Афанасенко А.Г.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

Цифровые промышленные сети в автоматизированных системах управления технологическим процессом

Эксплуатация комплекса технических средств (КТС) автоматизированной системе управления процессом карбонизации (насыщение аммонизированного рассола двуокисью углерода) имеет ряд характерных особенностей: расстояние между операторной цеха и карбонизационными колоннами достигает 150 метров, до 180 каналов на одну колонну, наличие агрессивных газов (NH₃, H₂S) в воздухе рабочей зоны помещений цеха [1], применение в проекте запорной и регулирующей арматуры с электрическим приводом.

В качестве исполнительных механизмов АСУ ТП отделения карбонизации, как правило, применяются шланговые вентиля и поворотные затворы в комплекте с интеллектуальным блоком электронного управления. Эти устройства обладают широкими возможностями самодиагностики и тестирования, что позволяет использовать ресурс исполнительных механизмов более эффективно и увеличить срок их эксплуатации.

При разработке автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУ ТП) согласно классическим принципам по одной паре проводов можно получить только одно текущее значение измеряемой величины или задать исполнительному механизму степень его открытия. Для приёма/передачи только одного сигнала необходима двухпроводная линия связи. На практике дискретные сигналы группируются по уровням включающего напряжения и имеют общий провод. При этом количество необходимых жил кабеля сокращается (таблица 1). Однако существенным это сокращение назвать нельзя.

Таблица 1 – Оценка количества проводников для связи с одним блоком электронного управления (на примере блока Auma Matic) [2]

	Число жил кабеля
	Двухпроводная схема	Схема с общим проводом
Регулирующая арматура	12	10
Запорная арматура («открыть-закрыть»)	16	12

По специальному заказу интеллектуальный блок управления может быть оснащён дополнительными интерфейсными платами, способными анализировать множество других состояний исполнительного механизма. При увеличении количества информационных сигналов усложняются монтаж, наладка и диагностика линий связи системы. Агрессивные газы при этом оказывают на компоненты КТС окисляющее и разрушающее воздействие. Наибольшему количеству отказов подвержены устройства расположенные непосредственно в цехе. В этой связи влияют агрессивные газы, такие как аммиак и сероводород, присутствующие в помещениях цеха [1]. При этом на компоненты КТС они оказывают окисляющее и разрушающее воздействие.

Альтернативным вариантом, который решит вышеприведённые проблемы, является использование цифровых промышленных сетей (ЦПС).

При использовании ЦПС, информационный канал является двунаправленным, поэтому количество передаваемых переменных зависит только от возможностей периферийных устройств.

Достоинства применения ЦПС:

1) Становится возможной удаленная параметризация, калибровка и диагностика датчиков и исполнительных механизмов. Таким образом, формируется единая база параметров на АРМ.

2) Дорогие многожильные кабели (чаще всего медные) заменяются витой парой, значительно сокращая расходы на кабельную продукцию и монтаж.

3) Цифровой метод передачи данных по надёжности намного превосходит аналоговый. Встроенные в цифровой протокол такие механизмы как контрольная сумма, квитирование и повтор передачи искаженных данных защищают от помех и гарантируют доставку информации.

4) Возможно дополнительное подключение любого другого устройства, поддерживающего цифровой протокол, без увеличения стоимости комплекта контроллера.

5) Применение цифровых промышленных сетей значительно сокращает количество модулей УСО в микропроцессорном контроллере (рисунок 2).

6) Упрощается стадия проектирования, и сокращаются объёмы технической документации.

Недостатки применения ЦПС:

1) Для защиты кабельной сети от повреждения необходимо либо дублирование линий связи, либо наличие нескольких альтернативных путей передачи информации;

2) Повышается стоимость «полевых» устройств (до 40%).

Расчёты стоимости основных компонент для двух вариантов АСУ процесса карбонизации приведены в таблице 2. Анализ полученных значений позволяет сделать выводы о том, что, несмотря на значительное удорожание интеллектуальных «полевых» устройств, в целом затраты уменьшаются на 8,6%.

Таблица 2 – Ориентировочные затраты на разработку АСУ ТП

Наименование	Стоимость, %
	Без применения ЦПС	С применением ЦПС
Датчиков и исполнительных механизмов	58,8	82,3
Контроллера	16,0	7,9
Кабельной продукции	6,1	0,3
Монтажной работы	19,1	0,9
ИТОГО	100	91,4

Применения цифровых промышленных сетей считается целесообразным, ввиду указанных выше достоинств. На примере процесса карбонизации аммонизированного рассола обоснована экономическая эффективность применения цифровых промышленных сетей.

Литература:

1 Шокин И.Н., Крашенинников С.А. Технология соды. М.: «Химия», 1975. – 288 с.

2 Материалы сайта http://www.auma.ru