Дипломная работа: Модернизация автоматизированной системы управления установки подготовки нефти Ашировского месторождения на базе контроллера CP 315-2DP

В результате составления перечня входных и выходных сигналов получим:

- 26 Exia-Входных аналоговых сигналов (4-20 мА);

- 74 Входных аналоговых сигналов (4-20 мА);

- 221 Входных дискретных сигналов (DC24V);

- 130 Выходных дискретных сигналов (DC24V).

Итого: 451 сигнал.

При выборе ПЛК следует учесть, что на сегодняшний день большинство выпускаемых ПЛК обладают следующими свойствами:

- программирование ПЛК производится на стандартных языках;

- высокое быстродействие;

- самодиагностика аппаратных средств, обеспечивающая определение неисправности компонентов ПЛК;

- наличие сторожевого таймера исключает «зависание» ПЛК;

- возможность расширения благодаря модульной структуре - можно собрать ПЛК для нужного числа сигналов ввода-вывода.

Современные ПЛК по своей сути - одинаковые устройства, выполняющие один круг задач. Все они имеют примерно одинаковый набор входных и выходных каналов и возможность подключения модулей расширения. Практически все модели имеют возможность ПИД-регулирования, часы реального времени и поддерживают основные интерфейсы (RS-485) и протоколы обмена (Modbus, Profibus и др.).

В основном, отличия заключаются в стоимости, наличии хорошей технической поддержки и документации у производителя.

Исходя из количества сигналов ввода-вывода, наличия отличной технической поддержки и документации на русском языке, а также высокой надежности выберем программируемый логический контроллер Simatic S7-300.

Исходя из количества входных и выходных сигналов выберем центральный процессор CP-315-2DP. [17]

Основные характеристики CP-315-2DP:

- 100 нс на выполнение бинарной инструкции, 3 мкс на выполнение арифметической операции с плавающей точкой;

- рабочая память объемом 128 Кбайт, RAM (приблизительно 43 K инструкций)для выполнения загруженной секции программы и хранения оперативных данных;

- микро карта памяти (до 8 Мбайт), используемая в качестве загружаемой памяти, а также сохранения архива проекта (с комментариями и таблицей символов), архивирования данных и управления рецептами.

- гибкие возможности расширения: подключение до 32 модулей S7-300(4-рядная конфигурация, по 8 модулей в ряду).

- интерфейс MPI;

- позволяет устанавливать одновременно до 16 соединений с программируемыми контроллерами S7-300/400, программаторами, компьютерами и панелями операторов. Одно из этих соединений зарезервировано для PG-, одно - для OP функций связи. MPI позволяет создавать простейшие сетевые структуры с объединением до 16 центральных процессоров и поддержкой механизма передачи глобальных данных.

- интерфейс PROFIBUS DP;

- интерфейс ведущего или ведомого DPV1 устройства для работы в системах распределенного ввода-вывода. Поддержка широкого спектра диагностических функций и настройки параметров ведомых устройств DP V1. С точки зрения пользователя системы локального и распределенного ввода-вывода полностью идентичны. Для них используются одинаковые способы конфигурирования, адресации и программирования.

Для ввода аналоговых сигналов с искробезопасными цепями выберем модули ввода аналоговых сигналов SM331-Ex Ai 4x24VDC (16 bit). Тогда получим, что для подключения 26 сигналов необходимо 26/4=6,5?7 модулей (2 канала останутся неиспользованными). [17]

Модули SM331-Ex Ai 4x24VDC предназначены для ввода аналоговых сигналов от датчиков, расположенных в зонах повышенной опасности (Ex-зонах) без использования внешних разделительных барьеров. Они обеспечивают аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера, а также гальваническое разделение стандартных и искробезопасных электрических цепей.

SM331-Ex Ai 4x24VDC характеризуются следующими показателями:

а) Компактное исполнение;

б) прочный пластиковый корпус, на котором расположены:

- красный светодиод индикации обобщенного сигнала отказа;

- по одному красному светодиоду на канал для индикации отказов или ошибок;

- отсек с разъемом для установки фронтального соединителя и размещения кабельной ячейки, закрытый защитной крышкой;

- паз на защитной дверце для установки этикетки с маркировкой внешних цепей модуля.

в) простота установки:

- модуль устанавливается на стандартную профильную шину DIN и соединяется с соседними модулями с помощью шинных соединителей.

- шинный соединитель входит в комплект поставки каждого модуля. В станциях ET 200M Ex-модули могут устанавливаться на активные шинные соединители.

г) Удобное подключение внешних цепей:

- Все внешние цепи подключаются к фронтальному соединителю модуля. При первой установке на модуль автоматически выполняется операция механического кодирования фронтального соединителя. В дальнейшем фронтальный соединитель может устанавливаться только на модули такого же типа. Наличие фронтального соединителя позволяет производить замену модулей без демонтажа внешних цепей. Фронтальный соединитель оснащен барьером для разделения цепей питания =24 В и сигнальных цепей.

Для ввода аналоговых сигналов выберем модули ввода аналоговых сигналов SM331 Ai 8x24VDC (16 bit). Тогда получим, что для подключения 74 сигналов необходимо 74/8=9,25?10 модулей (6 каналов останутся неиспользованными). [17]

Модули ввода аналоговых сигналов SM331 Ai 8x24VDC выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов контроллера и формируют цифровые значения мгновенных значений аналоговых величин. Эти значения используются центральным процессором в ходе выполнения программы.

К модулям подключаются датчики с унифицированными сигналами силы тока.

Модули SM 331 характеризуются следующими показателями:

- Разрешающая способность 15 бит + знак;

- Возможность использования большинства модулей для измерения различных видов аналоговых сигналов на различных пределах измерения. Выбор вида аналогового сигнала производится аппаратно с помощью модулей выбора вида входного сигнала или соответствующей схемой подключения датчика. Выбор предела измерения выполняется программным путем с помощью "HardwareConfiguration" STEP 7. В многоканальных модулях допускается выполнение индивидуальной настройки различных каналов на измерение заданного вида аналогового сигнала с заданным пределом измерений.

- Поддержка прерываний: модули способны формировать диагностические прерывания, а также прерывания при достижении измеряемым параметром предельных значений.

- Диагностика: модули способны пересылать в центральный процессор большой объем диагностической информации.

Для ввода дискретных сигналов выберем модули SM321/ [17]

Di 32x24VDC. Тогда получим, что для подключения 221 сигнала необходимо 221/32=6,9?7 модулей (3 канала останутся неиспользованными).

Модули ввода дискретных сигналов предназначены для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы

Модули ввода дискретных сигналов характеризуются следующими показателями:

а) Компактный пластиковый корпус:

- Зеленые светодиоды индикации состояния входных цепей.

- Красные светодиоды индикации отказов (только в некоторых модулях).

- Штекер для установки фронтального соединителя, закрытый защитной пластиковой крышкой.

- Паз для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.

- Два соединителя на тыльной части корпуса для подключения к внутренней шине S7-300/ ET 200M.

б) Простота установки:

- равноценность посадочных мест,

- адреса входов, определяемые номером посадочного места.

в) Удобство подключения внешних цепей через съемные фронтальные соединители. [18]

В качестве модулей дискретного вывода выберем модули SM322 Do 32x24VDC/0,5 А. Тогда получим, что для подключения 130 сигналов необходимо 130/32=4,06?5 модулей - 30 каналов останутся неиспользованными, что неоправданно дорого, значит возьмем 5 модуль SM322 Do 8x24VDC/0,5 А (Получим 6 каналов в запасе).

Модули вывода дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. Модули способны управлять задвижками, магнитными пускателями, сигнальными лампами и т.д. [18]

Они характеризуются следующими показателями:

а) Компактное исполнение:

- Зеленые светодиоды индикации состояний выходных цепей.

- Штекер для установки фронтального соединителя, закрытый пластиковой защитной крышкой.

- Паз для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.

- Два соединителя с тыльной стороны корпуса для подключения к внутренней шине S7-300/ ET 200M.

б) Простота установки:

- равноценность посадочных мест,

- адреса выходов определяется номером посадочного места модуля.

в) Удобство подключения внешних цепей через съемные фронтальные соединители.

г) Возможность использования большинства дискретных выходов для управления дискретными входами контроллера.

Для построения многорядной конфигурации контроллера S7-300 используются интерфейсные модули IM 360/361.

Интерфейсные модули IM 360/361 позволяют создавать многорядные конфигурации программируемых контроллеров S7-300 (от CPU 313C, CPU 314 и выше), в которых модули ввода-вывода размещаются не только в базовом блоке, но и в стойках расширения.

Подключение стоек расширения выполняется через интерфейсные модули IM 360/ IM 361, которые позволяют подключать к базовому блоку до 3 стоек расширения. В каждой стойке может размещаться до 8 модулей. Расстояние между соседними стойками может составлять от 4 см до 10 м.

IM 360 устанавливается в базовый блок контроллера. По одному модулю IM 361 устанавливается в каждую стойку расширения.

Питание модулей стоек расширения:

В каждую стойку расширения необходимо устанавливать блок питания =24В. Он используется для питания интерфейсного модуля IM 361 и всех остальных модулей, установленных в данной стойке. Для этой цели рекомендуется использовать блоки питания PS 307 программируемого контроллера S7-300.

Отсутствие ограничений на состав модулей в стойках расширения:
в стойки расширения могут устанавливаться все сигнальные, функциональные, коммуникационные модули, а также модули специального назначения программируемого контроллера S7-300.

3.2 Выбор компьютера для АРМ оператора

Рабочее место оператора должно содержать:

Монитор, принтер, мышь с клавиатурой, промышленный компьютер.

Так как особенные требования предъявляются только к компьютеру, то выбор остальных устройств производить не будем.

Ввиду того что современные SCADA-системы требовательны к аппаратным ресурсам компьютера, то рабочую станцию необходимо выбирать с мощным процессором, видеокартой и большим объемом памяти. Также компьютер для АРМ оператора должен отвечать высоким требованиям надежности и отказоустойчивости. Он должен иметь встроенные порты ввода-вывода RS-232 и RS-485 и слоты для расширения.

Исходя из данных условий выберем промышленный компьютер повышенной надежности ROBO-2000-4085TL.

Основные характеристики:

- процессор Intelpentium 4 (3 ГГц);

- видеокарта со 128 Мб памяти;

- объемом ОЗУ - 1 Гбайт;

- количество COM-портов - 4;

- количество слотов расширения - 6;

- дублированный источник питания 400+400 Вт;

- IDE RAID массив.

Для подключения ПЛК к АРМ оператора выберем PCI-карту для подключения промышленных компьютеров к сетям MPI/ PROFIBUS CP 5611.

Внешний вид ROBO -2000-4085TL представлен на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - внешний вид ROBO-2000-4085TL

3.3 Разработка схемы организационной структуры АСУТП

АСУТП нефтяного месторождения предназначена для оперативного централизованного контроля и управления технологическими процессами в реальном масштабе времени.

Структура АСУТП - трехуровневая. Верхний уровень - АРМ оператора, нижний уровень - ПЛК, полевой уровень - датчики и исполнительные механизмы.

Полевой уровень выполняет следующие функции:

- сбор и передачу данных;

- исполнение команд.

Нижний уровень, на базе ПЛК выполняет следующие функции:

- обработка сигналов, поступающих от полевого уровня;

- контроль значений параметров;

- диагностика и предотвращение аварийных ситуаций;

- формирование управляющих и регулирующих воздействий;

- передача информации на верхний уровень;

Верхний уровень, на базе АРМ оператора выполняет следующие функции:

- визуализация технологических процессов;

- предотвращение аварийных ситуаций посредством светозвуковой сигнализации;

- реализация человеко-машинного интерфейса.

- ведение локальных архивов и представление архивных данных.

В соответствии со структурой АСУТП, количеством модулей ввода-вывода, структурой ПЛК Simatic S7-300, схемами подключения датчиков и исполнительных механизмов составим схему организационную структуры АСУТП.

Так как число модулей ввода-вывода равно 29, то целесообразно разместить модули контроллера в щите ПЛК на четырех монтажных рельсах - Rack1…4.

На монтажной рельсе Rack1 разместим:

- Блок питания PS-307;

- Модуль центрального процессора CPU-315-2DP;