Микроконтроллерная система взвешивания танков с жидким хлором

Очистка водорода от примеси кислорода многоуровневая. Водород после подогрева поз. 14 поступает в контактном аппарате поз. 16, где газы проходят слои разогретого потоком водорода палладиевого катализатора от плюс 100 до 140 ⁰С.

При этом водород взаимодействует с содержащимся в нем кислородом, образуя воду.

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О + 242,0 кДж (57,8 ккал)

Реакция экзотермическая и проходит с выделением тепла. В качестве катализатора применяется палладиевый катализатор: Хлористый палладий, нанесенный на носитель. Такой катализатор обеспечивает требуемую степень очистки водорода до содержания объемной доли кислорода в нем не более 0,0005%.

После контактного аппарата, где вследствие протекания реакции соединения водорода с кислородом температура поднимается до (120-180)⁰С. Водород охлаждается в холодильнике поз. 17, при этом пары воды, образовавшиеся при каталитической очистке частично конденсируются и отделяются во влагоотделение поз. 20, и далее сбрасывается в сборник продувок. Из влагоотделтиеля поз. 20 подогретый электронагревателем поз. 15 водород поступает в осушитель первой ступени далее второй ступени.

В холодильниках 23-42 водород охлаждается и подается на механическую очистку поз. 27-28. Очищенный водород поступает на заполнения ресиверного парка. В сборнике продувок поз. 29 собирается конденсат, который сбрасывается в сливной бак, откуда откачивается насосом.

При максимальном заполнении парка водородом его избыток сбрасывается в атмосферу через газо-сбросную трубу.

1. Основные физико-химические свойства водорода

и характеристика исходного сырья

К основным физико-химическим свойствам водорода относятся то, что водород - самый легкий из газов, не имеет цвета и запаха, легко воспламеняется и горит синеватым, мало светящимся пламенем. Его молекулярный вес - 2,016, а удельный вес при температуре 0 ⁰С и давлении 760 мм.рт.ст. составляет 0,09г/мм³ кипит водород при температуре - 252,7 ⁰С, а плавится при -259,4 ⁰С относительная плотность - 0,0695.

При повышении температуры и давления водород диффундирует в металлы. В обычных условиях при комнатной температуре, молекулы водорода малоактивны. Реакционная способность водорода значительно возрастает при нагревании, под действием света, электрической искры и электрического разряда, в присутствии катализатора. Водород вступает в химические соединения со многими элементами. На воздухе и в чистом кислороде водород сгорает, образуя воду. При отношении Н₂:О₂ = 2:1 образуется гремучая смесь взрывается при пропускании электрической искры или поджигании. В присутствии катализаторов (платины, никеля, железа и др.) водород-кислородная смесь взрывается при незначительном нагревании. Смеси водорода с кислородом и воздухом взрывоопасные в широком интервале концентраций водорода. Пределы взрываемости и самовоспламенения водорода приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Взрываемость и огнеопасность водорода

В таблице 1.3 дается характеристика исходного сырья и полуфабрикатов.

Таблица 1.3 - Характеристика исходного сырья

2. Основные признаки аварийного состояния производства

и меры по его устранению

Технологический процесс получения водорода является пожаро- взрывоопасным процессом. В связи с этим ниже в таблице 1.4 приводятся основные признаки аварийного состояния производства и меры по их устранению. Это позволит обоснованно разработать функциональную схему автоматизации, алгоритмы управления процессом, распознавания и устранения пред аварийных и аварийных ситуаций на производстве.

Таблица 1.4 - Основные признаки аварийного состояния производства

1.4 Рекомендации по автоматизации анализируемого

технологического процесса

В результате анализа технологического процесса получения водорода выявлены следующие недостатки:

2 РАЗРАБОТКА АСУТП ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА

2.1 Выбор контролируемых и регулируемых параметров

На основе анализа технологического процесса составим таблицу контролируемых и регулируемых параметров.

Одними из основных параметров характеризующих качественный и безопасный процесс протекания технологического процесса, а также влияют на скорость электролиза, являются напряжение и сила тока подаваемые на электролизер. Напряжение поддерживается в пределах 200-300 В, ток 1000 А.

В результате электролиза воды происходит выделение большого количества тепла. Поэтому необходимо контролировать температуру газов на выходе из электролизеров в пределах 75±5 С и температуру обратного электролита в пределах 65±5 С. Пройдя барботирования полученные газы скапливаются в регуляторах давления при температуре 35 С и давлении 0,5-1,0 МПа.

Процесс разделения газов на выходе из электролизеров не является идеальным. Превышение критической смеси газов может привести к взрыву, в следствии чего контролируем содержание водорода в кислороде на выходе из электролизера, не более 1,5 %, содержание кислород в водороде, не более 1,0 %. После прохождения очистки водорода доля кислорода в нем составляет 0,0005 %. Во избежании утечек водорода необходимо контролировать его содержание в производственных помещениях.

Для приготовления электролита используют дистиллят получаемый из пара, который подается под давлением 0,12-0,45 МПа в пародистилятор. Расход пара составляет 200-400 кг/час.

Контроль уровня осуществляется в емкости сбора дистиллята, в емкости питания электролизеров электролитом.

Таблица 2.1 - Таблица основных технологических параметров контроля, регулирования, сигнализации и блокировки

Окончание таблицы 2.1

2.2 Функциональная схема автоматизации

Функциональная схема автоматизации предназначена для отображения технических решений по автоматизации и является одним из основных проектных документов и средством общения технологов со специалистами по механизации и автоматизации производств.

Функциональная схема, представленная на графическом листе

5502. Д05.275 - АТХ-031.

При разработке функциональной схемы производства водорода решались следующие задачи:

• получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования;

• стабилизация технологических параметров процесса;

• контроль и регистрация технологических параметров процесса и состояния технологического оборудования.

В технологическом процессе производится контроль температуры пара в пародистилляторе (1а), электролита в электролизере (49а, 54а, 60а, 65а) и на выходе из разделительных колонн (2а, 5а, 8а, 11а), водорода (3а, 6а, 9а, 12а) и кислорода(4а, 7а, 10а, 13а) в разделительных колоннах, водорода (14а, 16а, 18а, 20а) и кислорода (15а, 17а, 19а, 21а,) в промывателе, водорода на выходе электронагревателя (22а, 25а), в контактном аппарате (23а), I и II ступени очистки (26а, 27а, 28а, 29а), в холодильнике (24а, 30а, 31а).

Для этого используется термопреобразователь сопротивления ТСПУ Метран 276, с унифицированным выходным сигналом, изображенный на рисунке 2.1.

Назначение термопреобразователя ТСПУ Метран 276: Предназначен для преобразования температуры твердых, жидких, газообразных и сыпучих веществ в унифицированный токовый выходной сигнал. Обеспечивает измерение температуры нейтральных и агрессивных сред.

<
>

Рисунок 2.1 - ТСПУ Метран-276

Конструктивные особенности и преимущества: востренный в головку датчика измерительный преобразователь преобразует измеряемую температуру в унифицированный токовый выходной сигнал, что дает возможности построения систем АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей:

• НСХ: 100П для ТСПУ Метран-276.

• класс допуска: В или С.

• количество чувствительных элементов: 1 или 2.

• схема соединений: 2-х, 4-х проводная

• диапазон измеряемых температур: 0…300^ОС.

• выходной сигнал: 0-5мА, 4-20мА.

• степень защиты от воздействия пыли и воды: IP65 по ГОСТ 14254.

• поверка: периодичность не реже одного раза в год.

Далее сигнал подается на УВМ. для контроля и регистрации. Для управления температурой водорода и кислорода в разделительных колоннах используется электропневматический преобразователь ЭПП (3б, 4б, 6б, 7б, 9б, 10б, 12б, 13б) который преобразует электрический сигнал в пневматический. Качестве исполнительного механизма служи регулирующий пневмоклапан 25ч30нж (3в, 4в, 6в, 7в, 9в, 10в, 12в, 13в).

Измерение давления пара (32а), водорода (33а, 35а, 37а, 39а), кислорода (34а, 36а, 38а, 40а) в колоннах регулирования давления, водорода на выходе механической очистки (41а), осуществляется с помощью датчики давления Метран 55 представленный на рисунке 2.2

<
>

Рисунок 2.2 - Метран 55

Назначение: предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами. Датчики работают со вторичной регистрирующей и показывающей аппаратурой, регуляторами и другими устройствами автоматики, воспринимающими стандартный токовый сигнал:

Измеряемые среды: жидкость, пар, газы.

Исполнение взрывозащищенное.

Выходной сигнал: 0-5, 4-20, 0-20 мА.

Межповерочный интервал : 2 года.

Расход пара (42а) и водорода после очистки измеряется расходомером с унифицированным выходным сигналом Метран-350-М (рисунок 2.3).

Измеряемые среды: газ, пар, жидкость Параметры измеряемой среды:

• температура:

-40...260^ОС интегральный монтаж;

-40...450^ОС удаленный монтаж датчика;

• максимальное избыточное давление в трубопроводе 10 МПа;

Диаметр условного прохода трубопровода (Ду), мм:

• для всего модельного ряда 50... 1820;

• для встраиваемых в трубопровод моделей (вариант с участком трубы) 12,5...50

Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного применения.

Пределы основной допускаемой относительной погрешности при измерении массового (объемного) расхода: ±1,5%.

Средний срок службы - 10 лет.

<

Уровень дистилята (44а) и электролита (45а) измеряется УЗК-датчиком LTC-Т10 (рисунок 2.4)

LTC служит для непрерывного измерения уровня насыпных твердых веществ и жидкости. Колебания плотности, температуры не влияют на измерения.

Далее сигнал поступает на УВМ, где производится автоматический контроль. Затем сигнал преобразуется из электрического в пневматический ЭПП (44б, 45б), и отправляется на регулирующий пневмоклапан 25ч30нж (44в, 45в).

<
>

Рисунок 2.4 - LTC

Для аварийного управления технологическим процессом и управлением вентиляцией помещений (46а, 57а) используется газоанализатор АГ 0012 (AG 0012) рисунок 2.5

<
>

Рисунок 2.5 - Газоанализатор АГ 0012 (AG 0012)

Газоанализатор АГ 0012 (AG 0012) предназначен для непрерывного автоматического измерения объемной доли водорода, аргона, азота, гелия, метана и двуокиси углерода в невзрывоопасных двух или многокомпонентных газовых смесях и выдачи измерительной информации в виде показаний по цифровому дисплею и стандартных электрических выходных сигналов информационной связи с другими изделиями.

Область применения: металлургические, нефтеперерабатывающие заводы, ТЭС, электролизные установки, контроль утечек водорода в охлаждающей системе турбогенераторов и других технологических установках.

Принцип работы: термокондуктометрический

Выходной сигнал: унифицированный 0-5, 0-20, 4-20 мА

Газоанализатор АГ 0012 (AG 0012) измеряет концентрацию газа в воздухе и передает информацию УВМ. При критическом значении концентрации включается сигнализация и производится отключение электролизеров. Сигнал, после УВМ попадает на электромагнитный пускатель (46б, 57б) и отправляется на исполнительный механизм МЭО-16/20-0,23-77 (46в, 57в).

Контроль за содержанием кислорода в водороде (47а, 52а, 58а, 63а, 68а) и содержание водорода в кислороде(48а, 53а, 59а, 64а) также осуществляется с помощью газоанализатор АГ 0012 (AG 0012).

Для контроля силы тока подаваемого на электролизер используются шунты измерительные стационарные 75ШИСВ (50а, 55а, 61а, 66а) рисунок 2.6.

<

>

Рисунок 2.6 - Шунт измерительный стационарный 75ШИСВ

Контроль за содержанием влаги в водороде после влагоотделителей осуществляется с помощью гигрометра БАЙКАЛ-2ВМ (69б, 70б, 71б)

БАЙКАЛ-2ВМ применяется для автоматического измерения и сигнализации объемной доли влаги и абсолютной влажности в азоте, воздухе, углекислом газе, водороде, кислороде, инертных и других газах и их смесях, используемых в технологических процессах рисунок 2.7.

Датчик гигрометра относится к взрывозащищенному оборудованию, имеет маркировку 1Exd11CT1 (69а, 70а, 71а), может устанавливаться вовзрывозащищенных зонах класса В-1а согласно ПУЭ.

Длина соединительного кабеля между датчиком и блоком измерения не более 300 м.

<
>

Рисунок 2.7 - Гигрометр БАЙКАЛ-2ВМ

Предел измерений объемной доли влаги: до 1000 ppm

для области измерений: 0…1 ppm - ±10%

для области измерений: 1…10 ppm -±4%

для области измерений: 10…1000 ppm - ± 2,5%

Выходной сигнал: 4-20 или 0-5 мА

Время установления показаний: не более 3 мин

Общий расход анализируемого газа: не более 1000 см³/мин

Параметры анализируемой среды: температура +5...+50°

2.3 Функции и функциональная структура

системы автоматизации

Основными целями при разработке АСУТП получения водорода определяются:

• обеспечение стабильности протекания технологического процесса;

• выполнение требований технологического регламента;

• обеспечение требуемых и планируемых показателей;

• оптимизация технологических регламентов.

Достижение перечисленных целей осуществляется с участием оператора путем его взаимодействия с техническими и программными средствами АСУТП.

Контроль и регулирование производится с помощью УВМ. Он осуществляет измерение и стабилизацию основных технологических параметров процесса, выполняет централизованный сбор, обработку и представление информации. На чертеже 2102. Д04.275 - АТХ-033. представлена функциональная структура АСУТП производства водорода.

Функциональные задачи АСУТП реализуются в следующих подсистемах:

• подсистема сбора и обработки информации о технологическом процессе;

• подсистема оперативного контроля технологических параметров;

• ситуационный анализ состояния технологического процесса;

• подсистема документирование технологического процесса;

• подсистема формирование и реализации управляющих воздействий;

• диагностика состояния технологического оборудования.

Отображение текущих параметров на мониторе оператора позволяет следить за ходом процесса. Здесь производится отображение текущих значений, которые при необходимости выводятся на печать или отправляются в архив данных.

Контроль состояния оборудования и текущих значений параметров производит УВМ автоматически. Он анализирует сложившуюся ситуацию и вовремя сигнализирует критическое отклонение параметров. Здесь же производится формирование автоматического управляющего воздействия.

Графическое представление сигнализации на мнемосхеме помогает быстро реагировать на отклонение параметров и вовремя принять решения по ее устранению, т.е. самостоятельно изменить значение параметров.

2.4 Техническая структура АСУТП

Состав технических средств АСУТП показан на чертеже 5502. Д05.275 - АТХ-034. Основными компонентами технического обеспечения рассматриваемой АСУ являются вычислительный комплекс, устройство связи с объектом и устройство связи с оператором. Устройство связи с объектом обеспечивает сбор информации с участков производства и ее предварительную обработку. Здесь таковыми выступают: датчики, нормирующий преобразователь, модули ввода, модули вывода и исполнительный механизм. Показания снимаются с датчиков и обрабатываются для дальнейшей работы. А готовые управляющие воздействия преобразовываются модулями вывода и поступают на исполнительный механизм.

Вычислительный комплекс состоит из УВМ. Он обеспечивает обработку информации в реальном времени. Производит автоматический контроль, отображает информацию на мониторе оператора. Выводит на печать нужные параметры в реальном времени. Оператор при необходимости с помощью УВМ может вмешаться в ход процесса.

2.5 Структурная схема АСУТП

Исходя из выбранных функций, сначала выбираем структуру системы автоматизации, а затем средства реализации этой структуры.

В данном дипломном проекте для автоматизации технологического производства водорода предлагается использовать двухуровневую структуру системы контроля и управления.

Первый уровень представляет собой систему датчиков контроля или первичных преобразователей технологических параметров, исполнительных механизмов и модулей удаленного сбора данных. На этом уровне происходит измерение и преобразование значений технологических параметров в информационный сигнал. Обязательным требованием к таким приборам является наличие стандартных электрических сигналов на выходе преобразователей.

На этом же уровне системы автоматизации используются микроконтроллеры либо модули удаленного сбора данных. Они осуществляют прием, нормирование, согласование, первичную обработку и передачу сигналов в управляющий компьютер (РС), который по функциональному признаку относится к второму уровню.

На втором уровне происходит обработка, анализ и выдача оператору информации о значении технологических параметров процесса. Благодаря полученной информации РС в режиме непосредственного цифрового управления при помощи программного алгоритма вырабатывает управляющее воздействие на исполнительные механизмы, приводы аппаратов и другие устройства взаимодействия с технологическим объектом автоматизации. При наличии на производстве нескольких РС, встроенные в них устройства обмена позволяют осуществлять передачу информации друг другу для совместной и более эффективной работы.

Для построения схемы автоматизации производства водорода произведен выбор технических средств контроля и управления технологическим процессом. В качестве сетевого контролера выбрано устройство серии ICOS-8000, предназначенные для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивающие выполнение следующих функций:

• аналоговый ввод-вывод;

• дискретный ввод-вывод;

• первичное преобразование информации;

• прием команд от удаленной вычислительной системы и передача в ее адрес преобразованных данных с использованием интерфейса RS-485.

ICOS-8000 состоит из трех модульных компонентов: процессор, кросс-плата, модули ввода-вывода. Каждое устройство может содержать до 8 модулей (64 канала ввода-вывода). Имеется возможность гибкого конфигурирования системы и входящих в ее состав устройств в зависимости от количества и вида контролируемых параметров, а также от расположения контролируемых объектов. Устройства серии ICOS-8000 могут объединяться в многоточечную сеть на базе интерфейса RS-485, управляемую центральным компьютером. Применение локально устанавливаемых модулей ввода-вывода позволяет существенно снизить затраты на монтаж, а также обеспечивает повышенные удобства в процессе обслуживания.

Каждая система ICOS-8000 использует 2-проводную линию для связи с управляющим компьютером по мультиабонентским сетям на базе интерфейса RS-485. Благодаря использованию символьного протокола обмена в качестве управляющей может быть применена любая вычислительная платформа.

Повышенные удобства монтажа и простота изменения конфигурации устройства обеспечены применением специальной объединительной панели, предназначенной для установки модулей. Кроме того, имеется возможность установки на отдельную панель или на DIN-рельс. Для подключения источников сигналов используется терминальный соединитель с винтовой фиксацией, обеспечивающий возможность оперативного присоединения и повышенные удобства при обслуживании.

К особенностям контроллеров ICOS-8000 относится:

• подключение до 256 систем к одному последовательному порту;

• до 64 каналов цифрового ввода-вывода или аналоговых канала;

• удаленная настройка диапазонов и типов входных аналоговых сигналов;

• гальваноразвязка по входу/выходу/питанию и контроль с помощью сторожевого таймера;

• двухпроводные мультиабонентские сети на базе интерфейса RS-485;

• протокол обмена на базе ASCII-кодов;

• скорость передачи данных до 115 кбит;

• напряжение питания от +10 до +30 В;

• легкая установка на DIN-рельс или панель;

• фронтальное подключение, характерное для программируемых логических контроллеров;

• программа настройки включена в комплект поставки;

• диапазон рабочих температур от -10 до +70°С;

• диапазон температур хранения от -25 до +85°С;

• влажность: от 5 до 95% без конденсации влаги.

В данном дипломном проекте используется совместимый программируемый микроконтроллер ICOS-8811.

Микроконтроллер ICOS-8811 предназначен для использования в локальных и распределенных системах автоматизации в качестве автономного контроллера. Он обеспечивает прием и выдачу аналоговых и дискретных сигналов, первичное преобразование сигналов по запрограммированным пользователем алгоритмам и обмен информацией по

<

Рисунок 2.7 - Контроллер I-8811

последовательным каналам связи на базе интерфейса RS-485. Контроллер имеет открытую архитектуру и может программироваться как с помощью традиционных языков программирования (С, ассемблер), так и с помощью языков логического программирования в соответствии со стандартом МЭК-61131 (в настоящий момент поддержка ICOS-8811 реализована в системах программирования UltraLogik и Paradym-31). Таким образом, ICOS-8811 удачно сочетает в себе качества программируемого логического контроллера (PLC) с простой и открытой архитектурой IBM PC совместимых компьютеров.

Характеристика микроконтроллера:

• процессор: 80188, 16-разрядный;

• память ОЗУ: 256 кбайт;

• флэш-ПЗУ: 256 кбайт;

• операционная система: ROM-DOS;

• часы реального времени: встроенные;

• сторожевой таймер: встроенный;

• количество обслуживаемых модулей ввода-вывода:8;

• последовательных порта: RS-232 и RS-485;

• напряжение изоляции: 3000 В;

Для сбора сигналов с датчиков используются 8-канальные модули аналогового ввода ICOS 87017:

Каналы: 8 дифференциальных;

Эффективное разрешение: 16 бит;

<

Входной диапазон: ±150, ±500 мВ, ±1, ±5, ±10 В; 0…20 мА ;

Напряжение изоляции: 1000 В (пост.)

Частота выборки: 10 Гц (общая)

Входное сопротивление: 2 МОм

Полоса пропускания: 13,1 Гц

Точность не хуже: ±0,1%

Дрейф нуля: ±0,3 мкВ/°С

Дрейф диапазона: ±25 РРМ/°С

Ослабление сигнала при 50/60 Гц — 92 дБ/мин

Потребляемая мощ ность: 1,0 Вт

Рисунок 2.8 - I-87017

<

Каналы: 4

Эффективное разрешение: 12 бит

Типы выходного сигнала: мА, В

Выходной диапазон: 0…20, 4…20 мА, 0…10 В

Напряжение изоляции: 500 В (пост.)

Точность:

    ±0,1% для токового выхода; 

   ±0,1% для выхода напряжения

Разрешающая способность: 0,015%

Дрейф нуля: 

   выход напряжения: ±30 мкВ/°С;   

токовый выход: ±0,2 мкА/°С

Рисунок 2.9 I-87024

Программируемая скорость нарастания выходного сигнала: 0,125…0,128 мА/с;  0,0625…64,0 В/с

Токовый нагрузочный резистор: 0…500 Ом (источник)

Потребляемая мощность: 2,5 Вт

<

Характеристика микроконтроллера I-7017:

Модуль аналогового ввода на 8 каналов;

16-разрядный АЦП;

6 дифференциальных и 2 однополюсных канала;

Программная настройка для работы с мВ, В или мА;

Гальваническая изоляция: 3000 В.

Характеристика микроконтроллера I-7024:

от 0,125 до 128,0 мА/с или от 0,0625 до 64 В/с;

Гальваническая изоляция: 3000 В.

от 0,125 до 128,0 мА/с или от 0,0625 до 64 В/с;

Гальваническая изоляция: 3000 В.

Для обработки полученной информации, контроля за технологическим процессом и управления им необходим персональный компьютер:

• дисплей: цветной с диагональю 15 дюймов и разрешением 1024 768 точек;

• процессор: Intel Pentium III до 850 МГц;

• память ОЗУ: до 256 Мбайт;

• CD ROM: 57 скоростной;

• контроллер Ethernet.

Порты ввода вывода: 4 последовательных порта (3 RS 232, 1 RS 232/422/485), 1 универсальный параллельный порт, 2 порта USB, порты для подключения клавиатуры и мыши (PS/2), входы и выходы звуковой подсистемы.

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

3.1 Построение функциональной модели автоматизированной системы и алгоритмов обеспечения безопасности методом объектно-ориентированного моделирования

Разные разработчики могут применять UML по своему усмотрению в зависимости от своих проблемных областей и используемых технологий.

Где Q - производительность процесса электролиза;

х₁,х₂,…,х_n - технологические параметры;

n - количество параметров, влияющих на производительность электролиза:

К - качество полученного газа;

К_min, К_max - соответственно минимальные и максимальные значения качества;

Б, Б_min - соответственно безопасность и допустимый уровень безопасности.

К={к₁, к₂, …к_m}

где к₁, к₂, …к_m - показатели качества.

Указанные цели представлены на рисунке 3.2 в виде диаграммы прецедентов. В качестве актеров выступает оператор системы, следящий за ходом ТП и технолог задающий технологический регламент.

<
>

Рисунок 4.2 - Представление целей управления ТП в виде диаграммы прецедентов

<
>

Рисунок 3.3 - Обобщенная модель реализации цели (прецедента) «Обеспечения безопасности»

Алгоритм управления локальным прецедентом «Устранение опасных и критических ситуаций», представлена на рисунке 3.4 в виде обобщенной диаграммы последовательности.

<
>

Е^уд_i=U_i(I_i-I_хх)/Q_i , кВт·ч/м³,

где U_i,I_i - текущее значение напряжения и тока;

I_хх - ток пуска электролизера;

Q_i - текущее значение производительности процесса;

<
>

Рисунок 3.6 - Алгоритм безопасности в виде диаграммы деятельности для ситуации «Повышение давления газов»

Рисунок 3.7 - Алгоритм безопасности в виде диаграммы деятельности для ситуации «Повышение удельных энергозатрат»

3.1.4 Разработка информационной структуры системы

Диаграмма классов (class diagram) служит для представления статиче­ской информационной структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования. Диаграмма классов отражает различные информационные взаимосвязи между отдельными страницами учеб­ника, такими как главная страница и страницы учебника, а также описывает их внутреннюю структуру и типы отношений. На диаграмме не указывается ин­формация о временных аспектах функционирования системы. С этой точки зрения диаграмма классов является дальнейшим развитием концептуальной модели проектируемой системы. Диаграмму классов принято считать графиче­ским представлением таких структурных взаимосвязей логической модели системы, которые не зависят или инвариантны от времени.

Рисунок 3.8 - Информационная структура системы управления процессом электролиза в виде обобщенной диаграммы классов

Таким образом, в соответствии с поставленными целями и на основе разработанных функциональных моделей процесса и системы построен алгоритм обеспечения безопасности в виде диаграмм последовательности и деятельности, а также информационная структура системы управления. Тем самым показана возможность применения объектно-ориентированного моделирования для формализации целенаправленной разработки эффективных алгоритмов и прикладных программ для управления потенциально опасными процессами в составе АСУ реального времени.

3.2 Техническое моделирование технологического процесса

3.2.1 Цели и задачи технического моделирования технологического процесса

На этапе проектирования АСУТП производства водорода целесообразно использовать техническую модель имитации сигналов технологического процесса. Это вызвано тем, что производство является взрывоопасным, а применение модели позволит протестировать разработанную систему на работоспособность, создавая различные варианты аварийного состояния производства, что невозможно произвести на реальном оборудовании.

В диссертационной работе разработан имитатор сигналов осиновых контролирующих параметров (таблица. 3.1) стадии приготовления дистиллята и электролиза воды. Функциональная схема данных участков представлена на рисунке 3.7.

Таблица 3.1 - Осиновые контролируемые параметры

<
>

Структурная схема модели является двухуровневой. Нижний уровень - уровень объекта имитирует датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам.

В качестве сетевого контроллера выбрано устройство серии ICOS-8000, предназначенные для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления.   Устройства серии ICOS-8000 могут объединяться в многоточечную сеть на базе интерфейса RS-485, управляемую центральным компьютером.

Верхний уровень - включает, прежде всего, одну станцию управления, представляющую собой автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора. В качестве рабочей станции используется ПЭВМ типа IBM PC. Станция управления предназначена для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи реализуются с помощью SCADA - системы. SCADА - это специализированное программное обеспечение, ориентированное на обеспечение интерфейса между оператором и системой управления.

<