Protectie Pentru Un Reactor de Dehidrogenare a Propanului In Propilena
LUCRARE DE LICENȚĂ
Protecție pentru un reactor de dehidrogenare a propanului în propilenă
ESD-Emergency Shutdown System
IEC-International Electrotechnical Commission
ANSI-American National Standards Institute
ISA – International Society of Automation
GPL – Gaz petrolifer lichefiat
UOP – Universal Oil Products
OSHA – Occupational Safety and Health Administration
EPA – Environmental Protection Agency
SIL – Safety Integrity Level
PLC – Programmable Logic Controller
PDH – Propane Dehydrogenation
CCR – Continous Catalyst Regeneration
PSA – Hydrogen Purification System
SCS – Safety Control Station
SENG –
FCS – Field Control System
DCS – Distributed Control System
Lista de figuri:
Figura 1.1. Dependența probabilitate/impact
Figura 1.2. Schemă dehidrogenare
Figura 1.3. Efectul temperaturii asupra dehidrogenării
Figura 1.4. Dehidrogenarea propanului-tehnologia Catofin
Figura 1.5. Secția reactorului-tehnologia Oleflex
Figura 1.6. Dehidrogenare propan-tehnologia STAR
Figura 1.7. Straturi de protecție
Figura 1.8. Schemă sistem de protecție
Figura 2.1. Schema secțiunii reacției-dehidrogenarea(5)
Figura 2.2. Schema secțiunii reacției-compresorul(6)
Figura 2.3. Schema secțiunii reactorului-uscarea efluentului(7)
Figura 2.4. Schema secțiunii reactorului-sistemul de separare(8)
Figura 2.5. Echipamente Yokogawa
Figura 2.6. ProSafe-RS cu module redundante
Figura 2.7. LED-uri modul CPU
Figura 2.8. Exemplu diagramă cu funcții bloc
Figura 2.9. Exemplu diagramă Ladder
Figura 2.10. Crearea unui proiect SCS
Figura 2.11. Resursă ProSafe-RS
Figura 2.12. Declararea variabilelor în dicționar
Figura 2.13. Exemplu de typical
Figura 2.14. Declarare parametri typical, utilizare typical
Figura 2.15. Adăugarea modulelor de intrare, ieșire, comunicație
Figura 2.16. Modificarea parametrilor I/O și calblarea variabilelor I/O
Figura 2.17. Verificare erori aplicație (exemplu)
Figura 2.18. Instrumentul Tag Name Builder
Figura 3.1. Blocul funcțional SAI
Figura 3.2. Blocul funcțional DADI
Figura 3.3. Blocul funcțional EADI
Figura 3.4. Blocul funcțional FUPTRP
Lista de tabele:
Tabelul 1.1. Exemplu de model pentru evaluarea probabilității de apariție a riscului
Tabelul 1.2. Exemplu de model pentru evaluarea impactului riscului
Tabelul 1.3. Caracteristicile tehnologiilor de dehidrogenare a propanului
Tabelul 2.1. LED-urile modulului CPU instalat în SSC50S/D-SSC60S/D
Tabelul 2.2. LED-uri ce indică statusul SCS
Tabelul 2.3. Specificațiile modulelor analogice de intrare/ieșire
Tabelul 2.4. Specificațiile modulelor digitale de intrare/ieșire
Tabelul 3.1. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului SAI
Tabelul 3.2. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului DADI
Tabelul 3.3. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului EADI
Tabelul 3.4. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului FUPTRP
Contents
INTRODUCERE
SCOPUL LUCRĂRII ȘI MOTIVAȚIA
PREZENTAREA GENERALĂ A LUCRARII 51. PROTECȚIA SISTEMELOR DIN INDUSTRIA PETROCHIMICĂ-STADIUL ACTUAL
1.1. ANALIZA RISCULUI ȘI STANDARDELE DE PROTECȚIE
1.2. PROCESUL DE DEHIDROGENARE A PROPANULUI ȘI DESCRIEREA INSTALAȚIEI
1.3. SISTEMUL DE OPRIRE ÎN SITUAȚIE DE URGENȚĂ (ESD)
1.4. SOLUȚII EXISTENTE PENTRU PROTECȚIA INSTALAȚIILOR DE DEHIDROGENARE A PROPANULUI
2. TEHNOLOGII UTILIZATE
2.1. INSTALAȚIA DE DEHIDROGENARE DE LA TOBOLSK
2.2. SOLUȚIA YOKOGAWA
2.3. ECHIPAMENTE HARDWARE
2.4. ECHIPAMENTE SOFTWARE
3. DESCRIEREA APLICAȚIEI
3.1. CREAREA PROIECTULUI ȘI SETĂRILE INIȚIALE DIN PROSAFE-RS
3.2. INTRODUCEREA SEMNALELOR ÎN DICȚIONAR FOLOSIND BAZA DE DATE
3.3. ALOCAREA SEMNALELOR PE CARDURI
3.4. TYPICAL-URI SOFTWARE
3.5. REALIZAREA SCHEMELOR LOGICE
3.5.1. Scheme pentru intrări analogice și digitale
3.5.2. Scheme logice pentru sistemele de interblocare
3.5.3. Scheme pentru ieșiri digitale
3.6. DEFINIREA ETICHETELOR – TAG NAME BUILDER
3.7. COMPILAREA APLICAȚIEI ȘI VERIFICAREA DE ERORI CU CELE DOUĂ ANALIZOARE
Introducere
Scopul lucrării și motivația
Industria este o ramură a producției materiale și a economiei naționale ce cuprinde totalitatea întreprinderilor (uzine, fabrici, instalații). În cadrul acesteia au loc activități de exploatare a bunurilor naturale și de transformare a acestora în bunuri de consum.
Industria proceselor chimice și petrochimice reprezintă o contribuție importantă la economia mondială. Companiile implicate în această industrie produc o mare o mare varietate de produse, precum antibiotice, ciment, benzină, hârtie, materiale plastice, îngrășăminte, produse alimentare, ceramică și petrochimice. Multe dintre aceste instalații de prelucrare folosesc materiale periculoase și gestionează cantități mari de energie. Deși industria stă foarte bine la capitolul siguranță în toate sectoarele de producție, pot exista consecințe catastrofale dacă ceva nu merge bine într-o instalație de prelucrare.
Accidentele chimice sunt de cele mai multe ori rezultatul unei interacțiuni neașteptate între echipamentele automatizate și operatori. În efortul de a îmbunătăți siguranța și fiabilitatea, procesele chimice și petrochimice tind să se bazeze din ce în ce mai mult pe automatizare, folosind instrumente sofisticate, calculatoare și automate programabile. În efortul de a îmbunătăți efeciența energetică și de a reduce poluarea, diverse piese din echipament sunt interconectate în moduri care complică funcționarea lor. Eșecurile echipamentelor sau erorile operatorilor pot duce la schimbări bruște și neașteptate în planurile de operare. Dacă aceste întreruperi în funcționarea normală depășesc capacitatea operatorilor sau capacitatea sistemelor de siguranță, un accident grav care ar apărea ar putea duce la un incendiu devastator, o explozie sau eliberare toxică.
Siguranța în procesel industriale joacă în prezent un rol din ce în ce mai important. Într-un mediu ingineresc mai complex există o nevoie tot mai mare de ingineri și tehnicieni ce trebuie sa fie conștienți de proiectarea și operarea sistemelor de protecție. În ultimele decenii au existat o serie de accidente majore în instalațiile industriale petrochimice din întreaga lume. Bhopal în India (1984, a constat în eliberarea în atmosferă a peste 45 tone de derivat gazos de cianură din incinta uzinei Union Carbide), Seveso în Italia (1976, a fost eliberat în atmosferă un nor de dioxină, substanță cunoscută pentru efectele ei cancerigene), Piper Alpha în Marea Nordului (1988, scurgere de gaz ce a dus la producerea unei explozii) și Flixborough în Marea Britanie (1974, a constat în scurgerea unei cantități mari de ciclohexan, apărută după ce un sistem de derivație de la un reactor s-a rupt și a dus la formarea unui amestec inflamabil în aer, care a găsit o sursă de aprindere și a explodat) sunt patru din cele mai cunoscute dezastre. Aceste accidente au avut efecte majore care s-au manifestat mulți ani după evenimentele petrecute, precum sute de copii născuți cu deficințe neuro-motorii, orbi sau cu alte dizabilități sau malformații la nivelului sistemului osos sau muscular, sute de muncitori omorâți la locul de muncă, mii de animale moarte, contaminarea solului și a apei. Ca o consecință directă, organizațiile de standardizare din Europa și Statele Unite ale Americii au impus standarde pentru componente și sisteme de oprire în situație de urgență.
În această lucrare este prezentată proiectarea unui sistem de protecție pentru un reactor de dehidrogenare a propanului în propilenă folosind controller-ul programabil Prosafe-RS și aplicația aferentă acestuia. Lucrarea va studia un anumit caz și anume cel al reactorului din Tobolsk (regiunea Tiumen din Federația Rusă).
Am ales această temă deoarece consider că o îmbunatățire adusă unui sistem de protecție este de o importanță majora în vederea reducerii riscurilor precum cel al pierderii unei vieți omenești. Dar pe lângă acesta mai apare și riscul unor defecțiuni majore al echipamentelor si instalatiei ce pot fi extrem de costisitoare. Chiar daca înlocuirea omului de către mașini nu este bine văzută de mulți, nu există niciun dubiu ca erorile umane pot provoca pagube uriașe. Astfel, în orice ramură a industriei, fie că este vorba de industria petrochimică, alimentară, metalurgică, a uleului și gazului, energetică, chimică, farmaceutică sau altele, se urmărește realizarea unor sisteme de proteție avansate cu un grad ridicat de automatizare în care acțiunea propriu-zisă a omului sa fie redusă.
Prezentarea generală a lucrarii
Primul capitol cuprinde o prezentare generală a riscului și a standardelor de protecție. În continuare va fi descris procesul la care se va face referire, și anume cel al dehidrogenării propanului pentru obținerea propilenei, urmând ca mai apoi să se schițeze în linii mari sistemul de oprire de urgență. Acesta din urmă va face legatura cu ultima parte a capitolului în care vor fi prezentate solutiile deja existente pentru un astfel de sistem de protecție.
În cel de-al doilea capitol este prezentată instalația de la Tobolsk împreună cu soluția de automatizare a sistemlui de protecție al reactorul. De asemenea, vor fi prezentate echipamentele Yokogawa utilizate și programul software Prosafe-RS în care a fost realizată aplicația.
În capitolul al treilea va fi descrisă amănunțit aplicația pornind de la lista semnalolor ce se găsesc într-o bază de date bine detaliată și continuând cu introducerea acestora în dicționar. Se va prezenta alocarea semnalelor pe carduri analogice și digitale de intrare și de ieșire. Un pas foarte important spre realizarea aplicației este crearea typical-urilor (șabloanelor). Acestea vor fi folosite în realizarea schemelor logice pentru a le simplifica dar și pentru o mentenanță mai ușoară. În intenția de a simula aplicația, se vor defini etichete speciale pentru anumite semnale pe care utilizatorul dorește să le monitorizeze sau să le modifice. În cele din urmă aplicația va fi compilată și se va crea legatura cu programul software CentumVP.
1. Protecția sistemelor din industria petrochimică-stadiul actual
1.1. Analiza riscului și standardele de protecție
Riscul reprezintă lipsa unei siguranțe complete ce poate conduce la efecte nedorite, pierderi, catastrofe. Standardele moderne de siguranță definesc riscul ca o potențială daună asupra omului și mediului. Totuși, majoritatea companiilor extind lista riscului incluzând următoarele categorii: deteriorarea echipamentului și costurile de reparație, siguranța publică și sănătatea, costurile de răspundere, întreruperile producției și problemele de calitate. Riscul este determinat de două componente și anume probabilitatea de apariție (sau frecvență) a unui eveniment nedorit și consecințele acestuia (sau severitatea efectelor acestuia).
Figura 1.1. Dependența probabilitate/impact
Cele mai multe instalații de proces conțin diverse echipamente ce contribuie la așa-zisul risc inițial. Cu alte cuvinte, riscul există datorită naturii procesului incluzând echipamentul și materialele prezente.
Principalele etape ale managementul riscului sunt următoarele:
identificarea riscurilor
planificarea răspunsurilor la risc
monitorizarea și controlul riscurilor
Identificarea riscurilor
Un pas important în menținerea sau îmbunătățirea siguranței este abilitatea de a indetifica riscurile. Problema se pune în a identifica riscurile în avans în așa fel încât ele să poată fi reduse sau eliminate-de exemplu, prin schimbarea modului de obținere al produsului, prin reducerea cantității de materiale periculoase prezente, sau aplicând un sistem de protecție instalației. Sarcina de a indentifica și de a cataloga riscul este efectuată cu o meticulozitate crescută. Următoarea listă conține câteva din cele mai comune tehnici pentru indentificarea riscurilor:
Examinare de siguranță
Lista de verificare
Analiza preeliminară a hazardului
Liste de verificare „Ce s-ar întâmpla dacă?”
Analiză cauză-efect
O parte din aceste tehnici sunt folosite în timpul unui studiu preeliminar de evaluare a hazardului pentru a oferi o vedxistă datorită naturii procesului incluzând echipamentul și materialele prezente.
Principalele etape ale managementul riscului sunt următoarele:
identificarea riscurilor
planificarea răspunsurilor la risc
monitorizarea și controlul riscurilor
Identificarea riscurilor
Un pas important în menținerea sau îmbunătățirea siguranței este abilitatea de a indetifica riscurile. Problema se pune în a identifica riscurile în avans în așa fel încât ele să poată fi reduse sau eliminate-de exemplu, prin schimbarea modului de obținere al produsului, prin reducerea cantității de materiale periculoase prezente, sau aplicând un sistem de protecție instalației. Sarcina de a indentifica și de a cataloga riscul este efectuată cu o meticulozitate crescută. Următoarea listă conține câteva din cele mai comune tehnici pentru indentificarea riscurilor:
Examinare de siguranță
Lista de verificare
Analiza preeliminară a hazardului
Liste de verificare „Ce s-ar întâmpla dacă?”
Analiză cauză-efect
O parte din aceste tehnici sunt folosite în timpul unui studiu preeliminar de evaluare a hazardului pentru a oferi o vedere de ansamblu a riscurilor existente. Altele vor fi aplicate pentru a dezvolta o analiză mai detaliată a potențialelor riscuri. Rezultatul acestor studii este un raport (sau mai multe) în care sunt enumerate toate potențialele riscuri ce apar în timpul procesului.
Planificarea răspunsurilor la risc
Acum că toate riscurile au fost identificate, următorul pas este să le evaluăm pentru a determina reducerea necesară a riscului pentru a ajunge la un nivel tolerabil. Totul se rezumă la a răspunde la întrebările:
Care este probabilitatea de apariție a unui eveniment nedorit?
Care sunt consecințele dacă acesta apare?
Evaluarea este realizată de o echipă de oameni care cunosc bine procesul-arhitecți de sistem, ingineri electricieni și mecanici, ingineri operatori și de mentenanță, care sunt bine instruiți sa evalueze și să cuantifice cauza, efectul. Când se evaluează un risc, cei doi parametrii, probabilitatea de apariție și impactul trebuie estimați.
Consecințele unui eveniment pot fi severe, dar probabilitatea de apariție a acestuia poate fi scăzută.
Tabelul 1.1. Exemplu de model pentru evaluarea probabilității de apariție a riscului
Din punctul de vedere al consecințelor, ar trebui inclusă o metodă de evaluare și definire a acestora pentru fiecare categorie de risc. De exemplu, Tabelul 1.2. prezintă un model pentru evaluarea impactului și descrie un mod în care consecințele pot fi definite în termeni cum ar fi numărul accidentelor de muncă sau costurile daunelor materiale.
Tabelul 1.2. Exemplu de model pentru evaluarea impactului riscului
Cu toții știm că este un punct unde riscul devine intolerabil. Pe de altă parte, există și punctul unde el poate fi acceptat ca un risc neglijabil. Între aceste doua puncte se poate defini zona riscului tolerabil. În mediul unei uzine de procesare, muncitorii sunt deseori expuși la multiple și simultane riscuri. Scopul unui program de protecție al unei uzine este să asigure faptul că expunerea este tolerabilă tot timpul.
Reducerea riscurilor
Când riscul inițial este mai mare decât cel tolerabil, prima decizie este de a elimina riscul. Daca nu poate fi eliminat, trebuie minimizat sau atenuat prin mijloace active cum ar fi valvele de evacuare sau sistemele de protecție, sau prin mijloace pasive precum mecanismele de izolare.
Standardele de protecție
În mod obișnuit, în procesele industriale sunt folosite următoarele standarde de protecție: IEC 61508, IEC 61511 și/sau ANSI/ISA S84.00.01-2004. Aceste standarde joacă un rol important pentru ca instalația să devină și să rămână sigură. De asemenea, abordarea lor poate să ajute la asigurarea unei armonii între sistemul de control al procesului, procedurile operaționale și de mentenanță și sistemele de protecție într-un mod care va duce la performanțe operaționale mai bune.
În trecut, standardele de protecție erau dezvoltate pentru o aplicație specifică, o anume industrie sau țară. Spre exemplu, ANSI P1.1-1969 este un standard ce definește cerințele de siguranță pentru fabricile de celuloză și carton. Problema principală era că mulți încercau să se conformeze cu standarde de protecție care erau dezvoltate folosind o arhitectură complet diferită. Standardele noi, în schimb, au fost abordate mai mult pe ideea de a reduce riscurile și pe stabilirea unui grad definit de excelență operațională la fiecare etapă a unui ciclu de viață al unui proiect pentru protecție.
IEC 61508 este un standard cuprinzător, bazat pe performanță care se aplică producătorilor și implementatorilor de sisteme de siguranță funcționale într-o gamă largă de industrii. Cu toate acestea, în ultima vreme s-a observat ca standardul era greoi și lăsa prea mult loc de interpretare cu privire la modul în care se atingea conformitatea. Astfel a apărut IEC 61511 care oferă îndrumare în procesele industriale și exemple de cum este implementat standardul. Multe standarde naționale au fost înlocuite de IEC 61508 și IEC61511. Un exemplu este standardul ANSI/ISA S84.01 care era foarte folosit in Statele Unite ale Americii. Cu mulți ani în urmă, după un număr de accidente, experții în siguranță din cadrul proceselor industriale au început revizuirea standardelor de siguranță existente. În urma constatărilor făcute s-a format comitetul ISA SP84, ai cărui membri au fost de acord că o abordare mai adecvată a standardelor ar fi să se folosească un model de tip ciclu de viață. Rezultatul a fost crearea ANSI/ISA S84.00.01-1995. Cu toate acestea, în 2004, standardul S84 a devenit asemănător cu IEC 61511 cu mici diferențe.
1.2. Procesul de dehidrogenare a propanului și descrierea instalației
Propanul este o parafină (denumit altfel și alcan) mai reactivă decât etanul și metanul. Acest lucru se datorează prezenței a doi atomi de hidrogen secundari ce pot fi ușor de înlocuit. Propanul este obținut din gaze naturale lichide și gaze de rafinărie. Gazul petrolier lichefiat (GPL) este un amestec de propan și butan și este utilizat în principal drept combustibil. GPL-ul este în momentul de față o materie primă importantă pentru producerea alchenelor (sau olefine) alături de propan.
O utilizare importantă a propanului obținut din gazul natural este producția alchenelor ușoare prin procesele de cracare abur. Cu toate acestea, mai multe substanțe chimice pot fi obținute direct din propan prin reacția cu alți reactanți decât de la etan.
Dehidrogenarea hidrocarburilor implică ruperea a două legături carbon-hidrogen cu formarea simultană a unei molecule de hidrogen și o moleculă conținând o legătură dubla carbon-carbon, care reprezintă, de obicei, produsul dorit. Legătura dubla este un punct foarte reactiv ce permite utilizarea moleculelor care o conțin ca intermediari pentru producția de produse petrochimice tipice, cum ar fi polimerii. Reacțiile de dehidrogenare par foarte simple; caracteristicile lor termodinamice și cinetice au contribuit la dezvoltarea tehnologiilor care permit aplicațiilor industriale să fie mai degrabă fiabile și eficiente, decât complexe.
Reacțiile de dehidrogenare de mare interes industrial sunt acele parafine care conțin 2-5 atomi de carbon, care sunt utilizate pentru a produce olefinele corespunzătoare. În mod tradițional, cracarea cu abur și cracarea catalitică fluidă sunt metodele industriale pricipale de obținere a alchenelor ușoare, cum ar fi etilena și propilena. Ambele procese produc diferiți compuși de interes în același timp. Dar în ultima vreme, cererea pe piață pentru un anumit produs crește în comparație cu cererea pentru alte coproduse. De exemplu, cererea pentru propilenă crește mai repede decât cea pentru etilenă în multe zone geografice. În acest caz, capacitatea de a sintetiza un produs pur (cum ar fi propilena prin dehidrogenarea propanului) se poate dovedi mult mai de succes în comparație cu abordarea clasică multi-produs.
În ciuda simplității sale aparente, dehidrogenarea alcanilor este unul dintre cele mai complexe procese chimice realizate industrial deoarece echilibrul termic limitează conversia la fiecare pas și reacția este puternic endotermă, adică o cantitate mare de căldură trebuie sa fie furnizată sistemului reactant. Este clar că, pentru a face procesul industrial mai economic, este recomandabil să se mărească conversia la fiecare pas pe cât mai mult posibil, astfel încât costul de reciclare al reactantului netransformat și al produsului să fie redus.
Dehidrogenarea catalitică a propanului este o reacție selectivă care produce în principal propilenă:
CH3-CH2-CH3 → CH2=CH-CH3 + H2 (1.1)
În Figura 1.3. se pot observa produșii de reacție în urma procesul de dehidrogenare al propanului folosind anumite utilități (precum apa de răcire, aburul, electricitatea, catalizatorul, ș.a.) în instalația aferentă.
Figura 1.3. Schemă dehidrogenare
Propilena este un compus organic nesaturat. Aceasta are o singură legătură dublă și este a doua alchenă ca simplitate din clasa hidrocarburilor. La presiune atmosferică și temperatura camerei, propilena (sau propena) este un gaz incolor ce are un miros slab dar neplăcut. Este al doilea cel mai important produs în industria petrochimică dupa etilenă și este folosit ca material prim pentru o largă varietate de produse. Polipropilena este unul din acestea, reprezentând aproape două treimi din consumul de propilenă la nivel mondial (folosită la aparatele electrice și electronice, ambalaje, jucării și alte plastice, covoare, haine, țevi și conducte, fire și cabluri). De asemenea, propena este folosită pentru a produce acrilonitril, al doilea cel mai utilizat derivat cu aplicații în categoria textilelor (pulovere, șosete, îmbrăcăminte sportivă, tapițerie, perne și pături). Printre alte produse finale ce pot fi amintite se numără și spumele flexibile pentru mobilier și industria constructoare de mașini, spume rigide pentru izolarea clădirilor, antigel, rășini, vopsele, cerneluri, detergenți adezivi și coloranți.
Subprodușii de reacție (în principal hidrogenul) sunt deseori folosiți drept combustibil în reacția de dehidrogenare a propanului. De aici, putem spune ca propena tinde sa fie singurul produs, doar daca nu există cerere locală pentru hidrogen.
Pentru un sistem de dehidrogenare dat, teoria termodinamică oferă o limită pentru conversia la fiecare pas ce poate fi atinsă. În conformitate cu principiul lui Le Chatelier, conversia crește odată cu creșterea temperaturii și scăderea presiunii. Figura 1.2. prezintă efectul temperaturii asupra dehidrogenării pentru propilenă.
Figura 1.2. Efectul temperaturii asupra dehidrogenării
Reacția chimică are loc în timpul fazei gazoase la temperaturi variind între 540-820 °C.
Tehnologii pentru dehidrogenarea propanului
Tehnologia Catofin, comercializată de ABB Lummus, derivă direct din procesul dehidrogenare a n-butanulu pentru obținerea butadienei dezvoltat inițial de Eugène Houdry. Tehnologia folosește reactoare adiabatice cu pat fix în care există o alternanță între reacție și ciclurile de regenerare. În instalație sunt instalate mai multe reactoare utilizate în paralel pentru a permite producția continuă. Căldura de reacție este stocată în catalizator în timpul regenerării și este eliberată în timpul reacției. Trecerea rapidă între un mediu oxidant și unul de reducere, împreuna cu reacția pe o perioadă scurtă, este compatibilă cu alegerea unui catalizator pe bază de crom. Reacția se realizează cu ajutorul acestuia împreună cu un altul pe bază de alumină (oxid de aluminiu), iar în instalație este nevoie de cel puțin trei reactoare adiabatice cu pat fix.
În timpul îmbătrânirii catalizatorului, care este total înlocuit în fiecare an sau la doi ani, temperatura medie de reacție este crescută progresiv pentru a menține o producție constantă, provocând o scădere treptată a selectivității, lucru ce nu poate fi trecut cu vederea. Condițiile normale de reacție necesită o temperatură între 560° C și 650° C și o presiune între 33 și 50 kPa .
Figura 1.4. Dehidrogenarea propanului-tehnologia Catofin
Tehnologia Oleflex, dezvoltată și comercializată de UOP, utilizează reactoare adiabatice în serie cu pat mobil (sau pat fluidizat). Catalizatorul, (pe bază de platină și alumină) pus în mișcare de gravitație, curge încet prin sistemul de reacție, în timp ce reactanții curg radial în interiorul reactoarelor. Căldura de reacție este furnizată direct la reactanți prin încălzirea intermediară din cuptoarele de ardere, acestea fiind amplasate între reactoare. Catalizatorul este colectat în partea inferioară a ultimului reactor și este transportat pneumatic la regenerator, mai apoi fiind trimis înapoi în zona de reacție.
Figura 1.5. Secția reactorului-tehnologia Oleflex
Tehnologia STAR, inițial dezvoltată de Phillips, este acum comercializată de Krupp-Uhde. Aceasta utilizează o idee similară cu cea folosită în mod normal în reformarea hidrocarburilor la abur pentru a produce gaz sintetic. Catalizatorul se găsește în tuburi aplasate în interiorul unui cuptor de ardere, în care un combustibil este ars pentru a furniza caldura de reacție. În acest caz, necesitatea regenerării periodice a catalizatorului impune utilizarea mai multor reactoare paralele. O caracteristică importantă a acestei tehnologii este reprezentată de introducerea în instalație a unui reactor secundar (adiabatic cu pat fix) pentru oxidehidrogenare, un proces în care oxigenul reacționează cu o parte din hidrogenul format, care premite progresul reacției pricipale. Această tehnologie este adecvată pentru utilizarea catalizatorilor pe bază de platină, care permit timpi de reacție îndelungați, de ordinul orelor, înainte de regenerare.
Figura 1.6. Dehidrogenare propan-tehnologia STAR
În Tabelul 1.3. se vor prezenta cele mai importante caracteristici ale acestor trei tehnologii despre care am discutat.
Tabelul 1.3. Caracteristicile tehnologiilor de dehidrogenare a propanului
1.3. Sistemul de oprire în situație de urgență (ESD)
Agențiile guvernamentale cum ar fi Occupational Safety and Health Administration (OSHA) și Environmental Protection Agency (EPA), precum și companiile de asigurări, pun accent pe siguranța personalului companiei, a comunității și a mediului înconjurător. Prin urmare, aceștia solicită companiilor industriale să își efectueze o analiză a riscurilor pentru a determina măsurile necesare pentru siguranță maximă. Deși protecția este de interes major, în zilele noastre este de asemenea important să avem un sistem de oprire în situație de urgență (ESD) conceput pentru disponibilitatea instalației. Impactul economic al unui trip nedorit (prin trip ne referim la protecție declanșată, când sistemul trece într-o stare de funcționare anormală) al unui sistem ESD poate fi dezastros. Spre deosebire de un sistem de control de proces, care este proiectat pentru a controla variabilele procesului, un sistem de oprire în situație de urgență reprezintă un strat de protecție care atenuează și previne apariția unei situații periculoase. Un astfel de sistem trebuie să fie extrem de fiabil și funcționabil la cerere. În timpul unei situații de urgență, acesta trebuie să oprească procesul într-un mod sigur și ordonat, prin deenergizarea echipamentelor electrice, închiderea și/sau izolarea echipamentelor de proces, prin izolarea și depresurizarea instalației.
Sistemele de protecție din industrie folosesc de obicei sisteme dedicate, care sunt certificate SIL 2 sau 3, în timp ce sistemele de control pot începe cu SIL 1. Nivelul de integritate al siguranței, adică SIL, este un mod de a identifica nivelul de reducere a riscurilor necesar pentru o funcție de protecție particulară. O funcție de siguranță are capacitatea de a reduce riscul unui anumit pericol. Fiecare nivel SIL este definit ca un interval de reducere a riscului în funcție de magnitudine (spre exemplu, pentru SIL 2 factorul de reducere al riscului este de la 1000 la 100). Pentru a putea atinge nivelul necesar de reducere al riscului se va utiliza metoda adăugării straturilor de protecție. Un strat de protecție este definit ca fiind un mecanism independent ce reduce riscul prin control, prevenire sau atenuare.
Figura 1.7. Straturi de protecție
De obicei, componentele unui sistem de oprire în situație de urgență sunt urmatoarele:
senzori ce preiau date din câmp/teren (instalație)
PLC pentru procesarea semnalelor de intrare (controller dedicat)
alarme
valve de închidere cu scopul de a izola („0” logic pentru închidere)
valve de evacuare cu scopul de a depresuriza („0” logic pentru deschidere)
interfețe om-mașină
Figura 1.8. Schemă sistem de protecție
În practică instalația industrială este împărțită în mai multe unități ce pot fi depresurizate și izolate.
În mod obișnuit, există mai multe niveluri de închidere:
ESD 0: oprire totală de urgență cu abandonarea locației
ESD 1: oprire de urgență totală a instalației
ESD 2: oprire totală a procesului
ESD 3: oprire a unității locale
Când este nevoie să alegem sau să înlocuim un sistem de oprire în situație de urgență vom considera urmatoarele:
Este mai rentabil să rulăm și să păstrăm noul sistem decât cel precedent?
Este sistemul în conformitate cu reglementările guvernamentale în vigoare și cu standardele din industrie?
Care ar fi daunele companiei dacă tehnologia inferioară provoacă o oprire a instalației?
Se poate spune cu convingere ca angajații, echipamentele și mediul înconjurător vor avea parte de proteție în caz de urgență?
Ce costuri de litigii ar putea fi suportate în cazul unui accident, din cauza utilizării tehnologiei inadecvate de protecție?
Disponibilitatea unui sistem poate fi crescută prin redundanță, de exemplu, dispozitive centrale ce lucrează în paralel, module de intrare/ieșire sau senzori ce măsoară parametri în același punct. Componentele redundante sunt prezentate într-un mod în care sistemul să nu fie afectat de avaria unui element.
1.4. Soluții existente pentru protecția instalațiilor de dehidrogenare a propanului
2. Tehnologii utilizate
2.1. Instalația de dehidrogenare de la Tobolsk
Unitatea de dehidrogenare a propanului de la Tobolsk produce anual 510000 tone de propilenă cu grad de polimerizare (adică 63,75 tone/h cu o producție de 8000 de ore pe an) prin procesul de dehidrogenare catalitică. Propilena obținută este mai departe procesată într-o altă instalație pentru obținerea polipropilenei. Procesul aplicat pentru această instalație este bazat pe tehnologia UOP Oleflex despre care s-a mai discutat.
Instalația de dehidrogenare este alcătuită din mai multe secțiuni:
113 – Secțiunea de alimentare cu materie primă și tratament
– curățarea propanului înainte de reacție (eliminarea metanolului, a nitrogenului și a compușilor de metale grele, a butanilor)
– curățarea propilenei dupa reacție
– tratament fizic
112 – Secțiunea reacției
– conversia propanului în propilenă
– tratament chimic
115 – Secțiunea regenerării continue a catalizatorului (CCR):zona reactorului
114 – Secțiunea regenerării catalizatorului:zona regenerării
Sistemul de purificare al hidrogenului (PSA)
Secțiunea de generare a aburului
Utilități
În continuare va fi prezentată soluția Yokogawa pentru un sistem de protecție în situație de urgență (ESD) pentru reactorul instalației.
Pentru a putea face acest lucru, este necesară, mai întâi, cunoașterea instalației și a procesului din secțiunea rectorului. Astfel, în Figura 2.1. este prezentată schema secțiunii reacției unde are loc dehidrogenarea propanului.
Figura 2.1. Schema secțiunii reacției-dehidrogenarea(5)
Amestecul din sistemul de separare este încălzit în schimbătoarele de căldură ale amestecului de alimentare E-11202A/B și este apoi trimis la încălzitoarele și reactoarele din secțiunea reactorului. Pentru a obține conversia dorită, această secțiune conține patru încălzitoare și patru reactoare montate în serie. Deoarece reacția de dehidrogenare este endotermică, este nevoie de căldură suplimentară pentru a atinge temperatura dorită de 635-655°C în reactor. Fluxul efluent din reactorul patru este schimbat cu amestecul de alimentare E-11202A/B pentru a recupera căldură din secțiunea reactorului. Injecția cu dimetil disulfură este necesară pentru a menține un strat de sulfură de crom pe inoxul încălzitoarelor și reactoarelor pentru a evita carbonizarea inoxului și pentru a minimiza cracarea propanului în etan și metan.
Figura 2.2. Schema secțiunii reacției-compresorul(6)
În Figura 2.2. efluentul din reactor este trimis în tamburul de aspirație al compresorului (V-11201) și în compresor (K-11201). Presiunea de funcționare a reactoarelor este controlată de un controller de presiune montat deasupra tamburului de aspirație V-11201. Viteza turbinei (T) și deci debitul compresorului este manipulat controlând presiunea din reactor. Compresorul efluentului din reactor este unul comandat în doua etape (axial-centrifugal) de către o turbină pe abur la presiuni înalte. Aburul de evacuare al turbinei ajunge în sistemul de condensare al aburului (PK-11204). Temperatura de condensare este aproximativ 55°C iar presiunea 16 kPa.
Figura 2.3. Schema secțiunii reactorului-uscarea efluentului(7)
În schema secțiunii reactorului unde are loc uscarea efluentului din reactor, adica în Figura 2.3., efluentul, dupa ce este compresat și răcit, ajunge în zona de tratare pentru eliminarea acidului clorhidric. Vasul este încărcat cu un tip neregenerabil de alumină făcută special pentru abosorbția acidului clorhidric. Acest acid este prezent în efluentul reactorului ca rezultat al curățării catalizatorului în modul de operare normal. În continuare, efluentul ajunge în uscătoarele reactorului unde este eliminată apa și acidul sulfuric. Hidrogenul sulfurat este o descompunere termală în urma injecției cu dimetil disulfură și o descompunere a compușilor sulfurați din propan. Apa este formată în timpul reducției catalizatorului în zona de reducere. Dacă aceasta nu este eliminată, se vor crea blocaje în sistemul de separare întrucât apa va îngheța, iar daca acidul sulfuric nu este eliminat, acesta va contamina catalizatorul și de asemenea propilena obținută.
Figura 2.4. Schema secțiunii reactorului-sistemul de separare(8)
În cele din urmă, ultima parte a instalației reactorului este sistemul de separare sau cutia de răcire (Figura 2.4.). După ce apa și acidul sulfuric au fost înlăturate în uscătoare, efluentul reactorului este trimis mai departe în sistemul de separare (PK-11201). Acest sistem este conceput să producă (de la efluentul reactorului) un flux de vapori bogați în hidrogen și o hidrocarbură ușoară lichidă datorită temperaturii scăzute (aproximativ -110°C). La această temperatură hidrogenul este încă în stare de vapori. După ce părăsește cutia de răcire, fluxul de propilenă/propan este încălzit la 53°C. Gazul net (hidrogen) ce părăsește sistemul de separare este împărțit în patru fluxuri diferite:
– unul purificat în PSA și folosit ca hidrogen curățat
– altul folosit pentru epurare în secțiunea regenerării continue a catalizatorului
– un altul folosit ca regenerant (pentru regenerarea uscătoarelor efluentului)
– gaz combustibil pentru încălzitoare și boilere.
2.2. Soluția Yokogawa
2.3. Echipamente hardware
ProSafe-RS este un sistem de control cu microporcesor programabil proiectat special pentru aplicațiile critice, cum ar fi: sisteme de oprire în situație de urgență și sisteme de detecție foc și gaz. Un sistem de control complet ProSafe-RS este format din trei componente importante: sistemul ProSafe-RS, o interfață om-mașină și instrumentele din câmp de intrare și de ieșire ale sistemului.
ProSafe-RS SCS (Safety Control Station) este o stație dedicată pentru aplicațiile de control al protecției. Această stație are funcția de a monitoriza condițiile de siguranță ale instalației, funcția de control care efectuează operațiuni de siguranță predeterminate în conformitate cu fiecare cerere de control de siguranță și functia de comunicație externă cu alte dispozitive decât SCS-uri.
Sunt disponibile două tipuri de hardware SCS
SCS configurată pentru conexiune Vnet-SSC10S/SSC10D
SCS configurată pentru coniune Vnet/IP-SSC50S/SSC50D
(S-simplu, D-duplex)
Privind operațiile de control de bază, între cele doua SCS nu există practic nicio diferență.
Figura 2.5. Echipamente Yokogawa
Descrierea echipamentului din Figura 2.5.:
A – nodul principal unde se găsește procesorul (nodul 1)
B – noduri pentru module de intrare/ieșire (pentru a crește numărul de intrări/ieșiri conectate nodul principal)
C1 – SCS independentă
C2 – SENG dedicată pentru configurarea ProSafe-RS
C3 – Sistemul CS 3000 (cu un PC dedicat pentru configurarea CS 3000) și o FCS
D – Alt echipament de protecție/PLC/DCS
E – Echipamente hardware de intrare/ieșire ale instalației
Proprietăți SCS:
Dacă numărul de intrări/ieșiri este mai mare decât poate să suporte o SCS, este posibilă expansiunea la maxim 9 noduri de intrări/ieșiri (13 pentru Versiunea 2.03).
Se pot folosi maxim 78 de module de intrări/ieșiri, 1000 intrări/ieșiri per SCS (110 module pentru Versiunea 2.03, 1500 intrări/ieșiri).
Domeniul este un ansamblu de stații conectate într-o singură rețea. Numărul domeniului poate lua valori între 1 și 16.
Numărul de stații dintr-un singur domeniu poate fi între 1 și 64.
O SCS poate comunica prin intermediul rețelei Yokogawa (Vnet și Vnet/IP) cu următoarele sisteme: Alte SCS, cu SENG (această stație este necesară pentru a configura sistemul de protecție), cu DCS CENTUM CS3000/CENTUM VP.
Echipamentul fără interfață Vnet poate comunica prin port serial: RS232, RS485
SCS constă într-un rack (prin rack ne referim la un schelet metalic unde sunt montate diverse dispozitive hardware, cum ar fi servere, hard disk-uri, și alte echipamente electronice) ce conține două module de alimentare, un modul de control (doua pentru configurația redundantă), modul pentru comunicația cu alte noduri (doua module de interfață ESB pentru configurația redundantă) și module separate de intrare/ieșire (perechi de module pentru configurația redundantă). Modulul de control procesează informațiile (valorile) de la intrări prin intermediul modulelor de intrare și trimite semnale corespunzătoare la ieșiri, de această dată prin intermediul modulelor de ieșire. În plus, aceste module de I/O testează calitatea semnalelor preluate din câmp.
Figura 2.6. ProSafe-RS cu module redundante
Module de alimentare:
Modulul SPW481 (100-120 V AC)
Modulul SPW482 (220-240 V AC)
Modulul SPW484 (24 V DC)
Module CPU:
Fiecare modul de procesor are câte două CPU-uri și câte două memorii principale. Fiecare modul CPU (CPU1 și CPU2) efectuează aceeași operație, iar rezultatele sunt comparate (folosind două comparatoare) pentru fiecare ciclu al operației. Daca rezultatele operațiilor celor două CPU-uri se potrivesc, datele sunt trimise la memoria principală și la modulele de interfață, operația fiind privită ca una normală. Dacă unul dintre comparatoare detectează o inconsistență, este considerată o eroare de operație, iar modulul din starea de veghe (stand-by) preia controlul, comutarea controlului celor doua procesoare putând fi oricând efectuată fără a întrerupe operația.
Informațiile din Tabelul 2.1. fac referire la fiecare LED al modului CPU (SCP451/461) instalat în SSC50S/D-SSC60S/D:
Tabelul 2.1. LED-urile modulului CPU instalat în SSC50S/D-SSC60S/D
LED-urile sunt poziționate pe modulul CPU așa cum se poate observa în Figura 2.7.
Figura 2.7. LED-uri modul CPU
LED-urile de status de la 1 la 8 indică fie informații despre statusul SCS, fie adresa Vnet, fie adresa domeniul în funcție de comutatorul pentru afișare. Semnificația fiecărui LED (1-8) atunci când este afișat statusul pentru SCS este descrisă în Tabelul 2.2. Daca toate cele 8 LED-uri sunt aprinse, atunci SCS este în modul normal de funcționare.
Tabelul 2.2. LED-uri ce indică statusul SCS
Module de intrare/ieșire:
Module analogice de intrare/ieșire
Module digitale de intrare/ieșire
Modulele de intrare/ieșire analogice sunt folosite pentru semnalele analogice de intrare/ieșire indicând curent electric, tensiune,etc. Tipurile de module analogice sunt prezentate în Tabelul 2.3.
Tabelul 2.3. Specificațiile modulelor analogice de intrare/ieșire
Modulele analogice de intrare și ieșire pentru curent electric ale căror coduri sunt SAI143-H și SAI533-H permit comunicație HART.
Modulele digitale de intrare/ieșire sunt intrări și ieșiri ale procesului care folosesc semnale discrete de tipul închis/deschis (on/off). Modulele din Tabelul 2.4. sunt folosite pentru astfel de intrări/ieșiri discrete.
Tabelul 2.4. Specificațiile modulelor digitale de intrare/ieșire
Există trei tipuri de module SDV: S13, S23, S33
S13: Când se produce un scurtcircuit în câmp (instalație), comutatorul de închidere este activat și canalele de ieșire ale modulului sunt închise (devin OFF). Când eroarea de scurtcircuit este rezolvată, ieșirile revin la starea normală prin pornirea modulului din fereastra de management al statusului SCS și prin efectuarea operației de activare a ieșirilor. Dacă această operației nu este efectuată, ieșirile vor fi păstrate închise, deci nu pot reveni la valorile logice atribuite de aplicație.
S23/33: Când se produce un scurtcircuit în instalație, canalul de ieșire ce corespunde cu dispozitivul din câmp devine închis. După ce este rezolvată eroarea de scurtcircuit, canalul de ieșire va reveni la starea inițială după ce este efectuată operația de activare a ieșirii. Astfel, canalul de ieșire va avea din nou valoarea logică atribuită de aplicație.
-Modulul SDV144-S13/S33 este un modul discret de intrare. Acesta este prevăzut cu o funcției SOER (înregistrează secvențe de evenimente).
-Modulele SDV521 și SDV53A sunt de tipul S33.
-Modulul SDV526 are opțiunea de comutator de închidere al ieșirilor dezactivată și nu poate fi modificată. De asemenea, valoarea pentru detecția unei erori este predefinită ca fiind 0, iar testele de puls nu se pot efectua.
-Modulele SDV531 și SDV541 sunt de tipul S23/S33. Acesta din urmă are 16 canale de ieșire (0.2A/canal).
-Modulul SDV531L33 este unul special pentru calblarea pe distanțe lungi
Vnet/IP
Spre deosebire de Vnet care folosește cardul de comunicație VF701/VF702 și cabluri coaxiale, Vnet/IP folosește cardul VI701/VI702, acesta fiind instalat în PC-SENG/HIS, și conectează SCS-ul prin cabluri CAT5E și CAT6 și un switch de nivel 2 (daca se folosește un singur domeniu). Cardul VI701/VI702 conține două DIP switch-uri, unul pentru adresarea domeniului, iar altul pentru adresarea stației. DIP switch-urile au câte 8 comutatoare fiecare și folosesc numerotarea binară începând cu comutatorul 8 (cel mai nesemnificant bit) care este egal cu 1, până la comutatorul 2 (cel mai semnificant bit) care este egal cu 64. Adresa Vnet/IP este setată în software-ul SCS Manager (Workbench). De exmplu, dacă avem domeniul 1 și stația 7, adresa IP va fi 172.16.1.7., unde 172.16. sunt constante, iar DIP switch-ul pentru numărul stației va avea comutatoarele 6,7,8 setate pe „1” și 2,3,4,5 setate pe „0”.
De subliniat faptul că în PC trebuie instalate două drivere, atât pentru Vnet cât și pentru Vnet/IP. Pentru a seta adresa TCP/IP corectă în PC-SENG/HIS pentru fiecare driver, utilizatorul va face următorii pași:
– Conexiuni de rețea (Network Connections)
– se alege driverul Vnet/IP
– Proprietăți (Properties)
– se selectează Internet Protocol (TCP/IP)->Proprietăți (Properties)
– adresa IP va fi formată din:
primii doi octeți vor fi 192.168
următorul octet va fi 128 + numărul domeniului (în exmplul dat este 1, adica 128 + 1 = 129)
ultimul octet va fi 129 + numărul stației (în exemplul dat este 7, adica 129 + 7 = 136), deci adresa IP din exemplu va fi: 192.168.129.136.
– masca de subnetizare va fi 255.255.255.0
– pentru driverul Vnet se vor efectua aceeși pași cu excepția că aici adresa IP va fi 172.16.număr domeniu.număr stație (în exemplu de față 172.16.1.7).
2.4. Echipamente software
Workbench este un mediu de dezvoltare al aplicațiilor logice care rulează pe SCS ProSafe-RS. Acesta este utilizat pentru a configura și depana aplicații ProSafe-RS cu capacitatea de:
transferare configurații direct la hardware-ul SCS ProSafe-RS
editare a unui proiect
vizualizare și actualizare variabile
efectuare depanări ale sistemului
producere documentație pentru o configurație/proiect
ProSafe-RS folosește standardul IEC 61131-3 pentru programare, IEC 61131-3 fiind o parte din standardul IEC 61131 care se ocupă cu toate aspectele legate de aplicarea PLC-urilor în procesele industriale de măsurare și control. IEC 61131 este un standard de limbaj pentru PLC care definește metodele de programare.
În ProSafe-RS, resursele pot fi programate folosind următoarele:
Diagrame cu funcții bloc (FBD) – un program în limbaj grafic este compus din funcții și blocuri de tip funcție care sunt conectate între ele (prin „fire”).
Figura 2.8. Exemplu diagramă cu funcții bloc
Diagrame Ladder (LD) – un program compus din contacte, bobine și blocuri funcționale
Figura 2.9. Exemplu diagramă Ladder
Text structurat (ST) – acest limbaj restricționează crearea funcțiilor și a funcțiilor de tip bloc definite de utilizator, dar nu și crearea programelor
Listă de instrucțiuni (IL) – acest limbaj nu poate fi folosit în ProSafe-RS
În ProSafe-RS există o singură sarcină pentru toate programele. Această sarcina sau task controlează un set de programe și/sau blocuri de funcții ce se execută periodic sau când sunt declanșate. Un program sau un bloc de funcții rămâne în stare latentă doar dacă nu îi este atribuită o anumită sarcină de execuție.
Pasul inițial pentru realizarea unei aplicații în Workbench este crearea unui proiect. Acest lucru se face accesând meniul „File” din colțul stânga sus. Mai departe se alege opțiunea „New Project/Library”, în care se vor adăuga date cu privire la numele proiectului și eventual un comentariu (în exemplul de față numele proiectul este SCS0107, unde „01” semnifică domeniul și „07” semnifică numărul stației). După ce se apasă butonul „OK”, vor trebui setate proprietățile SCS-ului: tipul stației, numărul domeniului și al stației. Din nou se apasă butonul „OK”. În Figura 2.10. se pot observa pașii realizați pentru crearea noului proiect (de menționat faptul ca cele două ferestre apar pe rând în ordinea următoare: fereastra „1”, fereastra „2”).
Figura 2.10. Crearea unui proiect SCS
În acest moment se deschide fereastra arhitectura de legătură, unde se pot vizualiza atât resursa creată cât și componentele acesteia.
Figura 2.11. Resursă ProSafe-RS
Cablare intrări/ieșiri (I/O Wiring) – aici variabilele logice sunt conectate cu intrările/ieșirile fizice. Această opțiune poate fi găsită și în meniul proiectului.
Cuvinte definite (Defined Words) – sunt definite pseudonime folosite ca și constante.
Grupuri de variabile (Variable Groups) – variabilele pot fi împărțite în grupuri.
Programe (Programs) – aici se găsesc programele create.
Funcții (Functions) – o funcție este un fel de șablon care poate fi folosit de mai multe ori într-un program. Acesta nu are memorie internă și are o singură ieșire.
Blocuri de tip funcție (Function Blocks) – este tot un fel de șablon asemănător funcțiilor cu diferența că acesta are memorie internă și poate avea mai mult de o ieșire.
Se poate observa că numărul „0101” de la resursă din Figura 2.11. nu corespunde cu numărul din cadrul numelui proiectului. Pentru a modifica numărul resursei: click dreapta pe resursă, se selectează „Properties”, „General” și în câmpul „Name” se editează numărul resursei (SCS0107, iar la „Resource Number” trecem „107”) și se apasă butonul „OK”. Un alt loc unde trebuie modificat numărul predefinit al resursei (în exemplu, din „0101” în „0107”) este în arhitectura hardware: click pe arhitectura hardware, click dreapta pe resursă, „Properties”, „General”, și în câmpul „Name” se editează în aceeași manieră („SCS0107”), după care se apasă butonul „OK”. Tot în arhitectura hardware este necesară modificarea adresei IP. Dublu click pe legătură, în câmpul „Value” din fereastra „Connection Properties” se va trece adresa IP corespunzătoare proiectului și anume 172.16.dd.ss, unde dd-numărul domeniului, ss-numărul stației (în exemplul dat: 172.16.1.7).
Din moment ce setările inițiale au fost efectuate, utilizatorul poate începe crearea programelor logice (POU), a funcțiilor bloc ce urmează să fie utilizate în programe, și în mod necesar, introducerea variabilelor (interne, de intrare, de ieșire) și parametrilor în dicționar. Pentru a crea un program nou: click dreapta pe „Programs” din resursă, „Add program”, „FBD: Function Block Diagram”.
Dicționarul este un instrument de editare ce folosește vedere arborescente și grile pentru declararea variabilelor, a funcțiilor, a blocurilor de tip funcție, a tipurilor și a cuvintelor definite ale unui proiect. Diversele componente sunt sortate într-o ierarhie de tip arbore în funcție de tip sau de resursă. Cele patru vederi de tip arbore ale dicționarului sunt:
variabile – grila pentru variabile permite definirea acestora pentru fiecare resursă a proiectului. Variabilele sunt de două tipuri: globale (pot fi folosite în orice program din cadrul unei resurse) și locale (pot fi folosite într-un singur program).
parametri – în această grilă se definesc variabilele de interfață ale funcțiilor și ale blocurilor de tip funcție create în resursele proiectului (adesea acești parametri mai sunt denumiți și puncte conectoare).
tipuri – aici se pot crea tipuri complexe ce sunt disponibile pentru declararea variabilelor (exemplu de tip din ProSafe-RS: IO_BOOL, IO_REAL).
cuvinte definite – acestea sunt variabile globale ce pot fi folosite ca și constante.
Restricții pentru variabile:
Numele variabilelor nu poate depăși 18 caractere.
Primul caracter trebuie să fie o literă (sau caracterul „_”), celelalte putând fi litere, cifre sau „_”.
Numele variabilelor nu poate fi duplicat în aceeași resursă.
Unele echipe de proiect folosesc următoarea convenție pentru declararea variabilelor: „XXnnsscc”, unde XX este AI pentru intrări analogice, AO pentru ieșiri analogice, DI pentru intrări digitale, DO pentru ieșiri digitale, nn este numărul nodului stației, ss este numărul slotului, iar cc este numărul canalului.
Figura 2.12. Declararea variabilelor în dicționar
Fiecare variabilă are anumite informații suplimentare, spre exemplu tipul variabilei (BOOL, REAL). Aceste informații pot fi scrise în câmpurile din Figura 2.12. în timpul definirii, unele putând fi modificate și într-un stagiu avansat al proiectului.
Câmpurile variabilelor completate de obicei, fiind și de mare importanță sunt:
Nume (Name) – numele variabilei constă în maximum 18 caractere alfanumerice începând cu o literă sau caracterul „_”.
Tipul (Type) – BOOL, DINT, REAL, TIME, STRING, IO_BOOL, IO_REAL, bloc de tip funcție (definit de utilizator) sunt câteva din tipurile ce pot fi asociate fiecărei variabile.
Atribut (Attribute) – o variabilă poate fi folosită doar pentru citire, doar pentru scriere sau liberă.
Direcție (Direction) – intrare (variabila este conectată la un dispozitiv de intrare), ieșire (variabila este conectată la un dispozitiv de ieșire), internă (variabila este folosită doar în program și nu este conectată la niciun dispozitiv extern).
Chiar dacă există funcții și blocuri de tip funcție standard, uneori utilizatorul este nevoit să creeze blocuri proprii pentru o mai ușoară realizare și mentenanță a programelor. Un parametru are 7 câmpuri pentru a fi completate:
Nume (Name) – numele parametrului, maxim 16 caractere.
Prescurtare (Short Name) – pseudonimul folosit în editoarele FBD și LD doar pentru afișare – reprezintă numele punctului conector al unei funcții sau al unui bloc de tip funcție (maxim 4 caractere).
Tip (Type) – BOOL, DINT, REAL, TIME, STRING, IO_BOOL, IO_REAL, blocuri de tip funcție.
Direcție (Direction) – intrare sau ieșire.
Comentariu (Comment) – folosit pentru informație adițională.
( ) – este precizată lungimea atunci când tipul este șir de caractere.
Dimensiune (Dimension) – nu este folosit în ProSafe-RS. Aceasta este folosită pentru a preciza numărul de elemente ale unui vector sau dimensiunea unei matrici.
Un typical este un bloc de tip funcție definit de utilizator în care sunt grupate mai multe blocuri funcție pentru a personaliza o operație și pentru a putea fi folosită în mod repetat în cadrul proiectului, economisind astfel timp și costuri în dezvoltarea aplicațiilor SIS. Instanța este un element ce stochează datele unui bloc funcție (standard sau definit de utilizator) pentru a putea fi folosit la integrarea cu Centum VP.
Pentru a crea un astfel de typical: se selectează resursa, click dreapta pe „Function Blocks”, „Add Function Block”, se alege „FBD: Function Block Diagram”. În Figura 2.13. este prezentat un exemplu de typical denumit „Functie1” format din două blocuri, unul de tip SAU (OR) și altul de tip ȘI (AND). Acest typical va fi un bloc cu patru intrari și o ieșire și va avea aceeași funcționalitate cu cea a schemei logice din figură.
Figura 2.13. Exemplu de typical
Pentru a putea fi funcțional, atât variabilele de intrare cât și cele de ieșire trebuie să fie definite ca parametri ai typical-ului respectiv.
Figura 2.14. Declarare parametri typical, utilizare typical
În exemplul din Figura 2.14. se poate observa ca direcția parametrilor Intrare1, Intrare2, Intrare3, respectiv Intrare4 este intrare, iar direcția parametrului Iesire este ieșire, deci typical-ul va avea 4 intrări și o ieșire. O altă observație este faptul că numele punctelor conectoare ale typical-ului (IN1, IN2, IN3, IN4, OUT) sunt cele din câmpul prescurtărilor („Short Name”) din dicționar.
Dacă se dorește integrarea cu Centum VP a unui typical, atunci trebuie creată o instanță pentru acesta. Orice variabilă definită de tip bloc funcție (standard sau typical) este o instanță pentru acesta. Instanțele sunt puse în evidență în dicționar printr-un fundal de culoare galben. În partea de jos a Figurii 2.14. se poate observa declararea unei instanțe „FCT1” de tip „Functie1” (Funcție1 este typicalul dat ca exemplu în FIgura 2.13.). În acest caz, daca se va folosi în programe typicalul „Functie1”, în momentul când se alege tipul blocului, în partea de jos a ferestrei se poate alege instanța („FCT1” în exemplu). Deasupra typicalului de acum înainte va fi scris numele instanței.
Cablarea intrărilor/ieșirilor (I/O Wiring) înseamnă definirea modulelor de intrări/ieșiri și a modulelor de comunicație și alocarea variabilelor de intrare/ieșire pe canalele acestora. Cablarea este realizată la nivel de resursă, prin urmare, această opțiune este disponibilă numai când o resursă este selectată.
După crearea de variabile în dicționar, folosind intrumentul de cablare al intrărilor/ieșirilor, se adaugă dispozitive de intrare/ieșire, se setează parametrii acestora după care se conectează variabilele la canalele dispozitivelor.
Figura 2.15. Adăugarea modulelor de intrare, ieșire, comunicație
Pentru a adăuga noi module în proiectul actual se face click pe „I/O Wiring” (Cablare intrări/ieșiri din Figura 2.11.), se alege din noul meniu „Add Device”. În noua fereastră utilizatorul poate selecta modulul de adăugat așa cum este prezentat în Figura 2.15.
Figura 2.16. Modificarea parametrilor I/O și cablarea variabilelor I/O
Următoarea etapă este modificarea parametrilor astfel încât aceștia să fie în conformitate cu indexul dispozitivului. Se poate observa în Figura 2.16. că atât numărul nodului (NodeNo) cât și cel al slotului (SlotNo) sunt inițial „0”. Modificarea se face apăsând dublu click pe „Parameters” și editând campul „Value” atât de la nod cât și de la slot. Daca modulul este plasat într-o configurație redundantă, se va modifica și valoarea de adevăr a câmpului „IsRedundant” (inițial este „FALSE”; se va scrie „TRUE” în câmpul „Value” asociat). De asemenea, trebuie ținut cont de faptul că oricărui card de acest fel îi va fi asociat un număr impar pentru slot, numărul par fiind automat rezervat cardului redundant. După ce se apasă butonul „OK”, pasul „1” a fost finalizat și se continuă cu pasul „2” unde se alocă pe card variabilele de intrare/ieșire. Se ține click stânga apăsat pe variabilă și „se trage” peste canalului dorit.
Pentru a testa funcționalitatea programului, utilizatorul trebuie parcurgă trei pași pentru depistarea erorilor. Din meniul principal se apasă butonul „Build/Project Library” pentru a verifica programul de erori. Dacă există, acestea trebuie corectate, se salvează proiectul și din nou se compilează.
Al doilea instrument este analizorul de integritate (Integrity Analyzor). Acesta verifică dacă aplicația este potrivită pentru proiecte de protecție (verifică dacă aplicația respectă standardul IEC 61113). Cu alte cuvinte, se poate spune că analizează funcțiile sau blocurile de tip funcție care nu au fost validate ca fiind sigure.
Analizorul „Cross Reference” este folosit pentru a detecta modificările făcute în program. Acesta detectează diferențele între aplicația ce rulează în SCS și aplicația ce urmează a fi descărcată în stația de control pentru siguranță.
Descărcarea unei aplicații în SCS nu poate fi realizată înainte de a aproba analiza făcută de „Integrity Analyzor” și „Cross Reference Analyzor”.
Figura 2.17. Verificare erori aplicație (exemplu)
Pentru a deschide ferestrele celor două analizoare se face click în meniul principal pe „Tools”, apoi pe „Engineering”, iar de aici se deshid cele două în ordinea prezentată în Figura 2.17. Se vor lua la cunoștință alarmările sau modifiările făcute ulterior, prin apăsarea butonului de verificare. Primul analizor pentru care se va face acest lucru este „Integrity Analyzor”. Se apasă butonul pentru salvare („Save”) și se închide fereastra. Aceleași etape se vor parcurge și pentru „Cross Reference Analyzer”.
Pentru a afișa în HIS un bloc funcție sau orice fel de variabilă, acestea trebuie să fie definite în „Tag Name Builder”. Lansarea editorului se face din meniul „Tools”, accesând „Engineering”. În partea de sus a acestuia se găsesc tipurile de blocuri funcție ce pot fi definite pentru integrarea cu Centum VP în scopul de a avea propriile ferestre în interfața om-mașina. Astfel operatorul va fi capabil să controleze și monitorizeze blocurile funcție.
Figura 2.18. Instrumentul Tag Name Builder
În câmpul „Variable Name” se va introduce numele variabilei pentru care se va crea o etichetă (numele variabilei este cel introdus în dicționar de utilizator). În schimb, în câmpul „Tag Name”, se va defini o etichetă asociată variabilei. Aceasta va fi folosită în HIS pentru a deschide o fereastră dedicată în care poate monitoriza și controla variabila.
Cu siguranță cel mai important buton din mediul Workbench este butonul „Save”. Acesta se găsește la fiecare intrument și editor, astfel utilizatorul are opțiunea de a salva la fiecare pas proiectul în desfășurare. Și ca o măsură de precauție, în cazul în care nu au fost salvate ultimele modificări și se dorește închiderea unei anumite ferestre de editare, utilizatorul este atenționat și întrebat dacă dorește să salveze aceste modificări.
3. Descrierea aplicației
Aplicația descrisă urmărește realizarea unui proiect pentru protecția zonei de reacție din instalația de dehidrogenare a propanului. Practic, această aplicație software este dezvoltată în mod special pentru soluția SIS (Sistem instrumentat de protecție).
SIS în ansamblu include toate dispozitivele și echipamentele hardware din instalație, cum ar fi izolatoarele, detectoarele, traductoare și elemente finale de control. ProSafe-RS SIS asigură faptul ca software-ul configurat și echipamentele funcționează corect și oferă nivelul necesar de integritate pentru protecție SIL3. Funcțiile acestui sistem sunt următoarele:
Monitorizarea continuă a intrărilor din câmp și inițierea acțiunilor de oprire a instalației;
Alertarea operatorului în legătură cu starea instalației;
Inițierea (parțială) opririi unității sau echipamentelor folosind comutatoare manuale ESD;
Oferă funcții de bypass de mentenanță pentru a testa sau repara componentele sofware/hardware;
Oferă mentenanță pentru aplicația software utilizând SENG;
Verifică respectarea standardelor de siguranță și permisiune comenzilor primite de la DCS prin Vnet/IP înainte de a le executa;
Oferă DCS-ului informații cu privire la statusul SIS-ului;
Asigură alarmarea primului trip;
Înregistrează și afișează secvența de evenimente;
Funcționalitate de pornire.
Suportul sistemului aplicației constă în diagramele logice în care sunt descrise sistemele de interblocare și o bază de date cu informații referitoare la semnalele de intrare și ieșire.
Pentru fiecare unitate din zona reacție de dehidrogenare vor fi implementate sisteme de interblocare separate cu următoarele proprietăți:
va conține o funcție de resetare
fiecărui sistem de interblocare îi este asociat un număr de grup
identifică primul trip din grup
deține un anunțiator de alarmare în caz de protecție declanșată (trip)
Atunci când parametrii procesului depășesc limitele normale de operare, sistemul de protecție va interveni aducând unitățile instalației sau o parte din ele într-o stare sigură prin activarea sistemelor de interblocare.
MOS-urile sunt folosite pentru a bypasa intrările unui SIS permițând astfel mentenanța sau testarea funcționala a acestora. Deși ele sunt implementate în ProSafe-RS, aceste comutatoare pot fi activate sau dezactivate din HIS de operator doar cu permisiune specială (supervizorul poate permite aplicarea unui MOS activând un comutator cu cheie). Dacă un MOS este activ și se dezactivează comutatorul cu cheie, toate MOS-urile vor fi dezactivate. Numărul de MOS-uri permise este specificat de următoarele reguli:
Numărul de MOS-uri permise pentru o unitate din instalație este limitat la unu.
Un singur MOS poate fi aplicat pentru V2oo3.
Baza de date a semnalelor a fost realizată ținănd cond de următoarele specificații:
Pentru intrările analogice:
– 4-20 mA
– compatibilitate HART
-filtru de zgomot pentru confirmarea apariției unui trip (în acest proiect este setat la 0 secunde)
– bandă moartă (HYS) pentru revenirea alarmei în scopul de a evita „însănătoșirea” falsă a unui trip cand semnalul fluctuează în jurul valorii de trip (în acest proiect histerezis este setat la 1% din intervalul de funcționare al traductorului)
– detecție circuit deschis/scurtcircuit și a valorilor în afara intervalului de funcționare
Pentru intrări digitale:
– contacte normal deschise și normal închise
– contacte și comutatoare alimentate din sistem
– indicație LED pe cardul de I/O
– capabilități de monitorizare a liniei (detecție scurtcircuit/circuit deschis)
Pentru ieșiri:
– se folosesc electrovalve, 24 VDC normal energizate
– lămpi pentru alarme montate pe consolă, 24 VDC
– relee de protecție, 24 VDC
Când curentul este mai mare de 600mA (pentru cardul SDV531) sau necesarul de alimentare este altul decât 24 VDC, valvele nu pot fi controlate de ieșirile din ProSafe-RS. Se vor folosi relee.
O stație de control pentru protecție (SCS) este formată din unitatea de control pentru protecție (SCU) și unități de tip nod adiționale pentru protecție. Unitatea de control este implementată într-o configurație redundantă. Acest lucru înseamnă două module de procesor și două module de alimentare (220 VAC). Dacă este conectată o unitate de tip nod, modulul de cuplare ESB (SEC401) trebuie instalat tot într-o configurație redundantă. În Tabelul 3.1. sunt prezentate specificațiile SCU folosită în acest proiect.
Tabelul 3.1. Specificații SCU
Modulele de intrare folosite sunt SAI143-H (intrări analogice), SDV144 (intrări digitale), cel de ieșire este SDV531-L, iar unitatea de alimentare SPW482 (220 VAC).
Semnalele din Tabelul 3.2. sunt doar o foarte mică parte din intrările și ieșirile folosite în aplicație. Ele vor fi folosite pentru descrierea funcționalității sistemului de interblocare 112S002 (oprirea alimentării cu materie primă a încălzitoarelor).
Tabelul 3.2. Semnale din baza de date
În majoritatea proceselor industriale, modelul votării este des întâlnit. El este folosit atât pentru funcția de disponibilitate cât și pentru cea de protecție. Pentru procesele foarte periculoase sunt implementate typical-uri software de votare de tipul „o intrare din trei”. Dacă o intrare din trei indică o valoare în afara limitelor normale, atunci ieșirea blocului funcțional va declanșa protecția. În schimb, votarea „trei intrări din trei” pune mai mult accent pe disponibilitatea instalației și se folosește în procesele mai puțin periculoase. Echipamentele folosite pentru acest scop sunt de obicei traductoare (de presiune, nivel, debit, temperatură) și sunt montate în instalație la distanțe foarte apropiate (unul lângă celalalt). Ele preiau date din câmp și le transmit mai departe în aplicația software unde sunt prelucrate.
Figura 3.1. Protecție/Disponibilitate
În aplicația pentru protecția reactorului de dehidrogenare, modelul de votare ales este „două intrări din trei”. Această abordare este foarte importantă în instalația de față întrucât între protecție și disponibilitate există un echilibru. Dacă unul din traductoare se defectează și nu mai indică o valoare în plaja normală, sistemul de interblocare nu va fi acționat, ceea ce oferă disponibilitate. Astfel procesul poate continua fără întreruperea producției. În acest caz, pentru echipamentul avariat este activat un bypass de mentenanță (MOS) pentru reparație. Dacă în schimb, două traductoare din trei nu mai indică o valoare normală, crește posibilitate apariție unei defecțiuni de amploare mai mare. Astfel, există două variante:
cele două traductoare s-au defectat, iar în acest caz procesul din unitatea respectiv nu mai poate continua în condiții de siguranță și se activează automat sistemul de interblocare.
cele două traductoare funcționează normal (iar cel de-al treilea este defect și nu indică o valoarea adevărată a parametrului măsurat) dar indică valori peste limitele normale de funcționare. Și în acest caz sistemul de interblocare este activat. Astfel modelul de votare oferă protecție instalației.
Revenind la aplicația de față, pentru sistemul de interblocare 112S002 există două grupări de câte trei traductoare ce măsoară debitul (prima grupare format din 112FIT016A, 112FIT016B, 112FIT016C, iar cel de-a doua formată din 112FIT023A, 112FIT023B, 112FIT023C) pentru care se va implementa un algoritm software de votare. Acest typical se implementează o singură dată, dar se va folosi pentru amandouă grupările separat cât și pentru celelalte grupări din alte sisteme de interblocare.
3.1. Crearea proiectului și setările inițiale din ProSafe-RS
Crearea acestui proiect a constat în realizarea pașilor din Figura 2.10. cu următoarele modificări:
numele proiectului este SCS0121
tipul stație este SSC60D-S
numărul domeniului este 1 iar cel al stației este 21
De asemenea s-au făcut setările de vigoare prezentate în subcapitolul 2.4. Echipamente software pentru a modifica numele resursei (din cel predefinit SCS0101 în SCS0121), numărul resursei (în proiect este 121) și adresa Vnet/IP (172.16.1.21).
3.2. Introducerea semnalelor în dicționar folosind baza de date
Utilizând baza de date, au fost introduse în dicționar toate variabilele de intarare și de ieșire ale proiectului, urmând să fie introduse ulterior și variabilele interne din aplicație.
În Tabelul 3.3. se găsesc informațiile ce au fost necesare pentru introducerea variabilelor în dicționar (unde „xxxxxx” reprezintă numele variabilei din baza de date).
Tabelul 3.3. Introducerea variabilelor în dicționar
Figura 3.2. Introducerea variabilelor din baza de date în dicționar
Astfel, toate intrările au prefixul „I”, ieșirile „O”, iar variabilele interne „V”. Acestea din urmă sunt de mai multe tipuri în funcție de utilitate:
booleene – BOOL
pentru typical-uri definite de utilizator – SAI, EADI, DADI, FUPTRP, V2oo3
pentru blocuri funcționale standard din ProSafe-RS – ANN, FUP_RST, MOB_RS
3.3. Alocarea semnalelor pe carduri
Pentru alocarea intrărilor și ieșirilor pe carduri s-au folosit 6 carduri de intrări analogice (SAI143H) cu 16 canale fiecare, 8 carduri de intrări digitale (SDV144) cu câte 8 canale fiecare și 13 carduri de ieșiri digitale (SDV531L) tot cu 8 canale fiecare, rezultând o necesitate de 9 noduri (s-a folosit un card SEC401 pentru cuplarea nodurilor).
Figura 3.3. Alocarea semnalelor aplicației pe carduri
Nu toate canalele acestor carduri au fost folosite. Alocarea semnalelor pe canale s-a realizat culegând informații din baza de date unde sunt precizate nodul, slotul și canalul corespunzător fiecarei ieșiri/intrări. Toate modulele sunt redundante, astfel micșorând șansele sistemul de protecție să se activeze din cauza defecțiunii unui card. Dar pentru un grad crescut de protecție s-a încercat alocarea cât mai eficientă a semnalelor, în sensul că nu s-a ținut cont de spațiu ci de locul unde au fost acestea conectate. Așa cum se poate observa și în Figura 3.1. (în partea din dreapta), pe primul card de intrări analogice au fost alocate semnalele care se termină în litera „A”. Conectarea la carduri diferite a trei semnale care măsoară același lucru în puncte foarte apropiate este mult mai sigură deoarece oricând se poate defecta cardul, și chiar dacă există unul redundant, se poate defecta și acesta. În acest fel, nu toate cele trei semnale vor indica o valoare eronată mai departe în logică, ci doar unul, iar typical-ul de votare „două din trei” nu va declanșa protecția. Același concept se folosește și pentru semnalele traductoarelor care sunt montate în grupare de câte două.
3.4. Typical-uri software
În acest subcapitol vor fi prezentați algoritmii software folosiți în aplicație. Ei mai sunt numiți și typical-uri software. Acești algoritmi sunt blocuri definite de utilizator ce sunt folosite în dezvoltarea logicii în cadrul proiectului PDH.
În această aplicație s-au folosit următoarele typical-uri ce vor fi descrise: SAI, DADI, EADI, FUPTRP, V2oo3. Acestea au fost create în „Function Blocks”. Click dreapta, „Add Function Block”, „FBD: Function Block Diagram”.
Blocul funcțional SAI are următoarele funcții:
ajustează/convertește valoarea semnalului analog de intrare la scară.
generează mesaje de urgență în caz că se depăsesc limitele de alarmare și urgență impuse.
sistemul de interblocare este bypasat dacă funcția MOS este activată.
Blocul funcțional SAI este folosit în diagramele logice și este menit să monitorizeze dacă semnalul depășește valorile limită, de trip sau alarmare inferioară și superioară. Schema structurală a unui astfel de bloc este prezentată în Figura 3.1.
Figura 3.4. Blocul funcțional SAI
Tabelul 3.4. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului SAI
Dacă intrarea depășește valoarea de trip sau alarmare menționată în blocul SAI, variabila booleană corespunzătoare acesteia va trece din starea „normală” în starea de „trip” (PROTECTIE PROVOCATA?).
În aplicația descrisă, toate intrările analogice vor folosi acest tip de bloc. Datele din teren/instalație citite de traductoare (temperatură, presiune, debit, nivel) sunt transformate în semnale de curent cu valori între 4 și 20 mA. Acestea pot fi folosite mai departe în aplicația software prin intermediul cardurilor de intrări analogice. Folosirea unui semnal ca intrare într-un typical SAI, duce la scalarea curentului din 4-20 mA la 0-100 % (procente). poate dau un exemplu
DADI este un typical folosit pentru intrări digitale și are următoarele funcții:
Managementul trip-ului și al alarmei.
Alarmare în HIS.
Funcție de monitorizare a liniei.
Are funcție opțională de MOS.
Figura 3.5. Implementarea typical-ului DADI
La parametri blocului DADI în dicționar s-au declarat două variabile locale: MOS1 de tip GOV_B (acesta restricționează folosirea bypass-ului la o singură operație de bypass într-un grup) și DADI_ANN1 de tip ANN (anunțiator).
Schema structurală a unui bloc DADI este prezentată în Figura 3.2.
Figura 3.6. Blocul funcțional DADI
Semnalul este primit la intrarea digitală a acestui bloc care este prevăzut cu o ieșire booleană de trip. Această booleană va fi folosită mai departe în logica aplicației. Deoarece acest typical este folosit în situația „energizare pentru siguranță” (ETS), adică intrările digitale ce folosesc acest bloc trebuie să conțină contacte normal deschise. De obicei, aceste blocuri sunt folosite pentru comutatoarele de bypass. (de exemplu, atunci când este pornită o instalație).
Tabelul 3.5. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului DADI
Determinarea preciziei de calcul în acest caz este irelevantă având în vedere ca toate variabilele cu care se operează sunt boolene.
Un alt typical folosit pentru intrări digitale este EADI. El are următoarele funcții:
Managementul trip-ului și al alarmei.
Alarmare în HIS.
Funcție opțională de MOS.
Figura 3.7. Implementarea typical-ului EADI
Ca și în cazul typical-ului DADI, și aici s-au introdus la parametri două variabile locale: una de tip GOV_B denumită MOS1 și alta de tip ANN denumită EADI_ANN1.
Schema structurală a unui bloc EADI este prezentată în Figura 3.3.
Figura 3.8. Blocul funcțional EADI
Ca și în cazul typical-ului DADI, intrarea acestui bloc este un semnal digital de intrare, iar ieșirea este o booleană de trip. Intrările digitale folosite cu acest bloc au contacte normal închise. Astfel EADI este folosit în situația „deenergizare pentru siguranță” (DTS).
Tabelul 3.6. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului EADI
FUPTRP (First-Up Trip) este un bloc funcțional cu următoarele proprietăți:
Inițiază o alarmă pentru a indica ce trip din grup a fost activat primul.
Blochează ieșirea de alarmare în cazul în care o condiție de trip este activă și nu s-a efectuat nicio operație de resetare.
Permite resetarea alarmei în cazul în care nu mai există condiții de trip active.
În general, acest typical este folosit împreună cu blocul standard FUP_RST. Numărul de intrări per grup poate varia. În acest caz, pentru fiecare intrare vom avea un bloc FUPRST ce vor fi conectate între ele folosind același număr de grup. Trebuie menționat faptul că fiecare sistem de interblocare are un număr de grup unic, iar blocul standard FUP_RST este folosit pentru întregul astfel de sistem. (Sistemul de interblocare este numit interlock. Acesta este un dispozitiv sau sistem de interblocare folosit pentru a preveni o stare nedorită a unei mașini, dispozitiv electric, electronic sau mecanic sau sistem. În cele mai multe aplicații, sistemul de interblocare este utilizat pentru a preveni accidentarea operatorului sau deteriorarea utilajului oprindu-l atunci când protecția este declanșată).
Figura 3.9. Implementarea typical-ului FUPRST
Pentru acest typical a fost declarat local parametrul ANN_FUP1 de tipul ANN_FUP (anunțiator pentru prima alarmă apărută în grup). De altfel, a mai fost folosit încă un bloc standard din ProSafe-RS, blocul RS (resetare).
Figura 3.10. Blocul funcțional FUPTRP
Atunci când intrarea typical-ului este în starea „sănătoasă” (adică „1” logic/TRUE) și sunt îndeplinite condițiile permisiune, blocul FUPTRP poate fi resetat. Acest lucru se va face fie din HIS folosind un bloc standard MOB_RS fie efectuând o resetare hardware.
Tabelul 3.7. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului FUPTRP
Typicalul V2oo3 are următoarele funcții:
inițiază un trip dacă două din trei intrări sunt în trip.
generează o alarmă în HIS.
generează un mesaj în SOER
Figura 3.11. Implementarea typical-ului V2oo3
În dicționarul de variabile s-a declarat parametrul ANN1 local de tipul ANN.
Figura 3.12. Blocul funcțional V2oo3
Ieșirea va rămâne declanșată (în trip) până ce valoarea de intrare se va energiza (din „0” se va face „1”). Dacă este aplicat un MOS la una din intrări, V2oo3 (se) va degrada la V1oo2 (una din două intrări), cu specificația că doar un MOS pee V2oo3 este acceptat, pentru că altfel va fi declanșată protecția (trip).
Tabelul 3.8. Descrierea intrărilor/ieșirilor blocului V2oo3
Figura 3.13. Typical-uri implementate
3.5. Realizarea schemelor logice
3.5.1. Scheme pentru intrări analogice și digitale
Pentru realizarea schemelor logice de intrări analogice s-au folosit următoarele typical-uri:
SAI – în care informațiile semnalului analogic sunt prelucrate, la ieșire având variabile booleene de trip, alarmare și MOS
V2oo3 – votare „două intrări din trei” în care intrările acestui bloc funcțional sunt ieșirile de trip și de MOS ale blocurilor SAI
Crearea unui astfel de program s-a realizat în felul următor:
– în resursă click dreapta pe „Programs” , „Add Program”, „FBD: Function Block Diagram”
– numele programului va fi strâns legat de sistemul de interblocare din care fac parte aceste intrări analogice: _112_AI_S002, unde 112 reprezintă secțiunea din instalație și anume cea a reactorului, AI înseamnă Analog Inputs (intrări analogice), iar ultima parte specifică sistemul de interblocare (S-002 aici).
– pentru fiecare intrare analogică se folosește câte un typical SAI
– pentru fiecare grupare de câte trei SAI-uri se folosește un typical V2oo3
Figura 3.14. Implementarea schemelor de intrări analogice folosind blocul SAI
În Figura 3.9. câmpuri de intrare au fost completate folosind baza de date. S-au introdus valorile limită între care traductorul de debit (112FIT016A) poate măsura, valorile de trip LL și de alarmare L. Pentru valorile ce nu au fost precizate inițial, (și în acest caz ne referim la valoarea de trip HH și de alarmare H) se vor trece valori în afara plajei în care măsoară traductorul. Se calculează 25% din valoarea limită superioară/inferioară în funcție de caz, și se adună/scade din această valoare. Numărul obținut este apoi trecut în câmpul necompletat. Pentru ieșirea de trip a acestui bloc, a fost introdusă o nouă variabilă în dicționar (V112FALL016A în Figura 3.9.) conform diagramei sistemului de interblocare din Anexa 1. Această variabilă va fi folosită mai departe în typicalul V2oo3.
Figura 3.15. Typical-ul V2oo3 din schima de intrări analogice
Așa cum se poate observa în blocul V2oo3 (Figura 3.10.), variabila de trip din Figura 3.9. este o intrare în typical-ul de votare împreună cu încă două astfel de variabile din blocurile SAI corespunzătoare intrărilor I112FIT016B și I112FIT016C. Pe lângă acestea, tot ca intrări, sunt variabilele de MOS ale fiecărei intrări. Doar una din acestea poate fi activă la un moment dat, caz în care V2oo3 degradează la V1oo2 (votare o intrare din două). Ieșirea blocului funcțional de votare definit în dicționar V112FIT016 de tipul V2oo3 este tot o booleană internă și reprezintă ieșirea de trip LL a întregului bloc de votare. Această variabilă (V112FALL016) va fi folosită mai departe în schema logică a sistemului de interblocare S-002.
În aceeași manieră se vor crea și schemele logice pentru toate celelalte semnale de intrare analogice folosind baza de date și scheme sistemelor de interblocare. EVENTUAL SA ZIC SI CARE SUNT CELELALTE SCHEME DE AI.
Pentru realizarea programelor corespunzătoare intrărilor digitale s-au folosit următoarele typical-uri în funcție de caz:
DADI – pentru semnalele digitale ce sunt energizate pentru protecție ( intrări cu cel puțin un contact normal deschis)
EADI – pentru semnale digitale ce sunt deenergizate pentru protecție (intrări cu cel puțin un contact normal închis)
Pașii de duc la realizarea unei astfel de scheme sunt aceiași ca și în cazul intrărilor digitale cu următoarele modificări:
numele programului va fi _112_DI_S002, cu specificația ca DI înseamnă Digital Inputs (Intrări digitale)
nu se vor folosi blocuri SAI și V2oo3, ci EADI și/sau DADI
Figura 3.16. Schema logică pentru intrări digitale
Atunci când intrarea blocului V112HS018 de tip DADI se energizează (este activată), protecția este declanșată. Mai departe variabila booleană de trip V112HS018T este folosită în logica sistemului de interblocare (S-002). Același lucru se întâmplă și în cazul lui V112HS019 (Figura 3.11.).
Figura 3.17. Exemplu schemă logică de intrări digitale folosind blocul EADI
În schimb, pentru blocul EADI, intrarea trebuie să se deenergizeze ca protecția să fie declanșată. Și în acest caz, ieșirea blocului este o booleană de trip ce va fi folosită în logica sistemului de interblocare.
3.5.2. Scheme logice pentru sistemele de interblocare
Pentru a descrie modul de realizare a unei scheme logice pentru sistemele de interblocare, am ales un singur sistem de acest gen din cele 20 realizate ale acestui proiect, și anume 112-S-002-OLEFLEX HEATERS FEED SHUTDOWN.
Sistemul de interblocare 112-S-002 este o parte a secțiunii de reacție și protejează încălzitoarele de la condiții anormale de curgere/debit pentru fluidul de reacție și gazele de reciclare. Interblocarea este activată de către unul dintre inițiatorii listați în Tabelul 3.9. în coloana „Cauze” și se activează toate acțiunile de la „Efecte”.
Tabelul 3.9. Listă cauze și efecte pentru sistemul de interblocare 112-S-002
Crearea programului se face apăsând click dreapta pe „Programs”, „Add New Program”, „FBD : Function Block Diagram”. Numele acestuia va fi dat chiar de numele sistemului de interblocare: _112S002. În prima parte a programului este realizată partea de resetare a logicii (Figura 3.13.). Când condiția de trip nu mai este activă, sistemul de interblocare poate fi resetat manual de către operator apăsând butonul de resetare în DCS (112HS002-R). Odată resetat, electrovalva se deschide lăsând propanul să ajungă în sistemul de separare.
Figura 3.18. Schemă logică 112-S-002 (1)
Blocul MOB_RS este un bloc standard din ProSafe-RS și are funcția de resetare. Ieșirea blocului V112HS0023RS primește un puls atunci când butonul 112HS002R este apăsat. Acest lucru este posibil doar atunci când condiția de trip nu mai este activă iar blocul FUPTRP ce a detectat un trip este resetat cu ajutorul blocului standard FUP_RST.
Figura 3.19. Schemă logică 112-S-002 (2)
Așa cum s-a precizat în subcapitolul 3.5.1. Scheme pentru intrări analogice și digitale, ieșirile de trip ale blocurilor V2oo3 și DADI sunt folosite în aceată logică. Blocurile FUPTRP vor genera un trip și o alarmă la ieșire daca vor detecta la intrare o declanșare a protecției. Pentru a putea fi resetate aceste blocuri (când condiția de trip nu mai este activă), ele trebuie sa facă parte din același grup cu blocul standard FUP_RST.
În timpul operației de pornire, în cazul în care debitul gazului reciclat este foarte scăzut, activarea secvenței de închidere a gazului combustibil trebuie bypasată activând comutatorul 112HS019 localizat în camera de control.
În timpul operație de pornire a Cutiei de răcire, în cazul în care debitul efluentului din reactor spre sistemul de separare este foarte scăzut, închiderea alimentării cu propan poate fi bypasată activând comutatorul 112HS018 localizat în camera de control. Când acest comutator este apăsat, o alarmă (112HA018) este vizualizată de operator în interfața DCS.
Figura 3.20. Schemă logică 112-S002 (3)
Logica pentru alarme este inversă față de cea pentru trip, de aceea se folosește un bloc standard OR între alarmele generate de blocurile FUPTRP. Cât despre ieșirile de trip ale FUPTRP-urilo, oricare din ele poate declanșa protecția, activând sistemul de interblocare S-002. Astfel, implementarea folosește un bloc AND.
Oricare din variabilele de trip de la sistemle de interblocare S-002, S-003 și S-004 pot declanșa protecția. S-a declarat o variabilă intermediară de trip pentru ieșire care va fi folosită mai departe în logica de ieșire.
3.5.3. Scheme pentru ieșiri digitale
Crearea unei scheme logice de ieșire se va realiza tot adăugâund un nou program de această dată cu denumirea _112_OUT_S002. Pentru implementarea diagramelor de ieșire nu au fost folosite blocuri definite de utilizator (typical-uri).
Ieșirea de trip a programului pentru sistemul de interblocare va fi folosită în schema pentru ieșiri digitale. Astfel electrovalva de alimentare cu propan va fi închisă atâta timp cât una din condițiile de trip este activă.
Figura 3.21. Schemă logică pentru ieșiri digitale
Figura 3.22. Lista programelor implementate
3.6. Definirea etichetelor – Tag Name Builder
Pentru toate semnalele, alarmele și alte variabile ce trebuie vizualizate de operatori în DCS vor fi declarate noi variabile în Tag Name Builder. În Tabelul 3.10. se găsesc variabilele folosite pentru descrierea aplicației precum și etichetele asociate acestora.
Tabelul 3.10. Introducerea variabilelor în Tag Name Builder folosite în S-002
Pentru semnalale analogice I112FIT016B, I112FIT016C, I112FIT023B și I112FIT023C se va proceda în aceeași manieră ca la I112FIT016A și I112FIT023B atât pentru tipul ANLG cât și pentru IO_REAL și GOV_B.
3.7. Compilarea aplicației și verificarea de erori cu cele două analizoare
Ultima etapă spre finalizarea corectă a aplicației este compilarea și rularea celor două analizoare „Integrity Analyzer” și „Cross Reference Analyzer”.
Figura 3.23. Intergrity Analyzer
Figura 3.24. Cross Reference Analyzer
Acum programul poate fi simulat în mediul Workbench pentru a verifica corectitudinea logicii, dar și în DCS prin integrarea cu Centum VP.
,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
ANEXA 1
ANEXA 2
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Protectie Pentru Un Reactor de Dehidrogenare a Propanului In Propilena (ID: 163282)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.