АСУ ТП установки производства капролактама

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 

Установки оксимирования циклогексанона в циклогексаноноксим и перегруппировки циклогексаноноксима в капролактам.

Цель создания АСУ ТП 

Узким местом в эксплуатации установки производства капролактама является применение одноступенчатой схемы процесса перегруппировки циклогексаноноксима в капролактам, в связи с этим необходима модернизация технологической схемы установки в 2-х ступенчатый процесс оксимирования циклогексанона в циклогексаноноксим и 2-х ступенчатый процесс перегруппировки циклогексаноноксима в капролактам. Использование данной технологии при прочих равных условиях позволяет

  • работать на различных технологических режимах, направленных на снижение удельного расхода олеума для процесса перегруппировки и сокращение выхода сульфата аммония на тонну капролактама 

  • повысить качество капролактама и уменьшить его потери 

  • перевести процесс оксимирования с нейтрализации, работающей на аммиачной воде, на нейтрализацию газообразным аммиаком 

  • максимально автоматизировать процесс производства капролактама. 

Объект управления относится ко второй категории взрывоопасности. Создание АСУ ТП осуществлялось одновременно с вводом в действие нового технологического оборудования.

Поставщиком программно-технических средств была выбрана фирма TREI GmbH совместно с фирмой НПФ "КРУГ".

При выборе поставщика программно-технических средств были приняты во внимание следующие факторы:

  • Большой опыт автоматизации технологических процессов на нефте-, газоперерабатывающих и химических заводах
  • Многолетняя деловая репутация как солидного поставщика систем контроля и управления для корпоративных заказчиков (более 70 действующих систем) автоматизации 
  • Наименьшая стоимость оборудования и услуг среди предложений аналогичного технического уровня
  • Применение взрывозащищенного исполнения контроллеров TREI-05, позволяющего отказаться от внешних барьеров искрозащиты, существенно уменьшить стоимость, общие габариты системы и количество эксплуатируемого оборудования 
  • Полная русификация всех программных средств и документации 
  • Предоставление оперативной и квалифицированной технической поддержки 
  • Наличие всех необходимых сертификатов и лицензий Госстандарта РФ и Госгортехнадзора РФ. 

Поставка АСУ ТП осуществлялась "под ключ" после проведения испытаний и обучения эксплуатационного персонала.

Разработка, комплектация и внедрение АСУ ТП выполнены за 3 месяца. Система находится в эксплуатации с октября 1999 г.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМЕ

Цель создания АСУ ТП 
  • приведение системы управления к действующим нормам и правилам пожаро- и взрывобезопасности Госгортехнадзора РФ
  • усовершенствование технологической схемы установки 
  • замена пневматических датчиков на электрические. 

Информационная мощность АСУ ТП

Общее число входных/выходных сигналов - 194, в том числе: 
  • контролируемых аналоговых сигналов (расход, уровень, температура и т.п.) - 74 
  • контролируемых дискретных сигналов (с учетом состояния запорной арматуры) - 37 
  • аналоговых управляющих сигналов - 52 
  • подсистема противоаварийных защит и блокировок::
    • аналоговых параметров - 12,
    • входных дискретных - 11,
    • выходных дискретных - 8.
Состав системы
  • Контроллер TREI-5B
  • Программное обеспечение - SCADA-пакет "КРУГ-2000"
  • Станции оператора
  • Станция инжиниринга
  • сетевые средства - 10 Mb ETHERNET 
  • Принтер 
  • Конструктивы - 19" шкаф (RITTAL) 
  • система бесперебойного питания 
  • источники питания внешних цепей.

Лицензии На ПТК и контроллеры получены следующие сертификаты Госстандарта РФ: 

  • №1742 от 18.09.95. Устройства программного управления TREI-5B. Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под №14857-95 
  • №2373 от 05.09.96. Комплексы программно-технические "КРУГ-2000". Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под №15592-96 [1]. 

ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ 

Информационные функции 

  • измерение и контроль параметров
  • обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных границ 
  • ручной ввод данных 
  • формирование и выдача оперативных данных 
  • архивирование предыстории параметров 
  • расчетные задачи
    • расчет перепада температур по теплообменникам
    • расчет соотношения оксим/олеум
    • расчет потребления циклогексанона в цех в м3 за смену, сутки, месяц
    • расчет потребления анон+оксим в реактор в м3 за смену, сутки, месяц
    • расчет общего расхода ГАС на установку в м3 за смену, сутки, месяц
    • расчет потребления оксима в реактор в м3 за смену, сутки, месяц
    • расчет потребления олеума в реактор в м3 за смену, сутки, месяц
    • расчет потребления циклогексанон+оксим в реактор в м3 за смену, сутки, месяц
    • расчет потребления аммиачной воды в реактор в м3 за смену, сутки, месяц
    • расчет потребления газообразного NН3 в реактор в м3 за смену, сутки, месяц
  • анализ срабатывания блокировок и защит.
Управляющие функции 
  • реализация противоаварийных защит 
  • автоматическое (цифровое) регулирование 
  • выдача управляющих воздействий с функциональной клавиатуры на контроллер для регуляторов. 

Выдача управляющих воздействий осуществляется с видеокадров "ГРУППА" и мнемосхем с помощью активизации приборов управления регулятором. Система обеспечивает контроль прохождения команды с клавиатуры на монитор и контроллер. Команды управления имеют наивысший приоритет, по сравнению с другими функциями системы. Величины управляющих воздействий и изменения логических состояний регистрируются в "ПРОТОКОЛЕ СОБЫТИЙ".

Вспомогательные функции 
  • тестирование и самодиагностика комплекса технических средств ПТК системы 
  • перенастройка системы (реконфигурация программного обеспечения) 
  • подробная экранная помощь 
  • коррекция системного времени. 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСУ ТП 

Структурная схема АСУ ТП установки производства капролактама приведена на рисунке.

ПТК сочетает в себе высокие характеристики надежности, точности, вычислительной мощности, модульности и простоты эксплуатации.

Динамика работы АСУ ТП

Период опроса датчиков на контроллере (194 канала) не более 100 мс
Время реакции на аварийные сигналы:
при обработке в цепях аварийной защиты на уровне контроллеров, с не более 0,1
при передаче к пультам оператора, мсек 200
Цикл смены данных на пульте оператора при наличии до 200 динамических элементов в кадре, сек 0,15..1,0
Цикл смены кадров, сек 0,2..1,0
Максимальное время реакции на команду оператора, сек 0,2
Время полного перезапуска системы после отключения питания, сек 30
Время полного перезапуска контроллеров после отключения питания, сек 20

Основные характеристики системы визуализации и хранения информации

 Видеокадры (количество)
Стандартных видеокадров 200
Мнемосхем 10
Динамических элементов на одном кадре ограничено только размером экрана  
Сигнализация
Типы 5
Виды световая, звуковая (2 уровня)
Число запоминаемых в памяти станцией оператора сообщений 1024
Тренды
Исторические 91
Периодичность обновления исторических трендов, мин 1
Глубина тренда, сут 14
Оперативные (реального времени, с циклом сбора от 1 сек) 91
Часовые до 190
Сменные до 190
Суточные до 190
Показатели надежности
Время наработки на отказ контроллера  75 000 часов.
Метрологические характеристики: 

Предел основной допустимой погрешности: 

  • для входных сигналов 4-20 мА, % -- + 0,025; 
  • для сигналов термопары ТХК, 0С - + 0,3 
  • для выходных сигналов 4-20мА, % -- + 0,1. 

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ 

Контроллеры TREI-5B обеспечивают ввод, обработку и вывод всех сигналов датчиков установки. Контроллер TREI-5B - компактное проектно-компонуемое многофункциональное модульное аттестованное устройство в конструктиве "Евромеханика" 19". В состав входит более 180 типов одноканальных модулей (мезанинов) входов-выходов. 

Процессор, частота 75 Мгц 486DX4
Энергонезависимое ОЗУ, Кб 512
Память программ пользователя, Мб 4
Индивидуальная гальваническая развязка по всем видам входов/выходов 1500 В
Гальваническая развязка между каналами 1500 В
Размеры плат 9НЕ
Исполнение взрывозащищенное
Производитель фирма TREI GMBH

Станции оператора и станция инжиниринга - на базе персонального компьютера (Pentium) в комплекте с графическим 21" монитором и функциональной клавиатурой. 

Сетевые средства. Локальная сеть АСУ ТП базируется на сетевой 10 Мбит/с "промышленной" ETHERNET технологии (витая пара). В качестве базового протокола сетевого взаимодействия использован протокол TCP/IР. 

Конструктивы. Контроллер TREI-5B установлен в монтажном шкафу. Шкаф выполнен в конструктивах фирмы RITTAL (1800x600x800) со стеклянной передней и металлической задней дверями, которые имеют встроенные запорные устройства. На задней плоскости расположены клеммники для внешних соединений, источник питания внешних цепей и панель освещения. После сборки шкафа и изготовления контроллеров были проведены полигонные испытания всего оборудования, что позволило произвести комплексную проверку взаимодействия всех частей АСУ ТП и сократить сроки пусконаладочных работ на объекте до 3-х недель (включая датчики, исполнительные механизмы и кабельные трассы). На объект шкаф был поставлен в комплекте с установленным контроллером и средствами сетевого обмена. 

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 

Программное обеспечение АСУ ТП реализовано на базе интегрированной SCADA "КРУГ-2000". Пакет программ "КРУГ-2000" состоит из инструментальных средств и сред исполнения. 

В состав пакета программ "КРУГ-2000" входят следующие программные средства. 

Системы реального времени контроллера, станций оператора и инжиниринга, которые обеспечивают выполнение всех функций системы в режиме реального времени (исполняемые модули). 

Генератор базы данных предназначен для конфигурации и настройки базы данных. Конфигурирование осуществляется путем последовательного заполнения экранных форм. 

Графический редактор обеспечивает рисование статических элементов схем: линия, круг, эллипс, прямоугольник, спецсимволы, текст и др. Редактор динамики используется для отображения динамически изменяющихся элементов мнемосхем. Генератор печатных документов предназначен для создания отчетных печатных документов произвольной формы. 

Технологический язык КРУГОЛ предназначен для обеспечения возможности реализации задач Пользователя в реальном режиме времени. Предусмотрена возможность работы с алгоблоками. 

Верификатор базы данных предназначен для проверки базы данных на непротиворечивость после генерации системы и для проверки правильности внесения изменений. 

ВЫВОДЫ 

Внедрение АСУ ТП обеспечило увеличение надежности и экономичности работы установки за счет:

  • приведения системы управления к требованиям действующих норм и правил Госгортехнадзора; 
  • применения контроллера TREI-5B в Ех-исполнении, что позволило отказаться от традиционно применяемых барьеров искрозащиты, от дополнительных шкафов с барьерами и источниками их питания, что в итоге, привело к резкому уменьшению количества эксплуатируемого приборного оборудования и резкому уменьшению площади, занимаемой оборудованием АСУ ТП в щитовой, по сравнению с традиционными средствами автоматики. 

Кроме того, достигнуты следующие цели: 

  • реализация более сложных алгоритмов контроля и управления; 
  • обеспечение персонала более полной, достоверной и своевременной информацией о работе установки; 
  • улучшение диагностики оборудования и протекания технологических процессов. 

Данное решение реализовано на установке производства капролактама ОАО "Щекино-Азот"

В работе по созданию и поставке системы принимали участие следующие организации: 

  • ООО "TРEИ ГМБХ" (г. Пенза) и TREI Gmbh (Штуттгарт) 
  • Научно-производственная фирма "КРУГ" (г. Пенза) 
  • НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ АЗОТНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА (ОАО "ГИАП") (г. Москва) 

Авторы выражают глубокую благодарность Дорофееву Е.И. и Пиндюрину И.В. за существенную помощь и участие в работе. 

 


Литература: [1] Шехтман М.Б. "Круг-2000 - от пакета программ к ПТК" // ж-л "Промышленные АСУ и контроллеры", №3 1999 г.