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

• 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

• 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.

• 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.

• 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".

• 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

Основные характеристики системы визуализации и хранения информации

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. 

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.