщена в  подаючому газопроводі.

7. Реалізація сигналізації, блокувань і захистів

                на Овен ПЛК150

 

Контролер ОВЕН ПЛК 150 сам по собі не має функцій сигналізації, блокування і захисту.

В бакалаврському проекті передбачено сигналізацію двох типів:

- попереджувальна, яка подає сигнал, якщо параметри , що контролюються, відрізняються від номінально допустимих значень.

- аварійна, яка спрацьовує, якщо параметри, що контролюються досягають аварійних значень. Вона спрацьовує одночасно з технологічним захистом.

В проекті реалізовано сигналізацію по перевищенню допустимих значень усіма важливими параметрами, що контролюються. Такими параметрами є: температура в зоні печі, що розглядається, витрата та тиск газу суміші та повітря в подавальних трубопроводах. Відхилення параметрів визначається програмним забезпеченням контролера Овен ПЛК150. Мікропроцесор контролера зчитує дані з відповідних датчиків, та при виході певного параметра за межі, безпечні для нормального перебігу технологічного процесу по шині Modbus/RS-232 виводить відповідне повідомлення на монітор диспетчера. При відхиленні параметра від заданого на незначну величину у вікні алармів HMI/SCADA-системи відображається відповідний аларм. У випадку значного відхилення параметру відображається таке ж повідомлення, але з більшим статусом небезпеки (НіНі або LoLo). Технологічний захист, який при цьому реалізує контролер, автоматично запобігає виникненню та розвитку аварій при порушеннях нормального режиму роботи печі та обладнання. В залежності від характеру порушення захист зупиняє подачу палива та повітря, знижує навантаження або виконує локальні(місцеві) дії, що запобігають розвитку аварії.

Захисні пристрої допомогають обслуговуванню персоналу при ліквідації виникаючих аварійних положень. Дія їх запобігає розвитку аварії або зменшує її наслідки.

В цій роботі технологічний захист пов’язаний з автоматичними пристроями блокування, ввімкнення резерву та сигналізації. Окрім цього, передбачено додаткову захисну функцію, яка є високонадійною та запобігає навіть незначним відхиленням коефіцієнту надлишку повітря на пальниках від норми. Це реалізується за допомогою реле тиску РД-2, які встановлені на подаючих повітро- та газопроводі, і спрацьовують при відхиленні тиску за вказані межі (2,4 МПа та 0,7 МПа відповідно). У разі спрацювання реле контролер за допомогою пускачів Schneider Electric LE1D655P7 запускає допоміжне насосне обладнання, яке з мінімальною витратою часу компенсує падіння тиску у відповідному трубопроводі.

По змісту свого призначення захисні пристрої повинні бути більш надійними, ніж обладнання, яке вони захищають. Всі елементи захисту повинні спрацьовувати в любий момент, до початку якого можуть довгий час не діяти. Це визиває підвищені вимоги до надійності датчиків, які надають сигнал на спрацьовування релейних пристроїв, виконуючих цей сигнал.

Блокування реалізоване в тій мірі, що не допускає самостійного ввімкнення в роботу системи регулювання після того, як було ліквідовано недопустимі або аварійні відхилення параметрів або після ліквідації наслідків зникнення струму в мережі живлення системи

 

 

8. Монтаж і обслуговування засобів автоматизації

(локальна автоматика, ПЛК, HMI/SCADA)

 

      Монтаж засобів автоматизації займає велику частину впровадження АСУ в роботу. В топці котла, де вимірюється температура, і регулюється положення поворотної заслінки в газопроводі, використовуються такі прилади: датчик температури Метран ТПП 211-13, індукційні витратоміри серії Rosemount 8700, реле тиску РД-2. Виконавча апаратура представлена пускачами прямого пуску Schneider Electric LE1D655P7, електроприводами поворотних заслінок Belimo CM24-SR-L та Belimo SMQ24A-SR, що регулюють положення поворотних заслінок в газо- та повітропроводі. Сигнали від датчиків поступають на контролер ОВЕН ПЛК 150. Контролер ОВЕН ПЛК 150 передає дані по польовій шині ModBus на HMI/SCADA-систему, де дані виводяться у вигляді трендів, резервуються і архівуються.

Монтаж локальної апаратури здійснюється кваліфікованим персоналом, прилади які потребують встановлення за місцем: датчик температури Метран ТПП 211-13, сенсори витратомірів Rosemount 8707, електроприводи поворотних заслінок Belimo CM24-SR-L та Belimo SMQ24A-SR, такі прилади як індикатор-перетворювач витратоміра Rosemount 8712H(поз. на схемі щита 01), контролер ОВЕН ПЛК 150 (поз. на схемі щита 02) та пускачі прямого пуску Schneider Electric LE1D655P7 (поз. на схемі щита 03,04)  встановлюються на оперативний щит.

Датичик температури Метран ТПП 211-13 встановлюється за місцем, кріпиться на своді методичної печі.

Сенсори витратомірів серії Rosemount 8700 монтуються в трубопровід, а саме – за допомогою зварювання. Виконавчі механізми Belimo CM24-SR-L та Belimo SMQ24A-SR встановлюються за місцем на газо- та повітропроводах відповідно. Виконавчий механізм монтується не опосередковано на димовій трубі в зручному місці, щоб обслуговуючому персоналу в разі необхідності можна було вручну закрити або відкрити регулюючий орган. Виконавчий механізм повинен стикуватися з регулюючим органом, вихідний вал виконавчого механізму з валом (штоком) регулюючого органу. В цьому випадку переміщення вихідних пристроїв виконавчого механізму і регулюючого органу однакові, а швидкості рівні.

Прилади, що монтуються в щитовому обладнанні такі як: індикатор витратоміра серії Rosemount 8700, контролер ОВЕН ПЛК 150, пускачі прямого пуску Schneider Electric LE1D655P7 монтуюються згідно з кресленням загального виду щита. Під кожний з приладів по габаритним розмірам вирізається отвір на фасаді щита в який встановлюється заданий прилад.  Оскільки по правилам вимірювальна аппаратура встановлюється в верхній частині щита, то прилад  Rosemount 8712H (поз. на схемі щита 01)   встановлюється вище за інші прилади. Так як прилад має достатньо великі розміри він кріпиться на додаткові кронштейни в монтажній частині щита. Регулююча (контролююча) апаратура встановлюється в середній частині щита, тому контролер ОВЕН ПЛК 150 (поз. на схемі щита 02) встановлюється в середній частині щита, він має досить не великі габаритні розміри. Кріплення контролера виконується на DIN-рейку засувкою вниз. При розміщенні контролера слід пам’ятати, що при експлуатації відкриті контакти клем знаходяться під напругою. Пускачі прямого пуску Schneider Electric LE1D655P7 монтуються в нижній частині щита, оскільки порівняно з вищеперерахованими приладами вони використовуються значно рідше. Вони є досить габаритними по всім трьом вимірам, тому щит має обиратися значних розмірів для зручності у монтажі та експлуатації приладів.

        Збоку від щита управління повинен встановлюватися стіл оператора з виконанням усіх умов ергономіки. Під столом встановлюється системний блок ПК, на столі – РК-панель для відображення інформації, а також стандартна PC-клавіатура та комп’ютерна миша. 

        Усе устаткування, як те, що монтується на щиті управління, так і те, що встановлюється за місцем має бути промарковане для наглядності та більшої зручності.

        Усі проводки та кабелі мають бути прокладені і промарковані згідно діючих стандартів.

Монтаж і обслуговування HMI/SCADA-системи здійснюється висококваліфікованим персоналом. Даний програмний продукт встановлюється на персональні комп’ютері, де здійснюється налаштування InTouch для роботи з АСУ. Здійснюється розробка необхідної мнемосхеми, аларімів, трендів і відбувається підключення вимірювальної і виконавчої апаратури  до системи InTouch. В даному бакалаврському проекті розроблена НМІ/SCADA–система управління температурою в топці котла.