Автоматизации компрессорных агрегатов на базе МСКУ 5000

Система комплексного управления мультипроцессорная МСКУ 5000-01 предназначена для управления газоперекачивающим агрегатом (ГПА) с приводом, центробежным нагнетателем и вспомогательным оборудованием. МСКУ 5000-01 создана на базе программно-технического комплекса (ПТК) Simatic фирмы Siemens (Германия).

Система предназначена для установки вне взрывоопасных помещений и наружных установок, но имеет исполнения с входными искробезопасными электрическими цепями уровня i_в для подключения аналоговых датчиков, устанавливаемых во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок. Взрывозащищенность электрических цепей системы обеспечивается модулями ввода/вывода контроллеров типа SIMATIC S7 или барьерами искробезопасности S9001 и S9002.

Система обеспечивает выполнение полного комплекса управляющих, информационных функций, а также функций регулирования и контроля, необходимых для функционирования ГПА.

Система состоит из следующих функциональных узлов:

- устройства управления и регулирования UCR;

- расширителя №1 устройства управления и регулирования EU1;

- расширителя №2 устройства управления и регулирования EU2;

- устройства бесперебойного электропитания UPS;

- панели резервного управления;

- блока связи БС-4;

- блока защиты агрегата БЗА 03;

- комплекта оборудования электропитания системы мониторинга BN3500.

Устройство и работу системы рассмотрим по структурной схеме, приведенной на рисунке 1.3.2.

Устройство управления и регулирования (UCR) обеспечивает:

- обработку и преобразование информации, полученной от блоков связи с объектом;

- хранение и реализацию алгоритмов управления;

- формирование по заданным алгоритмам команд управления;

- формирование массивов информации для организации обмена со средствами представления и обмена с системой верхнего уровня;

-

выполнение задач по регулированию работы двигателя и антипомпажного регулирования нагнетателя.

Устройство управления и регулирования состоит из:

- блока управления;

- средств связи с объектом.

Блок управления служит хранения и реализации программ управления, топливного и антипомпажного регулирования ГПА. Для приема и обработки сигналов от датчиков технологического оборудования ГПА, формирования команд управления исполнительными механизмами.

Блок управления построен на базе программируемого контроллера S7-400, имеет в своем составе:

- блок питания PS 405;

- модуль центрального процессора CPU 416-2DP;

- функциональный модуль Simadyn D FM 458;

- модуль расширения ввода/вывода EXM 438 для FM 458;

- модули аналогового ввода (например SM 431-7QH00, SM 431-7KF00);

- дискретного ввода/вывода (например SM 421-7BH01, SM 421-1BL00, SM 421-1BL00, SM 422-1BL00);

- коммуникационный процессор Industrial Ethernet CP 443-1 TCP.

Средства связи с объектом устройства управления и регулирования включают в себя следующие компоненты:

- усилители – формирователи (применяются в каналах измерения частоты вращения валов ГПА и предназначены для нормализации уровня сигнала, работают совместно с первичными преобразователями электрического сигнала от тахометрического датчика);

- оптопары (применяется для ввода/вывода дискретных сигналов от ЕХМ 438);

- преобразователи MCR-C (применяется для нормализации и гальванического разделения аналоговых сигналов);

- платы выходных усилителей ПВУ-8 (предназначены для формирования 8-ми команд управления исполнительными механизмами и контроля целостности цепи управления);

- клеммные соединители кросса внешних подключений (предназначенные для подключения объектовых кабелей от датчиков и исполнительных механизмов ГПА).

Расширители устройства управления и регулирования (EU), позволяют подключить к устройству управления и регулирования дополнительные блоки связи с объектом (BCT построен на основе станции распределенного ввода/вывода ET 200M), осуществляющие прием аналоговых входных сигналов от первичных преобразователей параметров технологического оборудования объекта и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы ГПА. В том числе, эти блоки обеспечивают выдачу аналоговых управляющих сигналов на дозаторы топлива и на антипомпажный клапан, а также обеспечивают подключение датчиков аналоговых сигналов, расположенных во взрывоопасных помещениях и не имеющих взрывозащиты типа "взрывонепроницаемая оболочка".

Блок экстренного останова (BSS) служит для останова ГПА в экстренной ситуации, когда программно-аппаратными средствами МСКУ остановить агрегат не удается. В этом случае сигнал от кнопки «ЭО» ПРУ пульта оператора подается на блок экстренного останова, в котором происходит включение выходных реле, формирующих команды ЭО, с одновременной блокировкой всех остальных каналов управления. В состав БЭО входят выходные реле и таймеры, регламентирующие время отработки ЭО и задержку на открытие свечных кранов.

Устройство бесперебойного электропитания (UPS) предназначено для обеспечения электропитанием всех устройств и блоков системы.

Панель резервного управления предназначена для резервирования основных функций контроля и управления ГПА.

Панель резервного управления (ПРУ) выполнена в настольном исполнении на базе панели TP170a и предназначена для дублирования ряда функций пультовой рабочей станции, а также выдачи с кнопок командных сигналов управления при проведении остановов агрегата (АО, ЭО).

Блок связи БС-4 предназначен для сопряжения каналов оптической связи с каналами электропроводной связи.

Блок защиты агрегата (BSC), обеспечивает защиту ГПА от превышения предельных значений параметров ГПА в рабочем режиме в случае неисправности контроллеров устройства управления.

Комплект оборудования электропитания системы мониторинга BN3500 предназначен для обеспечения этой аппаратуры электропитанием ∼220 В и =24 В.

Коммуникационные сети. Технические средства фирмы «Siemens» позволяют использовать для обмена данными два вида промышленных сетей PROFIBUS-DP и Industrial Ethernet.

Сеть PROFIBUS-DP служит для обмена данными между устройствами системы и серверами Аргус 5000. Скорость передачи данных по сети PROFIBUS-DP до 12 Мбит/с, в зависимости от длины сегмента. Электрические каналы связи PROFIBUS выполняются экранированной витой парой. Кабели имеют различные исполнения. Они могут прокладываться открыто или в земле, а также обеспечивать высокую стойкость к воздействию агрессивных сред. Кабели имеют двойное экранирование, что обеспечивает их высокую помехозащищенность передачи информации.

Сеть Industrial Ethernet служит для обмена данными между МСКУ и серверами Аргус 5000. Скорость передачи данных по Industrial Ethernet до 100 Мбит/с. Клиентская сеть Ethernet обеспечивает обмен данными между пультовыми ЭВМ и серверами Аргус 5000, что обеспечивает большую скорость передачи данных, и возможность установки удаленных терминалов.

Industrial Ethernet – это промышленная сеть, отвечающая требованиям международного стандарта IEEE 802.3. Она использует CSMA-CD процедуры доступа (коллективный доступ к сети с обнаружением конфликтов), отвечающие требованиям стандарта IEEE 802.3. Сеть поддерживает следующие протоколы:

- MAP (Manufacturing Automation Protocol – протокол производственной автоматики);

- TF (Technological Function – протокол технологических функций);

- S7 (функции для связи с изделиями SIMATIC S7);

- SEND/RECEIVE (связь между изделиями SIMATIC S5 и SIMATIC S7);

К сети Industrial Ethernet могут подключаться:

- программируемые контроллеры SIMATIC S7-400 и S7-300;

- программируемые контроллеры SIMATIC S5

- программаторы и компьютеры;

- сертифицированные системы других фирм-изготовителей.

Контроль цепи аналоговых датчиков реализован программно в модулях ввода аналоговых сигналов SM 431. Диагностический блок данных, описывающий состояние измерительных цепей доступен центральному процессору, который считывает информацию либо по программе, либо по прерыванию от SM 431.

В системе организован контроль входных цепей дискретных датчиков, электропитание которых осуществляется от блоков питания системы. Контроль осуществляется посредством дискретного модуля SM 421-7BH00. Данный модуль размещается в блоке расширения. Модуль контролирует внутренние и внешние неисправности/ошибки. Диагностическая функция модуля, в случае появления ошибки, индицируется с помощью диагностической записи.

Для исполнительных механизмов, управляемых от ПВУ-8, контроль целостности цепи управления реализован на плате ПВУ-8.

Для обеспечения заданных надежностных характеристик система электропитания выбрана двухканальной. Электропитание системы осуществляется от двух независимых сетей энергоснабжения:

- основной - переменного тока напряжением (220 +22;-33) В, частотой (50 ± 1) Гц;

- резервной - постоянного тока напряжением (220 +22;-33) В.

Во время работы, осуществляется контроль напряжения питания: ~220 В и =220 В, для этого установлены реле контроля напряжения. Для контроля подачи питания на краны установлено реле контроля напряжения.

Технические средства системы размещаются в четырех приборных шкафах.