Автоматизированная система управления технологическим процессом производства полистиролов ОАО "Нижнекамскнефтехим"

Завод производства полистиролов - вновь строящийся объект предприятия ОАО "Нижнекамскнефтехим". Генпроектировщик объекта - ОАО "Гипрокаучук", г.Москва, проектировщики отдельных установок - фирмы "УДЕ", г.Дзержинск, ПИ "Союзхимпроект", г.Казань.

Производство полистирола - это некаталитический термополимеризационный процесс, заключающийся в предварительном нагревании стирола и дальнейшем охлаждении полимерной массы с использованием оригинальной системы масляного терморегулирования.

В качестве основного сырья используется стирол. При производстве ударопрочного полистирола добавляется полибутадиеновый каучук, в качестве разбавителя используется этилбензол.

Пары стирола и этилбензола из испарителей конденсируются в конденсаторе рециклового продукта и собираются в уравнительной емкости, затем насосом сырье подается в секцию предварительной полимеризации.

Продукт полимеризации - горячий полистирол поступает на экструдеры, которые формируют нити - стренги. Нити, выходящие из экструдера, охлаждаются очищенной водой, циркулирующей с помощью насосов через холодильник, охлаждаемый оборотной промводой с градирни. Далее нити высушиваются с помощью вентилятора. Высушенные и твердые нити поступают в гранулятор, где разрезаются на гранулы. Гранулы, пройдя сито, системой пневмотранспорта подаются в тестовые силосы для хранения полистиролов. После получения лабораторных анализов полистиролов, гранулы поступают в цех расфасовки, хранения и отгрузки.

Лицензиаром основного технологического процесса являлась фирма "ATOFINA" (США), которой было поставлено отдельное технологическое оборудование комплектно с локальной распределенной системой управления (РСУ) на базе программно-технических комплексов "Centum-1000"фирмы "Yokogawa" (Япония).

Компанией СЗМА совместно с ООО "Иокогава Электрик" (г.Москва) и Центром автоматизации ОАО "Нижнекамскнефтехим" была разработана автоматизированная система управления производством полистиролов, в которую по функциональным признакам вошли:

• Распределенная Система Управления (в дальнейшем РСУ) производства, предназначенная для управления технологическим процессом совместно с оперативным персоналом в режиме реального времени и предоставления информации (технологических схем, трендов, отчетов и др.) в заводскую ЛВС (руководству завода, диспетчеру, руководителям и главным специалистам технологических цехов). Система охватывала все основные технологические процессы и вспомогательное оборудование производства и в нее была интегрирована РСУ отдельными технологическими процессами поставки фирмы "FINA".
• Система Противоаварийной Защиты (в дальнейшем ПАЗ), базирующаяся на специализированной микропроцессорной технике повышенной надежности и предназначенная для автоматического перевода технологического процесса в безопасное состояние при возникновении аварийных ситуаций.
• Периферийное оборудование - датчики, анализаторы, преобразователи и исполнительные механизмы, а также электрические и другие приводы, установленные как непосредственно на технологическом оборудовании, так и в специальных помещениях, и подключенные к РСУ и ПАЗ.

По иерархическим признакам структура АСУТП является двухуровневой, и построена на основе распределённой архитектуры. Структура системы соответствует магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и имеет распределённое программное обеспечение и базу данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам промышленной сети.

Каждый из уровней АСУТП представляет собой следующее:

• 1-й уровень - полевой КИП и запорно-регулирующая арматура фирм "Emerson", "Endress+Hauser", "Samson" и др.(проект "ATOFINA", ОАО "Гипрокаучук", ОАО "УДЕ", г.Дзержинск, ПИ "Союзхимпроект", г.Казань)
• 2-й уровень - специализированная сеть микропроцессорных контроллеров РСУ и ПАЗ фирмы"Yokogawa", связанных с рабочими станциями, ориентированными на автоматизированное управление производственными процессами в режиме реального времени (проект Компании СЗМА).

2-й уровень АСУТП имеет программные и аппаратные средства для подключения к локально-вычислительной сети завода, организованной на базе протокола Ethernet, а также к информационно-управляющей системе ОАО "Нижнекамскнефтехим". АСУТП имеет гибкую структуру, обеспечивает модификацию алгоритмов решения задач и наборов участвующих в них переменных, конфигурирование схем регулирования и управления.

Для удобства восприятия информации, визуализация и человеко-машинный интерфейс (HMI) системы организован иерархически, воспроизводя организационную структуру производства в естественной для технологического персонала форме:

• производство / цех
• отделение
• узел
• параметр.

Существует возможность управления технологическим процессом с любого рабочего места оператора-технолога. ПАЗ построена на автономно функционирующих средствах микропроцессорной техники, датчиках и исполнительных механизмах, и обеспечивает гарантированную реализацию алгоритмов защитных блокировок технологических процессов в критических ситуациях.

Технические средства РСУ и ПАЗ резервированы. В системе имеются аппаратные и аппаратно-программные средства диагностики сетей, станций, блоков и модулей. При выходе из строя какого-либо из блоков, система РСУ и ПАЗ автоматически переходит на резервный блок с выдачей соответствующего сообщения. Предусмотрена возможность замены неисправных модулей в оперативном режиме работы РСУ и системы ПАЗ.
В составе программного обеспечения системы есть широкий набор программных модулей, позволяющих осуществлять контроль и управление объектами различных классов.
Система имеет возможность оперативного конфигурирования прикладного программного обеспечения на отдельной инженерной станции в человеко-машинной интерактивной среде без нарушения работоспособности системы.

Система осуществляет управление технологическими процессами на следующих секциях и отделениях производства полистирола:

• ПС-1/1-----------Секция подготовки раствора каучука;
• ПС-1/2-----------Секция непосредственной полимеризации;
• ПС-1/3-----------Секция выделения и тестовых барабанов;
• ПС-2--------------Секция подготовки шихты полимеризации;
• ПС-3/1-----------Секция печи нагрева теплоносителя;
• ПС-3/2-----------Секция приема и нагрева теплоносителя;
• Узел ввода----Секция газоснабжения, подачи технического воздуха, воздуха КИП, азота и пара низкого давления;
• ПС-4--------------Отделение промежуточного хранения полистирола в алюминиевых силосах с пневмотранспортом.

Управление процессами затаривания полистирола в мешки, контейнеры и хопперы (отделение ПС-8) и склада хранения полистиролов в затаренном виде (отделение ПС-10) осуществляется средствами автоматизации, комплектно поставляемыми с оборудованием.

На рисунке ниже приведена структурная схема комплекса технических средств системы.

РСУ и ПАЗ реализованы на базе дублированных полевых станций управления PFSD-E5521 распределенной системы управления Centum CS-1000 (РСУ - пять полевых станций, ПАЗ - две полевые станции). Станции в зависимости от количества принимаемых и выдаваемых сигналов укомплектованы соответствующим количеством модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, коммуникационными модулями. В шкафах, в которых установлены полевые станции, также смонтированы модули барьеров искробезопасности фирм ELCON INSTRUMENT и MTL и блоки питания. В отдельном шкафу установлены релейные модули типа VARIOFACE/F-SO1777 с реле типа RT314024, коммутирующих цепи с током до 5А и напряжением 220VAC/24VDC. Для подключения к полевым станциям КИП, исполнительных механизмов и другого полевого оборудования используется кроссовый шкаф, в котором установлены двухуровневые клеммники типа UKKB 3 BU.

АРМ оператора (HIS), инженерная станция (EWS) и ОРС-сервер выполнены на IBM-совместимых персональных компьютерах с установленным специализированным программным обеспечением Centum CS-1000. Все полевые станции, АРМ оператора, инженерная станция и ОРС-сервер объединены по дублированной сети VL-Net.

Для оперативной печати журнала событий и отчетных документов к АРМ оператора подключены два матричных принтера EPSON-LQ2180, обеспечивающие построчную печать. Для постраничной печати отчетной и технической документации к инженерной станции подключен лазерный принтер HP Laser Jet 4100N dpi. Для распечатки копий видеокадров предназначен цветной струйный принтер HP Desk Jet 990 Cxi, подключенный к ОРС-серверу.
Для обеспечения бесперебойного питания РСУ и ПАЗ в состав системы входит блок UPS Liebert 15 кВА, время поддержки которого при 100% нагрузке составляет 45 мин.

Система введена в промышленную эксплуатацию в 2003 г.