Автоматизация компрессора

коспрессор компримирование вибромониторинг управление Применяемые для компремирования воздуха центробежные нагнетатели при определенных условиях подвержены опасному явлению — помпажу. Любой осевой или центробежный компрессор характеризуется минимальным массовым расходом, ниже которого происходит помпаж, предотвращение которого является актуальной проблемой. В зависимости от условий применения минимальный массовый расход можно поддерживать, либо направляя часть потока со стороны нагнетания на вход компрессора, либо выбрасывая часть газа на стороне нагнетания в атмосферу. Увеличение массового расхода рециркулирующего или выбрасываемого в атмосферу газа отражается на других параметрах процесса (например, снижается давление нагнетания), поэтому для ограничения колебаний указанных переменных можно использовать антипомпажное устройство.

Система управления компрессором должна управлять регулирующим устройством, воздействующим на режим работы компрессора, а также антипомпажным клапаном, удерживая технологический параметр (это давление или расход рабочей среды) на требуемом уровне.

Цель данного дипломного проекта — совершенствование автоматизированной системы управления воздушным компрессором Центак модели C350MX4.

Задачами дипломного проекта являются:

— проведение анализа и обоснование выбора основных датчиков;

— создание АРМ оператора для управления компрессорами;

— разработка для контроллера программы управления с учетом ПАЗ по вибрации и помпажу.

При работе над проектом были использованы материалы ООО «Русджам-Уфа».

1. Технология компримирования воздуха

1.1 Технологическая схема компрессорной установки

Компрессор «Центак» это компрессор центробежного типа, соединённый напрямую посредством безвтулочной самосмазывающейся шестерёнчатой муфтой с электродвигателем, трехфазный асинхронного типа. Он смонтирован на общей раме-основании из структурированной стали.

Данный компрессор это двухступенчатый агрегат. Каждая ступень сжатия состоит из рабочего колеса, смонтированного на собственном валу в общем чугунном корпусе.

Ротор каждой ступени имеет шестерёнчатую передачу, приводимую с оптимальной скоростью общей главной шестерней, которая состоит из косозубой главной шестерни с прецизионной обработкой, вращающейся на антифрикционных шарикоподшипниках с масляной смазкой.

Технические характеристики компрессора «Центак» представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1? Технические характеристики компрессора «Центак»

Технологическая схема компрессора Центак представлена на рисунке 1.3.

Воздушная система компрессоров Центак состоит:

— впускной воздушный фильтр, используемый для фильтрования всасываемого воздуха;

— впускной дроссельный клапан, установленный на входе в компрессор позволяет регулировать поток воздуха на всасывании;

— продувочный клапан, установленный на выходе из компрессора позволяет сбрасывать воздух при необходимости (помпаж, останов, прочее);

— промежуточный и концевой охладители;

— встроенный влагоотделитель;

— конденсационные горшки;

— глушитель шума выпуска воздуха;

— разгрузочный обратный клапан.

Посредством промежуточного и концевого охладителей, влагоотделителей и конденсационного горшка для удаления влаги производится охлаждение компримируемого воздуха.

Промежуточный и концевой охладители представляют собой конструкцию из трубок в общей оболочке, при этом оболочкой служит корпус компрессора. Они имеют высокоэффективную конструкцию патронного типа, при этом воздух проходит внутри трубок, а вода омывает эти трубки. Переход тепла от воздуха к воде усиливается благодаря наличию в воздушных каналах внутренних ребер, что в большой степени повышает площадь эффективной теплопередачи со стороны воздуха. В целях повышения сопротивления коррозии ребра покрыты оловом. Воздушный канал, ведущий к рабочему колесу, сформирован из центральной секции каждого охладителя и диффузора.

Влагоотделитель предусмотрен после каждого охладителя воздуха. Он имеет конструкцию из сетчатого экрана, изготовленного из нержавеющей стали, а его толщина такова, что обеспечивает отделение максимального количества влаги при минимальном падении давления.

Конденсационные горшки устанавливаются снизу каждого влагоотделителя для выпуска конденсата из установки.

Глушитель шума выпуска воздуха устанавливается рядом с клапаном, для уменьшения шума от перепуска.

Разгрузочный обратный клапан представляет собой простой клапан для изоляции выпуска и предотвращения обратного тока сжатого воздуха.

Система смазки компрессоров Центак полностью автономна и включает в себя следующее:

— бак для смазочного масла, который встроен на раме-основании компрессора и имеет эпоксидное антикоррозионное покрытие;

— входной сетчатый фильтр, который устанавливается внутри бака на входе маслопроводов главного и преди послепускового насосов;

— масляный преди послепусковой насос, который имеет привод от отдельного электродвигателя. Этот насос не предназначен для работы в качестве дополнительного масляного насоса параллельно с главным масляным насосом; он поддерживает главный насос при запуске и останове компрессора;

— главный масляный объемный насос шестеренчатого типа, установленный на валу главного привода;

— обратные клапаны (для избежание обратного тока жидкости через насосы);

— регулируемый разгрузочный клапан из чугуна, который является автономным, предназначенным для регулирования давления масла, поступающего к шестерням и подшипникам компрессора;

— охладитель масла трубчатого типа, с закрепленным пучком трубок;

— трехходовой смесительный клапан-термостат, служащий для подачи смешенного масла требуемой температуры в компрессор;

— индикатор уровня масла;

— электроподогреватель масляного бака, который нагревает масло до минимальной требуемой температуры перед рециркуляцией;

— приборы, требующиеся для контроля температуры масла и давления.

Система водяного охлаждения компрессора включает в себя индивидуальные подводы охлаждающей воды, которые подают охлаждающую воду к промежуточному охладителю, концевому и масляному охладителю.

Для обеспечения предотвращения выноса масла, и, следовательно, безмасляного сжатого воздуха предусмотрено уплотнение вала, которое обеспечивается плавающими бесконтактными угольными кольцами в одном корпусе. Одно кольцо используется в качестве воздушного уплотнения, а другие в качестве уплотнения масла. Уплотняющий воздух закачивается между уплотнениями масла.

1.2 Описание процесса компримирования воздуха компрессором

Воздух попадает в компрессор (рисунок 1.4) через впускной направляющий аппарат и поступает в первую ступень, где рабочее колесо (1) турбины разгоняет воздух.

Затем воздух проходит через секцию (2) диффузора постоянного сечения, где кинетическая энергия (скорость) превращается в потенциальную энергию (давление). Встроенный охладитель (3) отводит тепло, возникающее при сжатии воздуха, тем самым, повышая КПД всей установки. Затем поток воздуха с очень низкой скоростью проходит через сепаратор (4), изготовленный из нержавеющей стали, где происходит отделение влаги и конденсат выводится наружу. Такая последовательность сохраняется во всех ступенях до тех пор, пока компрессор не достигнет требуемого рабочего давления.

Каждое рабочее колесо состоит из ротора, изготовленного из высококачественной нержавеющей стали, и съемного стопорного кольца, закрепленного на приводном валу при помощи косозуба. Стопорное кольцо поглощает энергию аэродинамического давления и защищает трансмиссию от избыточных нагрузок, продлевая, тем самым, срок ее службы.

Диффузор, преобразующий кинетическую энергию потока в давление, установлен между каждым рабочим колесом и охладителем. Создание диффузии и давления происходит в первом ряду неподвижных лопаток, изготовленных из нержавеющей стали. Второй ряд лопаток, расположенный в канале, ведущем к охладителю, устраняет остаточные завихрения, повышая тем самым общую эффективность сжатия.

За каждым рабочим колесом в корпусе подшипника скольжения устанавливается уплотнение с одной патронной вставкой. Эта вставка состоит из трех цельных плавающих бесконтактных угольных колец. Одно кольцо используется в качестве воздушного уплотнения, два других — в качестве масляных уплотнений. Используемые охладители обеспечивает высокий КПД. Воздух проходит по трубкам, омываемым охлаждающей водой. Таким образом, обеспечивается длительный и эффективный теплообмен без потерь вследствие образования отложений в трубах. Переход тепла от воздуха к воде усиливается благодаря наличию в воздушных каналах внутренних ребер, что значительно повышает площадь эффективной теплопередачи со стороны воздуха.

Компрессор как объект автоматического управления относится к классу потенциально опасных объектов, которые характеризуются четко выраженными нелинейными рабочими характеристиками и лавинообразным нарастанием рабочих процессов.

Для центробежных и осевых компрессоров таким режимом является помпаж. Из-за реверсирования потока газа компрессор в одно мгновение превращается из нагнетателя в генератор высокочастотных колебаний, что как правило, сопровождается вибрацией, сильными ударными нагрузками на фундамент, подшипники и вал, быстрым ростом температуры до аварийных пределов, поскольку большая часть энергии вращения расходуется на нагревание. Все это может в считанные секунды привести компрессор к саморазрушению. Скачкообразное изменение параметров компрессора в момент помпажа происходит примерно за 0.04 с., что находится на границе разрешающей способности обычной контрольноизмерительной и регулирующей аппаратуры.

Единственным способом защиты компрессоров от помпажа является выброс части газа в атмосферу. На сжатие выбрасываемой части газа бесполезно расходуется огромное количество энергии. По технологической схеме можно отметить, что к противопомпажной защите относится продувочный клапан.

1.3 Объём автоматизации компрессора

Воздушная система компрессора Центак должна включать:

— комплект детекторов температуры, установленные ниже каждого охладителя для замера температуры воздуха;

— комплект преобразователей давления, установленные за каждым охладителем для замера давления воздуха на выпуске, а также один преобразователь после обратного клапана, для регулировки компрессора;

— впускной дроссельный клапан, установленный на входе в компрессора позволяет регулировать поток воздуха на всасывании;

— перепускной клапан установленный на выходе из компрессора, позволяет сбрасывать воздух при необходимости (помпаж, останов, прочее).

Клапаны должны устанавливаются в комплекте с электропневматическим преобразователем и пневматическим исполнительным устройством.

В систему смазки должны входить преобразователи давления, датчики температуры, электроподогреватель масленого бака.

Система водяного охлаждения должна включать в себя реле потока, установленное на выходе из системы.

Для контроля вибрации подшипников электродвигателя и подшипников нагнетателя должны быть установлены датчики вибрации, подсоединённые к системе управления.

Вышеуказанные средства автоматизации необходимы для обеспечения соблюдения технологических режимов работы и защиты компрессора, указанных в таблице 1.2.

В компрессорной отсутствует АРМ оператора для управления компрессорами, наличие которой способствовала повышению оперативности при возникновении в работе аварийных / неаварийных ситуаций.

Таблица 1.2 Карта технологических режимов работы компрессора

2. Патентная проработка

2.1 Выбор и обоснование предмета поиска

В дипломном проекте рассматривается автоматизация компрессорной установки ООО «Русджам-Уфа»

Для обеспечения нормального режима работы и своевременного обнаружения нарушений в работе компрессора необходимы постоянный контроль ряда параметров и выдача аварийных сигналов при их отклонении. Одним из таких параметров является уровень вибрации компрессора и двигателя агрегата. На компрессорных установках используется система виброконтроля «Каскад», поэтому при проведении патентного поиска особое внимание было уделено поиску и анализу устройств виброконтроля и способам измерения уровня вибрации.

2.2 Регламент поиска

Патентный поиск проводился с использованием фондов УГНТУ по источникам патентной документации Российской Федерации. По зарубежным фондам поиск не проводился по причине их отсутствия.

Глубина поиска составляет четыре года (2008;2011 гг.). Поиск проводился по индексам МПК:

G 01 Н 9/00 — «Измерение механических или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний с использованием средств, чувствительных к излучению, например, оптических средств»;

G 01 Н 17/00 — «Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний с использованием средств, не отнесенных к предыдущим разделам»;

G 01 М 7/02 — «Испытания на вибрацию».

При этом использовались следующие источники патентной информации:

? полные описания к патентам Российской Федерации;

? документы справочно-поискового аппарата;

? официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения» (2011 г.);

Официальный бюллетень Российского агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения. Полезные модели» (2011 г.).

2.3 Результаты поиска

Результаты поиска приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Результаты патентного поиска

2.4 Анализ результатов поиска

Рассмотрим более подробно аналоги, перечисленные в таблице 2.1. Изобретение (патент № 2 439 508) относится к виброизмерительной технике, может быть использовано для измерения параметров вибрации изделий и объектов. Заявлен измеритель вибрации включающий излучатель, двухкоординатный датчик, измеряющий параметры вибрации по координатам X и Y, установленный в корпусе, и два плоскопанельных дисплея. Устройство также содержит датчик третьей координаты Z, выполненный в отдельном корпусе. В излучатель введены два светодиода, оптические оси которых перпендикулярны. Технический результат: повышение точности измерений.

Изобретение (патент № 2 436 056) относится к виброизмерительной технике и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для диагностики измерения частоты вибрации объекта в процессе его эксплуатации. Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является обеспечение непрерывной работы устройства для индикации уровня вибрации на основе энергосберегающих технологий, то есть без обслуживания и без внешних источников энергии, таких как стационарная электросеть, гальванические элементы, аккумуляторы и т. п. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для индикации уровня вибрации, содержащем вибропреобразователь и блок индикации, вибропреобразователь является также блоком источника энергии в виде пьезоэлектрической пластины с электродами, а блок индикации выполнен на основе алюмооксидного основания с нанесенными на него электродами индикатора, между которыми находится слой электролюминофора, блок источника энергии и блок индикации коммутируются выводами.

Изобретение (патент № 2 395 792) относится к измерительной технике. Техническим результатом изобретения является расширение области применения и повышение точности измерения. Способ измерения параметров вибрации объекта включает закрепление на объекте тест-объекта и регистрацию изображения тест-объекта с вибрационным размытием. При этом в качестве тест-объекта используют миру, выполненную в виде групп параллельных парных штрихов, имеющих общую ось симметрии, с расстоянием между штрихами в группе, равным удвоенной ширине штриха, уменьшающейся от группы штрихов с низкой пространственной частотой к группе штрихов с высокой пространственной частотой. Сначала с помощью видеокамеры формируют на экране монитора компьютера изображение миры для каждой частоты кадровой развертки видеокамеры до получения неподвижного изображения миры с вибрационным размытием и фиксацией соответствующей частоты кадровой развертки видеокамеры, равной частоте вибрации объекта. После чего регистрируют в неподвижном изображении миры с вибрационным размытием нулевой контраст в группе штрихов с наиболее низкой пространственной частотой, в которой ширина штриха равна размаху вибрации объекта.

Изобретение (патент № 2 437 071) относится к области измерительной техники и может быть использовано для вибродиагностики машин и оборудования. Беспроводной датчик вибрации, предназначенный для вибродиагностики машин и оборудования, содержит акселерометр и корпус с размещенными в нем источником питания, устройствами обработки и беспроводной передачи сигнала. Акселерометр закреплен на корпусе устройства с помощью эластичной мембраны, при этом корпус устройства и акселерометр снабжены магнитными основаниями, при этом магнитное основание может быть снабжено диэлектрической прокладкой, а акселерометр вместо магнитного основания может быть оснащен резьбовым отверстием. Технический результат, достигаемый при реализации заявленных изобретений, заключается в расширении полосы измеряемых частот вибрации при одновременном расширении функциональных возможностей устройства за счет упрощения процедуры установки устройства на объект контроля, обеспечении при необходимости электрической изоляции акселерометра от объекта контроля.

Патентные исследования показали, что на сегодняшний день существует достаточно большое количество устройств контроля вибрации различных моделей, отличающихся принципом действия, информативностью и точностью получаемых данных, что свидетельствует о высокой востребованности подобных устройств и развитии исследований в данном направлении.

Система контроля «Каскад», используемая для контроля уровня вибрации компрессора, имеет сравнительно простой и проверенный принцип действия, что свидетельствует о надежности прибора, отличается удобством использования, благодаря модульной структуре исполнения, и четкостью срабатывания по аварийным значениям.

3. Система автоматизации компрессора

3.1 Назначение системы автоматизации

Требуемая для оперативного реагирования на аварийные / неаварийные ситуаций система управления компрессорами должна осуществлять:

? автоматический контроль всех необходимых технологических параметров, параметров состояния оборудования;

? автоматическую защиту по аварийным и предельным значениям контролируемых параметров и при отказах систем обеспечения;

? программное управление и поддержание заданного режима работы и нормативных условий эксплуатации оборудования;

? программное управление подготовкой и переключением оборудования по командам оператора;

? отображение и регистрацию основных контролируемых технологических параметров и параметров, характеризующих состояние оборудования в процессе работы и в условиях проведения ремонтных и наладочных работ;

? подготовку и передачу результатов обработки информации на различные уровни иерархии.

3.2 Структурная схема системы управления «Компрессорная»

Предлагаемая структура системы автоматики «Компрессорная» строится по трехуровневому иерархическому принципу.

К нижнему уровню предлагаемой системы автоматики относятся:

? датчики технологических параметров;

? местные показывающие приборы;

? исполнительные механизмы;

? аппаратура местного управления и сигнализации;

? вторичные преобразователи.

Данные средства автоматизации выполняют следующие функции:

? измерение параметров и перевод их из физических величин в унифицированный электрический сигнал;

? контроль аварийных параметров;

? непосредственное воздействие на технологический процесс.

Средний уровень реализуется базовым управляющим модулем (БУМ) с размешённым на нём контролёром Modicon Quantum с панелью управления СМС.

Выполняемые функции среднего уровня:

? сбор и обработка аналоговых измерений и цифровых сигналов с датчиков;

? контроль выхода за уставки технологических параметров и формирование соответствующих сигналов аварий;

? автоматическое регулирование технологических параметров;

? выдача управляющих воздействий на механизмы;

? связь датчиков и механизмов с нижнем уровнем АСУ ТП.

БУМ — это изготовленная по особому заказу микропроцессорная система управления и текущего контроля центробежных компрессоров Центак. БУМ выполняет все функции управления и текущего контроля основными параметрами, и управление вспомогательной аппаратурой, такой, как пускатель главного электродвигателя, маслоподогреватель и насос предпусковой смазки.

Эта система оснащена контроллером Modicon Quantum, который определяет действия системы при различных сочетаниях измеряемых давления, температуры и вибрации. Все технические средства для анализа данных, число каналов ввода и вывода (I/O) и системная память оптимально подобраны для точного управления и защиты компрессоров Центак.

Технические характеристики системы управления компрессором:

? простота использования? двенадцать кнопок для управления отдельным компрессором по месту;

? многофункциональность, графический дисплей на жидких кристаллах 240×128 пикселов для представления данных и текущего состояния;

? усовершенствованное распознавание и управление перенапряжением;

? ограничение по наибольшему току для защиты главного привода электродвигателя;

? первичная индикация и регистрация ситуации для определения основной причины отключения компрессора;

? сигнализация вибрации шестерни и останов компрессора на любой стадии;

? имеется порт RS-485 для подключения к централизованной управляющей системе компрессорного цеха через протокол MODBUS.

На этом среднем уровне по программе, содержащейся в управляющем контроллере, предлагается реализовать обработка входных аналоговых и дискретных сигналов; выдача управляющих команд на исполнительные механизмы для управления компрессором, а также выполняются функции автоматического ведения режимов блокировок и защит.

На верхнем уровне предлагается выполнять следующие функции:

? непрерывный обмен информацией с контролёром;

? обработка и архивирование полученной информации;

? отображение информации в виде таблиц или на мнемосхемах;

? возможность ручного управления;

? отображение графиков изменения физических величин;

? формирование и печать отчетно-учетных документов.

Верхний уровень предлагается размещать в помещении операторной и оснастить высоконадежным персональным компьютером в промышленном исполнении. Компьютер служит для визуализации всех контролируемых и управляемых параметров и функций, оперативного управления технологическим процессом, автоматического ведения архивов, формирования отчетов, разработанных на основе SCADA-системы промышленной автоматизации «MasterSCADA».

Обмен между контроллерами и АРМ оператора и инженера предлагается осуществляется по промышленной сети ModBus посредством коммуникационного контроллера ЭЛСИ-КОМ. Программной платформой АРМ оператора и инжинера системы автоматики является операционная система Windows-7. Для непрерывного наблюдения за технологическим процессом и вмешательства в случае аварийных ситуаций в операторной необходимо присутствие оператора.

3.3 Функциональная схема автоматизации компрессора

На рисунке 3.2 представлена функциональная схема автоматизации компрессора.

Защита компрессора по параметрам нагнетаемого воздуха обеспечивается датчиком избыточного давления и трансформатором тока Омь 4.04. Данные датчики необходимы для обнаружения помпажа. В качестве датчика давления выбран Метран150ТА.

Контроль вибрации компрессора и двигателя позволяет установить нарушения в работе агрегата, вызываемые некачественной сборкой, появлением дисбаланса, износом подшипников, усталостью металла. В качестве устройства контроля за вибрацией выбран вибропреобразователь ВК-312С.

Датчиком потока РПИ?25 производится контроль наличия потока охлаждающей воды, при отсутствии которого производится отключение электродвигателя.

Температура и давление масла контролируются датчиками ТСПУ Метран 276 и Метран150ТА, контролирующими температуру и давление масла, при нарушении уставок которых производится отключение электродвигателя.

Получение требуемого давления на выходе производится посредством электропневматических преобразователей, установленных на входе и выходе компрессора. Вкачестве электропневматического преобразователя выбран ЭПП300.

Температурный контроль осуществляется за подшипниками электродвигателя, корпуса электродвигателя. Датчики устанавливаются в стаканах. При превышении заданных установок производится отключение электродвигателя. В качестве датчика температуры выбран ТСПУ Метран 276.

В целях предотвращения аварийной ситуации при превышении уставок ПАЗ выполняются следующие действия:

? при превышении температуры подшипников и статора электродвигателя, температуры масла производится отключение электродвигателя;

? при превышении уставок по вибрации подшипников, падении давления масла, выход давления уплотнения за установленные пределы, уменьшении потока воды ниже установленного, увеличении силы тока в обмотках электродвигателя производится отключение электродвигателя и полное открытие клапана К1.

Условия срабатывания и действия ПАЗ представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1? Условия срабатывания и действия ПАЗ Перечень приборов и средств автоматизации компрессора приведен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 Перечень приборов и средств автоматизации компрессора

3.4 Структура системы управления компрессором

АСУ ТП «Компрессорная» построена на базе программируемых контроллеров Modicon Quantum.

Аппаратной платформой АСУ ТП выбраны программируемые контроллеры Modicon Quantum производства Schneider Electric.

Quantum разработан на базе модульной, расширяемой архитектуры для задач управления в реальном времени. Системы автоматизации Quantum варьируются от несложных одиночных систем управления (до 448 точек ввода / вывода) до многоточечных сетей (до 64 000 точек ввода / вывода).

Подключение к сетям масштаба предприятия и полевым шинам осуществляется при помощи дополнительных устройств связи, поддерживающих более восьми типов стандартных промышленных шин по протоколам Ethernet до ASCII.

Структура контроллера Modicon Quantum показана на рисунке 3.4.

Центральный процессор Quantum на основе процессоров Intel обеспечивает высокое быстродействие и значительную пропускную способность входов / выходов. Объем памяти ЦПУ составляет от 256 Кбайт до 4 Мбайт.

Характеристики взаимозаменяемых процессорных блоков и модулей приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 — Процессорные блоки и модули

Процессор Quantum обеспечивает управление локальным, удаленным и распределенным вводом / выводом системы.

Модуль центрального процессора Quantum находится на местной монтажной панели ввода / вывода и является программируемым контроллером со встроенной системной памятью, памятью прикладных программ и портами связи.

Энергонезависимая флэш-память, в которой находится операционная система, позволяет производить ее обновление на площадке простой загрузкой файла через порт Modbus, без какой-либо замены микросхем.

Память SRAM с батарейной поддержкой обеспечивает хранение программы и данных при отключении питания.

Для защиты прикладной программы от случайных изменений во время работы ЦПУ имеется ползунковый переключатель защиты памяти.

Средствами программирования в ЦПУ задается область, открытая для кольцевого доступа и записи данных из сети. Запись данных в закрытую область памяти не допускается как локально, так и по сети.

ЦПУ поддерживают сетевые протоколы Modbus и Modbus Plus. Настройки порта Modbus включают скорость в бодах, контроль четности, количество информационных битов, количество стоповых битов, протокол и адрес узла.

Контроллеры Quantum поддерживают дополнительные интерфейсные модули для добавления интерфейсов Modbus, Modbus Plus, TCP/IP Ethernet и других сетей (таблица 3.4).

Организация сети Modbus Plus позволяет устанавливать контроллеры Quantum как равноправные узлы в индустриальной сети на базе RS — 485.

Во флэш-памяти модулей Quantum NOE реализован стэк протоколов TCP/IP и поддержка Modbus как протокола прикладного уровня. В модулях NOE имеется встроенный собственный процессор, который снимает задачи коммуникаций с основного процессора, что минимизирует влияние на цикл обработки основной программы.

Таблица 3.4 — Модули промышленных и других сетей

Все модули ввода / вывода (таблица 3.5) программно адресуются и включаются в карту ввода / вывода при помощи пакета «MasterSCADA». Параметризация модулей осуществляется программно при заполнении карты ввода / вывода. Системное программное обеспечение обнаруживает неисправность модуля и сигнализирует об этом.

Таблица 3.5 — Модули аналогового и дискретного ввода / вывода

Программное обеспечение. Quantum поддерживает 5 языков по международному стандарту МЭК 61 131−3. ЦПУ Quantum имеет набор из более 80 инструкций, включающий непосредственную обработку входов / выходов и прерываний и редактор формул.

Пульт управления с дисплеем. Интерфейс пользователя определяется как средства при помощи которых человек осуществляет взаимодействие с управляющей системой компрессора. Стандартная конфигурация CMC имеет два компонента интерфейса пользователя. Это Панель управления и панель агрегата. Ключевым компонентом, обеспечивающим простоту использования является то, что Панель управления располагает всего двенадцатью кнопками и на панели агрегата располагаются четыре кнопки, световые индикаторы и переключатели.

CMC Панель управления состоит из шести управляющих кнопок (Запуск, Останов, Загрузка, Разгрузка, Подтверждение приема и Возврат в исходное состояние), Клавиша выбора режима Редактирования (ввод) и Клавиша контрастности. Эти клавиши вместе с графическим дисплеем 240Ч128 пикселов, образуют интерфейс пользователя с компрессором. На Панель управления обеспечивается степень защиты IP54.

Коммуникационный контроллер ЭЛСИ-КОМ — специализированное устройство, предназначенное для организации информационного обмена между оборудованием систем автоматики и телемеханики, использующих различные интерфейсы в рамках единого программно-технического комплекса. Контроллер содержит различное сочетание наиболее употребительных технологических интерфейсов и протоколов.

Коммуникационный контроллер ЭЛСИ-КОМ позволяет с минимальными затратами реализовать информационный обмен между несколькими каналами с отличающимися интерфейсами связи, объединить в единую систему оборудование различных производителей или типов, а также осуществить преобразование одних протоколов в другие. ЭЛСИ-КОМ предоставляет пользователю возможность работы с наиболее распространенными технологическими протоколами и интерфейсами. Контроллер предназначен для непрерывной необслуживаемой эксплуатации на технологических объектах, построен на базе серийно выпускаемого промышленного контроллера общего назначения ЭЛСИ-ТМ.

Структура контроллера ЭЛСИ-КОМ представлена на рисунке 3.6.

Контроллер ЭЛСИ-КОМ имеет модульную структуру. В составе контроллера необходимо наличие процессорного модуля и блока питания. Помимо этого есть возможность установки до 10 интерфейсных модулей, выбираемых в соответствии с требованиями объекта управления. Каждый интерфейсный модуль представляет собой законченное устройство поддержки интерфейса и протокола.

Помимо согласования интерфейсов связи и преобразования протоколов ЭЛСИ-КОМ позволяет резервировать каналы связи в различных комбинациях (при этом есть некоторые ограничения: резервирование канала предполагает наличие подобных протоколов связи).

Состав коммуникационного оборудования контроллера ЭЛСИ-КОМ и поддерживаемые контроллером протоколы и интерфейсы связи приведены в таблицах 3.6 — 3.9.

Таблица 3.6 — Процессорные модули

Таблица 3.7 — Интерфейсные модули

Таблица 3.8 — Коммутационные панели

Таблица 3.9 — Модули питания

Программное обеспечение центрального процессора контроллера ЭЛСИ-КОМ включает операционную и исполняющую системы с драйверами поддержки различных устройств и протоколов. Операционная система представляет собой специально адаптированную и оптимизированную версию ОС Windows-7.

Каждый аппаратный интерфейсный модуль контроллера является интеллектуальным устройством (то есть имеет в своем составе процессор) и позволяет преобразовывать данные поддерживаемого протокола в вид, понятный соответствующему драйверу модуля. Драйверы, в свою очередь, помещают принятые данные в общую для всего контроллера специализированную базу данных, называемую «база сигналов». Представление информации в базе сигналов единообразное. Исполняющая система распределяет данные по драйверам и программным модулям в соответствии с указанными правилами преобразования. Информация, поступающая на вход драйверов, направляется в соответствующие аппаратные модули, откуда и передается вовне в соответствии с заданным протоколом.

Правила преобразования потоков данных, состав и настройки программных и аппаратных модулей задаются в наборе файлов конфигурации контроллера. Конфигурация контроллера может формироваться при помощи специализированной сервисной программы-конфигуратора ElsуТММаnаger.

В конфигурации контроллера задаются правила маршрутизации информации из модулей-источников в модули-приемники. Задаются такие правила, как протокольные адреса сигналов, класс данных. Кроме того, в конфигурации определяются параметры инициализации программных и аппаратных модулей, например, скорости работы в каналах для проводных цифровых сетей, таблицы опроса.

Коммуникационные возможности ЭЛСИ-КОМ:

— прием и передача информации по интерфейсам RS-232, RS-485/422, Ethernet, V.23, стык С1-ТЧ;

— поддержка протоколов: Ethernet TCP/IP, Modbus (RTU, TCP), ГОСТ Р МЭК 870−5101, ГОСТ Р МЭК 608 070−5-104;

— наличие web-интерфейса;

— поддержка беспроводной передачи данных на основе стандарта GSM, GlobalStar;

— совместимость с существующими системами на базе ПЛК, сетями и средствами операторского интерфейса.

Функциональные возможности:

— согласование интерфейсов связи;

— преобразование одного протокола в другой или несколько других;

— перераспределение информации нескольких потоков;

— резервирование каналов связи;

— надежная работа на низкоскоростных каналах связи;

— эстафетная передача данных;

— работа со SCADA-системой на основе OPC-интерфейса;

— автономная работа в необслуживаемом режиме.

Аппаратные особенности:

— модульная конструкция с возможностью вариации подключаемых интерфейсов;

— резервирование источника питания и процессорного модуля;

— «горячая» замена модулей;

— повышенная прочность за счет исполнения в металлическом корпусе.

Программные особенности:

— среда программирования «MasterSCADA»;

— соответствие стандарту IEC 61 131−3;

— поддержка пяти языков программирования;

— пользовательская разработка и отладка прикладных программ;

— мониторинг и редактирование в режиме реального времени.

Сервисное программное обеспечение:

— Manager — конфигуратор контроллера;

— PultPC — средство мониторинга и управления исполняющей системой контроллера.

Преимущества:

— широкий набор интерфейсных модулей;

— поддержка стандартных промышленных протоколов и интерфесов;

— открытость архитектуры программного обеспечения;

— высокая скорость обработки и передачи информации;

— гибкая аппаратная платформа.

3.5 Выбор системы виброконтроля

Выбор системы виброконтроля производим согласно приведённым характеристикам в таблице 3.10.

Таблица 3.10 — Сравнительная характеристика систем виброконтроля

В связи с сравнительно невысокой стоимостью выбираем вибропреобразователь ВК-312С.

Вибропреобразователь ВК-312С представляет собой пьезоэлектрический акселерометр с согласующим усилителям и предназначен для применения в качестве аппаратуры непрерывного вибрационного контроля, защиты и вибродиагностики турбоагрегатов, питательных насосов двигателей нефтеперекачивающих и газокомпрессорных станций, вибродиагностики электрических станций и других объектов.

Общая функциональная схема вибропреобразователя приведена на рисунке 3.8.

Вибропреобразователь ВК-312С состоит из пьезоэлектрического преобразователя (далее — датчика) соединенного с согласующим усилителем (далее — предусилителем).

Вибропреобразователь ВК-312С имеет выносной предусилитель, соединенный с пьезоэлектрическим датчиком специальным кабелем. Соединение неразборно и герметично.

Суммарное сопротивление нагрузки выходной токовой линии, включая сопротивление линии связи, измерительный резистор и регистрирующий прибор для вибропреобразователя ВК-312С должно быть не более 1 кОм.

Линии связи между датчиком и предусилителем для вибропреобразователя ВК-312С выполняются из специального виброи термо — устойчивого кабеля.

Штатная длина соединительных кабелей не превышает 10 м и выбирается из ряда 3.5; 5; 10.

Соединение датчика и предусилителя герметично и неразборно.

Вибропреобразователи устанавливают на контролируемом оборудовании направлением оси основной чувствительности параллельно направлению контролируемых колебаний.

Пьезоэлектрический преобразователь преобразует механические колебания в электрический заряд, который поступает на усилитель заряда согласующего усилителя-преобразователя.

На выходе усилителя заряда формируется напряжение, пропорциональное мгновенному значению виброускорения. Это напряжение подается интегратор.

На выходе интегратора формируется напряжение пропорциональное мгновенному значению виброскорости, которое через буферный усилитель поступает на выход вибропреобразователя и на вход детектора истинного СКЗ.

Сигнал на выходе детектора СКЗ пропорционален СКЗ виброскорости контролируемого объекта.

С выхода детектора СКЗ сигнал поступает на буферный усилитель и далее на вход преобразователя напряжение-ток. На выходе преобразователя формируется унифицированный токовый сигнал «4−20 мА» пропорциональный значению виброскорости контролируемого объекта.

В таблице 3.11 представлены технические данные вибропреобразователя.

Таблица 3.11 — Технические данные и характеристики вибропреобразователя

Подшипник ротора электродвигателя или нагнетателя при работе постоянно вибрируют и вмести с ним вибрирует пьезоэлектрического преобразователь ВК-312С, посылая унифицированный токовый сигнал «4−20 мА» пропорциональный значению виброскорости контролируемого объекта.

Унифицированный токовый сигнал от вибродатчика принимает плата аналоговых входов, расположенная на БУМ.

Расположенный на плате аналоговых входов АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал, который обрабатывается вычислительными модулями контроллера.

При превышении скорости вибрации подшипников более 7,1 мм/с вычислительным модулем вырабатывается цифровые сигнал, адресованные платам дискретных выводов контроллера и плате аналоговых выводов контролёра.

В плате дискретных выводов производится прекращение подачи напряжения 24 В на выходную клемму. Эта клемма соединена с пускателем электродвигателя.

Платой аналогового вывода посредством цифро-аналогового преобразователя производится преобразование цифрового сигнала в аналоговый, который подаётся на электропневматический преобразователь для управления перепускным клапаном.

Пускатель электродвигателя при пропадании на его управляющих входах напряжения 24 В прекращает подачу питания на электродвигатель.

Также вычислительный модуль контроллера постоянно передаёт посредством интерфейса RS?485 информацию на универсальный коммутационный модуль (УКМ), который соединяет его посредством коммутационного контроллера с АРМ оператора и инженера для мониторинга уровня вибрации и других технологических параметров.

3.6 Выбор датчика давления

Для контроля давления требуется прибор с выходным сигналом 4−20 мА, погрешность не должна превышать 0,1%.

Для назначения прибора для контроля за давлением был произведён сравнительный анализ приборов, указанных в таблице 3.12.

В результате анализа бал выбран Метран-150, так как у него выходной сигнал 4−20 мА, основная погрешность состовляет не более 0,075%.

Интеллектуальные датчики давления серии Метран-150 предназначены для непрерывного преобразования в унифицированный токовый выходной сигнал и / или цифровой сигнал в стандарте протокола HART входных измеряемых величин:

— избыточного давления;

— абсолютного давления;

— разности давлений;

— давления / разрежения;

— гидростатического давления (уровня).

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.

Улучшенный дизайн и компактная конструкция. Поворотный электронный блок и ЖКИ. Высокая перегрузочная способность. Защита от переходных процессов. Внешняя кнопка установки «нуля»

Технические характеристики указаны ниже.

Измеряемые среды: жидкости, в т. ч. нефтепродукты; пар, газ, газовые смеси.

Таблица 3.12? Приборы для контроля за давлением

Диапазоны измеряемых давлений:

— минимальный 0 — 0,025 кПа;

— максимальный 0 — 68 МПа Выходные сигналы:

— 4−20 мА с HART протоколом;

— 0−5 мА Основная приведенная погрешность составляет до ± 0,075%.

Диапазон температур окружающей среды составляет от минус 55 до плюс 80 °C.

Дополнительные возможности:

— перенастройка диапазонов измерений 100:1;

— высокая стабильность характеристик;

— взрывозащищенное исполнение вида «искробезопасная цепь и «взрывонепроницаемая оболочка»

— гарантийный срок эксплуатации 3 года;

— межповерочный интервал 3 года.

Устройство и принцип работы датчика Метран-150 фланцевого исполнения (рисунок 3.10 а). Измерительный блок датчиков этих моделей состоит из корпуса 1 и емкостной измерительной ячейки Rosemount 2. Емкостная ячейка изолирована механически, электрически и термически от измеряемой и окружающей сред. Измеряемое давление передается через разделительные мембраны 3 и разделительную жидкость 4 к измерительной мембране 5, расположенной в центре емкостной ячейки. Воздействие давления вызывает изменение положения измерительной мембраны 5, что приводит к появлению разности емкостей между измерительной мембраной и пластинами конденсатора 6, расположенным по обеим сторонам от измерительной мембраны. Разность емкостей измеряется АЦП и преобразуется электронным преобразователем в выходной сигнал.

Датчики Метран-150 штуцерного исполнения. В измерительных блоках моделей TG, TGR, TA, ТАR используется тензорезистивный тензомодуль на кремниевой подложке. Чувствительным элементом тензомодуля является пластина 1 из кремния с пленочными тензорезисторами (структура КНК / кремний на кремнии). Давление через разделительную мембрану 3 и разделительную жидкость 2 передается на чувствительный элемент тензомодуля. Воздействие давления вызывает изменение положения чувствительного элемента, при этом изменяется электрическое сопротивление его тензорезисторов, что приводит к разбалансу мостовой схемы (рисунок 3.10 б). Электрический сигнал, образующийся при разбалансе мостовой схемы, измеряется АЦП и подается в электронный преобразователь, который преобразует это изменение в выходной сигнал. В моделях 150ТА и 150ТАR полость над чувствительным элементом вакууммирована и герметизирована.

Датчик предназначены для работы со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами централизованного контроля и системами управления, воспринимающими стандартные сигналы постоянного тока 0−5 или 0−20 или 4−20 мА, цифрового сигнала на базе HART — протокола и цифрового сигнала на базе интерфейса RS-485 С протоколами ICP или обмена Modbus.

Таким образом, по двухпроводной связи передается два типа сигналов — аналоговый сигнал 4−20 мА и цифровой сигнал на базе протокола HART, который накладывается на аналоговый выходной сигнал датчика, не оказывая на него влияния.

Функционально электронный преобразователь (рисунок 3.11) состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), блока памяти АЦП, микроконтроллера с блоком памяти, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), стабилизатора напряжения, фильтра радиопомех и блока регулировки и установки параметров для преобразователя. Кроме того в электронные преобразователи RS-485 входит ЖК индикатор.

Конструктивно АЦП, блок памяти АЦП размещаются на плате АЦП, которая объединяется с измерительным блоком в сборочную единицу — сенсор давления. Остальные элементы функциональной схемы размещаются в корпусе электронного преобразователя. Плата АЦП принимает аналоговые сигналы преобразователя давления, р и температуры Ut, и преобразовывает их в цифровые коды.

Энергонезависимая память предназначена для хранения коэффициентов коррекции характеристик сенсорного блока и других данных.

Блок регулирования и установки параметров предназначен для изменения параметров датчика. Элементами настройки являются кнопочные переключатели, расположенные под крышкой.

Для контроля, настройки параметров, выбора режимов работы и калибровки датчиков с кодом МП, МП1 используется индикаторное устройство.

Индикаторное устройство может быть установлено в корпусе электронного преобразователя и подключено к плате микропроцессорного электронного преобразователя.

Индикаторное устройство может быть выполнено в виде отдельного устройства выносной индикатор (ВИ) и подключаться с помощью разъема.

3.7 Электропневматический позиционер ЭПП 300

Электропневматический позиционер ЭПП 300 (рисунок 3.12) является регулятором в следящей системе, который обеспечивает заданную координацию положения пневматического исполнительного механизма поступательного или поворотного действия (регулируемой величины) и командного сигнала (задающей величины). В зависимости от выбранного режима работы, задающей величиной может быть аналоговый сигнал постоянного тока Iу = 4…20 мА, команда, переданная по каналу цифрового обмена HART или задание, введенное оператором вручную.

Структурно ЭПП 300 состоит из трех блоков: блока электроники, электропневматического блока и блока обратной связи.

Блок электроники является информационной системой на базе микропроцессора и предназначен для обработки команд HART-протокола, сигналов управления и обратной связи, питания всех подсистем ЭПП, индикации и кнопочного управления его состоянием в момент настройки и работы. Электропневматический блок представляет собой дискретный двухкаскадный двухканальный усилитель-преобразователь с электропъезоклапаном в первом каскаде и одномембранным пневмоусилителем — во втором. Объединенный выход вторых каскадов обеспечивает питание исполнительного механизма в режиме нагнетания и сброса. Блок обратной связи предназначен для выдачи электрического сигнала, пропорционального текущему положению исполнительного механизма. Этот блок выполнен на основе поворотного потенциометра и одноступенчатого шестеренного редуктора.

ЭПП 300 имеет встроенный HART-модем, монтажно размещенный на единой плате с электроникой управления позиционера. HART-модем позволяет по токовой петле обеспечивать обмен информацией с операторской, при этом имеется возможность управления как по аналоговой, так и по HART-линии.

Наличие такого модема существенно облегчает интеграцию ЭПП 300 в современной АСУТП. Перед переходом в рабочий режим ЭПП 300 производит автоматическую настройку параметров закона управления и определение границы крайних положений ИМ. В дальнейшем, параметры закона управления могут корректироваться вручную.

ЭПП 300 может работать в ручном или автоматическом режиме. В автоматическом режиме источником управления могут быть: ручной ввод, токовая петля или команда HART — протокола. ЭПП 300 позволяет задавать любые значения токового управляющего сигнала для минимального и максимального положения ИМ в пределах 4…20 мА, в том числе использовать инверсную характеристику управления. Эти функциональные возможности ЭПП 300 используются, если необходимо управлять двумя и более регулирующими клапанами одним управляющим сигналом. Например, первый регулирующий клапан работает в диапазоне 4…12 мА, а второй — в диапазоне 12…20 мА. При этом повышается точность и КПД в зоне работы каждого регулирующего клапана. ЭПП позволяет также производить регулирование в произвольном диапазоне хода регулирующего клапана, например, в диапазоне 20%…30% и т. д.

Дополнительно ЭПП позволяет:

? задавать 6 видов нелинейной характеристики Kv=f (h), где h-ход регулирующего клапана;

? выводить диагностическую информацию о работе регулирующего клапана: количество срабатываний пьезоклапанов, суммарный ход штока, и т. д.

? реализовать функцию «дожатия» при закрытии (открытии) регулирующего клапана;

? измерять утечки из пневмопривода и соединительных трубопроводов;

? производить калибровку АЦП.

Технические параметры ЭПП300 представлены в таблице 3.13

Таблица 3.13? Технические параметры ЭПП300

3.8 Система антипомпажного регулирования

Система антипомпажного регулирования (рисунок 3.4) управляет стабильностью с использованием четырех ПИД регулируемых управляющих контуров. Когда агрегат работает выше точки мин. нагрузки и ниже точки макс. нагрузки, давление регулируется управляющим контуром впускного клапана. При работе агрегата при мин. нагрузке давление регулируется управляющим контуром перепускного клапана и ток двигателя регулируется управляющим контуром ограничения дросселирования. Когда агрегат работает при макс. нагрузке, компрессор регулируется управляющим контуром ограничения максимальной нагрузки. Для каждого ПИД-контура, пропорциональные и интегральные параметры используются для стабилизации системы Пропорциональные и интегральные параметры обозначены названиями соответствующих контуров: впускной клапан, перепускной клапан, ограничение дросселирования и ограничение максимальной нагрузки.

Минимальная нагрузка, Нагрузка, Полная нагрузка и Максимальная нагрузка. Эти состояния чередуются по мере изменения потребности в сжатом воздухе. «Минимальная нагрузка» (MinLoad) означает, что перепускной клапан контролирует давление, а впускной клапан поддерживает значение уставки минимальной нагрузки. «Нагрузка» (Loaded) означает, что впускной клапан контролирует давление, а перепускной клапан при этом закрыт. «Полная нагрузка» (Full Load) происходит, когда впускной клапан достиг полностью открытого или 100% положения. «Максимальная нагрузка» (MaxLoad).

означает, что впускной клапан поддерживает значение уставки максимальной нагрузки для предотвращения повреждения электродвигателя. В обоих состояниях (Полная и Максимальная нагрузка) давление в системе будет ниже давления уставки.

Контроллер определяет помпаж по резкому изменению давления на выходе из последней ступени компрессора одновременно с резким изменением силы тока в обмотках электродвигателя, определяемым посредством трансформатора тока.

4. Антипомпажный расчет для регулирования компрессора

Любой осевой или центробежный компрессор характеризуется минимальным массовым расходом, ниже которого происходит помпаж. В зависимости от условий применения минимальный массовый расход можно поддерживать, либо направляя часть потока со стороны нагнетания на вход компрессора, либо выбрасывая часть газа на стороне нагнетания в атмосферу. Увеличение массового расхода рециркулирующего или выбрасываемого в атмосферу газа отражается на других параметрах процесса (например, снижается давление нагнетания), поэтому для ограничения колебаний указанных переменных нужно использовать антипомпажное регулирование.

Итак, компрессору, работающему в условиях динамического управления, необходимо антипомпажное регулирование для изменения в нужных пределах объема рециркулирующего или выбрасываемого в атмосферу газа. Основные функции такого регулирования:

? защита компрессора от повреждений, обусловленных помпажем и технологическими нарушениями, без ущерба для энергетического кпд или мощности системы;

? удержание некоторых важных для процесса переменных в безопасном или приемлемом диапазоне.

Кроме того, антипомпажное регулирование используется для минимизации негативных взаимодействий между собственными управляющими воздействиями и воздействиями других контуров управления компрессора. Если компрессор является компонентом сети параллельных агрегатов, антипомпажный регулятор способствует также эффективному распределению общей нагрузки в такой сети.

Принцип предотвращения помпажа. Компрессор, работающий в условиях динамического регулирования, представляет собой устройство для увеличения энергосодержания проходящего через него газа. Его работу можно представить кривой зависимости между наращиванием удельного энергосодержания газа (обычно выражаемого через напор) и объемным расходом.

Подобные компрессорные карты можно представить в разных системах координат:

? напор можно представить в виде единичной переменной (например, как давление нагнетания), простой функции (например, как степень сжатия) или сложной функции многих переменных (например, как политропный напор);

? расход можно представить в виде результата какого-либо простого измерения (например, падения давления на диафрагме в линии всасывания или нагнетания) или сложной функции (например, объемного расхода в линии всасывания с компенсацией по давлению и температуре).

Почти во всех системах координат зависимость между переменными напора и расхода определяется одной или несколькими дополнительными переменными. Например, скоростью вращения или углом наклона направляющих лопаток, следовательно, компрессорная карта обычно представляет собой совокупность характеристических кривых, каждая из которых отображает работу компрессора при конкретной скорости вращения и угле наклона лопаток. Такие кривые всегда показывают, что увеличение удельного энергосодержания газа, а, следовательно, давления нагнетания, растет с уменьшением объемного расхода.

Кроме того, любая конкретная совокупность особенностей процесса по технологическому потоку может быть представлена кривой сопротивления. Подобные кривые показывают, что увеличением давления обусловливается рост объемного расхода. На рисунке 4.1 представлена кривая сопротивления сети и линия границы помпажа.

Политропический напор определяется выражением:

где Нр? политропический напор нагнетателя, Дж/кг;

Qs? объёмный расход на всасывании, м3/ с;

Х — угол наклона ведущий в рабочую точку;

Y — угол наклона линии границы помпажа.

В любой конкретный момент работу компрессора можно отобразить какой-либо одной характеристической кривой, а нагрузку компрессора какой-либо одной кривой сопротивления сети. Работа в установившемся режиме имеет место, когда фактические давление нагнетания и расход (т.е. рабочая точка) удовлетворяют обеим кривым.

С ростом сопротивления рабочая точка смещается вверх и влево (поскольку для поддержания неизменного расхода требуется более высокое давление).

В результате этого наступает момент, когда компрессор уже не способен увеличивать энергосодержание газа настолько, чтобы преодолевать возросшее сопротивление сети, и достигается точка минимально устойчивого расхода и максимального напора. Все подобные точки определяют кривую, называемую линией границы помпажа (SLL).

Попытка работать слева от линии границы помпажа обусловливает возникновение помпажа. Объемный расход и давление нагнетания начинают резко пульсировать, если сопротивление сети не снизить до уровня, достаточного для восстановления устойчивой рабочей точки, тогда защитные устройства останавливают компрессор или происходит поломка компрессора. Функция антипомпажного регулятора состоит в том, чтобы удерживать рабочую точку справа от линии границы помпажа, это достигается открытием антипомпажного клапана для возврата части газа со стороны нагнетания на сторону всасывания или выброса части газа в атмосферу с целью поддержания необходимого минимального объемного расхода.

Однако чтобы добиться требуемого увеличения объемного расхода до того, как в компрессоре начнется помпаж, управляющее воздействие необходимо осуществить, прежде чем рабочая точка достигнет границы помпажа. Для любой характеристической кривой точка, в которой регулятор должен инициировать открытие клапана, называется точкой контроля помпажа. Геометрическое место таких точек определяется как линия контроля помпажа, расстояние между этой линией и линией границы помпажа называют пределом безопасности, а зону слева от линии контроля помпажа — зоной контроля помпажа. Степень открытия клапана необходимо увеличивать всякий раз, когда рабочая точка оказывается в зоне контроля помпажа.

Далее рассмотрено вычисление переменных технологического процесса, производимое алгоритмом регулирования.

Отношение давлений. Отношение давлений в компрессоре является отношением давления на нагнетании к давлению на всасе:

(4.1)

где Pd — давление на нагнетании;

Ps — давление газа на входе в нагнетатель.

Отношение температур. Отношение температур является отношением температуры на нагнетании к температуре на входе в нагнеитатель:

(4.2)

где Тd — температура на нагнетании;

Тs — температура газа на входе в компрессор.

Приведенный политропный напор. Процесс политропного сжатия газа (термодинамический процесс, характеризующийся постоянной теплоемкостью газа), рассчитывается по формуле:

(4.3)

где hr — приведенный политропный напор;

у — функция показателя политропы.

Для расчета функции показателя политропы используется следующее уравнение:

=, (4.4)

Измерение температуры значительно запаздывает во время пуска. Поэтому, когда компрессор запускается, регулятор придает функции показателя политропы заданное значение, принятое по умолчанию.

Политропный КПД. Политропный КПД (зp) вычисляется контроллером по формуле:

(4.5)

где Cз — коэффициент политропного КПД.

Политропная мощность. Политропная мощность (Pp) вычисляется в контроллере по формуле:

(4.6)

где Cp — коэффициент политропной мощности;

W — массовый расход.

Массовый расход. Массовый расход рассчитывается по данным измерения температуры и давления. Предполагая, что изменения состава газа и сжимаемости незначительны, получим формулу для расчета массового расхода (W) через диафрагму:

(4.7)

где CW — коэффициент расхода;

— перепад давления;

Pfe — абсолютное давление в месте установки сужающего;

Tfe — абсолютная температура в месте установки сужающего устройства.

Расход потребителя. Расход потребителя (Quser) вычисляется вычитанием расхода рециркуляции (Qrec) из массового расхода через компрессор (W), Quser = W — Qrec.

(4.8)

где CQ rec — коэффициент расхода на линии рециркуляции;

fQ rec (Out) — корректирующая функция расхода рециркуляции;

fQ rec (Rc) — корректирующая функция отношения давлений.

Для предотвращения помпажа при минимальной рециркуляции рабочей среды антипомпажный регулятор рассчитывает переменную, характеризующую положение рабочей точки, которая всегда имеет одно и то же значение, когда рабочая точка оказывается на линии границы помпажа. В контроллере принят следующий подход. Рассчитывается угол наклона прямой, соединяющей начало координат и рабочую точку, и прямой, соединяющей начало координат и соответствующую точку на границе помпажа (рисунок 4.2, где показана характеристика компрессора).

Отношение угла наклона прямой, проходящей через рабочую точку к углу наклона прямой, проходящей через точку границы помпажа, определяет положение рабочей точки относительно точки границы помпажа:

(4.9)

Это отношение, умноженное на масштабный коэффициент (K) используется используется в контроллере для получения переменной Ss

«Близость рабочей точки к границе помпажа»:

(4.10)

где К — коэффициент наклона точек линии границы помпажа.

Коэффициент К выбирается из условия, что значение Ss равняется единице, если рабочая точка компрессора находится на линии границы помпажа; оно меньше единицы, если рабочая точка находится в зоне стабильной работы компрессора, расположенной справа от линии границы помпажа, и оно больше единицы, если компрессор находится в помпаже, а его рабочая точка находится в зоне, расположенной слева от линии границы помпажа.

Если для точного отображения режима работы компрессора необходима многомерная поверхность (например, в случаях, когда приведенная частота вращения и угол поворота направляющего аппарата могут изменяться), то близость рабочей точки к границе помпажа будет функцией этих переменных в дополнение к напору и расходу. В таких случаях, если значение третьей координаты известно, то положение рабочей точки относительно точки границы помпажа может быть определено как функция основных координат (x и y) и третьей координаты (z). Поэтому, чтобы использовать метод расчета близости рабочей точки к границе помпажа для случаев, где требуется применение многомерных координатных систем, контроллер позволяет пользователю определить параметры: f (y) = f 1 (Rc) и X = dPoc функции Ss и до двух функций коррекции линии границы помпажа (f2 и f3), тогда Ss:

(4.11)

где f1 (Rc) — функция отношения давлений в компрессоре;

f2 (n) — функция частоты вращения компрессора;

ДРo — вычисленный расход.

(4.12)

где б — коэффициент расхода;

F — площадь поперечного сечения всасывающего патрубка.

Уравнение (4.12) лежит в основе используемого в системе вычислительного алгоритма, для работы которого определяются входящие в уравнение (4.12) параметры режима: Рs, Рd, ДРo, n.

Контроллер определяет близость компрессора к границе помпажа (Ss), как расстояние между рабочей точкой и линией границы помпажа (SLL). Как показано на рисунке 4.3 регулятор также определяет ряд линий регулирования, которые используются для расчета управляющих воздействий. Эти линии определяются относительно линии SLL. При пересечении рабочей точкой линий регулирования производятся различные воздействия: — когда рабочая точка находится слева от линии SCL, воздействие антипомпажного ПИ-регулирования, увеличивает расход рециркуляции или уменьшает его, если рабочая точка находится справа от линии SCL;

— дифференцирующее воздействие перемещает линию SCL вправо, если рабочая точка более быстро перемещается по направлению к линии SLL;

— воздействие «Recycle Trip» ступенчато открывает антипомпажный клапан, если рабочая точка находится слева от линии «Recycle Trip» (RTL).

— воздействие «Safety On» перемещает линии SCL и RTL вправо, если рабочая точка находится слева от линии Safety On (SOL);

— воздействие плотного закрытия клапана полностью закрывает антипомпажный клапан, если рабочая точка перемещается вправо от линии плотного закрытия клапана (TSL) и выход регулятора находится на ограничителе нижнего уровня.

Алгоритм ПИ регулирования. Расстояние между линией SLL и SCL определяется запасом по расходу (b), который является суммой первоначального запаса по расходу b1, воздействие Safety On (CRSO) и дифференцирующее воздействие CRD:

b = b1 + CRSO + CRD, (4.13)

Положение рабочей точки относительно линии SCL определяется с помощью значения переменной «Близость рабочей точки к границе помпажа» и запаса по расходу:

S = Ss + b · f4 (ДPo)=1, (4.14)

Величина ошибки регулирования «е» определяется:

е = 1-S, (4.15)

Газодинамические характеристики компрессора «Центак» позволяют использовать зависимость f4 (ДPo) = 1, поэтому линия настройки вычисляется исходя из выражения:

S = Ss+b. (4.16)

Алгоритм ступенчатого открытия АПК. Линия «Recycle Trip Line» (RTL), определяет оперативный предел, при превышении которого воздействие «Recycle Trip» будет ступенчато открывать клапан. Расстояние между линиями RTL и SLL определяется вычитанием заданного расстояния «Recycle Trip» (RT) из первоначального запаса по расходу (b1) и воздействия «Safety On» (CRSO):

(b1 + CRSO — RT) · f4 (ДPo), (4.17)

Алгоритм самонастройки системы. Safety On (SO) — это алгоритм параметрической самонастройки системы. Он обеспечивает защиту компрессора при ошибках и непредвиденных действиях оператора или обслуживающего персонала, а также при существенных изменениях характеристик компрессора в процессе эксплуатации, либо когда компрессор оказывается под действием более сильных возмущений, чем это предполагалось при первоначальном выборе настроек.

Условие вступления алгоритма SO в работу:

SS — SO • f4 (ДPo) = SS — SO = 1, (4.18)

где SO — уставка алгоритма, при достижении которой режим нагнетателя идентифицируется как помпаж.

Линия плотного закрытия клапана (TSL). Расстояние между линиями TSL и SCL определяется с помощью корректирующей функции линии регулирования f4 (ДPo) и расстояния Tight Shutoff (TSO)

S + d1 • f4 (ДPo) = S + d1? 1, (4.19)

где d1 — уставка срабатывания алгоритма.

Расчёт настроек антипомпажного регулятора произведён следующим образом.

В контроллере осуществляется первичная обработка информации, а именно, аналого-цифровое преобразование, проверка исправности датчиков и каналов связи, оценка достоверности параметров, фильтрация помех и нормирование сигналов.

Антипомпажный регулятор на основе измеренных параметров формирует косвенную переменную (критерий S). Выражение для расчета критерия S имеет следующий вид (совместный вид формул (4.12) и (4.14)):

Задача состоит в расчёте функций f1 (Rc), f (n) и получении значений этих функций в виде, приемлемом для их ввода вместе со значениями аргументов в регулятор. Расчет ведется для точек, лежащих на линии границы помпажа, то есть b=0 и S=1. Поскольку коэффициент К фактически представляет собой котангенс угла наклона луча, проходящего из начала координат через рабочую точку, удобно принять К=0,5. Являясь параметром вводимым при настройке контроллера, коэффициент К может задаваться в диапазоне от 0 до 1. Выбор расчетного значения К=0,5 оставляет достаточный запас в обе стороны для подстройки его во время пуска на объекте. В таком случае формула 4.20 принимает вид:

Теперь уравнение 4.21 может быть решено относительно функции f1 (Rc):

Аргумент n функции f (n) вычисляются по выражению:

где nmin — минимальный предел изменения скорости вращения, рад/с;

nmax — максимальный предел изменения скорости вращения, рад/с.

Рассчитываемые функции f1 (Rc) и f (n) задаются контроллеру в виде координат десяти точек. Значения функции для промежуточных значений аргумента вычисляются контроллером посредством линейной интерполяции.

Два крайних значения аргумента Rс функции f1 (Rc), зафиксированы в контроллере в виде величин 0 и 9,99. Остальные точки выбираются произвольно в этом диапазоне изменения аргумента. Целесообразно, располагая в возрастающей последовательности, задать второму значению 1,00, а последующие семь значений, выбрать так, чтобы они наилучшим образом отражали рабочую часть характеристики компрессора. Аналогично для функции f (n) два крайних значения аргумента n зафиксированы в контроллере значениями 0 и 1,00.

Ниже приведён антипомпажный расчет для регулирования компрессора «Центак». По газодинамическим характеристикам компрессоров определяются исходные данные для расчета:

PS — номинальное давление во всасывании компрессора, МПа;

ТНОМ — температуру газа во всасывании компрессора, K;

QS — номинальный расход в условиях всасывания, м3/мин;

nн — номинальная частота вращения вала компрессора, об/мин;

R — газовая постоянная, Дж/(моль· К);

РS = 0,01 МПа;

QS = 65 м³/мин;

Tн пр = 35 °C = 308 K;

nн = 515 рад/с;

Zпр = 0,89;

Z = 0,9;

Rпр = 51,8 Дж/(моль· K);

P0 = 0,5 (в относительных единицах от РS);

R = 52 Дж/(моль· K).

Таким образом на газодинамической характеристике наносим точку, соответствующую номинальному режиму, используя формулу приведения:

. (4.24)

В дополнении к указанным выше обозначениям, «Пр» означает приведенный, а индекс «Н» — номинальный. Значения параметров приведения указываются на характеристиках каждого компрессора. Находим на характеристике компрессора точку, соответствующую приведенному номинальному расходу и номинальной приведенной скорости вращения (рисунок 4.4). Поскольку в данном случае подкоренное выражение практически равно 1, имеем для номинального режима:

Qпр присвоим значение QS, то есть 65 м³/мин.

Это соответствует точке, А на прилагаемой характеристике нагнетателя. На графике характеристики компрессора выбираем семь значений приведенных относительных скоростей вращения и вычисляем соответствующую частоту вращения для каждой точки. Точки получаются путём пересечения линии помпажа характеристик компрессора. Для первой точки имеем:

n = 0,85 · nн,

n = 0,85 · 515 = 438 рад/с.

Аналогично частоты вращения в остальных точках (таблица 4.2).

По графику (см. рисунок 4.4) определяются значения приведённого расхода.

Qпр, и степени сжатия Rс в помпажных точках и заносятся в таблицу 4.3.

Таблица 4.2 — Результаты расчета частот вращения в точках помпажа

Таблица 4.3 — Значения расхода и степени сжатия в помпажных точках

Используя кривую для политропного напора и формулу 4.12, вычисляем значения показателя политропы у в помпажных точках (таблица 4.4). Для первой точки имеем:

Таблица 4.4 — Результаты расчета политропного показателя

По формуле 4.1 вычисляем значения функции f1 (Rc) (таблица 4.5), для первой помпажной точки имеем:

Таблица 4.5 — Расчетные значения функции f1 (Rc)

Расчет функции f (n) производится следующим образом. При отсутствии калибровочных характеристик или точного значения коэффициента расхода для конкретного сужающего устройства перепад P0, соответствующий номинальному расходу Qпр, может быть принят равным половине максимального перепада, то есть P0 = 0,5. Используя значения номинальных скоростей вращения и рассчитанные ранее значения расходов в помпажных точках, рассчитываем значения перепадов в этих точках по формуле:

Результаты расчета значений перепадов давления приведены в таблице 4.6.

Таблица 4.6 — Значения перепадов давления

Используя формулу (4.22), производим расчёт функции f (n) для первой точки:

Диапазон измерения частоты вращения примем от nmin = 0 об/мин до

nmax = 620 об/мин. Тогда ряд значений n' = n/nmax и соответствующая функция f (n), будут равны:

Аналогично вычисляются значения функции f (n) в остальных точках:

n': 0,69; 0,74; 0,70; 0,82; 0,86; 0,90; 0,93;

f (n): 2,59; 2,65; 2,67; 2,72; 2,82; 2,98; 3,23.

Результаты расчётов для всех компрессоров сведены в таблицах 4.7 и 4.8.

Таблица 4.7 — Значения функции f1 (Rc) для антипомпажных регуляторов

Таблица 4.8 — Значения функции f (n) для антипомпажного алгоритма

Таким образом, используя значения функции, аппроксимирующей приведенный политропный напор f1 (Rc), нашли функцию, характеризующую изменение границы помпажа в зависимости от скорости вращения n. Функция f1 (Rc) закладывается в контроллер как базовое значение перед проведением помпажных тестов.

4.2 Выбор SCADA системы

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, Диспетчерское управление и сбор данных) — представляет собой процесс сбора информации реального времени с удаленных объектов с целью ее обработки и анализа, а также управления удален объектами.

Структурное построение SCADA-систем предполагает наличие трех основных компонентов:

? RTU (Remote Terminal Unit) — удален терминальное устройство (нижний уровень АСУТП: промышленные компьютеры, ПЛК);

? диспетчерский пункт управления (верх уровень);

? коммуникационная система.

Основные задачи, решаемые SCADA-системой:

? обеспечение обмена данными в реальном времени с устройствами сопряжения с объектом — промышленными контроллерами, терминальными устройствами и пр.;

? обработка данных в реальном времени (масштабирование переменных);

? визуализация на мониторах и терминалах хода технологического процесса в удобной для человека форме;

? обеспечение хранения технолог информации в базе данных реального времени;

? ведение контроля измеряемых параметров, реализацию аварийной сигнализации и протокола тревожных событий;

? генерацию отчетов о ходе течения технолог процессов;

? предоставление данных внешним системам уровня управления предприятием.

Выбор SCADA системы будем проводить по характеристикам, указанным в таблице 4.9.

Анализируя данные приведённые в таблице 4.9 можно выделить систему Trace Mode V6, как самую дешевую из рассмотренных. Однако в функции исполнительного модуля не входит архивирование данных, что определяет выбор Master SCADA V3.1.

4.3 Программа управления компрессором

Для разработки программного обеспечения (ПО) современных программируемых логических контроллеров (ПЛК), имеющих встроенную операционную систему, можно использовать как традиционные инструментальные средства (компиляторы языков СИ, Паскаль, и т. д.), так и специализированные языковые средства.

Программирование на языке низкого уровня (Assembler) и языках высокого уровня требует программиста высокой квалификации, дополнительных знаний особенностей операционной системы и аппаратных.

Таблица 4.9? Характеристики для анализа SCADA системвозможностей контроллера. Переносимость программ на другую аппартно-программную платформу плохая

Программы, написанные на специализированных языках, имеют полную переносимость на другие процессоры (при наличии системы исполнения специализированного языка), более приближены к особенностям систем автоматизации и не требуют дополнительных знаний от разработчика.

К классу CASE-инструментов (Computer Aided Software Engineering) — инструментам компьютерной поддержки разработки программ — относится система ISaGRAF.

Система ISaGRAF состоит из двух частей: системы разработки ISaGRAF Workbench и системы исполнения ISaGRAF Target. Система разработки представляет собой набор Windows-приложений, интегрированных в единую инструментальную среду и работающих под операционной системой (ОС) Windows 7.

Основу системы исполнения составляет набор программных модулей (для каждой целевой системы свой), выполняющих самостоятельные задачи, под управлением ядра ISaGRAF.

Ядро ISaGRAF реализует поддержку стандартных языков программирования, типового набора функций и функциональных блоков и драйверов ввода / вывода. Задача связи обеспечивает поддержку процедуры загрузки пользовательского ISaGRAF-приложения со стороны программируемого контроллера, а также доступ к рабочим переменным этого приложения со стороны отладчика системы разработки ISaGRAF. Взаимодействие систем разработки и исполнения осуществляется по протоколу MODBUS, что дает возможность доступа к данным контроллера не только отладчику ISaGRAF, но и любой системе визуализации и управления данными (SCADA). Драйверы устройств сопряжения с объектом организуют прозрачный доступ к аппаратуре ввода / вывода. Функции пользователя реализуют процедуры и алгоритмы функций. Системные функции предназначены для описания специфики конкретной ОС, реализованной на данном типе контроллеров.

В ISaGRAF заложена методология структурного программирования, позволяющая пользователю представить автоматизированный процесс в наиболее легкой и понятной форме. Стандартом МЭК 61 131−3 определяется пять языков: три графических (SFC, FBD, LD) и два текстовых (ST, IL) Помимо этих языков, ISaGRAF предлагает язык блок-схем (Flowchart). Все эти языки программирования интегрированы в единую инструментальную среду и работают с едиными объектами данных.

SFC — графический язык последовательных функциональных схем (Sequential Function Chart). Управляющая программа представляется последовательностью шагов, разделяемых переходами. Язык хорошо приспособлен для программирования задач логического управления.

LD — графический язык релейной логики (Ladder Diagram). Язык LD применяется для описания логических выражений и для решения задач в виде релейно-контактных схем автоматики.

ST — язык структурированного текста (Structured Text). Это язык высокого уровня, по синтаксису похож на Паскаль и применяется для программирования сложных логических и вычислительных процедур, которые трудно описать графическими языками.

FBD — графический язык функциональных блоковых диаграмм (Functional Block Diagramm), с помощью которого программа представляется из различных функциональных блоков (арифметических, тригонометрических, регуляторов, мультиплексоров и т. д.) Язык удобен для программирования задач, например вычислительного характера, решение которых может быть представлено функциональной схемой.

IL — язык инструкций (Instruction List) — язык низкого уровня, похож на Ассемблер и является высокоэффективным для небольших программ или для оптимизации отдельных частей сложных программ при наличии требований высокого быстродействия, экономии памяти.

В настоящем дипломном проекте разработана программа управления компрессором.

Вначале, если имеется подпор воздухом ротора компрессора (IpodK 0,4−0,7 МПа), запускается насос предварительной смазки (Ups). Он работает 120 секунд, что позволяет насосу предварительной смазки компрессора обеспечить циркуляцию масла внутри корпуса компрессора. По истечении 120 секунд, при температуре масла (ItMAS) не менее 35 С, давлении масла (IpMAS) не менее 0,154 МПа, наличии сигнала с реле минимального потока охлаждающей воды (Iwater) и если дан сигнал на запуск (PUSK) то выдаётся сигнал на пуск электродвигателя (Ued). После подачи сигнала на запуск включается пусковой таймер T2, который отсчитывает 60 секунд. Целью данного таймера является предотвращение работы компрессора на критических скоростях в течение продолжительного периода. В течение этого периода уставки предупреждающего сигнала вибрации поднимаются (повышается IvibrUS от 4,5 до 7,1 мм/с), чтобы дать компрессору возможность пройти зону критических скоростей. После «пуска» компрессора уставки предупреждающего сигнала возвращаются к исходным значениям. Аналогичная процедура происходит и с защитой от повышенной температуры статора (ItSTAT) (ItSTATus повышается от 100 С до 130 С) электродвигателя (ItSTAT) и масла (ItMASus повышается от 45 С до 50 С).

При получении сигналов с датчиков вибрации о наличии вибрации более 4,5 мм/с выдаётся предупреждающий сигнал UvibrAL.

Электродвигатель останавливается, если нажата кнопка аварийного останова (Ialarm), вибрация валов электродвигателя и ступеней компрессора (Ivibr) более 7,1 мм/с, температура масла (ItMAS) в пределах 35−45 С, отсутствует сигнал с датчика минимального потока охлаждающей воды, нет наличия давления приборного воздуха 0,4−0,7 МПа, при помпаже (Ipvoz/1 сек. 0,2 МПа, IiOBM 1 А/сек.). При этом выдаётся сигнал авария (Ualarm).

При подачи сигнала на разгрузку (Irazgr) компрессор разгружается. При этом двигатель работает, клапан К1 открыт на 100%, клапан К2 открыт на 10%.

Модуляция поддерживает давление на выходе системы на заданном уровне давления в системе (IpTREB), установленном оператором CMC. По достижении полной нагрузки компрессор работает при постоянном давлении до тех пор, пока потребитель не переключится на режим разгрузки или не будет нажата аварийная кнопка.

Управление выполняется путем модуляции впускного клапана К2 (UregZk2) в пределах диапазона регулирования компрессора. Когда потребности системы ниже минимального установленной производительности, давление на выходе (IpPOK) поддерживается модуляцией перепускного клапана К1 (UregZk1) и сбросом некоторого количества или всего воздуха в атмосферу. При каждом открытии перепускного клапана впускной клапан остается в положении соответствующего минимальному диапазону регулирования. Модуляция обеспечивает постоянное давление на выходе путем регулирования производительности от проектной до нуля.

При нажатии кнопки СТОП производится остановка компрессора, при этом запускается насос предварительной смазки. После истечении 60 секунд (Т4) насос предварительной смазки останавливается, копрессор переходит в исходное состояние.

Перечень входных и выходных сигналов приведен в таблице 4.10.

Таблица 4.10 — Перечень сигналов

Далее приведен листинг программы на языке ST.

CASE Z OF

0: Ups:= FALSE;

Ued:= FALSE;

UregZk1:= 100;

UregZk2:= 10;

POMP:= FALSE;

IF (IpodK>4)

AND (IpodK<7)

AND (NOT (Ualarm))

AND PUSK

AND NOT (STOP)

THEN

Ups:= TRUE;

T1:= t#0s;

TSTART (T1);

Z:= 1;

ELSIF RESET

THEN

Z:= 3;

END_IF;

1:IF T1>t#12s

THEN

IF (ItMAS>35) AND (IpMAS>154)

AND Iwater

AND PUSK

THEN

TSTOP (T1);

Ups:= FALSE;

Ued:= TRUE;

T2:= t#0s;

TSTART (T2);

IvibrUS:= 12;

ItSTATus:= 130;

ItMASus:= 50;

Z:= 2;

ELSE

TSTOP (T1);

Z:= 2;

END_IF;

END_IF;

2:IF T2>t#6s

THEN

TSTOP (T2);

IvibrUS:= 7;

ItSTATus:= 100;

ItMASus:= 45;

UregZk1:= 0;

Z:= 3;

END_IF;

3:IF not (Ivibr<7)

THEN

UvibrAL:= TRUE;

ELSE

UvibrAL:= FALSE;

END_IF;

IF NOT ((NOT (Ialarm))

AND (NOT (Ivibr>12))

AND (NOT (ItMAS>45))

AND (NOT (ItMAS<35))

AND (NOT (NOT (Iwater)))

AND (NOT (IpodK<4))

AND (NOT (IpodK>7))

AND (NOT (ItSTAT>ItSTATus))

AND (NOT (POMP)))

THEN

Ued:= FALSE;

Ualarm:= TRUE;

z:= 0;

ELSIF

STOP

THEN

Ued:= FALSE;

Ups:= TRUE;

T4:= t#0s;

TSTART (T4);

z:= 7;

ELSIF RESET

THEN

Ualarm:= FALSE;

UvibrAL:= FALSE;

z:= 0;

ELSE IF

Irazgr

THEN

z:= 6;

ELSE

POMP:= FALSE;

T3:= t#0s;

Ip1:= Ipvoz;

Ii1:= IiOBM;

TSTART (T3);

z:=4;

END_IF;

END_IF;

4:IF T3>t#15s THEN

Ip2:= Ipvoz;

Ii2:= IiOBM;

IpUS:= 5;

IiUS:= 2;

Ip:= Ip1-Ip2;

Ii:= Ii1-Ii2;

z:= 5; TSTOP (T3);

END_IF;

5:IF (((Ip)*(Ip))>((IpUS)*(IpUS))

AND ((Ii)*(Ii))>((IiUS)*(IiUS)))

THEN

POMP:=TRUE;

UregZk1:= 100;

UregZk2:= 10;

z:= 3;

ELSE

z:= 6;

END_IF;

6:IF (Irazgr AND not (POMP))

THEN

UregZk1:= 100;

UregZk2:= 10;

z:= 3;

ELSIF

((IpTREB-IpPOK)>=0)

THEN

IF UregZk1>0

THEN

UregZk1:= UregZk1−1;

z:= 3;

ELSIF

(UregZk2<100)

THEN

UregZk2:= UregZk2+1;

z:= 3;

ELSE

z:= 3;

END_IF;

ELSE

IF (UregZk2>10)

THEN

UregZk2:= UregZk2−1;

z:= 3;

ELSIF

UregZk1<100

THEN

UregZk1:= UregZk1+1;

z:= 3;

ELSE

z:= 3;

END_IF;

END_IF;

7:IF T4>t#15s

THEN

TSTOP (T4);

z:= 0;

END_IF;

END_CASE;

Заключение

В дипломном проекте проведен анализ автоматизированной системы управления работы компрессорами, при этом выявлена необходимость повышения оперативности реагирования обслуживающего персонала при возникновение внештатных ситуаций. В связи с этой необходимостью был произведён анализ и выбор системы вибропреобразователя ВК-312С и датчика давления Метран-150, предложен к использованию электропневматический позиционер ЭПП300. Также была разработана программа управления компрессором с учетом ПАЗ по вибрации и помпажу и предложена система управления компрессорами путём создания централизованного АРМ оператора, что дало возможность оперативно реагировать на возникающие ситуации.

Личным вкладом в дипломный проект является разработка функциональной схемы автоматизации компрессора, подбор средств автоматизации компрессорной, разработка программы управления компрессором.

Также в проекте рассмотрены требования, предъявляемые к безопасности процесса работы компрессорной, произведен расчет санитарно-защитной зоны для компрессорной.

Кроме того, проведена оценка экономической эффективности проекта внедрения системы управления компрессорной, срок окупаемости которой составил 5,2 года.

На основании полученных результатов можно сделать выводы, что предложенная система и средства управления компрессорами эффективны и могут быть рекомендована к внедрению в компрессорной предприятия.

Список использованных источников

1 Руководство по эксплуатации и обслуживанию — модели Центак. Москва: ООО «Ingersoll Rand? Москва», 2003, 140 с.

2 Михайлов А. К. Компрессорные машины. — М.: Энергостомиздат, 1989. — 288 с.

3 Вороницкий А. В. Современные центробежные компрессоры. — М.: Премиум инжиниринг, 2007. — 140 с.

4 Регентов А. В. Применение технологии коммуникационного контроллера в передачи технологической информации со сложной топологией. Коммуникационный контроллер ЭЛСИ-КОМ // Промышленные АСУ и контроллеры. — 2006. — № 3. — С. 38−40.

5 Вибропреобразователи пъезоэлектрические с предусилителями серии ВК-310.

Руководство по эксплуатации 4277−032−98 222 904 РЭ, 34 с.

6 Интеллектуальные датчики давления Метран?150.

URL http://www.metran.ru/netcat_files/973/941/150.pdf

7 Программирование контроллеров на стандартных языках в системе ISaGRAF. Учебно-методическое пособие. Уфа: Изд-во УГНТУ. 2001. — 20 с.

8 СНИП 41−01−2008. Требования к отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха. ФГУП ЦНС. 2001 г. — М., 2001.

9 Мелкунов, Я. С. Экономическая оценка эффективности инвестиций и финансирование инвестиционных проектов / Я. С. Мелкунов. — М: ИКЦ «Дис», 1997. — 196 с.