Автоматизации компрессорных агрегатов на базе МСКУ 4510

Система комплексного управления мультипроцессорная серии МСКУ 4510 СС предназначена для контроля и автоматического управления приводом, крановой обвязкой компрессорной установки, системы смазки, системы уплотнения (или системы газодинамического уплотнения), системы охлаждения газа и компрессором газоперекачивающего агрегата. Комплекс построен с применением программно-технических средств фирмы Octagon Systems (США).

Комплекс в составе САУ выполняет следующие функции.

Функции управления:

- автоматическое управление исполнительными механизмами и кранами крановой обвязки агрегата во всех режимах, предусмотренных алгоритмом работы;

- автоматическая защита по технологическим параметрам;

- дистанционное управление с клавиатуры ПЭВМ и с панели управления исполнительными механизмами на работающем или неработающем агрегате;

- экстренный аварийный останов ГПА при отказе САУ или команде оператора.

Функция регулирования: антипомпажное регулирование (обеспечивается расстояние между рабочей точкой нагнетателя и линией помпажа не менее заранее заданного значения в зависимости от скорости приближения рабочей точки к линии помпажа).

Информационные функции:

- формирование и передачу информации в систему отображения, регистрации и хранения;

- непрерывный контроль технологических параметров, в т.ч. измерение и представление по вызову на экране АРМ оператора значений параметров с одновременным указанием уставок данного параметра;

- представление по вызову контролируемых параметров на экране АРМ оператора в графической форме или в виде трендов с отображением линий предупредительных и аварийных уставок;

- вычисление заданных расчетных параметров;

- постоянное представление в цифровом виде температуры продуктов сгорания перед силовой турбиной, частоты вращения турбины и перепада давления «масло-газ»;

- автоматическое обнаружение, отображение и звуковая сигнализация отклонений технологических параметров от уставок.

Контрольные функции:

- проверка пусковой готовности;

- проверка исправности каналов защиты ГПА;

- контроль измеряемых параметров и состояния оборудования агрегата;

- контроль выполнения всех команд управления и регулирования, формируемых комплексом;

- контроль исправности цепей аварийных дискретных и аналоговых датчиков;

- автоматический контроль работоспособности основных модулей и блоков комплекса.

Технические средства комплекса осуществляют связь с САУ компрессорного цеха и АРМами, установленных в операторной. Структурная схема комплекса представлена на рисунке 1.3.1.

Сигналы от дискретных и аналоговых датчиков объекта поступают на входы нормализаторов, а затем в устройства ввода/вывода управляющего устройства, устройства регулирования и УСОДы (устройство связи с объектом дискретное). Источниками входных сигналов от дискретных датчиков являются концевые выключатели и другие сигнализаторы положения технологического оборудования объекта, а также клавиши и кнопки пультов управления. Источниками входных аналоговых сигналов являются датчики температуры, давления, вибрации, уровня, положения и др.

Рисунок 1.3.1 – Структурная схема комплекса МСКУ 4510 СС

(Р, Т, В, У, П - датчики давления, температуры, вибрации, уровня, положения, ДД - дискретные датчики, f - частотные сигналы с датчиков оборотов ГПА, А/О - аварийный останов, М - регулируемый клапан, ИМ - исполнительный механизм, ПУ - панель управления, УУ - устройство управления, УР - устройство регулирования, УСО - устройство связи с объектом, 7BP16-1 - платформа с преобразователями для подсоединения аналоговых сигналов, УФ - усилитель-формирователь, МРВ-8, МРВ-24 - платформы для подсоединения дискретных сигналов, ПВУ-12 - платы входных усилителей, ПВН-48 - платы входных нормализаторов)

Устройство управления является центральным элементом комплекса и осуществляет функцию обработки сигналов состояния оборудования ГПА, связь с УР, УСОД, средствами представления информации и оборудованием управления компрессорным цехом.

Для питания устройства используются блоки вторичного питания, запитанные от сети 220В переменного и постоянного тока системного электропитания.

Подключение датчиков аналоговых параметров технологического оборудования объекта осуществляется непосредственно к платформам 7ВР16. Измерительные цепи с требованиями по искробезопасности подключаются через барьеры искрозащиты.

Контроллер обеспечивает полную обработку входных аналоговых данных. Все модули контроллера расположены в каркасе и представляют собой:

5066 - модуль центрального процессора - высоко производительное вычислительное средство с процессором 80586Х (тактовая частота - 133 МГц), обладающий встроенным программатором памяти Flash;

5558 - модуль связи мультипортовый имеет 8 каналов RS-232/422/485. Этот модуль обеспечивает связь с устройством регулирования, панелью управления, к дискретным УСО и САУ КЦ;

5500 - высокопроизводительный модуль контроллера сети Ethernet - предназначен для реализации сетевых алгоритмов, необходимых для работы сети в стандарте 100BaseТX;

5710 - модуль аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования (АЦП/ЦАП) предназначен для приема унифицированных аналоговых сигналов и выдачи аналоговых сигналов управления;

5624 - модуль дискретного ввода-вывода предназначен для приема/выдачи дискретных сигналов. Модуль построен на 4-х 24-канальных микросхемах 82С55А с сигналами TTL уровня.

Устройство регулирования содержит контроллер и платформы с аналоговыми преобразователями. Выполняет функции приема и первичной обработки информации, необходимой в процессе управления антипомпажным клапаном, а также другими исполнительными механизмами с аналоговым управлением.

Частотные сигналы с датчиков оборотов ГПА поступают через усилители - формирователи на частотный модуль UNIO-48. Модуль UNIO 48 предназначен для обработки и выдачи 48-ми логических сигналов произвольной формы. Универсальность модуля достигается благодаря применению перепрограммируемых логических матриц.

Контроллер устройства обменивается информацией с контроллером управляющего устройства по каналу связи с интерфейсом RS-232. Скорость передачи данных - 19200 бит/с. В состав контроллера входят модули 5066 и 5710 аналогичные модулям центрального процессора управляющего устройства.

К платформам устройства подключаются только те аналоговые сигналы, которые необходимы для решения задачи регулирования. Цикл регулирования составляет 20 мс.

УСОД (устройство связи с объектом дискретное) предназначено для:

- приема сигнала от двухпозиционных датчиков объекта, гальванического разделения, нормализации и первичной обработки дискретных сигналов;

- гальванического разделения и усиления выходных сигналов, формирования сильноточных команд управления исполнительными механизмами технологического объекта с одновременным контролем исправности цепи управления;

- обмена дискретной информацией с устройством управления и реализации функции аварийного останова ГПА.

Контроллер включает в себя модуль центрального процессора 5066, два 96-канальных модуля дискретного ввода-вывода 5600, преобразователь напряжения 24В/5В - ПН. Модуль процессора осуществляет первичную обработку входной информации.

УСОД позволяет организовать прием входных сигналов по каналам повышенной надежности. В УСОД заложена функция обеспечения аварийного останова агрегата при отказе устройств управления, регулирования или одного из УСОД, а также имеется возможность провести экстренный аварийный останов при непредвиденном отказе аппаратуры комплекса. Команда на экстренный аварийный останов выдается оператором от кнопки «Экстренный останов», размещенной на панели резервного управления пульта оператора. Алгоритм экстренного аварийного останова заключается в перестановке основных агрегатных кранов и включении пусковых маслонасосов в положение соответствующее аварийному останову. Для выполнения этой функции в памяти контроллера УСО записано «слово» экстренного останова, определяющее каналы управления, задействованные в экстренном останове.

Контроль целостности цепи аналоговых датчиков реализован программно. В случае, если значение напряжения, измеренное на выходе аналогового преобразователя, ниже минус 4,9 В или выше плюс 4,9 В, диагностируется обрыв линии связи датчика с преобразователем или отказ преобразователя (если значение измеряемого параметра лежит внутри диапазона измерения и линия связи датчика с преобразователем не нарушена, значение напряжения на выходе преобразователя будет в пределах от минус 4,1 В до плюс 4,1 В).

Контроль целостности цепи дискретных датчиков. Для питания дискретных датчиков цепи типа «сухой контакт» используются блоки электропитания комплекса.

В комплексе организован контроль входных цепей дискретных датчиков, электропитание которых осуществляется от блоков питания комплекса. Контроль осуществляется периодически путем выдачи команд на выходной усилитель, управляющий реле. Через контакты реле осуществляется переплюсовка входных сигналов дискретных датчиков. Параллельно контролируемому датчику должен быть установлен диод. В комплексе также организовано формирование команд контроля (типа «сухой контакт») дискретных датчиков: СПО-2Р, РТ-12-9А, ЭСП-12, аппаратуры вибрации ИВД-ПФ, виброаппаратуры нагнетателя (передней опоры, задней опоры, осевого сдвига). Контроль осуществляется периодически путем выдачи управляющему устройству команды на выходной усилитель, управляющий реле.

Контроль целостности цепи исполнительных механизмов. Для осуществления контроля целостности цепи исполнительных механизмов (ИМ) используется дополнительный входной элемент, через который протекает контрольный ток соленоида небольшой величины в то время, когда команда на ИМ не выдается. Неисправность цепи ИМ диагностируется по отсутствию сигнала протекания контрольного газа.

Для ИМ, управляемых от ПВУ-12 схема контроля целостности цепи управления реализована внутренним монтажом на плате.

Для ИМ, управляемых выходными преобразователями серии 70G GrayHill, установленными на платформах МРВ-24, контроль целостности цепи управления осуществляется с помощью входного преобразователя, установленного на той же платформе.

Организация живучести комплекса достигается: резервированием каналов ввода/вывода дискретных сигналов, измерительных каналов, информационных линий связи; повышением надежности каналов управления; блокировкой прохождения локальных команд от неисправного УСО; экстренным аварийным остановом.

При резервировании каналов ввода дискретных сигналов. Сигналы аварийной сигнализации вводятся в два УСО, а также на плату «ИЛИ», с выхода которой обобщенный сигнал ИЛИ подается на вход управляющего устройства. Таким образом, в принятии решения о наличии аварийной ситуации участвуют три контроллера - контроллер управляющего устройства, контроллер УСОД-1, контроллер УСОД-2. Тем самым исключается пропуск аварии и ложная тревога в случае выхода из строя одного из трех приемников дискретных сигналов.

Для резервирования каналов вывода дискретных команд управления сигналы управления, участвующие в реализации функции аварийного останова, формируются платами выходных усилителей ПВУ - 12, устанавливаемыми в УСО, причем выходы одноименных каналов разных УСО объединяются. Отказ любого выходного усилителя не лишает комплекс функции выдачи команды управления на исполнительный механизм. Для защиты определенных каналов управления от ложного срабатывания допускается последовательное соединение выходных усилителей. Этот вопрос решается особо в каждом конкретном случае.

Резервирование измерительных каналов в рамках САУ решается двумя способами. При первом - наличием дискретного канала по соответствующему аналоговому параметру. При втором - введение резервного аналогового датчика и, соответственно, резервного канала измерения.

При резервировании информационных линий связи, информационный поток в комплексе сосредоточен в управляемом устройстве и охватывает все контроллеры комплекса, причем, каждый контроллер имеет два информационных канала, а именно: управляющее устройство связано с устройством регулирования по основному и резервному последовательным каналам RS-232. Управляющее устройство связано с каждым УСО по основному каналу RS-232 и по резервному каналу RS-232 через второе УСО. Таким образом, информационный поток не прекращается при выходе из строя любого из приемо-передатчиков линии связи.

Повышение надежности каналов управления,необходимых для проведения останова ГПА, достигается дублированием каналов управления плат ПВУ - 12, принадлежащих различным УСО, путем параллельного соединения контактов выходных реле.