Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ технологического процесса синтеза этаноламинов как объекта управления и постановка задач исследований 10
1.1 Технологический процесс производства этаноламинов и его особенности как объекта управления 10
1.2 Состояние и развитие производства этаноламинов 19
1.3 Оценка эффективности существующих систем управления процессом получения этаноламинов 25
1.4 Постановка задач исследования стадии синтеза этаноламинов 34
Выводы по главе 1 36
Глава 2. Исследование и идентификация процесса синтеза этаноламинов как объекта управления методами статистического анализа. Синтез оптимального управления 37
2.1 Корреляционный анализ процесса синтеза этаноламинов как многофакторного объекта управления. Статические характеристики процесса 37
2.2 Идентификация объекта управления методом последовательного регрессионного анализа в условиях мультиколлинеарности статистической выборки 58
2.3 Синтез оптимального управления процессом получения этаноламинов методами математического программирования на основе регрессионных
моделей объекта 63
Выводы по главе 2 70
Глава 3. Математическая модель процесса синтеза этаноламинов и создание алгоритмов оптимального управления объектом 71
3.1 Физико-химические основы процесса синтеза этаноламинов 71
3.2 Математическая модель реактора-смесителя для получения этаноламинов. Блок-схема и балансовые уравнения процесса 75
3.3 Математическая модель реактора с распределенными параметрами, предназначенного для завершения реакции оксиэтилирования 78
3.4 Математическая модель стадии синтеза этаноламинов и принципиальная схема оптимального управления производством на стадии синтеза 81
3.5 Определение передаточной функции многоконтурной системы
коррекции состава этаноламинов 84
Выводы по главе 3 88
Глава 4. Реализация оптимального управления процессом коррекции состава этаноламинов 90
4.1 Функциональная схема автоматизации процесса синтеза этаноламинов 90
4.2 Автоматическое управление технологическим процессом 92
4.3 Классификация и выбор аналитических многокомпонентных автоматических устройств для анализа состава этаноламина 94
4.4 Приборно-программный аналитический комплекс как средство технической диагностики 112
4.5 Оценка управляемости и устойчивости системы управления 117
4.6 Программно-технический комплекс и программные аспекты
реализации алгоритма технической диагностики 124
Выводы по главе 4 136
Заключение 138
Список литературы
- Оценка эффективности существующих систем управления процессом получения этаноламинов
- Идентификация объекта управления методом последовательного регрессионного анализа в условиях мультиколлинеарности статистической выборки
- Математическая модель стадии синтеза этаноламинов и принципиальная схема оптимального управления производством на стадии синтеза
- Приборно-программный аналитический комплекс как средство технической диагностики
Введение к работе
Актуальность темы исследования
Производство этаноламинов имеет глубокую историю, начиная с середины позапрошлого века. Значение этаноламинов объясняется их широкими возможностями при получении растворителей и ПАВ, гербицидов, цементов, моющих средств и других продуктов.
Производством этаноламинов занимаются крупные фирмы США и Западной Европы, например, компании DOW CHEMICAL (США), компании BASF и INEOS OXIDE (Европа).
В России крупными производителями этаноламинов являются «Казаньоргсин-тез» (г. Казань) и ОАО «Синтез» (г. Дзержинск).
Производство этаноламинов весьма сложный технологический процесс, включающий большое количество аппаратов-реакторов, теплообменников, ректификационных колонн, насосов и других видов оборудования. В укрупненном плане это производство можно подразделить на две стадии, а именно, стадию синтеза и стадию ректификации.
Исследованиями в области неразрушающего контроля и технической диагностики процессов и оборудования занимаются такие ученые как Клюев В. В., Ковалев А. В., Матвиенко Г. Г., Фирстов В. Г., Иванов В. И., Артемьев Б. В., Евлампи-ев А. И., Сажин С. Г., Наумов В. И.
В области автоматического контроля процессов проводили исследования и разработки такие ученые, как Кафаров В.В., Пухов Г.Е., Лбов Г.С., Эйкхофф П., Адлер Ю.П., Петрович М.А., Балакирев В.С., Фрэнкс Р., Бояринов А.И., Беллман Р..
Проблемы проведения процессов получения этаноламинов исследовались и изучались подробно в организации ГИПХ (г. Санкт-Петербург).
Настоящая диссертационная работа посвящена задаче оптимизации стадии синтеза, в ходе реализации которой происходит получение этаноламина при взаимодействии окиси этилена и аммиака
В зависимости от спроса рынка возникает задача реализации моноэтанолами-на (МОЭ), диэтаноламина (ДЭЭ) или триэтаноломина (ТЭА). Разделение этанола-минов на фракции осуществляется на стадии ректификации. Но частичное разделение может быть реализовано и на стадии синтеза. В этом случае резко снижаются энергетические до 9 % и временные затраты до 20 % при окончательном разделении этаноламинов на стадии ректификации.
В ходе выполнения работы использовались результаты хроматографического анализа как метода технической диагностики.
Исследования, которые выполнены в рамках настоящей работы, базируются на обширном экспериментальном материале, математическом моделировании и технической диагностике.
Объектом исследования является непрерывный технологический процесс получения этаноламинов на стадии синтеза.
Предметом исследования являются математические модели стадии синтеза этаноламинов, алгоритмы решения задач коррекции состава этаноламинов, многоконтурные системы коррекции и их алгоритмы.
Цель работы: повышение эффективности стадии синтеза производства этано-ламинов путем введения корректирующих контуров, обеспечивающих последовательно максимальное содержание моноэтаноламина (диэтаноламина) в реакционной смеси перед ее окончательным разделением на основе технической хроматографи-ческой диагностики процесса.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
-
Выявление особенностей процесса получения этаноламина на стадии синтеза.
-
Выполнение корреляционного и регрессионного анализа процесса синтеза и определение статических характеристик процесса по основным каналам диагностики.
-
Разработка математических моделей реактора-смесителя и реактора вытеснения, а также алгоритмов управления узлами синтеза этаноламина на основе методов технической диагностики.
-
Разработка приборно-программного аналитического комплекса как средства технической диагностики.
-
Разработка программно-технического комплекса на основе современных информационных технологий.
Методы исследования.
В процессе решения поставленной задачи в работе использовались: методика обработки экспериментальных данных, корреляционный анализ стадии синтеза, метод последовательного регрессионного анализа, метод оптимизации для нахождения оптимальных значении фракций этаноламина.
Научная новизна.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
-
Получены адекватные математические модели процесса синтеза этанолами-нов, представляющие собой уравнения регрессии, отличающиеся тем, что на их основе осуществляется прогнозирование состава реакционной смеси.
-
Доказано, что принятая кинетическая схема оксиэтилирования аммиака и полученные на ее основе уравнения кинетики процесса не противоречат эксперименту и позволили построить адекватную детерминированную математическую модель узла синтеза.
-
Получена математическая модель основного реактора-смесителя в виде дифференциальных уравнений, позволяющая оценить параметры состояния объекта и оптимизировать состав смеси этаноламинов.
-
Предложен приборно-программный аналитический комплекс, позволяющий с учетом критерия оптимизации обеспечить на выходе узла синтеза максимальное
значение моноэтаноламина (диэтаноламина). Положительное решение
№ 2013154829/04 (085607) от 10.12.2013 г. на выдачу патента.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
По результатам диссертационной работы, определен новый подход к повышению эффективности производства этаноламинов за счет экономии энергоресурсов и временных затрат. Получено положительное решение Роспатента на выдачу патента на новый способ формирования фракций этаноламина. Диссертационные материалы используются в учебном процессе в рамках дисциплины «Автоматизация технологических процессов и производств» и «Моделирование систем управления» кафедры «Автоматизация и информационные системы» Дзержинского политехнического института (филиала) Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Нижегородский государственный технический университет имени Р.Е. Алексеева» (ДПИ НГТУ).
Апробация работы.
Основные положения и результаты работы, полученные в диссертационной работе докладывались на XXVI Международной научной конференции «Информационные системы и технологии» (г. Нижний Новгород), XIX Международной конференции «Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород), XX Международной конференции по неразрушающему контролю и технической диагностики (г. Москва), Международной конференции «Education and science without borders» (г. Мюнхен).
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 17 печатных работ, в т.ч. четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Результаты анализа процесса синтеза производства этаноламинов, показавшие необходимость обеспечить на стадии синтеза максимизацию одной или двух фракций этаноламина.
-
Результаты статистических исследований объекта управления, доказавшие наибольшую эффективность каналов диагностики и выявившие подходы к оптимизации параметров объекта.
-
Система технической диагностики и оптимального управления процессом синтеза производства этаноламинов и алгоритм коррекции фракций этаноламинов, позволившие снизить энергетические и временные затраты на стадии ректификации.
-
Приборно-программный аналитический комплекс, состоящий из двух контуров коррекции фракций этаноламинов и алгоритма управления, обеспечивающий эффективную их работу на основе метода технической диагностики.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 131 наименование и 4 приложений.
Работа изложена на 183 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунка и 13 таблиц.
Оценка эффективности существующих систем управления процессом получения этаноламинов
Этаноламины впервые были синтезированы Вюрцем в 1860 году нагреванием этиленхлоргидрина и водного аммиака в герметичной трубе. Кнорр в 1897 году сообщил о реакции оксида этилена с аммиаком и разделении моно-, ди-, ириэтаноламинов фракционной дистилляцией. Этот способ получения этаноламинов не нашел промышленного применения ввиду высокой стоимости исходного сырья. Производство триэтаноламина из аммиака и оксида этилена началось в США в 1928 году, моно - и диэтаноламины стали доступны с 1931 года. Промышленное значение этаноламинов стало расти с 1945 года, когда началось широкомасштабное производство оксида этилена. На сегодняшний день индустрия этаноламинов занимает значительный сегмент мирового химического комплекса.
За рубежом производство этаноламинов получило широкое распространение, и многие производители пытались создать такую технологию, которая давала бы возможность изменять состав целевых продуктов и получать в зависимости от спроса моно- или диэтаноламин.
Известен процесс получения алканоламинов из окиси этилена и аммиака с использованием гетерогенных катализаторов – ионообменных смол, содержащих активные группы (карбоксильные, сульфоновые, фенольные и т.п.) [25]. Взаимодействие аммиака и окиси этилена в соотношении 10 – 80 : 1 проводят при температуре 20 – 250 С. Полученный продукт в основном состоит из моноэтаноламина. Использование в процессе гетерогенных катализаторов требует их периодической разгрузки и регенерации, причем ионообменные смолы в данных условиях работают нестабильно.
Промышленные технологии получения этаноламинов можно разделить на две группы. Первую группу составляют «водные» технологии с использованием окиси этилена и водных растворов аммиака, синтез проводят при температуре 20 – 200 С, давлении 1 – 60 атм. и соотношении окись этилена: аммиак 1 : 4 – 50 [26].
Известен способ получения этаноламинов из окиси этилена и аммиака, растворенного в воде и/или аминоспиртах, амидоаминах или эфирах [27]. Использование растворителей вызывает необходимость в дополнительной стадии их отгонки и связано с дополнительными энергетическими затратами на их отделение и рецикл.
Вторую группу составляют технологии, в которых используются окись этилена и аммиак с содержанием каталитических количеств воды (0,5 – 5%) [28, 29, 30]. Проблема повышения содержания МЭА в реакционных смесях для технологий с использованием водных растворов аммиака решалась различными способами, например увеличением соотношения аммиака в исходной смеси [31]. Повышение содержания ДЭА возможно в результате введения стадии дополнительного оксиэтилирования [32].
Также существует способ получения этаноламинов [33], проводимый в жидкой фазе при стехиометрическом избытке аммиака, с использованием каталитических количеств воды – на каждый моль аммиака приходится от 0,05 до 1,0 моль воды, с последующим рециклом аммиака.
Основные мощности по производству этаноламинов созданы в США и Западной Европе, что обусловлено высоким уровнем развития химической промышленности в этих регионах. Общий мировой объём выпуска этаноламинов составляет около 1000 тыс. тонн/год, в том числе: в США 525 тыс. тонн/год, в Европе 275 тыс. тонн/год, в Азии и Австралии 150 тыс. тонн/год, в России 40 тыс. тонн/год.
Основными направлениями применения этаноламинов являются: очистка природных и технологических газов от кислых примесей в нефтегазовой и азотной промышленности. Кроме того, его используют в металлообработке, в качестве растворителей и ПАВ, в производстве этилендиамина и гербицидов, в текстильной промышленности, при производстве цементов для интенсификации помола, пестицидов – в качестве эмульгаторов. В 2011 году более 30 % мирового рынка этаноламинов пришлось на применение в производстве поверхностно-активных веществ, в производстве гербицидов и других агрохимикатов, в газоочистке. Наиболее высокие темпы роста потребления МЭА наблюдается в производстве этилендиамина, ДЭА – агрохимикатов, ТЭА – четвертичных солей. Емкость мирового рынка на сегодняшний день составляет 1,8 млн. тонн в год. Из них США имеет 32 %, западная Европа – 25 %, и Китай 20 %. Восточная Европа имеет лишь 2,5 % потребления этаноламинов. В СССР первое промышленное производство этаноламинов организованно в 1949 году в г. Дзержинске на химическом заводе «ОКА». Мощность его на тот момент составляла 1150 тонн в год. Это был периодический процесс, взаимодействие окиси этилена и аммиака в водном растворе. После неоднократных реконструкций производство достигло мощности на 01.01.2006 г. – 16 000 тонн в год.
Идентификация объекта управления методом последовательного регрессионного анализа в условиях мультиколлинеарности статистической выборки
Наибольшее значение 73 принимает на линии пересечения плоскостей, ограничивающих область допустимых решений со стороны наибольших значений Хх = 3 и Х5 = 80, в точке лежащей на ограничивающей плоскости: Экстремум имеет место в точке: подача ОЭ (Хх) равна 3 м3/ч, подача аммиака (Х2) - 15,6 м3/ч и температура в верху реактора вытеснения (Х5) - 80 С. Прогнозируемое экстремальное значение состава реакционной смеси перед разделением: доля МЭА (7j) равна 43,5 %, доля ДЭА (72) равна 29,7 % и доля ТЭА (73) равна 26,8 %.
Возможны и другие варианты экстремальных задач в данном процессе, например, найти управление, обеспечивающее получение минимальной доли МЭА (или ТЭА) в реакционной смеси на выходе из узла синтеза.
Если необходимо найти условия получения реакционной смеси с минимальной долей МЭА, то целевая функция (критерий оптимизации) записывается как Z = (X) = 67,74-5,196-X1-0,108-X3 - min (2.34) и система ограничений остается прежней. Очевидно, что в области допустимых решений минимальное значение Yx имеет место при наибольших граничных значениях подачи ОЭ (Хх = 3 м3/ч) и температуры вверху реактора вытеснения (Х5 = 80 С), а подача аммиака определяется точкой пересечения плоскости 2,284+1,378-Хх-0,00323-Х5 -0,394-Х2 =0 (2.35) с другими ограничивающими плоскостями. Расчет показывает, что такая точка совпадает с точкой, обеспечивающей максимальное значение 73 - доли ТЭА в реакционной смеси.
При поиске условий получения реакционной смеси с минимальным содержанием ТЭА целевая функция есть: Z = 73(X) = 8,471 + 5,796-X1-0,088-X5-0,394-X2 min (2.36) с установленной ранее областью допустимых решений. Подача аммиака (Х2) должна быть найдена как точка пересечения ограничивающих плоскостей 2,284+1,378-Хх -0,00323-Х5 -0,394-Х2 = 0, Х1 = 3 и Х5 = 80. Такая точка совпадает с точкой, обеспечивающей максимальное содержание МЭА с реакционной смеси.
Экстремальные точки находятся при любой постановке данной задачи на границах области допустимых решений. Нами найдены локальные экстремумы, а для нахождения глобальных экстремумов следует просканировать всю поверхность допустимой области существования решений. При необходимости эта процедура должна быть реализована в процессе оптимального управления объектом [51, 52].
Блок-схема алгоритма поиска экстремального состава продукта Блок-схема алгоритма поиска экстремального состава продукта представлена на рисунке 2.23. Ограничения в виде неравенств в данной постановке задачи диктуются составом исходной статистической выборки, на основании которой получена регрессионная модель объекта управления. Модель адекватна внутри исследованной области, но дает возрастающие ошибки прогноза по мере удаления от границ изученной области. Для поиска оптимальных режимов управления в более широком диапазоне изменения параметров производства необходима разработка детерминированной математической модели объекта [53, 54, 55, 56].
Выполнен корреляционный анализ процесса производства этаноламинов (стадия синтеза) в квазистатических условиях, установлены основные каналы управления составом реакционной смеси и получены статические характеристики объекта по основным параметрам управления. Показано, что исходная статистическая выборка мультиколлинеарна и предложено использовать метод последовательного регрессионного анализа для устранения влияния мультиколлинеарности выборки на результаты статистического анализа. Получена адекватная регрессионная модель объекта управления, пригодная для прогнозирования состава реакционной смеси с целью управления составом и оптимизации.
Поставлена и формализована задача линейного математического программирования для оптимизации состава реакционной смеси. Предложен алгоритм оптимизации объекта. Найдены оптимальные условия реализации производственного процесса для получения смеси с максимальным содержанием МЭА и с максимальным содержанием ТЭА в области допустимых решений. ГЛАВА 3.
Процесс синтеза этаноламинов осуществляется в двух непрерывно-действующих реакторах: реакторе-смесителе (PC) и реакторе вытеснения (РВ). Аппаратурное оформление процесса позволяет осуществлять интенсивный теплосъем в зоне реакции и обеспечивать устойчивое протекание процесса в широком диапазоне соотношений исходных компонентов в зоне реакции. В основу производства положена технология получения этаноламинов из окиси этилена и аммиака с использованием продуктов реакции – этаноламинов – в качестве катализаторов основной реакции. Процесс проводится в большом (15– 20) избытке аммиака с возвратом не прореагировавшего аммиака в зону реакции. Предусмотрен также возврат в зону реакции части моноэтаноламина после его выделения из реакционной смеси. При разработке математической модели объекта необходимо учесть физико-химические и термодинамические особенности реакции оксиэтилирования аммиака, а также способ организации технологии и материальных потоков на стадии синтеза [57, 58, 59, 60].
Математическая модель стадии синтеза этаноламинов и принципиальная схема оптимального управления производством на стадии синтеза
Для задачи контроля концентраций фракций этаноламинов отдадим предпочтение методу хроматографии. Это объясняется рядом достоинств этого метода, к которым относятся: – Универсальность метода. Оказывается, возможно разделять и анализировать благородные газы, низкокипящие газы, летучие жидкие вещества. В сырой нефти разделяют и определяют углеводороды с числом атомов углерода от C10 до C100. – Низкий предел обнаружения (высокий порог чувствительности). Предел детектирования некоторых детекторов около 1 10-9 – 1 10-12 г/см3. Диоксины определяют методом газовой хроматографии на уровне ppt, т.е. 1 10-10 %об. – Экспрессный анализ. Время анализа методом газовой хроматографии (без учета времени пробоподготовки) обычно в пределах 5 – 30 минут. – Малая погрешность анализа. Воспроизводимость последовательных измерений (случайная погрешность) может колебаться от 0,01 до 1 %. – Малый размер анализируемой пробы. Для хроматографического анализа в большинстве случаев необходимо ввести пробу в пределах 0,1 – 100 мкл (1 10-4 – 1 10-3 г). – Возможность автоматизации анализа. Для практического контроля разработаны автоматические хроматографы, работающие постоянно без участия человека.
Производство этаноламинов относится к непрерывным, в котором необходим постоянный контроль состава фракций реакционной смеси. В связи с этим необходимо использовать поточные хроматографы, к которым предъявляются следующие требования: – высокая надежность (в некоторых случаях требуется непрерывная работа хроматографа до нескольких месяцев непосредственно в технологическом процессе); – полная автоматизация, включая забор пробы, ее разделение, детектирование, обработку данных и передачу результатов в режиме реального времени на пульт оператора; – высокие требования к подготовке пробы, включая освобождение от механических примесей и влаги; – взрывозащищенное исполнение.
В последние годы интерес к промышленным газовым хроматографам сильно возрос. Более 20 фирм в мире выпускают промышленные хроматографы такие как Siemens (Германия), Yokogawa (Япония), Fisher-Rosemount (США), Хроматэк (г. Йошкар-Ола) и др. Серьезные успехи в создании промышленных хроматографов достигнуты фирмой Siemens [68].
Новый уровень достижений в промышленной хроматографии воплощен в компактном взрывозащищенном хроматографе Micro SAM, который будучи компактным и недорогим, решает многочисленные задачи аналитических измерений в различных отраслях, обеспечивая при этом высокую производительность контроля. Хроматограф Micro SAM достаточно прост в управлении и может монтироваться непосредственно на промышленной коммуникации (рисунок 4.4).
Промышленный хроматограф Micro SAM фирмы Siemens
В нем реализуется бесклапанная дозировка и переключение потоков, снижено время циклов, обеспечивается возможность параллельного подключения нескольких хроматографов для одновременного контроля ряда потоков проб контролируемых сред.
Хроматографы газовые Micro SAM в основном предназначены для определения состава и физических свойств газа. Однако возможности его более широки. Хроматограф Micro SAM используется также при анализе многокомпонентных соединений в производственных процессах в химической, нефтехимической, фармацевтической и других областях промышленности.
Хроматограф Micro SAM представляет собой стационарную автоматизированную измерительную систему универсального назначения, смонтированную в полевом корпусе. Хроматограф состоит из блока, включающего в себя термостат с термокондуктометрическими детекторами (до 8 шт.) и капиллярными колонками, систему для ввода проб, модуль электронного давления газоносителя, а также узел управления и обработки данных.
Ввод газовой пробы осуществляется посредством дозатора, не имеющего подвижных частей. Управление хроматографом, сбор и обработка полученной информации, осуществляется с персонального компьютера с программным обеспечением. Связь с системой правления производством осуществляется по Modbus протоколу через последовательный интерфейс RS485. Хроматограф может быть установлен в различных труднодоступных и удаленных местах и способен длительное время работать в автономном режиме. Он выполнен в герметичном корпусе и имеет маркировку взрывозащиты lExdllct4x.
Несколько газовых хроматографов Micro SAM могут быть подключены параллельно для одновременного анализа нескольких потоков или с целью создания резервной подсистемы.
Предел обнаружения детектора по теплопроводности – 5 ppm по пропану. Воспроизводимость – ±1 % для диапазона 0 – 300 ppm. Длительность цикла – от 30 сек до 120 сек. В хроматографе применяются капиллярные колонки диаметром 0,15 – 0,25 мм.
Широкими возможностями обладает промышленный газовый хроматограф Maxumedition (Siemens), в котором объединены многолетние достижения двух мировых компаний Advance Analytical Instruments и Siemens AG (рисунок 4.5).
Приборно-программный аналитический комплекс как средство технической диагностики
Обеспечение задач технической диагностики и управления процессом синтеза этаноламинов в настоящей работе производится посредством микропроцессорного контроллера типа SIMATIC S7 – 400 (Siemens). Данный контроллер – SIMATIC S7 – 400 имеет широкий спектр функций программно-логического управления и аналогового регулирования [39, 69].
Контроллер удовлетворяет следующим требованиям: – способность без предварительного преобразования принимать аналоговые сигналы 4 20 mA; – способность коммутации на дискретных выходах до 220 В (для того, чтобы напрямую управлять электропневмоклапанами); – возможность с минимальными затратами организовать независимый прием и выдачу
Монтаж модулей контроллера SIMATIC S7 – 400 производится на так называемом «монтажном рельсе» с 11-ю слотами расширения, обозначаемом в дальнейшем «каркас».
Процессорный модуль CPU 414 – 2 контроллера SIMATIC S7 – 400 располагается в слоте № 2 основного каркаса (каркас 0) и поддерживает до 3 каркасов расширения. Слоты № 4, ..., 11 всех каркасов служат для размещения модулей ввода-вывода, причем контроллеры SIMATIC могут принимать все виды унифицированных входных сигналов по току и напряжению, сигналы термопар и термометров сопротивления с различными видами номинальных статических характеристик: вид входного сигнала выбирает пользователь при монтаже контроллера, а не при заказе (кроме взрывозащищенных модулей). Питание модулей ввода-вывода и процессорного модуля осуществляется напряжением = 24 В от блока питания PS407, подключаемого к слоту № 1 каждого каркаса. При помощи модуля IM360, устанавливаемого в каркасе 0, и модуля IM361, устанавливаемого в каркасах расширения, осуществляется связь между каркасами.
Все процессорные модули контроллеров S7 – 400 имеют встроенный интерфейс MPI. Подключение контроллера SIMATIC к станции оператора на основе IBM-совместимого компьютера производится с помощью платы CP443 - 1, которая устанавливается в слот системной шипы PCI. Плата СР443 - 1 – это адаптер для связи станции оператора с контроллером и позволяет использовать станцию оператора в качестве программатора. СР441 – коммуникационный процессор с интерфейсом RS 232. Станция оператора и микроконтроллер полностью совместимы и аппаратно, и программно. Станция оператора размещается в помещении ЦПУ. В АСУТП станция оператора выполняет следующие функции: – предоставление оператору информации о текущей стадии процесса и о текущих значениях технологических параметров; – архивирование технологической информации; 126 – регистрация хода технологического процесса в форме периодически выдаваемых операционных листов; – сообщение об аварийных и предаварийных ситуациях; – регистрация действий обслуживающего персонала.
Для решения этих задач фирмой Siemens предлагается открытая система визуализации (SCADA) WinCC, полностью совместимая с контроллерами серии S7. SCADA WinCC состоит из среды разработки и среды исполнения проекта, работающей в режиме реального времени. Ядро среды разработки WinCC образует нейтральная по отношению к отраслям промышленности и технологиям базовая система, которая оснащена всеми важнейшими функциями визуализации и обслуживания. WinCC включает в себя следующие программные компоненты: – Control Center – для быстрого обзора всех данных проекта и глобальных установок; – Graphics Designer – для создания мнемосхем и динамических графических объектов изображений процесса; – Alarm Login – для сбора и архивации событий в системе; – TagLogging – для архивирования измеряемых величин. Данные из архива могут визуализироваться в виде трендов и таблиц; – Report Designer – для генерации отчетов по времени в свободно программируемом формате; – Global Scripts – для программирования действий, производимых с объектами; – User Administration – для управления правами доступа пользователей.
Программное обеспечение контроллера SIMATIC S7 – 400, разрабатывается в среде программирования Step 7. Step 7 позволяет последовательно пройти все стадии: от проектирования аппаратной конфигурации контроллера и написания пользовательского программного обеспечения до программного теста и архивации проекта.
