Материал: Отчет практика

- гибкие (самонастраиваемые) системы. Это системы, которые способны осуществлять выбор необходимых действий в процессе работы. Изменение конфигурации процесса (последовательности и условий выполнения операций) осуществляется на основании информации о ходе процесса.

Эти типы систем могут применяться на всех уровнях автоматизации процессов по отдельности или в составе комбинированной системы [2].

3. АСУ ТП

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) — комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием 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.

Современные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП), применяемые на опасных производствах и предприятиях, как правило, состоят из распределенной системы управления (РСУ) и системы противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ). Далее все ограничивается МЗУ, проще говоря, механической прочностью материалов.

РСУ представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из следующих элементов:

1. Контрольно-измерительные приборы (КИП) – оборудование с помощью которого выполняется непосредственное наблюдение и управление технологическими процессами. Всевозможные клапаны, отсекатели, электрические задвижки, датчики давления, температуры, уровня, газоанализаторы, насосы, вакуум вытяжки и многие другие устройства относятся к КИП. По типу сигналы от КИП могут быть аналоговые (4-20мА, 0-5В и т.д.) и дискретные.

2. Программируемый логический контроллер (ПЛК) – сердце АСУ ТП, состоит из дублированных источников питания, дублированных процессорных модулей и модулей входов-выходов. К модулям входов-выходов подключаются непосредственно датчики и регулирующее оборудование с поля. В процессорные модули загружена логика автоматического регулирования и защитных блокировок.

3. Собственно, станция оператора и станция инженера, откуда контролируется процесс.

4. ПАЗ

На рынке промышленных контроллеров отдельную нишу занимают программируемые логические контроллеры (ПЛК) для применения в системах противоаварийной защиты. Системы ПАЗ предназначены для поддержания технологического оборудования и производства в безопасном состоянии, своевременном выявлении и предупреждении аварийной ситуации, проведении аварийных блокировок по заданным алгоритмам в случае возникновения аварийной ситуации, а также останова технологического процесса и оборудования и перевода управляющих механизмов в безопасное для окружающей среды и персонала состояние.

Согласно ПБ 09-170-97 АСУТП должна соответствовать требованиям ГОСТ 24.104 – 85 «Системы автоматического управления технологическими процессами и ПАЗ на базе средств вычислительной и микропроцессорной техники», техническому заданию на систему и обеспечивать следующие функции:

• постоянный контроль параметров процесса и управление режимом для поддержания регламентированных значений этих параметров;

• контроль работоспособного состояния системы ПАЗ и регистрация срабатывания защит;

• постоянный контроль состояния окружающей среды в пределах объекта;

• постоянный анализ изменения параметров в сторону критических значений и прогнозирование возможной аварии;

• контроль с помощью средств управления и ПАЗ за развитием и локализацией опасной ситуации, выбор и реализация оптимальных управляющих воздействий;

• проведение операций безаварийного пуска, остановки и всех необходимых для этого переключений;

• выдача информации о состоянии безопасности на объекте в вышестоящую систему управления.

5. Регуляторы

Разделяют три типа регуляторов:

1. Пропорциональный регулятор (П)

Y = K*X

П-регулятор представляет собой одно из самых простых и распространенных устройств и алгоритмов управления. П-регулятор – это устройство в обратной связи, которое формирует управляющий сигнал. П-регулятор выдает выходной сигнал, пропорциональный входному, с коэффициентом пропорциональности К.

2. Пропорционально-интегральный регулятор (ПИ)

Y = K*X/(1+TP)

ПИ-регулятор является одним из наиболее универсальных регуляторов. Фактически ПИ-регулятор – это П-регулятор с дополнительной интегральной составляющей.   И-составляющая, дополняющая алгоритм, в первую очередь нужна для устранения статической ошибки, которая характерна для пропорционального регулятора. По сути, интегральная часть является накопительной, и таким образом позволяет осуществить то, что ПИ-регулятор учитывает в данный момент времени предыдущую историю изменения входной величины.

3. Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД)

ПИД-регулятор – самый сбалансированный из всех регуляторов, построенных на основе типовых звеньев, поэтому широко применяется в различных сферах.

По сути, данное устройство это эволюция ПИ-регулятора. Пропорциональная составляющая вырабатывает сигнал, который противодействует отклонению регулируемой величины в данный момент времени (идеология чисто П-регулятора). Интегральная составляющая накапливает результирующее значение, нивелируя, таким образом, недостаток П-регулятора – наличие статической ошибки.

Y = K*X*р/(1+TP)

ПИД-регулятор обладает Д-составляющей, которая как бы прогнозирует отклонение от задания и следит за скоростью отклонения, поэтому является самой быстрой в данном алгоритме.

Рис.1. Зависимость эффективности (%) от затрат (%) на различных уровнях.

2. Практическая часть

   1. Экскурсия на предприятие

В Московском подразделении компании 01.09.2018 создан участок по сборке шкафов автоматики и АСУТП. Работники участка приступили к выполнению первого заказа: сборке шкафов САУ ГПА для Бованенского НГКМ ПАО "Газпром". Участок занимается сборкой, проверкой, продажей и отправкой шкафов автоматики.

02.07.2019 Генеральный директор ООО «Контур Автоматизация» Насибуллин Фидус Гадельянович провел экскурсию на участке сборки в качестве части обучения для производственной практики. В ходе экскурсии было изучено строение и подключение кроссовых шкафов, а также ознакомление с интерфейсом оператора.

Кроссовые шкафы – это пространство определенное для коммутации проводов, которые применяются на АТС, в ЛВС или при прокладывании оптических каналов связи. Шкафы кроссовые предназначен для подключения внешних приборов, механизмов, исполнительных устройств, систем сигнализации. Кроссовые шкафы используется для простого и надежного подключения полевых кабелей систем управления и датчиков. Внешние первичные приборы с помощью контрольных кабельных линий подключаются к клеммам шкафа. С кроссового шкафа сигналы поступают в системный шкаф. Шкафы укомплектованы оборудованием зарубежных производителей.

Технические характеристики:

Шкафы имеют варианты размещения необходимого количества кабельных органайзеров, плинтов, ШКОН и обеспечивают удобную прокладку подходящих кабельных линий, так же могут комплектоваться дополнительным оборудованием, по желанию заказчика. Имеют простую конструкцию, которая позволяет быстро собрать шкафы и разместить оборудование. Мощность потребления 300 В٠А (не более). Исполнение шкафа IP43, IP54, IP65. Масса шкафа 300 кг (не более). Средний срок эксплуатации не менее 20 лет.

Назначение изделия:

Шкафы кроссовые предназначены для подключения внешних приборов, механизмов, исполнительных устройств, систем сигнализации. Кроссовые шкафы используются для простого и надежного подключения полевых кабелей систем управления и датчиков, для объединения систем и организации приема/передачи данных.

2. Этапы программирования

В ходе практики была теоретически изучена последовательность программирования в системе YOKOGAWA Centum VP. Хотя непосредственно программировать не было возможности, но зато был предоставлен пакет данных одного из старых проектов ООО «Контур Автоматизация».

Первый этап — это получение данных в EXCEL. Вся необходимая информация о позиции, значении и типа сигнала на входе и выходе, диапазоне измерения и т. д. была указана в этой таблице.

Рис.2. Перечень информации об элементах объекта.

Второй этап заключается в программировании контроллеров. Суть состоит в указании входных и выходных сигналов с помощью тегов для каждого контроллера и визуализации его статуса. Например можно создать схему в которой при нажатии на кнопку ПУСК открывается клапан А и бак наполняется водой и при заполнении бака срабатывает датчик уровня А, и клапан А закрывается.

Рис.3. Пример с логическим умножением двух входных сигналов с передачей результата на выход.

Третий этап заключается в создании мнемосхем в которых воссоздается установка полностью для визуализации статуса всего технологического процесса. В данной мнемосхеме воссоздана схема процесса циркуляции регенерированной уксусной кислоты. К каждому элементу привязан тег из EXCEL таблицы и программы, которые мы писали для каждого контроллера отдельно.

Рис.3. Циркуляция регенерированной УК.

В данной мнемосхеме воссоздана схема процесса циркуляции регенерированной уксусной кислоты. К каждому элементу привязан тег из EXCEL таблицы и программы, которые мы писали для каждого контроллера отдельно.

Четвертым этапом является Свитч. В данном этапе для всех переключателей, кнопок, тумблеров и т. д. указывается обозначение их действий. Например: старт/стоп; открыть/закрыть; вверх/вниз и т. п. С помощью свитча создается простейшая панель управления для оператора с визуализированными кнопками при нажатии на которые происходит какое-то действие на самой установке.

Рис.4. Настройка кнопок для управления циркуляцией регенерированной УК.

Свитч является заключительным этапом программирования и после него вся работа передается на участок по сборке кроссовых шкафов.

2. ВЫВОДЫ

Был проведён анализ литературы, на основании которого были получены новые знания в облсти АСУ ТП.

В ходе практики были изучены принципы автоматизации процессов, а также их программирование.

Были полностью изучены все документы и файлы нужные для программирования и передачи потом клиенту включая фото мнемосхем, руководства, инструкции, описание программного обеспечения и т. п., которые нам в готовом виде предоставило предприятие, что позволило лучше понять структуру АСУ ТП.

В ходе практики были сформированы следующие компетенции:

№	Наименование ПК	Содержание ПК
ПК-1	способность осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции	В ходе практики была проведена экскурсия в цех сборки кроссовых шкафов.
ПК-2	способность участвовать в совершенствовании технологических процессов с позиций энерго- и ресурсосбережения, минимизации воздействия на окружающую среду	Процесс сборки кроссовых шкафов.
ПК-3	способность использовать современные информационные технологии, проводить обработку информации с использованием прикладных программ и баз данных для расчета технологических параметров оборудования и мониторинга природных сред	Использование программного обеспечения Yokogawa.
ПК-4	способность использовать нормативные документы по качеству, стандартизации и сертификации продуктов и изделий	Для работы были изучены технические характеристики оборудования и вся прилагаемая документация.
ПК-5	готовность обосновывать конкретные технические решения при разработке технологических процессов; выбирать технические средства и технологии, направленные на минимизацию антропогенного воздействия на окружающую среду	В работе отображена целесообразность использования природного сырья вместо дефицитных и вредных материалов
ПК-6	способность следить за выполнением правил техники безопасности, производственной санитарии, пожарной безопасности и норм охраны труда на предприятиях	Данная работа проводилась с соблюдением всех правил техники безопасности при работе в научных и норм охраны труда на предприятиях лабораториях с использованием оборудования и реагентов
ПК-7	готовность осваивать и эксплуатировать новое оборудование, принимать участие в налаживании, технических осмотрах, текущих ремонтах, проверке технического состояния оборудования и программных средств	Было освоено новое современное оборудование: Кроссовые шкафы, система ПАЗ и РСУ АСУ ТП.
ПК-8	способность использовать элементы эколого-экономического анализа в создании энерго- и ресурсосберегающих технологий	Сборка кроссовых шкафов из экономически выгодных элементов с соблюдением всех требований.
ПК-13	готовность изучать научно-техническую информацию, анализировать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследований	Обработка мнемосхем и документации.
ПК-14	способность применять современные методы исследования технологических процессов и природных сред, использовать компьютерные средства в научно-исследовательской работе	Сборка кроссовых шкафов и их эксплуатация.
ПК-15	способность планировать экспериментальные исследования, получать, обрабатывать и анализировать полученные результаты	Была изучена методика сборки кроссовых шкафов и их назначение
ПК-16	способность моделировать энерго- и ресурсосберегающие процессы в промышленности	Построение мнемосхем в специальном программном обеспечении.