Разработка автоматизированной системы управления участком теплового пункта процесса циркуляционного слива железнодорожных цистерн

 

Рис. 6.2. Внешний вид Метран-2700

 

 

Отличительные особенности:

• гальваническая развязка входа от выхода;
• самодиагностика технического состояния;
• повышенная защита от индустриальных помех;
• повышенная вибростойкость;
• возможность выносного монтажа измерительного преобразователя на DIN рейке.

Типы применяемых первичных  преобразователей:

• преобразователи термоэлектрические: ТХА (НСХ: К), ТНН (НСХ: N);
• термометры сопротивления платиновые: ТСП (НСХ: 100П,Pt100).

Для термопреобразователей  Метран-2700 с выносным монтажом ИП с зажимом для крепления на рейке DIN в соединительной головке устанавливается клеммная колодка.

Диапазоны унифицированных  выходных сигналов, номинальные статические характеристики (НСХ) первичного преобразователя, тип ПП, диапазоны преобразуемых температур и пределы допускаемой основной приведенной погрешности указаны в таблице 6.1.

 

Таблица 6.1 – Характеристики датчиков Метран

 

Тип ПП	НСХ	Выходной сигнал, мА	Диапазоны преобразуемых температур, ºС	Пределы допускаемой основной приведенной  погрешности
				±, %	не менее, ± ºС
ТХА	К	4-20,20-4	-40…1000	0,25;0,50	1,0
ТНН	N		-40…1100 -40…1200	0,25;0,50	1,0
ТСП	Pt100		-50…200 -50…500	0,15;0,25	0,4
ТСП	100П		-50…200 -50…500	0,15;0,25	0,4

 

 Учитывая требования, изложенные в главе 2, выбираем следующую конфигурацию:

Метран-2700-(-50…200)-0.25-(4-20)мА-Pt100-А02-320-120-Н10- 1ExdIIСT6Х- А1-С-R -5000 -У1.1(I40...75)-ГП

Характеристики выбранного датчика показаны в таблице 6.2

 

 

Таблица 6.2 –Характеристики датчика температуры

Характеристика	Значение
Измеряемая среда	Вязкие жидкости
Номинальная статическая характеристика (НСХ)	Pt100
Диапазон измерения температуры, °С	-50...200
Предел допускаемой относительной погрешности при измерении, %	0,25
Выходной сигнал	4…20 мА
Категория пылевлагозащищенности	IP65
Межповерочный интервал, лет	2
Показатель тепловой инерции, не более, с	15
Условное рабочее давление (без  защитных гильз), не менее, МПа	1,2
Материал защитной арматуры	Сталь 12Х18Н10Т
Взрывобезопасность	1ExdIIСT6Х

 

6.2.2 Выбор датчиков для измерения давления

 

В качестве приборов для измерения давления выбираем датчики давления Метран 150.

Датчик состоит из сенсорного модуля и электронного преобразователя. Сенсор состоит из измерительного блока и платы аналого/цифрового преобразователя (АЦП). Давление подается в камеру измерительного блока, преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сигнала. Внешний вид показан на рисунке 6.3.

Рис. 6.3. Внешний вид датчиков давления Метран 150 различного исполнения

Управление параметрами  датчика:

• с помощью HART/коммуникатора;
• удаленно с помощью программы HART/Master, HART/;
• модема и компьютера или программных средств АСУТП;
• с помощью клавиатуры и ЖКИ.

Основные технические  характеристики датчиков избыточного давления показаны в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Технические характеристики датчиков избыточного давления

Модель	Код диапазона	Верхний предел измерений, кПа		Давление перегрузки, МПа
		Pmin	Pmax
150CG	0	0,025	0,63	4
150CG, 15CGR	1	0,25(0,12)	6,3	10
	2	1,25(0,63)	63	25
	3	5(2,5)	250
	4	32	1600
	5	200	10000
150TG, 150TGR	1	3,2(2,5)	63	4
	2	20	1000	10
	3	120	6000(4000)	10
	4	500	25000	40
	5	1600	60000(68000)	100

 

Учитывая требования, изложенные в главе 2, выбираем следующую  конфигурацию датчиков давления:

НВД  - Метран -150TG-3-2-2-1-А- EM- РC

ННД - Метран -150TG-2- 2-2-1-А- EM- РC

Характеристики выбранных  датчиков давления (для обоих насосов) приведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 – Характеристики датчиков давления

Характеристика	Значение
	НВД	ННД
Диапазон измерения, МПа	0...6	0…1
Предел допускаемой относительной погрешности при измерении, %	0,5	0,5
Температура измеряемой среды	-40…149	-40…149
Выходной сигнал	4…20 мА	4…20 мА
Категория пылевлагозащищенности	IP65	IP65
Межповерочный интервал, лет	3	3
Показатель инерционности, не более, с	1	1
Материал защитной арматуры	Сталь 12Х10Н10Т	Сталь 12Х10Н10Т
Взрывобезопасность	1ExdIIСT6Х	1ExdIIСT6Х

 

6.3 Выбор регулирующих технических средств автоматизации

 

Клапаны малогабаритные регулирующие типа КМР предназначены  для автоматического управления потоками нефти, нефтепродуктов, химических продуктов и газов, а также  могут выполнять функции отсекания (регулирующе-отсечные и отсечные) при рабочих давлениях 1,6 МПа, 2,5 МПа, 4,0 МПа, 6,3 МПа, 10 МПа, 16 МПа.

Клапаны применяются  на трубопроводах диаметром Ду 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125 (в перспективе  до 250 мм).

Внешний вид клапана показан на рисунке 6.4.

Рис. 6.4. Внешний вид клапана

Клеточные регулирующие клапаны имеют широкий набор  конструктивных исполнений дроссельных  пар с расширенным рядом условных пропускных способностей, включая микрорасходы.

Конструкция клапанов обеспечивает высокую ремонтопригодность за счет простой смены дроссельной пары, не требующей снятия клапана с трубопровода.

Клапаны типа КМР имеют  меньший вес и металлоемкость в сравнении со стандартными конструкциями (вес меньше примерно в два раза).  
Конструкция клапанов типа КМР позволяет устанавливать их в любом положении относительно трубопровода, в том числе исполнительным механизмом (МИМ) вниз.

Технические характеристики:

• условное давление Ру, МПа - 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16;
• условный проход, мм - 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 90, 100, 125;
• пропускная характеристика - равнопроцентная, линейная, специальная;
• диапазон температур регулируемой среды - -40...+225 ^оС; -60...+225 ^оС; -40...+450 ^оС; -60...+450 ^оС;
• диапазон температур окружающей среды - -40...+70 ^оС; -50...+70 ^оС; -60...+70 ^оС (для невскипающих сред до -90 ^оС);
• исходные положения плунжера клапана - НО - нормально открытое, НЗ - нормально закрытое;
• присоединение – фланцевое;
• материалы корпуса - сталь 20, углеродистые низкотемпературные стали 12Х18Н10Т и 10Х17Н13М2Т, специальные сплавы;
• материалы дроссельной пары - 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М, специальные сплавы.

В качестве привода используется электропривод отечественного производства типа «МЭПК» или «ЭПР», управляемых аналоговым сигналом. Возможно использование электроприводов зарубежного производства (AUMA, Drehmo – от самой простой комплектации без встроенных пускателей, до приводов управляемых аналоговым сигналом или по цифровому интерфейсу с блоком Matic; SIEMENS типа «Sipos», Rotork).

6.4 Выбор технических элементов обработки сигналов

 

Программируемым контроллером для данного процесса будет ПЛК ОВЕН 150 (рисунок 6.5).

 

Рис. 6.5. Внешний вид ПЛК ОВЕН 150

Контроллер ОВЕН ПЛК 150 предназначен:

• для создания систем управления малыми и средними объектами;
• построение систем диспетчеризации.

Построение системы  управления и диспетчеризации на базе ОВЕН ПЛК возможно как с помощью  проводных средств – используя  встроенные интерфейсы Ethernet, RS-232, RS-485, так и с помощью беспроводных средств – использую радио, GSM, ADSL модемы.

Контроллер выполнен в компактном DIN-реечном корпусе.

Расширение количества точек ввода\вывода осуществляется путем подключения внешних модулей  ввода\вывода по любому из встроенных интерфейсов.

В контроллере изначально заложены мощные вычислительные ресурсы  при отсутствии операционной системы:

• высокопроизводительный процессор RISC архитектуры ARM9, с частотой 200МГц компании Atmel;
• большой объем оперативной памяти – 8МБ;
• большой объем постоянной памяти – Flash память, 4МБ;
• объем энергонезависимой памяти, для хранения значений переменных – до 16КБ.

Конкурентные преимущества ОВЕН ПЛК150:

• отсутствие ОС, что повышает надежность работы контроллеров;
• скорость работы дискретных входов – до 10КГц при использовании подмодулей счетчика;
• наличие аналоговых входов и выходов;
• большое количество интерфейсов на борту: Ethernet, 3 последовательных порта, работающих независимо друг от друга;
• расширенный температурный диапазон работы: от минус 20 до плюс 70 градусов Цельсия;
• широкие возможности самодиагностики контроллера;
• встроенные часы реального времени;
• встроенный аккумулятор, позволяющий «пережидать» пропадание питания – выполнять программу при пропадании питания, и переводить выходные элементы в «безопасное состояние»;
• возможность создавать и сохранять архивы на Flash контроллера;
• возможность работы по любому нестандартному протоколу по любому из портов, что позволяет подключать устройства с нестандартным протоколом (электро-, газо-, водосчетчики, считыватели штрих - кодов и т.д.).

Программирование контроллеров ОВЕН ПЛК150:

• создание программ для контроллеров ОВЕН ПЛК150, и их конфигурирование осуществляется профессиональной системой программирования CoDeSys v.2.3.6.1 и старше;
• система программирования CoDeSys для покупателей контроллеров ОВЕН совершенно бесплатна, и записывается на диски, идущие в комплекте с контроллерами.

 

 Основные характеристики контролера ОВЕН150 приведены в таблице 6.5.

 

Таблица 6.5 – Характеристики ПЛК  ОВЕН 150

Характеристика	Значение
Процессор	RISC архитектура, 32-х разрядный ARM9, 50MHz
Протоколы последовательных портов	ModBus (RTU, ASCII), Dcon, ОВЕН
Электро-магнитная совместимость	IEC, Класс А по ГОСТ 51522-99
Количество аналоговых входов	4
Количество аналоговых выходов	2
Количество дискретных выходов	6
Межповерочный интервал, лет	1
Влагозащищенность	IP20(IP66в защитном корпусе)