Техническое обеспечение АСУТП

Техническое обеспечение должно полностью удовлетворять требованиям, обеспечивающим достижения тех целей управления, которые были сформулированы в п. п.2.4, 2.5 и 2.6, а также общепринятым в цветной металлургии требованиям, которые были сформулированы в п. п.2.7.1, 2.7.2 и 2.7.3.

В связи с тем, что структура системы управления (рис.4) предусматривает решение задач верхнего (задачи оптимизации и интеллектуальная подсистема) уровня, а также включает задачи нижнего уровня (стабилизация температуры в слое, расходов материалов, давлений и т.д.) в составе технического обеспечения АСУТП используется два управляющих компьютера. Для обеспечения решения задач планирования работы цеха, программ организационной подсистемы, а также подсистем оптимального управления и интеллектуальной подсистемы применяется управляющая вычислительная машина - УВМ. Для решения задач оперативного управления нижнего уровня нами предполагается использование управляющего контроллера.

В автоматизированной системе управления нижнего уровня в качестве технической базы управляющей части системы автоматизации выбран программируемый логический контроллер Simatic S7-300 с центральным процессором CPU 315-2DP. Контроллер полностью отвечает требованиям концепции “Totally Integrated Automation”.

Модульный программируемый контроллер Simatic S7-300 предназначен для решения задач автоматического управления низкой и средней степени сложности.

Simatic S7-300 выбран по следующим причинам:

· Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к решению любой задачи.

· Возможность использования распределенных структур ввода-вывода и простое включение в различные типы промышленных сетей.

· Удобная для обслуживания конструкция и работа с естественным охлаждением.

· Свободное наращивание возможностей при модернизации системы.

· Высокая мощность, благодаря большому количеству встроенных функций.

· Конфигурирование и программирование средствами STEP 7.

· Возможность включения в сети MPI и SIMATIC NET.

· Каждый центральный процессор S7-300 оснащен встроенным блоком питания с входным напряжением =24В.

Кроме того, в составе S7-300 могут использоваться модули систем взвешивания и дозирования семейства SIWAREX.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров. В 2002 году началась смена поколений центральных процессоров программируемых контроллеров SIMATIC S7-300. CPU 315-2DP компактный центральный процессор нового поколения с встроенным интерфейсом ведущего/ведомого устройства PROFIBUS-DP.

Основные характеристики SIMATIC S7-300 CPU 313 C-2 DP:

Объем рабочей памяти (RAM) 128 Кбайт

Объем загружаемой памяти (микрокарта памяти) 64 Кбайт …8 Мбайт

Время выполнения:

· логических операций 0.1 мкс

· операций со словами 0.2 мкс

· арифметических операций с фиксированной точкой 2.0 мкс

· арифметических операций с плавающей точкой 6.0 мкс

Количество флагов 2048 байт

Количество счетчиков 256

Количество таймеров 256

Встроенные интерфейсы: MPI, PROFIBUS-DP

Максимальное количество каналов ввода-вывода системы:

· дискретных 16384

· аналоговых 1024

Габариты 40 х 120 х 130 мм.

На нижнем уровне этой системы используются датчики, преобразователи, обеспечивающие сбор информации и ее преобразование в доступный для контроллера вид, а также различные вторичные приборы, служащие для отображения и регистрации информации о состоянии объекта управления в вид доступный для восприятия человеком-оператором.

Описание функциональной схемы автоматизации технологического процесса, предусматривающей выбор локальных технических средств.

Контроль наличия исходного цинкового концентрата в бункерах осуществляется радарными уровнемерами Rosemount 5401 (поз.1а,2а) c выходными унифицированными сигналами 4-20мА, которые поступают на модуль ввода аналоговых сигналов AI контроллера Simatic S7-300.

Автоматическое дозирование сульфидного цинкового концентрата осуществляется ленточным питателем с встроенным тензорезисторным датчиком ДСТБ-016 (поз.3а). Выходной сигнал с тензорезисторного датчика преобразовывается с помощью показывающего и регистрирующего прибора ДИСК 250-ТН (поз.3б) в непрерывный токовый сигнал, который далее поступает на AI контроллера Simatic S7-300.

Из датчиков для измерения температуры выбраны термопреобразователи ПК "Тесей" термоэлектрические преобразователи КТХА, медные термопреобразователи сопротивления ТСМТ, так как они в качестве ни чем не уступают приборам концерна "Метран", Siemens, но в цене намного дешевле чем приборы других производителей.

Контроль температуры осуществляется следующим образом. Для контроля температуры в форкамере и в печи кипящего слоя в семи точках кипящего слоя (одна в форкамере и шесть в печи) установлены термоэлектрические преобразователи КТХА 01.16 (поз.4а-поз.10а) преобразующие температуру в унифицированный сигнал, который поступает в AI контроллера Simatic S7-300.

Регулирование температуры в печи осуществляется изменением расхода сульфидного концентрата, подаваемого в печь, за счет частоты вращения двигателя, которая регулируется пропорционально изменению напряжения в обмотке возбуждения. Для этого управляющий сигнал с дискретного выхода DO контроллера поступает на блок управления БУ-21 (поз.4б) и далее на реверсивный бесконтактный пускатель ПБР-2М1 (поз.4в) с него на двигатель постоянного тока служащего приводом ленточного питателя.

Температура под сводом печи, в аэрохолодильнике, перед циклонами СИОТ, НИОГАЗ, после циклона НИОГАЗ контролируется термоэлектрическими преобразователи КТХА 01.18 (поз 11а-21а), питательной воды в первой и второй нитке перед барабаном-сепаратором котла-утилизатора медными термопреобразователями сопротивления ТСМТ 101 (поз.22а,23а) и температура пара после барабана, со свода печи, после циклонов и потребителю контролируется термоэлектрическими преобразователями КТХА 01.07 (поз 24а-28а) аналогичным образом.

Из датчиков давления хорошо зарекомендовали себя интеллектуальные датчики давления Метран-100, Метран-49 с применением микропроцессорной электроники в конструкции.

Контроль давления осуществляется следующим образом. Упругость воздушно-кислородного дутья на форкамеру печи, на подину и на аэрохолодильник контролируется с помощью преобразователей давления Cerabar M (поз.29а-31а) преобразующих давление в токовый сигнал 4-20мА, который поступает на модуль ввода аналоговых сигналов AI контроллера.

Для измерения разрежения под сводом печи, перед циклонами и после циклонов используются интеллектуальные датчики давления Метран-100-ДИВ (поз.32а-35а) измеряющие и непрерывно преобразующие разрежение в аналоговый токовый сигнал, который заводится на аналоговый вход контроллера.

Давление питательной воды в первой и второй нитке барабана-сепаратора, давление пара после циклонов СИОТ, после свода печи, давление пара потребителю и в барабане котла измеряется и преобразуется датчиками давления Метран-100-ДИ (поз.36а-42а) сигнал с которых заводится на аналоговый вход контроллера.

Для контроля количества выбраны сужающие устройства ДБС, в комплекте с датчиками разности давлений, измеряющие расход методом переменного перепада давлений. Вихревые расходомеры PROWIRL производства "Endress+Hauser" очень устойчивые к вибрациям за счет специальной конструкций сенсора с широким диапазоном измерения. Также электромагнитные расходомеры с высокой точностью измерений.

Контроль расхода осуществляется следующим образом. Для измерения расхода воздуха подаваемой на форкамеру, на подину печи и на аэрохолодильник, в воздуховодах установлены диафрагмы типа ДБС 0,6-800 (поз.43а-45а), которые обеспечивают перепад давления, перепад давления преобразовывается в электрический токовый сигнал 0÷5мА преобразователями типа Метран-49-ДД (поз.43б-45б), сигнал с которых заводится на аналоговый вход контроллера.

Для регулирования количества воздуха по этим каналам используется сигналы с дискретного выхода контроллера, которые идут на универсальные переключатели типа УП (поз 43в-45в), далее на пускатели ПБР-2М1 (поз.43г-45г), на выход которых подключены исполнительные механизмы типа МЭО (поз.43д-45д) регулирующих клапанов.

Количество расхода воды к кессонам аэрохолодильника, к кессонам слоя печи, пара и воды к блокам термосифонов, воды на непрерывную продувку и расхода пара из барабана, на свод печи и потребителю измеряется датчиками расхода - вихревыми расходомерами PROWIRL (поз.46а-54а), и преобразуется в аналоговый сигнал 4÷20мА преобразователями PROWIRL (поз.46б-54б) входящими в комплект с датчиками, сигнал с которых идет на аналоговый вход контроллера.

Для регулирования количества воды на непрерывную продувку сигнал с дискретного выхода контроллера идет на блок управления БУ-21 (поз 51в), далее на пускатель ПБР-2М1 (поз.51г), на выход которого подключен исполнительный механизм типа МЭО (поз.51д) регулирующего клапана со встроенным датчиком положения исполнительного механизма (поз.51е), унифицированный сигнал с которого поступает на модуль ввода AI.

Измерение количества питательной воды в первой и второй нитке барабана-сепаратора осуществляется датчиком электромагнитного расходомера MAG 3100 (поз.55а,56а), далее сигнал с комплекта электромагнитного расходомера преобразователя сигналов MAG 3100 (поз.55б,56б) заводится на аналоговый вход контроллера.

Для регулирования количества воды в первой и второй нитке барабана-сепаратора используются сигналы с дискретного выхода контроллера, которые идут на универсальные переключатели типа УП (поз 55в,56в), далее на пускатели ПБР-2М1 (поз.55г,56г), на выход которых подключены исполнительные механизмы типа МЭО (поз.55д,56д) регулирующих клапанов.

Для измерения количества кислорода в дутье установлена диафрагма типа ДБС 0,6-600 (поз.57а), которое обеспечивает перепад давления, перепад давления преобразовывается в электрический токовый сигнал 0÷5мА преобразователем типа Метран-49-ДД (поз.57б), сигнал с которого заводится на аналоговый вход контроллера.

Для регулирования количества кислорода в дутье используется сигнал с дискретного выхода контроллера, который идет на универсальный переключатель типа УП (поз 57в), далее на пускатель ПБР-2М1 (поз.57г), на выход которого подключен исполнительный механизм типа МЭО (поз.57д) регулирующего клапана.

Для измерения содержания кислорода в дутье и преобразования его в аналоговый сигнал используется анализатор кислорода DRAGER POLYTRON 7000 Module (поз.58а,58б), сигнал далее заводится на модуль ввода AI.

Для регулирования разряжения на всасе и на выхлопе дымососа3 и дымососа4 сигналы с дискретного выхода контроллера идут на блоки управления БУ-21 (поз 59а-62а), далее на реверсивные пускатели ПБР-2М1 (поз.59б-62б), на выход которых подключены исполнительные механизмы типа МЭО (поз.59в-62в) регулирующих клапанов со встроенными датчиками положения исполнительных механизмов (поз.59г-62г), унифицированный сигнал с которых поступает на модуль ввода AI.

Для управления скоростями дымососа3 и дымососа4 сигналы с дискретного выхода DI контроллера поступают на блок управления БУ-21 (поз.63а,64а) и далее на реверсивный бесконтактный пускатель ПБР-2М1 (поз.63б,64б) с него на двигатель.

Контроль за работой двигателей ведется по состоянию ключей магнитного пускателя (поз.65а), для чего с последних заведена электрическая проводка к дискретному модулю контроллера.

Сигналы о положении переключателей (поз.4в,51в,59а-64а) в различных режимах поступают на модуль ввода DI контроллера.

Экономическая часть