Проектирование автоматизированной системы блока обессоливания и обезвоживания Карабашкой УКПН

2. Разработка  документации на АС и ее части

     На  данном этапе проводят разработку, оформление, согласование и утверждение документации в объёме, необходимом для описания полной совокупности принятых проектных решений и достаточном для дальнейшего выполнения работ по созданию АС.

     Схемой  контроля и автоматизации предусматривается:

1. Схема контроля расхода при помощи регулирующего устройства и регулирующего клапана:

       а) расход нефти на установку;

       б) расход нефти на отстойники;

       в) расход нефти на электродигидратор;

       г) расход нефти на промежуточную емкость

2. Регулирование уровня жидкости при помощи регулирующего устройства и регулирующего клапана:

       а) уровень нефти в отстойниках;

       б) уровень нефти в промежуточной  емкости;

     Также в теплообменнике предусмотрено  измерение температуры.

 

5. Технический проект

1. Разработка  проектных решений по системе  и е частям

1. Выбор технических средств

     Для стабильной и безаварийной работы технологических  процессов в блоке обессоливания  и обезвоживания необходимо в  режиме реального времени отслеживать технологические параметры (основными являются: давление, расход, уровень, температура). Для этих задач блок обезвоживания и обессоливания оснащают комплексом технических средств, а именно: оборудованием для установки связи с контроллерами, датчиками, измерительными преобразователями и т.д. Полученные данные из оборудования нижнего уровня по каналам связи передаются в диспетчерский пункт.

     Для подключения датчиков давления, расхода, уровня, температуры и клапанов применяют двухпроводную схему. Для передачи сигнала используется ток 4-20мА. Чтобы можно было преобразовывать токовые сигнала  4-20мА в управляющий задвижками используют электропневматические преобразователи.

     Сигнал  с первичных приборов виде тока 4-20мА поступает в модуль УСО, и от сигнал в оцифрованном виде поступает в главный модуль электроники, там расшифровывается и отображается на экране. Обратное взаимодействие с регулирующими устройствами происходит следующим образом: сигнал с пульта управления поступает в главный модуль, с главного модуля в модуль управления УСО, далее поступивший сигнал управления в УСО преобразуется в токовый сигнал и поступает в электропневматический преобразователь.

     Технические решения по автоматизации объектов блока обезвоживания и обессоливания  выполнены в соответствующими нормами  и правилами проектирования, предусматривающими мероприятиями по обеспечению взрыво- и пожаробезопасности при работе технологического оборудования при соблюдении установленных правил эксплуатации.

     Автоматизированная  система контроля за работой технологического оборудования блока обезвоживания и обессоливания будет функционировать в информационном режиме с выполнением функций регулирования параметров в соответствии с объемом автоматизации. При этом информационные функции и функции регулирования осуществляются автоматически.

     Для измерения избыточного давления в трубопроводах и емкостях выбран датчик SiemensSitrans

     Измерительный преобразователь Sitrans P 7MF4032 типа Smart предназначен для измерения давления неагрессивных и агрессивных газов, паров и жидкостей. Возможные диапазоны измерения между 0.03 и 400 бар. Выходным сигналом является постоянной ток от 4 до 20 мА, который линейно пропорционален входному давлению. Для особых сфер применения, к примеру для измерения высоковязких веществ, измерительные преобразователи поставляются с нагнетающими средствами различной конструкции.

     Рассмотрим  принцип действия датчика Sitrans P 7MF4032.

     Давление  через разделительную мембрану (2) и наполнительную жидкость (3) передается на кремневый сенсор давления (4) и отклоняет его измерительную мембрану. Четыре установленных по мостовой схеме на измерительно мембране пьезосопротивления из-за этого изменяют свою величину сопротивления. Данное измерение сопротивления вызывает мостовое выходное напряжение, которое пропорционально входному давлению, и которое через измерительный усилитель (11) в вольто-частотном преобразователе (12) преобразуется в периодический сигнал. Сигнал измерения обрабатывается в микроконтроллере (13) корректируется в зависимости от линейного и температурного режима и преобразуется в цифро-аналоговом преобразователе (14) в выходной ток 4 до 20 мА.

     Специальные характеристики измерительных ячеек, а также характеристики параметрирования измерительного преобразователя запоминаются в непреходящем (EEPROM) ЗУ.

     Измерительный преобразователь параметрирован с параметры с PC\Laptop или HART-Communicator. PC/Laptop через HART-модем подсоединяется к двупроводной цепи.

     Следующие параметры могут быть установлены  или запрошены:

• номер места измерения;
• описание места измерения;
• сообщение;
• верхняя границы выходного сигнала;
• пределы измерения;
• тип измерительного преобразователя (к примеру, материалы);
• диапазон измерения;
• физическая единица;
• измеряемая величина в мА, % или единицах давления;
• демфирование;
• датчик тока;
• выходной ток в случае ошибки;
• блокировка клавиш и\или функции;

 
 
 
 
 
 

Рис. 2. Измерительный преобразователь SITRANS P для давления, функциональная схем. 

     Для измерения температуры выбран измерительный  преобразователь SITRANS TF. Измерительный преобразователь SITRANS TF преобразует сигнал от термометров сопротивления, потенциометрических датчиков, термопар или датчиков напряжения в соответствующий характеристике сенсора подводимый сигнал постоянного тока. Коммуникационная способность (HART-протокол V 5.7)

     SITRANS TF совстроенным SITRANS TK-H дает возможность параметрирования с PC или HART-коммуникатором (Hand-Held-коммуникатор). У программирумых SITRANS TF со встроенным SITRANS TK парметрирование осуществляется через PC.

     Подаваемый  с потенциометрического датчика (двух-, трех-,четырехпроводная схема) или термопары сигнал измерения усиливается на входном каскаде. Пропорциональное входной величине напряжение преобразуется в аналого-цифровом преобразователе (1) в цифровые сигналы. Через гальваническое разделение (2) они попадают в микропроцессор (3). В микропроцессоре они пересчитываются в соответствии с характеристикой сенсора и прочими данными (глушение, внешняятемпература и т.п.).

     Подготовленный  таким образом сигнал в цифрово-аналоговом преобразователе (4) преобразуется в подводимый постоянный ток 4 до 20 мА. Источник вспомогательной энергии (5) находится в контуре выходного сигнала. Параметрирование SITRANS TK-H осуществляется через PC (6), который через соединительный модуль (HART-модем) (7) подключен к двухпроводной линии. Также можно осуществлять параметрирование с помощью коммуникатора HART. Необходимые для коммуникации по HART-протоколу V 5.7 сигналы накладываются на выходной ток по методу частотной коммутации  (FSK, FrequencyShiftKeying).

     

Рис. 3. Блок-схема SITRANS TF со встроенным SITRANS TK-H и цифровым индикатором

     Для измерения расхода был выбран расходомер  SITRANS F I Gardexфирмы Siemens.

     Расходомер SITRANS FI Gardex является надежным измерительным и контрольным прибором для жидких и газообразных измеряемых веществ и любых направлений протока. Измеряемая величина показывается на шкале и доступна опционально через  контактный выключатель или выход тока. Для жидкостей с плотностью от 1 кг/л (62,43 lbs/cu.ft)  предлагаются стандартные шкалы. Точность измерения соответствует ± 3 % от конечного значения шкалы.

     Чувствительный  элемент расходомера SITRANSFIGardex состоит из подпорного диска с коромыслом весов и работает по принципу ходовой амплитуды. С помощью подпорного диска (b) создается подпор измеряемого вещества, который отклоняет коромысло весов. Это движение через коромысло весов (с) с помощью сильфонного прохода (d) передается на устройство индикации (е). Зубчатая передача (f) преобразует амплитуду коромысла весов во вращательное движение стрелки (h). Движение стрелки демпфируется вихреточным тормозом (g).  Сильфонный проход отделяет измеряемое вещество от части индикации. 

     

Рис. 4. SITRANSFIGardex, конструкция 

     Для измерения уровня в отстойниках  был выбран уровнемер Siemens SITRANS LR 200.

     Оригинальный  дизайн SITRANS LR 200 позволяет осуществлять простое программирование с помощью  искробезопасного инфракрасного ручного  программатора. Даже в Ex-зоне не требуется открывать крышку корпуса. Кроме этого прибор имеет встроенную алфавитно-цифровую индикацию на четырех языках. Стандартная антенна SITRANS LR 200 это цельная полипропиленовая стержневая антенна. Она предлагает высокую химическую стойкость и является герметичной. У других приборов для проверки химической совместимости необходимо учитывать несколько материалов, а также уплотнения между материалами. Цельная антенна имеет встроенный внутренний экран, который предотвращает помехи от монтажных штуцеров.

     SITRANS LR 200 имеет запатентованную технологию  SonicIntelligence для обработки сигнала, обеспечивающую высочайшую надежность.

       Основные области применения: танки  хранения жидкостей, технологические емкости с мешалками, пар, высокая температура.

    В качестве исполнительных и регулирующих устройств выбраны:

    1) Клапаны регулирующие 25с, 25нж, 25кч, предназначенные для установки на трубопроводах с целью непрерывного регулирования расхода рабочей среды. Клапаны комплектуются электропневмопозиционером ЭПП-1 Ех.

    2) Позиционер электропневматический  ЭПП-1-Ех. Они предназначены для  уменьшения рассогласования хода  и повышения быстродействия поршневых  возвратно-поступательных и поворотных пневматических исполнительных механизмов одно- и двустороннего действия и мембранных пневматических исполнительных механизмов путем введения жесткой обратной связи по положению выходного звена исполнительного механизма.

2. Описание  архитектуры и профиля АС

     АСУ ТП УКПН была реализована на програмно- технических средствах SIMATIC HMI фирмы Siemens. SIMATIC HMI включает широкий спектр аппаратура и программного обеспечения, позволяющий создавать эффективные системы человеко-машинного интерфейса.

     Особенности:

• Полная совместимость с SIMATIC S7. Функции обслуживания устройств человеко-машинного интерфейса встроены в операционную систему программируемых контроллеров SIMATIC S7.
• Унификация с контроллерами SIMATIC S7: общие базы данных, унифицированный интерфейс и т.д.
• Прямое подключение к контроллерам по PPI или MPI интерфейсам.
• Возможность работы в сети PROFIBUS.

     SIMATIC HMI включают в свой состав:

• Широкий спектр аппаратуры: кнопочные панели, текстовые дисплеи, текстовые и графические панели оператора, сенсорные панели и панели с встроенной клавиатурой, многофункциональные панели, промышленные компьютеры.
• Программное обеспечение систем человеко-машинного интерфейса: SCADA систему SIMATIC WinCC, программное обеспечение визуализации SIMATIC ProTool/Pro, программное обеспечение конфигурирования устройств человеко-машинного интерфейса SIMATIC ProTool, программное обеспечение для построения систем технической диагностики.

     Взаимодействие  с датчиками и  исполнительными  устройствами осуществляется через аналоговые и цифровые модули позволяющие реализовывать функции ПИД - регулирования, а также дискретные сигналы, которые используются для контроля за состоянием запорной арматуры, пусковых схем электроприводов насосных агрегатов, различных сигнализаторов и т.д. В качестве большинства датчиков используют датчики давления и температуры фирмы Siemens, имеющие помимо аналогового выходного сигнала, цифровой сигнал по HART - протоколу обмена.