Автоматизированная система управления компрессорной установки

Блоки полевой шины FOUNDATION

Интеллектуальная несущая панель H1 - это 2-слотовая панель, устанавливаемая рядом с полевыми устройствами. Несущая панель с платой дискретного входа и дискретного выхода обеспечивает преобразование обычных дискретных сигналов в сигнал полевой шины FOUNDATION. Благодаря этому возможна передача дискретных сигналов в том же сегменте полевой шины, где передаются аналоговые сигналы, что способствует сокращению приобретаемых сегментов, а это экономия в потребляемой мощности.

Несущая панель H1 стыкуется с сегментом полевой шины, как любое другое устройство полевой шины. Питание к несущей панели и установленным платам дискретного ввода-вывода подводится от дополнительного внешнего источника. Несущая панель крепится на рейке DIN (возможна установка только на T-рейку), стене или панели. На рисунке 5.4 указаны габаритные размеры несущей панели H1.

Рисунок 5.4 - Несущая панель H-1

Платы H1 полевой шины FOUNDATION устанавливаются на стандартной 8-слотовой несущей панели DeltaV. Каждый модуль Fieldbus H1 позволяет подключить два сегмента полевой шины. На каждом сегменте H1 система поддерживает до 16 устройств.

В нашей системе будем использовать один модуль Н1 с полной загрузкой обоих сегментов.

Требования, предъявляемые при разработке, во многом соответствуют параметрам выбранного нами оборудования, т.к. указания перечисленные ниже были полностью соблюдены.

К одной интерфейсной плате H1 может подключаться до двух сегментов полевой шины.

На каждом сегменте полевой шины может быть до 16 устройств (датчиков, клапанов и др.

Для каждого сегмента требуется отдельный регулятор напряжения для питания устройств, подключенных к сегменту. Как показано на рисунке 5.5, такой регулятор получает 24 вольт постоянного тока, изолирует его и подает питание на сегмент полевой шины. Напряжение 24 вольт постоянного тока на вход регулятора напряжения обычно берутся с выхода группового блока питания, питающего традиционные приборы и полевые устройства в/в.

Суммарная длина всех кабелей сегмента H1 не должна превышать 1.9 километра.

Максимальная длина отводного кабеля между устройством и клеммной коробкой составляет 120 метров.

Каждый конец магистрального кабеля полевой шины должен заканчиваться терминатором. Левый конец магистрального кабеля терми-ни-рован внутренним терминатором регулятора питания.

Для сборки магистрального и отводного кабеля (кабелей) используйте стандартные кабели типа A (Belden 3076F), штырьковые коннекторы VE6957 и гнездовые коннекторы VE6958.

Все неиспользуемые разъемы клеммных коробок должны быть закрыты заглушками VE6955.

На каждом полевом устройстве необходимо установить адаптер кабельного ввода VE6959. Этот адаптер вворачивается в ?-дюймовый NPT кабельный ввод прибора и преобразует клеммник прибора в штырьковой коннектор, к которому подключается гнездовой коннектор VE6958 кабеля полевой шины.

Искробезопасная система на базе полевой шины включает в себя 8-канальный аналоговый ввод 4-20 мА, 8-канальный аналоговый вывод 4-20 мА, 16-канальный дискретный ввод, 4-канальный дискретный вывод, а также искробезопасный источник питания. Изолятор локальной шины изолирует искробезопасную подсистему ввода-вывода от контроллера и системного источника питания.

Рисунок 5.5 - Один сегмент полевой шины H1

В общем случае наша система принимает вид, представленный на Рис. 5.6

Рис. 5.6 - Структурная схема САУ компрессора

Основные характеристики устанавливаемых модулей указано в Приложении А.

5.6 Выбор источника питания

5.6.1 Системный транзитный источник питания VE5002 (12Vdc/12Vdc)

Системный источник питания VE5002, показанный на Рис.5.7, как правило, используется в системах DeltaV с несколькими контроллерами и подсистемами в/в, где общее питание системы осуществляется от сети переменного тока 120/240 Vac. Источник питания VE5002 принимает 12 Vdc и преобразует в необходимые системе напряжения 12 В, 5 В и 3.3 В для питания контроллера и подсистемы ввода-вывода. Этот источник питания устанавливается непосредственно слева от платы контроллера.

Рисунок 5.7 - Системный транзитный источник питания VE5002

В нашем случае потребуется несколько источников питания ввиду следующих факторов: а) наличия резервного контроллера, б) большого числа плат ввода-вывода, используемых контроллером, в) необходимостью резервирования системного питания.

Вторым источником питания установки 120/240 Vac будем использовать групповой источник питания VE5004 120-240 Vac/12 Vdc.

Заземление системы при использовании источника питания VE5002

Для достижения максимальной производительности системы DeltaV необходимо правильно заземлить эту систему. Заземление для цепей переменного и постоянного тока должно выполняться раздельно вплоть до общей точки заземления установки. На Рис.5.8 приведена электрическая схема заземления системы DeltaV, где используется системный источник питания VE5002.

Рисунок 5.8 - Электрическая схема заземления системы DeltaV, где используется транзитный источник питания VE5002

5.6.2 Групповой источник питания VE5004 (120-140 Vac/12 Vdc)

Групповой источник питания VE5004 принимает 120/230 В переменного тока и выдает 24 В постоянного тока, подаваемые на системный источник питания VE5002 или на системный транзитный источник питания VE5008. Групповой источник питания VE5004 обеспечивает мощность, достаточную для питания 4 наборов симплексных контроллеров и модулей ввода-вывода, к каждому из которых подключен источник питания VE5002 (см. Рис. 5.9).

Рис.5.9 - Комбинация источников питания VE5004

Резервирование источников питания VE5002

Если в системе используются резервированные контроллеры, то необходимо использовать вторую пару источников VE5002, как показано на Рис.5.10. Для каждого контроллера требуется выделенный транзитный источник питания, а использование двух источников VE5004 исключает останов системы из-за отказа одного источника питания.

В случае резервированного контроллера вторая 2-слотовая панель обеспечит также посадочное место для второго контроллера резервной пары (см. Рис. 5.10).

Рис. 5.10 - Резервирование источников питания VE5002 для симплексного контроллера

5.6.3 Системный искробезопасный источник питания

Для питания модулей искробезопасного в/в требуется искробезопасный (ИБ) источник питания. ИБ источник питания принимает напряжение в диапазоне от 18.5 до 36 Vdc и преобразует его в 12 Vdc с максимальным током 5А.

Источник Бесперебойного Питания

Первичный источник питания, обеспечивающий систему DeltaV, не должен допускать перебоев энергоснабжения длительностью долее 20 миллисекунд. Перерыв питания более 20 миллисекунд может привести к потере управления, временной потере конфигурации системы и данных процесса. Если первичная сеть энергоснабжения не удовлетворяет требованию 20 мс, то вместе с оборудованием системы DeltaV следует заказывать Источники Бесперебойного Питания (ИБП).

Для нашей системы будем использовать ИБП модели VE5006. Наличие ИБП оправдано следующими условиями:

? В системе используется сочетание транзитного системного источника питания VE5002 и группового блока питания VE5004.

? Необходимо обеспечить бесперебойное питание 24 В для полевых устройств, подключенных к подсистеме ввода-вывода DeltaV.

5.7 Выбор датчиков полевой шины FOUNDATION

Датчиками давления из семейства SMART FAMILY Модели 3051 фирма Rosemount Inc. устанавливает новый стандарт в технологии измерения давления. Этот новейший датчик сочетает в себе бесподобные эксплуатационные качества, гибкость платформы Coplanar и продвижение с технологией будущего. Эксплуатационные характеристики новой Модели 3051 гарантируют точность и стабильность при большинстве требуемых условий.

Модель 3051 переопределяет качество датчиков давления новой характеристикой всесторонней оценки качества. Для обеспечения лучшего измерения качества при условиях реального процесса эта характеристика сочетает в себе оценки эталонной точности, влияния температуры и давления в линии. Теперь вместо того, чтобы полагаться только на одну эталонную точность, мы можем выбрать датчик, основываясь на действительных эксплуатационных характеристиках.

Выбор в пользу датчиков этой серии был сделан исходя из следующих соображений:

? Постоянство характеристик во времени;

? Уменьшенная изменчивость (большее время отклика);

? Техническая развитость модернизации и замены;

? Гибкость платформы Coplanar;

? Многообразие выходных сигналов.

? Жидкокристаллический индикатор;

? Местная подстройка нуля и регулировка шкалы;

? Защита от переходных процессов;

? Большой срок службы.

Все сенсоры, занятые измерением давления, будут этой серии, так как выпускаемые типы полностью подходят для нашей системы.

5.7.1 Датчик перепада давления модели 3051С (используется на трубопроводе между входом и выходом компрессора)

? Превосходное исполнение: точность 0,075%, изменение шкалы 100:1;

? Перепад давления: калиброванные шкалы от 0,5 дюймов H2O до 2000 psi;

? Избыточное давление: калиброванные шкалы от 2,5 дюймов H2O до 4000 psig;

? Измерение абсолютного давления: калиброванные шкалы от 0,167 psia до 4000 psiа;

? Нержавеющая сталь, Hastelloy C_ Monel, Тантал (только CD и CG) и покрытые золотом изоляторы технологической среды из Monel;

? Компактная, жесткая и легкая конструкция для легкой установки.

Разборная схема датчика представлена на Рис. 5.11.

Рис. 5.11 - Типичный датчик 3051 С в разборном состоянии

5.7.2 Датчик избыточного и абсолютного давления модели 3051Т (используется на трубопроводе входа и выхода газа)

? Превосходное исполнение: точность 0,075%;

? Абсолютное давление: калиброванные шкалы от 0,3 дюймов H2O до 10000 psia;

? Избыточное давление: калиброванные шкалы от 0,3 дюймов H2O до 10000 psig;

? Изоляторы технологической среды из нержавеющей стали и Hastelloy C;

? Конструкция с одним изолятором;

? Силиконовая или инертная заполняющая жидкость;

? Имеются соединения с процессом в стандарте DIN и совместимое с автоклавом;

Монтажная и размерная схемы представлены на Рис. 5.12.

Рис. 5.12 - Монтажная и размерная схема датчика 3051Т

5.7.3 Датчик давления модели 3051S (используется на трубопроводе анализа давления воды, масла воздуха)

? Smart - единственный в мире экономичный датчик давления

? Высокое качество, точность 0,075%

? Модели с измерением перепада, избыточного и абсолютного давления;

? Полный набор функциональных элементов модели 3051С, включая цифровой индикатор;

? Работает от источника напряжения 6-12 В постоянного тока;

? Потребление энергии от 18 до 36 мВт по сравнению с 200 мВт для типовых датчиков с выходом 4-20 мА;

? Выбираемые выходы 0,8-3,2 и 1-5 вольт;

? Сенсорный модуль такой же, как у стандартной (4-20 мА) модели 3051С.

? Калиброванные шкалы от 2,5 дюймов H2O до 2000 psi;

? Конструкция небольшого объема с фланцем Coplanar обеспечивает снижение температурного эффекта;

? Большое разнообразие выбора материалов для мембранных систем и соединений с процессом;

? Уплотнители удовлетворяют санитарному стандарту 3-А;

? Высокая способность перестройки диапазона сокращает инвентаризационные затраты;

? Измерение перепада давления и избыточного давления;

? S1 Одна выносная мембрана;

? S2 Две выносные мембраны.

Общий вид датчика модели 3051S представлен на Рис. 5.13.

Рис. 5.13 - Датчик модели 3051S в общем виде

5.7.4 Датчик температуры пирометрический серии М18 (используется для анализа температуры воздуха в корпусе двигателя)

? Диапазон измеряемых температур: 0…300 0С;

? Длина волны: 8…14 нм;

? Гистерезис: 5%;

? Повторяемость: 1 0С;

? Время отклика выхода: 25 мс;

? Готовность к работе после включения: 1.5 с;

? Индикация: два световых диода;

? Время прогрева: 5 мин.;

? Класс защиты: IP67;

? Климатическое исполнение: Т3 (- 20…700С);

? Материал корпуса: нержавеющая сталь;

Размерная схема представлена на Рис. 5.14.

Рис. 5.14 - Размерная схема датчика М18

5.8 Выбор аналоговых датчиков

Разнообразие предлагаемых аналоговых датчиков дает огромные возможности в подборе оборудования с необходимыми для нас показателями. Основными факторами при подборе средств измерения были:

? Широкий функциональный набор;

? Повышенные термоэлектрическая стабильность и рабочий ресурс;

? Малый показатель тепловой инерции;

? Дополнительная защита термоэлектродов от воздействия рабочей среды;

? Наличие возможности индикации состояния и измеряемых величин;

? Диагностика и самодиагностика объекта;

? Взрывозащитное исполнение.

5.8.1 Температурный преобразователь ТСМУ - 274 с унифицированным выходным сигналом (расположен непосредственно в месте анализа температуры смазки компрессора и охлаждающей воды)

? Выходной сигнал: 4-20 мА;

? Диапазон преобразуемых величин: 0-180 0С;

? Предел допускаемой основной приведенной погрешности: 0.25, 0.5;

? Зависимость выходного сигнала от температуры: линейная;

? Максимальная температура применения: 8000С;

? Маркировка взрывозащиты: 1ExdIICT6 с видом взрывозащиты взрывонепроницаемая оболочка d;

? Показатель тепловой инерции: 40 с;

? Срок службы: не менее 5 лет;

? Межповерочный интервал: 1 год;

? Климатическое исполнение: Т6 (от - 20 0С до + 45 0С).

Габаритные и присоединительные размеры датчика представлены на Рис. 5.15.

Рис. 5.15 - Температурный преобразователь ТСМУ - 274 с унифицированным выходным сигналом с габаритными размерами

5.8.2 Термоэлектрический преобразователь ТХА 241 (анализ состояния температуры опорного подшипника)

? Количество чувствительных элементов: 1;

? Чувствительный элемент: кабель термопарный КТМС;

? Класс допуска: 2;

? Диапазон измеряемых температур: - 40…200 0С;

? Рабочий спай: изолированный;

? Поверка: раз в год;

? Климатическое исполнение: Т3 (верхнее значение температуры окружающей среды + 850С);

? Срок службы: не менее 3 лет.

Габаритные и присоединительные размеры датчика представлены на Рис. 5.16.

Рис. 5.16 - Термоэлектрический преобразователь ТХА - 241 с габаритными размерами

5.8.3 Датчик вибрации серии ТХ 5634 (анализ состояния двигателя)

? Диапазон частот: 2 Гц…10 кГц (ускорение), 2 Гц…1 кГц (скорость);

? Принцип измерения: пьезо электрический;

? Линейность: 1%;

? Температура окружающей среды: - 25 0С…80 0С;

? Аналоговый выход: 4-20 мА;

? Материал: нержавеющая сталь;

? Исполнение: IP67;

? Маркировка взрывозащиты: EEX ia I;

? Максимальная вибрация: 50g;

? Диапазон измерений: 1,2,5,10,20 g (ускорение), 10,20,25,50,10 мм/с (скорость);

? Резонанс: 18 кГц (номинал).

Общий вид датчика представлены на Рис. 5.17.

Рис. 5.17 - Датчик вибрации серии ТХ 5634 в общем виде

5.8.4 Измеритель осевого сдвига ротора ТС - 201 А в комплекте с датчиком типа КТ - 136С (анализ состояния двигателя)

Система отслеживания осевого сдвига - одна из главных в общем комплексе мероприятий по защите компрессорных машин. Другие нарушения в работе машин также могут приводить к катастрофическим последствиям, но ухудшение работы или дефект упорного подшипника может произойти при очень слабых признаках опасности и за очень быстрый период, а это приводит к полному разрушению машины. Поэтому в первую очередь требуются технические приемы для измерения осевого сдвига. При этом необходимо избегать ошибок при установке соответствующих систем защиты.

? Диапазон измерения осевого сдвига ротора: от -2,0 до 1,5 мм;

? Пределы допускаемой абсолютной погрешности прибора при измерении зазора: (10 + 0,07 *Z) мкм;

? диапазон значений выходного тока: 4-20 мА;

? Время установления рабочего режима, не более: 5 мин;

? Средняя наработка на отказ, не менее: 10000 часов;

? Средний срок службы, не менее: 8 лет;

? Среднее время восстановления работоспособности, не более: 2 часов;

? Температура окружающего воздуха: 10…55 0С;

? Относительная влажность воздуха при температуре 35 С, (без конденсации): 93.3%.

5.9 Функциональный блок MICROMASTER 430

Преобразователи частоты сегодня возрастающими темпами заменяют механические решения регулирования скорости вращения электрических двигателей. Они позволяют осуществлять регулирование проще и с меньшими расходами на техническое обслуживание. Фирма «Сименс» производит преобразователи частоты уже несколько десятилетий.

Сейчас на Российском рынке появились новые преобразователи частоты четвертого поколения, имеющие ещё более широкие возможности. Среди появившихся новшеств следует отметить расширение рабочего температурного диапазона, увеличения выпускаемого диапазона мощностей, невысокую цену, универсальность всех основных опций, и возможность доступа практически ко всем параметрам, что дает возможность «тонко» настроить преобразователь.

Одним из таких является MICROMASTER 430, основные параметры которого представлены ниже:

? Диапазон мощностей: 7,5 кВт - 250 кВт 400 В 3 AC;

? Диапазон напряжений: 380 - 480 В +/- 10%;

? Входная частота: 47- 63 Гц;

? Коэффициент мощности: cos Ц ? 0.7;

? Пусковой ток: не больше, чем номинальный;

? КПД: 97%;

? Рабочая температура: - 10 до +40 °C;

? Температура хранения: - 40 до +70°C;

? Допустимая относительная влажность воздуха: 95%;

? Степень защиты: IP20 / NEMA 1;

? Выходная частота: 0 - 650 Гц;

? Разрешение выходной частоты: 0.01 Гц;

? Перегрузочная способность 110% от номинального тока в течение 60 c, 140% % от номинального тока в течение 3 c ( каждые 300 с.);

? Способ регулирования: потокосцеплением (FCC), линейный (U/f),

? квадратичный (U/f2), режим энергосбережения, произвольная настройка;

? Цифровые воды: 6 (18 функции);

? Аналоговый вход: 0-10 В, 0-20 мА, -10 В / +10 В биполярный, разрешение 10 бит;

? Релейный выход: 30 В DC 2 A, 240 В AC 0.8 A параметрируемый;

? RS485 интерфейс: есть;

? Способ торможения: генераторное, динамическое, комбинированное;

? Быстрое ограничение тока: есть;

? Функции защиты по:

a. пониженному напряжению;

b. перенапряжению;

c. перегрузке;

d. включению на землю;

e. короткому замыканию;

f. блокировке двигателя;

g. перегреву двигателя;

h. перегреву преобразователя;

? Регулятор: встроенный ПИД- регулятор, Встроенный источник питания 24 В для датчика ПИД-регулятора;

? Нормы: разрешение Госгортехнадзора.

Основная схема принципа регулирования представлена на Рис. 8.18.

Рис. 5.18 - Структурная схема преобразователя частоты с промежуточным контуром постоянного тока

5.10 Запорная арматура системы управления

Трубопроводная арматура (вентили, обратные клапаны) представляют собой устройства, предназначенные для управления потоками газа, транспортируемого по трубопроводам, отключения одного участка трубопровода от другого, включения и отключения технологических установок, аппаратов, сосудов и т.д.

К характерным особенностям работы запорной арматуры на КУ относятся: высокое давление транспортируемого газа (до 7,5 МПа), относительно высокая температура газа на выходе КС (60-130°С), наличие в составе газа механических примесей и компонентов, вызывающих коррозию, эрозию металла и т.д.

К запорной арматуре предъявляются основные требования: обеспечивать герметичное отключение отдельных участков газопровода, сосудов, аппаратов от технологических газопроводов и длительное время сохранять эту герметичность, иметь высокую работоспособность, быть коррозионно-стойкой и взрывобезопасной.

На КУ применяется запорная арматура различного типа, но для нашей системы будем использовать клапана компании EMERSON Process Management. Возможность использования клапанами коммуникационных протоколов Fieldbus позволяет применять их в составе нашей систем автоматизации.

Клапан конструкции GX

Регулирующий клапан конструкции GX предназначен для управления потоком среды (регулирование или отсекание) и представляет собой односедельный клапан с направлением потока вверх, с ввинчиваемым седлом, с одним из трех типов трима (комплекта внутренних деталей): с направляющей по штоку, с направляющим седлом или с разгруженным плунжером. Привод пневматический (МИМ) с несколькими пружинами.
Для клапана каждого размера возможно исполнение с неразгруженным плунжером, которое исключает "мертвые зоны", с возникающей в них полимеризацией рабочей среды. Полно поточный трим и трим с ограниченной пропускной способностью могут иметь как линейную, так и равно процентную характеристику потока.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9