Файл: Диплом Автоматизация производства пожаробезопасного термоформируемого пенопласта.pdf

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

22 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

  волновой  радарный  уровнемер  для  непрерывного  измерения  уровня 

ROSEMOUNT 5310 взрывозащищенный ЕЕхiaIICT4 с выходным сигналом 4-
20 мА компании «Метран». 

В  качестве  средств  воздействия  на  процесс  применяются  запорно-

регулирующие и отсечные клапана.

6.2 Выбор микропроцессорного контроллера 
 
Из  достаточного  многообразия  предлагаемого  оборудования  для 

автоматизации  промышленного  производства  обращают  на  себя  внимание 
специальные 

наборы 

унифицированного, 

сертифицированного 

и 

защищенного  от  производственных  помех  (класс  защиты  IP20  до  IP65) 
оборудования  фирмы  Siemens  под  названием  Simatic.  предназначенного  для 
эффективного решения обширного круга задач автоматизации. 

Достоинствами  оборудования  является  его  модульное  построение  и 

возможность  выполнять  сквозную  автоматизацию  промышленных  отраслей, 
отдельных  производств  и  производственных  участков,  то  есть  создавать  как 
простейшие, так и сложнейшие территориально распределенные АСУТП для 
газовой,  нефтяной,  пищевой,  металлургической  и  других  отраслей 
промышленности,  а  также  осуществлять  автоматизированное  управление 
различными  механизмами.  Кроме  того,  оборудование  Simatic  позволяет 
выполнять 

функции 

автоматизированного 

удаленного 

контроля 

многоуровневых объектов и оценивать аварийные ситуации. 

Все  устройства  автоматизации  построены  по  модульному  принципу, 

объединены  единым  конструктивом  и  представляют  собой  различные  УСО 
(аналоговые,  дискретные),  контроллеры,  специальные  процессоры,  наборы 
стандартных шин и интерфейсов, текстовые и графические панели оператора 
и другое. 

Важнейшим  преимуществом  оборудования  Simatic  является  то,  что  оно 

поставляется одним производителем, одинаково метрологически аттестовано 
и стандартизовано в соответствии с мировыми и европейскими стандартами, 
и немало важно имеет приемлемую цену. 

Функциональные  возможности  автоматизированной  системы  должны 

обеспечивать  удобство  обработки  информации.  Исходя  из  информационной 
емкости объекта и выбирается контроллер. 

 
Расчет информационной емкости объекта сведем в таблицу 6.1. 

Таблица 6.1 – Информационная нагрузка на АСУТП 
Вид информационного канала 

Количество сигналов 

Аналоговый вход 

14 

Аналоговый выход 

6 

Дискретный вход 

37 

Дискретный выход 

24 

Итого 

81 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

23 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

Наиболее  целесообразным  является  построение  системы  автоматизации 

на базе программно-технического комплекса фирмы Siemens. 

Это подтверждает следующий факт – стоимость комплекса технических 

средств  фирмы  Siemens  (согласно  таблице  6.2)  ниже,  чем  у  других 
зарубежных  фирм  и  хотя  в  сравнении  с  продукцией  отечественных 
производителей  он  стоит  дороже,  однако  его  показатели  надежности  и 
функциональные возможности в несколько раз выше. 

Таблица 6.2 – Сравнение стоимости контроллеров различных фирм 

Наименование 

Siemens 

Yokogawa 

Стоимость, руб. 

Центральный процессор  190000 

223000 

Модуль ввода 
аналоговых сигналов 
8AI 

38000 

41500 

Модуль вывода 
аналоговых сигналов 
8AO 

86000 

89000 

Модуль ввода 
дискретных сигналов 
32DI 

30000 

33460 

Модуль вывода 
дискретных сигналов 
32DO 

20000 

22400 

 
В  соответствии  с  информационной  нагрузкой  остановим  выбор  на 

контроллере SimaticS7-300 фирмы Siemens. 

Программируемые контроллеры S7-300 могут включать в свой состав: 

 Модуль  центрального  процессора  (CPU).  В  зависимости  от  степени 

сложности  решаемых  задач  в  программируемом  контроллере  могут 
использовать более 20 типов центральных процессоров; 

 Блоки  питания  (PS)  для  питания  контроллера  и  функциональных 

модулей от сети переменного или постоянного питания; 

 Коммуникационные  процессоры  (CP)  –  интеллектуальные  модули, 

выполняющие 

автономную 

обработку 

коммуникационных 

задач 

в 

промышленных сетях PROFIBUS, IndustrialEthernet, PROFINET; 

 Функциональные 

модули 

(FM) 

– 

интеллектуальные 

модули, 

оснащенные  встроенным  микропроцессором  и  способные  выполнять  задачи 
автоматического 

регулирования, 

взвешивания, 

позиционирования, 

скоростного  счета,  управления  и  перемещения  и  т.д.  Целый  ряд 
функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на 
них задач даже в случае остановки центрального процессора. 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

24 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

Конструкция  контроллера  отличается  высокой  гибкостью  и  удобством 

обслуживания: 

 Все  модули  устанавливаются  на  профильную  шину  S7-300  и 

фиксируются  в  рабочих  положениях  винтами.  Объединение  модулей  в 
единую  систему  выполняется  с  помощью  шинных  соединителей  (входят  в 
комплект  поставки  каждого  модуля),  устанавливаемых  на  тыльную  часть 
корпуса; 

 Произвольный  порядок  размещения  модулей  на  профильной  шине. 

Фиксированные посадочные занимают только модули PS, CPU, и IM; 

 Наличие 

съемных 

фронтальных 

соединителей 

(заказываются 

отдельно),  позволяющих  производить  быструю  замену  модулей  без 
демонтажа  их  внешних  цепей  и  упрощающих  выполнение  операций 
подключения 

внешних 

цепей 

модулей. 

Механическое 

кодирование 

фронтальных  соединителей  исключает  возможность  возникновения  ошибок 
при замене модулей. 

Все  центральные  процессоры  S7-300  характеризуются  следующими 

показателями: 

 Высокое быстродействие; 
 Развитые  коммуникационные  возможности,  одновременная  поддержка 

большого числа активных коммуникационных соединений; 

 Работа без буферной батареи. 

Таблица 6.3 – Состав микропроцессорного контроллера SimaticS7-300 
Заказной номер 

Наименование оборудования  Количество 

6ES7 315-2EH14-0AB0 

Центральный 

процессор 

Simatic S7-300 

1 

6EP1333-2BA20 

Блок питания SitopSmart, 
~220/=24В, 5А 

1 

6ES7 331-1KF02-0AB0 

Модуль ввода аналоговых 
сигналов SM331, AI8 

2 

6ES7 332-5HF00-0AB0 

Модуль вывода аналоговых 
сигналов SM332, 8AO 

1 

6ES7 321-1BL00-0AA0 

Модуль ввода дискретных 
сигналов SM321, 32DI 

1 

6ES7 321-1BH10-0AA0 

Модуль ввода дискретных 
сигналов SM321, 16DI 

1 

6ES7 322-1BL00-0AA0 

Модуль вывода дискретных 
сигналов SM322, 32DO 

1 

6ES7 392-1BM00-0AA0 

Фронтштекер 40-полюсный 

5 

6ES7 392-1AJ00-0AA0 

Фронтштекер20-полюсный 

1 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

25 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

Выбор комплектации производился по следующим параметрам: 

 Процессорный  модуль  выбирается  по  числу  обрабатываемых  каналов 

входа/выхода; 

 Модуль аналогового ввода – для приема унифицированных сигналов от 

датчиков, имеющих аналоговый выход; 

 Модуль  аналогового  вывода  –  для  выдачи  сигналов  аналогового 

управления; 

 Модуль  дискретного  ввода  обеспечивает  обработку  дискретных 

сигналов от датчиков; 

 Модуль  дискретного  вывода  –  для  выдачи  сигналов  дискретного 

управления. 

 
6.3 Верхний уровень АСУТП 
 
Верхний  уровень  АСУТП  реализован  на  базе  станции  оператора  и 

станции инжиниринга. 

Станция  оператора  представляет  собой  персональный  компьютер, 

соединенный с контроллером сетью. Она выполняет следующие функции: 

 связь с контроллером по сети; 
 вывод 

видеокадров 

в 

виде 

мнемосхем, 

графиков, 

цифровой 

информации в виде таблиц; 

 изменение оперативных параметров и параметров контроллера; 
 дистанционное управление аналоговыми и дискретными выходами; 
 формирование отчетов, ведение архивов параметров; 
 вывод технологических и аварийных сообщений; 
 связь с АСУ предприятия. 

Для  решения  этих  задач  и  нормальной  работы  программного 

обеспечения 

выбираем 

персональный 

компьютер 

с 

конфигурацией 

представленной в таблице 6.4 

Таблица 6.4 – Комплектация станции оператора 
Наименование оборудования 

Количество 

SIMATIC IPC547E (RACK PC, 19", 4U), Intel Core i3 

2 

Сетевой адаптер CP 1623 А2 

2 

Операционная система Windows 7 Pro 

2 

Монитор PHILIPS 243V5LSB 

2 

Источник бесперебойного питания IPPON Back Power PRO 600 

2 

Принтер HP LaserJet Pro P1102s 

1 

Комплект беспроводной (клав.+мышь) LOGITECHMK220 

2 

 
Обработанная  на  станции  оператора  информация  включает  в  себя 

несколько  блоков:  блок  экранной  информации  для  оператора,  блок 
противоаварийной управляющей информации, поступающей на контроллер и 
далее  на  исполнительный  механизм,  блок  суточной  информации  для 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

26 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

старшего 

технологического 

персонала, 

блок 

архивной 

информации 

аналитического и юридическою назначения. 

Также  реализован  выход  в  сеть  Ethernet  АСУП  для  передачи  отчетных 

данных. 

Информация  на  экране  станции  оператора  может  отображаться  в  виде 

мнемосхем,  диаграммы,  графика  или  таблицы.  Независимо  от  способа 
отображения  информации  на  экране,  строится  она  по  следующему  способу. 
На 

экране 

станции 

оператора 

отображается 

базовый 

видеокадр, 

отображающий  весь  процесс  весь  процесс  и  основные  параметры.  Базовый 
видеокадр  содержит  кнопки  для  перехода  к  стадиям  процесса,  трендам, 
таблицам,  конкретному  аппарату.  Нажимая  на  соответствующую  кнопку, 
оператор может вызвать на экран интересующую его информацию. 

В  случае  аварийных  ситуаций,  нарушения  нормального  течения 

технологического  процесса,  на  экран  станции  оператора  выводится 
сообщение  о  нарушении  процесса,  параметр  вышедший  за  предельное 
значение  подсвечивается  желтым  или  красным  цветом,  привлекается 
внимание оператора звуковым сигналом. 

Вся  информация  о  технологическом  процессе  хранится  определенное 

время,  и  доступна  для  просмотра,  контроля,  анализа  в  любой  момент.  Это 
позволяет  проводить  анализ  работы  процесса  за  длительные  промежутки 
времени.  Также  архивация  информации  позволяет  анализировать  работу 
производства  при  расследовании  нарушений  регламента  и  авариях  на 
объекте.

6.4 Программное обеспечение 
 
Для  программирования  микропроцессорного  контроллера  используется 

программный  пакет  STEP7,  соответствующий  стандарту  IEC  1131-3.  Этот 
пакет  представляет  из  себя  оболочку  SimaticManager,  которая  позволяет 
вызывать 

дополнительные 

программы, 

предназначенные 

для 

конфигурирования  аппаратной  части  контроллера,  его  программирования  и 
диагностики. 

Программа  STEP  7  может  содержать  организационные  блоки  (ОВ), 

функциональные  блоки  (FB),  функции  (ЕС),  блоки  данных  (DB),  а  также 
блоки, 

встроенные 

в 

операционные 

систему 

CPU: 

системные 

функциональные блоки (SEB), системные функции (SEC) и системные блоки 
данных (SDB). 

STEP  7  поддерживает  мощную  систему  команд,  позволяющую 

выполнять 

множество 

логических 

и 

математических 

операций 

с 

фиксированной  и  плавающей  точкой,  управление  ходом  выполнения 
программы, обслуживать таймеры и счетчики, пересылать и преобразовывать 
форматы данных. 

Для  разработки  системы  визуализации  используется  SCADA  система 

WinCC.  С  помощью  этого  пакета  разрабатываются  видеокадры  системы 
управления,  отчеты,  система  сообщений,  архивы  на  станции  оператора, 
тренды, таблицы данных и т.п.