Беспроводная сеть сбора и передачи измерительной информации в АСУТП (290,00 руб.)

Стр.2

Стр.235

Стр.236

Стр.237

Стр.238

Стр.239

Стр.240

УДК 338.432(075.8) ББК 60.8я73 И 17 Ившин В. П. Беспроводная сеть сбора и передачи измерительной информации в АСУТП : учебное пособие / В. П. Ившин; – М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ 2016. – 240 с. ISBN 978-5-7882-1848-9 Представлен обзор наиболее актуальных публикаций, посвящённых проблемам формирования современной элементной базы АСУТП, а также функционирования беспроводной сети сбора и передачи измерительной информации в системе. Приведены многочисленные примеры (задачи) построения беспроводных сетей СУХТП. Предназначено для студентов технологических университетов и колледжей, изучающих дисциплину C.3. Б.9 «Системы управления химико-технологическими процессами» по специальности 18.05.01.65 – «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий». Подготовлено на кафедре «Автоматизированные системы сбора и обработки информации». Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского национального исследовательского технологического университета. Рецензенты: д-р техн. наук К.Х. Гильфанов проф. каф. автоматизации технол. процессов и производств КГЭУ канд. техн. наук доцент каф. «Автоматика и управление» КНИТУ им. А.Н.Туполева С.А. Терентьев ISBN 978-5-7882-1848-9 © Ившин В. П., 2016 © «Казанский национальный исследовательский технологический университет», 2016 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 1. ФОРМИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ АСУТП. ПРИМЕРЫ ГЛАВА 1. АСУТП. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Автоматизированная система управления (АСУТП) (АСУТП) 1.2. Многоуровневая архитектура АСУТП 1.3. Архитектура системы с общей шиной 1.4. Промышленные сети. Интерфейсы RS-485, RS-232, RS-422 1.5. Топологии сетей АСУТП. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.6. Задачи коммутации абонентов в сетях и коммуникационные устройства 1.6.1. Связь компьютера с периферийными устройствами. 1.6.2. Простейший случай взаимодействия двух компьютеров 1.6.3. Коммуникационные устройства 1.6.4. Способы организации передачи данных между ПК. РАЗДЕЛ 1 ФОРМИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ АСУТП. ПРИМЕРЫ технологическими процессами 5 7 13 14 19 22 23 24 26 32 1.7. Принципы функционирования локальных сетей. Основные компоненты и типы ЛВС 33 1.7.1. Одноранговые сети 1.7.2. Сети на основе сервера 1.7.3. Комбинированные сети 1.8. Сети с беспроводной передачей измерительной информации 1.8.1. Инфракрасные и лазерные сети 1.8.2. Беспроводные сети с радиопередачей данных 1.8.3. Мобильные сети 1.9. Сетевые операционные системы 1.10. Линии связи. Протоколы связи в АСУ ТП 1.10.1. Модель взаимодействия открытых систем – модель OSI 1.10.2. Промышленная сеть PROFIBUS 1.11. Контроллеры АСУТП. Классификация 1.12. Будущее сетей ГЛАВА 2. HART-ПРОТОКОЛ 2.1. Сеть на основе HART – протокола 2.2. Средства коммуникации 2.2.1. НАRТ – модем Метран 681 2.2.2. HART– коммуникатор Метран 650 2.2.3. Конфигурационная программа HART– Master 2.2.4. HART – мультиплексор Метран 670 2.2.5. HART – коммуниктор модели HC 375 2.2.6. HART –USB модем Метран 682 2.2.7. Полевой коммуниктор модели 475 2.3. Особенности сети на основе HART-протокола 2.4. Достоинства HART протокола. Будущее протоколов ГЛАВА 3. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ (СУХТП) 3.1. Классификация технологических процессов 3.2. Классификация потенциально опасных процессов 3.2.1. Функции систем АСУ потенциально опасными процессами 3.3. Структура САК и САР. Определения 235 33 34 36 36 37 39 40 42 42 46 51 53 59 61 61 67 67 68 69 71 71 72 72 73 74 77 77 78 79 79 3 5 5

Стр.235

3.4. Принципы регулирования 3.5. Виды переходных процессов 3.6. САР непрерывного и прерывного действия. Статические и астатические САР ГЛАВА 4. ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ АСУТП. ПРИМЕРЫ 4.1. АСУТП – совокупность автономных локальных схем – 1 этап (двухуровневая схема). Пример 4.2. АСУТП на базе управляющей вычислительной машины – 2 этап (трёхуровневая схема). Пример 4.3. АСУТП на базе интеллектуальных средств автоматизации – 3 этап (трёхуровневая схема). Пример РАЗДЕЛ 2. БЕСПРОВОДНАЯ СЕТЬ СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В АСУТП ГЛАВА 1. БЕСПРОВОДНЫЕ СЕТИ АСУ ТП. КЛАССИФИКАЦИЯ 1.1. Типы беспроводных сетей в системах АСУ ТП. Обзор 1.1.1 Персональные беспроводные сети 1.1.2. Беспроводные сенсорные сети 1.1.3. Малые локальные беспроводные сети 1.1.4. Большие локальные беспроводные сети 1.1.5. Глобальные беспроводные сети. Мобильная связь. 1.1.6. Спутниковая связь 1.2. Распространённые беспроводные технологии(Bluethooth (IEEE 802.15.1), ZigBee (IEEE 802.15.4) и Wi-Fi (IEEE 802.11)) 1.3. Беспроводные устройства серии XYR 5000, 6000 компании Honeywell 1.4. Беспроводной комплекс измерения температуры JUМ0 Wtrans. 1.5. Проблемы беспроводных сетей и пути их решения. Основные требования к беспроводным сетям ГЛАВА 2. БЕСПРОВОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СВЯЗИ В АСУТП – SMART WIRELESS 2.1. Стандарт Wireless HART 2.2. Технические средства беспроводной связи Smart Wireless. 2.2.1. Rosemount 775 – преобразователь сигнала HART в беспроводной Smart Wireless THUM 2.2.2. Беспроводной шлюз 1420 2.2.3. Беспроводной шлюз Smart Wireless 2.2.4. Семейство измерительных преобразователей температуры Rosemount 848Т для систем с высокой плотностью измерений 2.2.5. Преобразователь дискретного входного сигнала в беспроводной Rosemount 702 2.2.6. Беспроводной сигнализатор уровня 2.2.7. Беспроводный датчик вибрации CSI 9420 вибрационный Rosemount 2160 2.2.8. Беспроводной измерительный преобразователь температуры Rosemount 248 2.2.9. Беспроводной измерительный преобразователь температуры Rosemount 648.Wireless 2.2.10. Многоканальный беспроводной преобразователь температуры Wireless HART TT 481 2.2.11. Беспроводные датчики давления, уровня и расхода WirelessHART. Серия LD400WH 2.2.12. Беспроводный датчик pH Rosemount 6081 236 82 84 85 87 87 87 89 98 98 99 99 101 103 104 105 107 110 112 113 117 120 120 124 124 126 127 129 131 132 133 135 135 137 138 138

Стр.236

2.2.13. АКСОН–100. Преобразователь давления микропроцессорный с радиоканалом и автономным источником питания 2.2.14. Беспроводные измерительные приборы серии Rosemount 3051S ГЛАВА 3. БЕСПРОВОДНЫЕ РЕШЕНИЯ SMART WIRELESS ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 3.1.Решение практических задач (задачи 1–31) Задача 1. Измерение уровня и предупреждение переполнения резервуаров Задача 2. Мониторинг параметров технологического процесса (концентрация кислоты, электропроводность) в ёмкости Задача 3. Установив преобразователь Smart Wireless THUM на многопараметрическом кориолисовом HART – расходомере Micro Motion, можно легко обеспечить доступ ко всем остальным параметрам Задача 4. Ухудшение отклика регулировочного клапана или неспособность клапана занять требуемое положение Задача 5. Температура подшипника на двигателе поднимается, что свидетельствует о скором отказе Задача 6. В системе водяного охлаждения образуются минеральные отложения, сокращая ее эффективность (использование беспроводных датчиков pH Rosemount 6081) Задача 7. Беспроводное устройство для определения положения клапана позволяет сократить количество остановов Задача 8. Контроль производительности работы насоса с использованием беспроводных датчиков Rosemount 3051S Задача 9. Осуществление беспроводного мониторинга работы важного редуктора с помощью беспроводного датчика вибрации CSI 9420. Задача 10. Беспроводное обнаружение засорения фильтра с помощью беспроводного датчика Rosemount 3051S Задача 11. Отслеживание температуры в паропроводе беспроводным датчиком Rosemount 848T Задача 12. Беспроводной преобразователь дискретного сигнала Rosemount 702 с сигнализатором высокого уровня оповещает о переполнении резервуаров едкими веществами Задача 13. Обнаружение утечки через предохранительные клапаны с помощью беспроводных датчиков Rosemount 3051S Задача 14. Беспроводной преобразователь дискретного сигнала Rosemount 702 обнаружит использование оборудования для обеспечения безопасности Задача 15. Предприятие охватывает комплекс удаленных зданий, в которых размещена система водяных насосов и циркуляционное оборудование. Необходимо обеспечить беспроводное оповещение о температуре в каждом из зданий Задача 16. Беспроводный контроль температур внутри цистерн, перевозимых железнодорожным транспортом Задача 17. Беспроводная система оповещения о засорении фильтра предотвратила остановку процесса Задача 18. Беспроводный контроль большого числа точек измерения давления, температуры и вибрации при производстве химических веществ промышленной компанией Задача 19. Беспроводной контроль показателей добычи нефти 237 146 146 147 147 148 148 149 150 150 150 151 151 151 152 152 153 153 139 130 144 144 144 145

Стр.237

Задача 20. Беспроводной контроль температуры внутри вращающейся печи Задача 21. Беспроводной мониторинг объема выбросов вредных химических веществ на газоперерабатывающих заводах Задача 22. Беспроводной мониторинг на нефтеперерабатывающем заводе давления азотной подушки на резервуарах с бензолом Задача 23. На заводе по производству металлопроката после внедрения беспроводных решений Smart Wireless перестали происходить отказы валков Задача 24. Улучшение предоставления информации и повышение эффективности работы котла и турбины привели к многочисленным улучшениям работы электростанции Задача 25. Беспроводные решения Smart Wireless позволили отслеживать уровень вибрации на опасных участках нефтеперерабатывающего завода в течение каждой смены Задача 26. Беспроводные преобразователи дискретного сигнала Rosemount 702 обеспечили безопасность производственного процесса на целлюлозно-бумажном заводе Задача 27. Беспроводные средства автоматизации обеспечивают доступ к диагностическим средствам, которые могут обнаружить закупорку импульсных линий Задача 28. Беспроводная технология в измерениях уровня, скорости изменения уровня приводит к эффективному использованию резервуаров Задача 29. Подключение преобразователя Smart Wireless THUM к анализаторам модели 1056 позволило осуществить беспроводный контроль концентрации кислоты и температуру Задача 30. Дистанционный мониторинг для обнаружения отказов установок Задача 31. Интегрировать беспроводную сеть в проводную систему 3.2. Применение беспроводных приборов в различных отраслях промышленности (задачи 32 – 62) Задача 32. Контроль параметров добывающих скважин Задача 33. Измерение затрубного и устьевого давлений скважины Задача 35. Контроль уровня нефтепродуктов и давления сжиженного газа в резервуарах хранения Задача 36. Мониторинг трубопровода и нагнетательных скважин системы Задача 37. Внедрение беспроводного решения на трех спутниковых газовых месторождениях для контроля давления, температуры и перепадов давления в устье газовой скважины, направление всех данных в систему SCADA Задача 38. Мобильная установка для гидравлических испытаний трубопровода для запуска новых скважин Задача 39. Контроль состояния удаленных добывающих и нагнетательных скважин Задача 40. Модернизация 30-летней морской добывающей платформы Задача 41. Повышение надежности работы системы защиты от переливов на нефтеперерабатывающем заводе (НПЗ) Задача 42. Контроль параметров отгружаемого сырья на участке налива готовой продукции 238 154 154 155 155 155 156 156 157 157 157 157 157 158 158 159 Задача 34. Контроль параметров установки подготовки и сепарации воды (УПСВ) 159 160 160 161 162 163 165 166 166

Стр.238

Задача 43. Мониторинг параметров температуры и давления с целью исключения возможности повреждения трубопровода Задача 44. Измерение уровня и защита от переполнения резервуаров Задача 45. Беспроводная система измерения уровня от Emerson Задача 46. Постоянный контроль параметров на факеле Задача 47. Безопасность работы факельного хозяйства при помощи беспроводного решения Задача 48. Регулирование температуры в коксовой печи Задача 49. Повышение уровня безопасности хранилища жидкого аммиака Задача 50. Регулирование температуры в электродуговой печи Задача 51. Измерение температуры тормозных цилиндров во время отогрева вагонных составов с размораживаемой рудой Задача 52. Измерение температуры спекания шихты во вращающейся трубчатой печи Задача 53. Измерение температуры в двух зонах вращающейся печи в процессе обжига сырьевого шлама и получении клинкера Задача 54. Выявление утечек в замкнутом контуре охлаждающей воды в доменной печи Задача 55. Контроль температуры подвижной печи Задача 56. Измерение расхода сжатого воздуха электромагнитных помех в условиях высоких Задача 57. Измерение температуры поверхности вращающейся печи на предприятии по производству целлюлозно-бумажной продукции Задача 58. Контроль температуры уходящих дымовых газов на угольной теплоэлектростанции Задача 59. Измерение расхода насыщенного пара с температурой 185° C при температуре окружающей среды -29° C на крупном завод по производству силикона Задача 61. Измерение температуры обмоток мельницы с безредукторным двигателем. Беспроводные решения от Emerson помогают избежать отключений вращающегося роторного двигателя Задача 62. Временный мониторинг состояния пускового устройства (стартера), расположенного во вспомогательном отсеке газовой турбины сокращает время простоев и повышает уровень безопасности операторов с помощью беспроводных датчиков вибрации от Emerson 3.3 Контрольные вопросы (1 – 33) по теме и ответы на них ГЛАВА 4. БЕСПРОВОДНАЯ СВЯЗЬ PLICSRADIO. ПРИМЕРЫ 4.1. Введение 4.2.Устройства беспроводной связи PLICSRADIO (обзор) 4.3. Принцип действия устройств PLICSRADIO 4.4. Задачи для разных ситуаций 175 176 176 177 Задача 60. Интеллектуальные беспроводные устройства от Emerson предотвращают поломки и производственные потери на вращающемся реакторе 178 178 167 168 169 169 170 170 171 171 172 172 174 174 175 179 180 184 184 185 186 4.3.1. Моноканальная радиосвязь между датчиком HART и системой управления 187 4.3.2. Многоканальная радиосвязь между датчиком HART и системой управления 188 190 239

Стр.239

4.4.1. Передача сигнала через препятствия: улицы и железные дороги; реки и каналы; ограды и стены; возвышенности и низины; здания и технологические сооружения 4.4.2. Расширение технологических установок или систем управления без прерывания производственного процесса 4.4.3. Передвижные системы и подвижные емкости 4.4.4. Индикация уровня в высокой ёмкости через беспроводную связь 4.4.5. Надежная удаленная передача данных 4.4.6. САР температуры целевого продукта на выходе из теплообменника Т1 (использование беспроводной передачи информации) – 4 этап. Пример ГЛАВА 5. МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ 5.1. Многопараметрические приборы Компании Emerson 190 191 191 192 193 193 197 197 5.1.1. Многопараметрический преобразователь Rosemount®3051S MultiVariable™ 197 5.1.2. Многопараметрический массовый расходомер MultiVariableTM модели 3095 199 5.1.3. Радарные уровнемеры Rosemount 3300, 5300 и 5400 5.1.4. Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры Micro Motion. Принцип действия кориолисовых расходомеров и плотномеров 5.2.Массовый вихревой многопараметрический расходомер – счетчик Pro-V™ серии М23 5.3. Многопараметрический вихревой расходомер DVH от компании KOBOLD Messring GmbH 5.4. Многопараметрический датчик EJX910A 5.5. Датчик массового расхода с поддержкой шины FOUNDATION Fieldbus 5.6. ГИГРОТЕРМОН – многопараметрический измерительный прибор ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Перспективы развития беспроводной технологии. Технология Smart Dust ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИТЕРАТУРА Ответственный за выпуск доц. В. В. Кузьмин 5.1.5. Вихревой многопараметрический расходомер модели 8800 MultiVariableTM 204 5.1.6. Электромагнитные расходомеры Rosemount 8700 200 201 205 206 210 211 212 212 216 218 233 Подписано в печать 28.01.2016 Бумага офсетная 30,0 уч.-изд.л. Печать Riso. Тираж 100 экз. Формат 60×84 1/16 27,9 усл. печ. л. «C» Заказ Издательство Казанского национального исследовательского технологического университета Офсетная лаборатория Казанского национального исследовательского технологического университета 420015, Казань, К. Маркса, 68 240

Стр.240