Помощь студентам в учебе
Противоаварийная защита группы насосов на основе контроллера НЕМА
|
АННОТАЦИЯ 4
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
2 ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 14
2.1 Описание насосов 14
2.2 Описание контроллера HIMA Н51 q-HS 17
2.3 Описание программы ELOP II.,.......................................................................25
3 РАЗРАБОТКА НОВОГО ПРОЕКТА В ПРОГРАММЕ ELOP II 30
3.1 Создание нового рабочего проекта 30
3.2 Создание новой конфигурации и ресурса 31
3.3 Создание новой библиотеки в объекте «ресурс» 33
3.4 Создание функционального блока в библиотеке MainLibrary 33
3.5 Создание типа программы «MainProgramm» 34
3.6 Создание ссылки на «Main_Programm» ...35
3.7 Создание задачи для моделирования на компьютере 36
3.8 Присвоение задачи экземпляру программы 37
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОГИКИ ТИПА ПРОГРАММЫ 39
4.1 Создание переменных и расшифровка их названий 39
4.2 Создание логики в области диаграммы ..41
4.3 Введение логических элементов в область логики 42
4.4 Компиляция программы 46
4.5 Offline симуляция готового проекта 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....... 53
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
2 ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 14
2.1 Описание насосов 14
2.2 Описание контроллера HIMA Н51 q-HS 17
2.3 Описание программы ELOP II.,.......................................................................25
3 РАЗРАБОТКА НОВОГО ПРОЕКТА В ПРОГРАММЕ ELOP II 30
3.1 Создание нового рабочего проекта 30
3.2 Создание новой конфигурации и ресурса 31
3.3 Создание новой библиотеки в объекте «ресурс» 33
3.4 Создание функционального блока в библиотеке MainLibrary 33
3.5 Создание типа программы «MainProgramm» 34
3.6 Создание ссылки на «Main_Programm» ...35
3.7 Создание задачи для моделирования на компьютере 36
3.8 Присвоение задачи экземпляру программы 37
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОГИКИ ТИПА ПРОГРАММЫ 39
4.1 Создание переменных и расшифровка их названий 39
4.2 Создание логики в области диаграммы ..41
4.3 Введение логических элементов в область логики 42
4.4 Компиляция программы 46
4.5 Offline симуляция готового проекта 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....... 53
В наш век, не просто так прозванный веком компьютерных технологий, развитие компьютерной техники и технологий проходит в невероятно быстром темпе. Компьютерные технологии успешно внедрены практически во все отрасли науки и техники. Одной из первых отраслей, получивших компьютерные инновации, стала автоматизация технологических процессов.
На сегодняшний день автоматизация процессов на производстве уже стала неотъемлемой частью технологических изысканий. Практически на любом производстве ей найдётся применение, будь то повышение качества получаемой продукции, повышенный контроль безопасности или повышение экономичной составляющей.
В последнее время автоматизация процессов часто используется именно из соображений безопасности на производстве, ведь в связи с постоянным прогрессом технологий (новые методы реализации, усовершенствование конструкции) повышается сложность выполнения поставленных задач. На практике автоматизация процессов для повышения безопасности получила название «противоава- рийная автоматическая защита».
Система противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) исторически возникла как набор защитных блокировок, переводящих технологический процесс в безопасное состояние при выходе его параметров за предельно допустимые значения. На практике блокировки обычно приводили к остановке процесса. Главная цель систем ПАЗ - предупреждение возникновения аварий при выходе параметров технологического процесса за пределы допустимых значений. Системы ПАЗ рассчитаны на то, чтобы обеспечивать защиту персонала, оборудования и окружающей среды при внештатной ситуации, развитие которой может привести к аварии. Однако, функциональность современных систем ПАЗ значительно вышла за рамки простой аварийной остановки. В действующих нормативно-технических документах и в передовой инженерной практике встречается широкий наборфункций ПАЗ: автоматическое измерение технологических переменных, важных для безопасного ведения технологического процесса;
- автоматическое обнаружение потенциально опасных изменений состояния технологического объекта и системы его автоматизации;
- автоматическая предаварийная сигнализация (сообщения оператору, средства пультовой и местной индикации);
- автоматическое срабатывание средств ПАЗ, прекращающих развитие нештатной ситуации (остановка насосов, компрессоров, конвейеров, шнеков, откры- тие/закрытие электрозадвижек, отсекателей и др.);
- процедуры управляемого последовательного останова технологических процессов, машин и оборудования, для которых «ударный» единовременный внезапный останов может привести к аварии;
- последовательности предпусковых и пусковых операций с контролем выполнения условий, необходимых для следующего шага;
- дистанционное управление средствами ПАЗ с пульта оператора или иных рабочих мест персонала, если это предусмотрено технологическим регламентом;
- контроль действий персонала и блокировка заведомо ошибочных операций, способных при фактическом состоянии объекта привести к аварии («защита от дурака»);
- самодиагностика системы ПАЗ; диагностика внешних электрических цепей и технических средств, используемых системой ПАЗ;
~ автоматический контроль срабатывания средств ПАЗ по сигналам из электрических схем, от конечных и муфтовых выключателей, от реле расхода и др., формирование сообщений о сбое в случае невыполнения отданной команды за установленное время;
- реализация деблокировочных ключей для периода пуска процесса (технологические деблоки) и для обслуживания/замены технических средств (сервисные деблоки), автоматический сброс деблокировочных ключей (взведение блокиро-вок) по выходу процесса на режим или по иным алгоритмически заданным условиям;
- непрерывная автоматическая регистрация последовательности событий (SOE), влияющих на безопасность процесса, включая потенциально опасные изменения технологических переменных, выходные сигналы системы ПАЗ, команды персонала, изменения состояния деблокировочных ключей и диагностические сообщения; обеспечение высокого разрешения по времени с целью установления точной первопричины нештатной ситуации;
- автоматическое включение резервного технологического оборудования в случаях, определенных технологическим регламентом производства;
- непрерывное получение текущей информации от автоматических средств газового анализа на объекте; включение в необходимых случаях вентиляционных систем, водяных завес и иных средств предотвращения развития аварии;
- защита от несанкционированного доступа.
Благодаря своему огромному набору функций, противоаварийная автоматическая защита используется на самых разнообразных производствах, в том числе и особо опасных.
Согласно федеральному закону 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» газоперерабатывающие заводы относятся к категории особо опасных производственных объектов (II класс опасности (приложение 1, пункт 1)). То есть на таких объектах может возникнуть авария, которая приведёт как минимум к экономическим потерям, как максимум к риску для жизни работников.
В связи с тем, что ГПЗ (газоперерабатывающий завод) присвоен статус особо опасного производственного объекта, завод нуждается в дополнительном оборудовании, в которое входит и противоаварийная защита (ПАЗ). В современном понимании определение противоаварийной автоматической защиты изменилось из-за расширения набора функций: ПАЗ - комплекс технических или программнотехнических средств, предназначенный для автоматического прекращения про-Изм. Лист № докум. Подпись Дата
цесса при достижении одного из контролируемых параметров значения, которое может привести к аварии. К таким параметрам могут относиться: температура, давление, расход, уровень, скорость и подобные. В зависимости от того, на каком конкретно объекте применяется ПАЗ, будет определяться количество параметров, при критической отметке которых защита должна срабатывать. Так же, от этого будет зависеть и то, какая конкретно функция будет выполняться (аварийное отключение, переключение на запасную систему и так далее).
В настоящее время пункт 6.3.4 «Общих правил взрывобезопасности» однозначно устанавливает: системы ПАЗ для объектов, имеющих в составе технологические блоки I и II категорий взрывоопасности, должны строиться на базе программируемых логических контроллеров, способных функционировать по отказобезопасной структуре и проверенных на соответствие требованиям функциональной безопасности.
Требования функциональной безопасности определяет стандарт ГОСТ Р МЭК 61508 «Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью». Данный стандарт состоит из 7 частей, рассматривая все элементы и все этапы жизненного цикла промышленных систем, связанных с безопасностью. В качестве основополагающего фактора стандарт вводит понятие уровня полноты безопасности (SIL), определяемого как для производственного объекта в целом, так и для отдельных контуров безопасности. В зависимости от уровня SIL устанавливаются требования к архитектуре и количественным показателям надежности систем.
Непосредственно на газоперерабатывающем заводе, который стал объектом данной выпускной работы, противоаварийная автоматическая защита требовалась для группы, состоящей из трёх центробежных насосов, перегоняющих различные взрывоопасные вещества. Из-за особенностей уровня SIL, управляющей организацией завода было принято Программируемые электронные системы, производимые компанией HIMA PaulHildebrandt GmbH (Германия) имеют базовую архитектуру loo2D (один из двух с диагностикой). К числу таких систем на сегодня принадлежат HIMax, HIMatrix и HIQuadH41q/H51q. Все три системы сертифицированы для уровня полноты безопасности SIL3 (сертификат TUV Rheinland). При единстве архитектуры они значительно различаются единичной мощностью контроллеров, охватывая весь необходимый диапазон от малых систем (HIMatrix, от 28 сигналов на полнофункциональный моноблочный контроллер) до ПАЗ крупных производственных объектов (HIMax, до 16 штук 18-слотовых каркасов для модулей, до 64 каналов на модуль; в практических условиях - примерно до 5000 сигналов контроля и управления на одном контроллере). Построение системы ПАЗ производственного объекта на одном контроллере позволяет исключить ситуации нарушений п.6.3.2 «Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», когда алгоритмы ПАЗ, распределенные между несколькими контроллерами, оказываются зависимыми от работоспособности сети обмена данными системы управления.
Главной целью данной выпускной работы является разработка противоава- рийной автоматической защиты группы насосов на основе контроллера семейства HIMA.
В данном выпускном проекте выделен основной аспект: в этом проекте программируемый контроллер HIMA H51q-HS был прошит с помощью прикладной программы конфигурирования и проектирования ELOP II.
Программное обеспечение ELOP II является дополнительным ПО SCADA- системы, для программирования промышленных контроллеров семейства HIMA. Для оценки корректной работы противоаварийной автоматической защиты была проведена ONLINE симуляция.
220^00.2016.886.00 ПЗ ВКР Лист
11
Изи. Лист № докум. Подпись Дата
На сегодняшний день автоматизация процессов на производстве уже стала неотъемлемой частью технологических изысканий. Практически на любом производстве ей найдётся применение, будь то повышение качества получаемой продукции, повышенный контроль безопасности или повышение экономичной составляющей.
В последнее время автоматизация процессов часто используется именно из соображений безопасности на производстве, ведь в связи с постоянным прогрессом технологий (новые методы реализации, усовершенствование конструкции) повышается сложность выполнения поставленных задач. На практике автоматизация процессов для повышения безопасности получила название «противоава- рийная автоматическая защита».
Система противоаварийной автоматической защиты (ПАЗ) исторически возникла как набор защитных блокировок, переводящих технологический процесс в безопасное состояние при выходе его параметров за предельно допустимые значения. На практике блокировки обычно приводили к остановке процесса. Главная цель систем ПАЗ - предупреждение возникновения аварий при выходе параметров технологического процесса за пределы допустимых значений. Системы ПАЗ рассчитаны на то, чтобы обеспечивать защиту персонала, оборудования и окружающей среды при внештатной ситуации, развитие которой может привести к аварии. Однако, функциональность современных систем ПАЗ значительно вышла за рамки простой аварийной остановки. В действующих нормативно-технических документах и в передовой инженерной практике встречается широкий наборфункций ПАЗ: автоматическое измерение технологических переменных, важных для безопасного ведения технологического процесса;
- автоматическое обнаружение потенциально опасных изменений состояния технологического объекта и системы его автоматизации;
- автоматическая предаварийная сигнализация (сообщения оператору, средства пультовой и местной индикации);
- автоматическое срабатывание средств ПАЗ, прекращающих развитие нештатной ситуации (остановка насосов, компрессоров, конвейеров, шнеков, откры- тие/закрытие электрозадвижек, отсекателей и др.);
- процедуры управляемого последовательного останова технологических процессов, машин и оборудования, для которых «ударный» единовременный внезапный останов может привести к аварии;
- последовательности предпусковых и пусковых операций с контролем выполнения условий, необходимых для следующего шага;
- дистанционное управление средствами ПАЗ с пульта оператора или иных рабочих мест персонала, если это предусмотрено технологическим регламентом;
- контроль действий персонала и блокировка заведомо ошибочных операций, способных при фактическом состоянии объекта привести к аварии («защита от дурака»);
- самодиагностика системы ПАЗ; диагностика внешних электрических цепей и технических средств, используемых системой ПАЗ;
~ автоматический контроль срабатывания средств ПАЗ по сигналам из электрических схем, от конечных и муфтовых выключателей, от реле расхода и др., формирование сообщений о сбое в случае невыполнения отданной команды за установленное время;
- реализация деблокировочных ключей для периода пуска процесса (технологические деблоки) и для обслуживания/замены технических средств (сервисные деблоки), автоматический сброс деблокировочных ключей (взведение блокиро-вок) по выходу процесса на режим или по иным алгоритмически заданным условиям;
- непрерывная автоматическая регистрация последовательности событий (SOE), влияющих на безопасность процесса, включая потенциально опасные изменения технологических переменных, выходные сигналы системы ПАЗ, команды персонала, изменения состояния деблокировочных ключей и диагностические сообщения; обеспечение высокого разрешения по времени с целью установления точной первопричины нештатной ситуации;
- автоматическое включение резервного технологического оборудования в случаях, определенных технологическим регламентом производства;
- непрерывное получение текущей информации от автоматических средств газового анализа на объекте; включение в необходимых случаях вентиляционных систем, водяных завес и иных средств предотвращения развития аварии;
- защита от несанкционированного доступа.
Благодаря своему огромному набору функций, противоаварийная автоматическая защита используется на самых разнообразных производствах, в том числе и особо опасных.
Согласно федеральному закону 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» газоперерабатывающие заводы относятся к категории особо опасных производственных объектов (II класс опасности (приложение 1, пункт 1)). То есть на таких объектах может возникнуть авария, которая приведёт как минимум к экономическим потерям, как максимум к риску для жизни работников.
В связи с тем, что ГПЗ (газоперерабатывающий завод) присвоен статус особо опасного производственного объекта, завод нуждается в дополнительном оборудовании, в которое входит и противоаварийная защита (ПАЗ). В современном понимании определение противоаварийной автоматической защиты изменилось из-за расширения набора функций: ПАЗ - комплекс технических или программнотехнических средств, предназначенный для автоматического прекращения про-Изм. Лист № докум. Подпись Дата
цесса при достижении одного из контролируемых параметров значения, которое может привести к аварии. К таким параметрам могут относиться: температура, давление, расход, уровень, скорость и подобные. В зависимости от того, на каком конкретно объекте применяется ПАЗ, будет определяться количество параметров, при критической отметке которых защита должна срабатывать. Так же, от этого будет зависеть и то, какая конкретно функция будет выполняться (аварийное отключение, переключение на запасную систему и так далее).
В настоящее время пункт 6.3.4 «Общих правил взрывобезопасности» однозначно устанавливает: системы ПАЗ для объектов, имеющих в составе технологические блоки I и II категорий взрывоопасности, должны строиться на базе программируемых логических контроллеров, способных функционировать по отказобезопасной структуре и проверенных на соответствие требованиям функциональной безопасности.
Требования функциональной безопасности определяет стандарт ГОСТ Р МЭК 61508 «Функциональная безопасность систем электрических, электронных, программируемых электронных, связанных с безопасностью». Данный стандарт состоит из 7 частей, рассматривая все элементы и все этапы жизненного цикла промышленных систем, связанных с безопасностью. В качестве основополагающего фактора стандарт вводит понятие уровня полноты безопасности (SIL), определяемого как для производственного объекта в целом, так и для отдельных контуров безопасности. В зависимости от уровня SIL устанавливаются требования к архитектуре и количественным показателям надежности систем.
Непосредственно на газоперерабатывающем заводе, который стал объектом данной выпускной работы, противоаварийная автоматическая защита требовалась для группы, состоящей из трёх центробежных насосов, перегоняющих различные взрывоопасные вещества. Из-за особенностей уровня SIL, управляющей организацией завода было принято Программируемые электронные системы, производимые компанией HIMA PaulHildebrandt GmbH (Германия) имеют базовую архитектуру loo2D (один из двух с диагностикой). К числу таких систем на сегодня принадлежат HIMax, HIMatrix и HIQuadH41q/H51q. Все три системы сертифицированы для уровня полноты безопасности SIL3 (сертификат TUV Rheinland). При единстве архитектуры они значительно различаются единичной мощностью контроллеров, охватывая весь необходимый диапазон от малых систем (HIMatrix, от 28 сигналов на полнофункциональный моноблочный контроллер) до ПАЗ крупных производственных объектов (HIMax, до 16 штук 18-слотовых каркасов для модулей, до 64 каналов на модуль; в практических условиях - примерно до 5000 сигналов контроля и управления на одном контроллере). Построение системы ПАЗ производственного объекта на одном контроллере позволяет исключить ситуации нарушений п.6.3.2 «Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств», когда алгоритмы ПАЗ, распределенные между несколькими контроллерами, оказываются зависимыми от работоспособности сети обмена данными системы управления.
Главной целью данной выпускной работы является разработка противоава- рийной автоматической защиты группы насосов на основе контроллера семейства HIMA.
В данном выпускном проекте выделен основной аспект: в этом проекте программируемый контроллер HIMA H51q-HS был прошит с помощью прикладной программы конфигурирования и проектирования ELOP II.
Программное обеспечение ELOP II является дополнительным ПО SCADA- системы, для программирования промышленных контроллеров семейства HIMA. Для оценки корректной работы противоаварийной автоматической защиты была проведена ONLINE симуляция.
220^00.2016.886.00 ПЗ ВКР Лист
11
Изи. Лист № докум. Подпись Дата
В данной квалификационной работе была разработана логическая схема группы насосов. Также был запрограммирован контроллер HIMA при помощи программы конфигурирования и проектирования ELOP II. Для реализации этой задачи в качестве объекта испытаний была взята группа насосов, перекачивающих различные взрывоопасные вещества, а объектом исследований стал контроллер HIMA. Для выполнения поставленной задачи был освоен язык программирования высокого уровня (FBD). Этот язык программирования представлен программой ELOP II. Дополнительно было написано подробное введение в работу с программой ELOP II, так как она является коммерческой и не находится в свободном доступе. Данное введение позволяет ознакомиться с базовыми возможностями данного программного продукта.
