Основные задачи и цели создания АСУТП

      
      РЕФЕРАТ
       
     ВКРсодержит103страництекста,22таблицы,20
     рисунков,списокиспользованныхисточниковиз21наименования,12 приложений.
     Объектомисследованияявляетсяблокподготовкинефти(сепаратор факельной системы) установки комплексной подготовки нефти.
     Цельработы–разработкаавтоматизированнойсистемыуправления блокасепарацииУКПНсиспользованиемПЛК,наосновевыбраннойSCADA-системы.
     Вданномпроектебыларазработанасистемаконтроляиуправления технологическимпроцессомнабазепромышленныхконтроллеровSiemens,с применением SCADA-системы TraceMode.
     Разработаннаясистемаможетприменятьсявсистемахконтроля, управленияисбораданныхнаразличныхпромышленныхпредприятиях. Даннаясистемапозволитувеличитьпроизводительность,повыситьточностьи надежностьизмерений, сократить числоаварий.

6

Определения,обозначения,сокращения,нормативныессылки

     Вработеиспользуютсяследующиетерминыссоответствующими определениями:
     автоматизированнаясистема(АС):этокомплексаппаратныхипрограммных средств,предназначенныйдляуправленияразличнымипроцессамиврамках технологическогопроцесса.Терминавтоматизированная,вотличиеоттермина автоматическаяподчеркиваетсохранениезачеловеком–операторомнекоторых функций,либонаиболееобщего,целеполагающегохарактера,либоне поддающихсяавтоматизации;
     интерфейс(RS–232C,RS–422,RS–485,CAN):этосовокупностьсредств (программных,технических,лингвистических)иправилдляобеспечения взаимодействия между различными программными системами, между техническими устройствами или междупользователеми системой;
     видеокадр:этообластьэкрана,котораяслужитдляотображениямнемосхем, трендов, табличныхформ,окон управления,журналов и т.п.;
     мнемосхема:этопредставлениетехнологическойсхемывупрощенномвидена экране АРМ;
     мнемознак(мнемосимвол):этопредставлениеобъектауправленияили технологического параметра (илиихсовокупности)на экране АРМ.
     Интерфейсоператора:это совокупность аппаратно–программных компонентовАСУТП,обеспечивающихвзаимодействиепользователяс системой;
     профильАС:Понятие«профиль»определяетсякакподмножествои/или комбинации базовыхстандартов информационныхтехнологий иобщепринятых вмеждународнойпрактикефирменныхрешений(Windows,Unix,MacOS), необходимых для реализации требуемых наборовфункций АС. Для определенияместаироликаждогобазовогостандартавпрофилетребуется концептуальнаямодель.Такаямодель,называемаяOSE/RM(OpenSystem
     Environment/ReferenceModel), предложена вГОСТРИСОМЭК ТО10000–3–99 7
     протокол(CAN,OSI,ProfiBus,Modbus,HART,ProfibusDP,ModbusRTU,Modbus+,CAN,DeviceNet):этонаборправил,позволяющийосуществлять соединениеиобменданнымимеждудвумяиболеевключённымивсоединение программируемыми устройствами;
     кавитация:образованиевжидкостиполостей(кавитационныхпузырьков,или каверн), заполненных газом, паромилиихсмесью;
     архитектураАС:Архитектураавтоматизированнойсистемы–этонабор значимыхрешенийпоорганизациисистемыпрограммногообеспечения,набор структурныхэлементовиихинтерфейсов,припомощикоторыхкомпонуется АС;
     SCADA(англ.SupervisoryControlAndDataAcquisition–диспетчерскоеуправлениеисборданных):Под термином SCADA понимают инструментальнуюпрограммудляразработкипрограммногообеспечения системуправлениятехнологическимипроцессамивреальномвремениисбора данных;
     ФЮРА.425280:кодорганизацииразработчикапроекта(ТПУ);425280это– кодклассификационнойхарактеристикипроектнойпродукциипоГОСТ 3.1201–85 (в соответствии с шестизначный классификационной характеристикойОКПэтоткодозначаетпрограммно–техническиекомплексы для распределенного автоматизированного управления технологическим объектом,многофункциональные);
     ОРС–сервер: это программный комплекс, предназначенныйдля автоматизированного сбора технологических данных с объектови предоставленияэтихданныхсистемамдиспетчеризациипопротоколам стандарта ОРС;
     стандарт:образец, эталон, модель, принимаемые за исходные для сопоставления с ними др. подобныхобъектов;объектуправления:обобщающий терминкибернетики и теории автоматическогоуправления,обозначающийустройствоилидинамический
     процесс,управлениеповедениемкоторогоявляетсяцельюсозданиясистемыавтоматическогоуправления;
     программируемыйлогическийконтроллер(ПЛК):специализированное компьютеризированное устройство, используемоедляавтоматизации технологическихпроцессов.Вотличиеоткомпьютеровобщегоназначения, ПЛК имеют развитые устройства ввода–вывода сигналов датчиков и исполнительныхмеханизмов,приспособленыдлядлительной работыбезсерьёзногообслуживания,атакжедляработывнеблагоприятных условияхокружающей среды. ПЛКявляютсяустройствамиреального времени; диспетчерскийпункт(ДП):центрсистемыдиспетчерскогоуправления,где сосредоточиваетсяинформация о состоянии производства; автоматизированноерабочееместо(АРМ):программно–технический комплекс,предназначенныйдляавтоматизации деятельности определенного вида.ПриразработкеАРМдляуправлениятехнологическимоборудованием как правило используют SCADA–системы;
     тег:метка какключевое слово, в более узком примененииидентификатордлякатегоризации,описания,поискаданныхи задания внутреннейструктуры;
     корпоративнаяинформационнаясистема(КИС):Корпоративная информационнаясистема –этомасштабируемаясистема,цельюкоторой являетсякомплекснаяавтоматизациявсехвидовхозяйственнойдеятельности большихисреднихпредприятий,включаякорпорации,состоящиеизгруппы компаний, которые требуют единого управления;
     автоматизированнаясистемауправлениятехнологическимпроцессом(АСУТП):комплекс программных итехническихсредств,предназначенный для автоматизацииуправления технологическимоборудованием на предприятиях.ПодАСУТП,какправило,понимаетсякомплексноерешение, котороеобеспечиваетавтоматизациюосновныхтехнологическихоперацийна производствевцеломиликаком–тоегоучастке,выпускающемотносительно
     завершенный продукт;
     пропорционально–интегрально–дифференциальный(ПИД)регулятор:устройство,используемоевсистемахавтоматическогоуправлениядля поддержаниязаданногозначенияизмеряемогопараметра.ПИД–регулятор измеряетотклонениестабилизируемойвеличиныотзаданногозначения (уставки)ивыдаётуправляющийсигнал,являющийсясуммойтрёхслагаемых, первоеизкоторыхпропорциональноэтому     отклонению,второе пропорциональноинтегралуотклонения     итретьепропорционально производнойотклонения;
     modbus:этокоммуникационныйпротокол,основанныйнаархитектуре «клиент–сервер».
     Впредставленнойработеиспользуютсяследующиеобозначенияи сокращения:
     OSI(OpenSystemsInterconnection):эталоннаямодельвзаимодействия открытых информационныхсистем;
     PLC(ProgrammableLogicControllers):программируемыелогические контроллеры (ПЛК);
     HMI(HumanMachineInterface):человеко–машинныйинтерфейс;
     OSE/RM(OpenSystemEnvironmentReferenceModel):базоваямодельсредыоткрытыхсистем;
     API(ApplicationProgramInterface):интерфейсприкладных программ; EEI(ExternalEnvironmentInterface): интерфейсвнешнегоокружения; OPC(ObjectProtocolControl): OLEдляуправленияпроцессами;
     OLE(ObjectLinkingandEmbedding):протокол, определяющий взаимоотношение объектов различных прикладных программ при их компоновке в единый объект/документ;
     SNMP(SimpleNetworkManagementProtocol):протоколуправлениясетями связи на основе архитектурыTCP/IP;
     ODBC(OpenDataBaseConnectivity):программныйинтерфейсдоступакбазам данных (открытая связьсбазами данных);
     ANSI/ISA(AmericanNationalStandardsInstitute/InstrumentSocietyofAmerica):американскийнациональныйинститутстандартов/Американское общество приборостроителей;
     DIN(DeutschesInstitutf?rNormung):немецкий институтпостандартизации; IP(InternationalProtection): степень защиты;
     LAD(LadderDiagram): язык релейной(лестничной) логики; ППЗУ:программируемое постоянное запоминающее устройство; КМР:клапан малогабаритныйрегулирующий;
     АЦП: аналого-цифровой преобразователь; ЦАП: цифро-аналоговыйпреобразователь;
     МККТТ:международныйконсультативныйкомитетпотелефониии телеграфии;
     КРД:камера регулирования давления;
     КИПиА:контрольно-измерительные приборыи автоматика;
     ВНИИМС:всероссийскийнаучно-исследовательскийинститут метрологическойслужбы;
     САР:система автоматического регулирования; ПАЗ:противоаварийнаяавтоматическая защита; ПО:программное обеспечение;
     УСО:устройство сопряжения (связи) собъектом,устройство ввода/вывода;


Содержание

Введение15 
1. Техническое задание
 1.1. Основные задачи и цели создания АСУ ТП
1.2. Назначение системы
1.3. Требования к техническомуобеспечению
1.4. Требования к метрологическомуобеспечению
 1.5. Требования кпрограммномуобеспечению
 1.6. Требования к математическомуобеспечению
 1.7. Требования кинформационномуобеспечению
1.8. Требования кобъемуавтоматизации
2. Разработка системы автоматизированного управленияблока сепарации
 2.1.Описание технологического процесса
2.2.Разработка структурнойсхемы АС
2.3.Функциональная схема автоматизации
2.4.Разработка схемы информационныхпотоков БПГ.
2.5.Выборсредствреализацииблока сепарации
2.5.1. Выбор контроллерного оборудования
2.5.2. Выбордатчиков
2.5.2.1. Выбор датчиков давления
 2.5.2.2. Выбор датчика уровня
2.5.2.3. Выбор датчика температуры
 2.5.2.4. Выбор влагомера
 2.5.2.5. Выбор датчика загазованности
 2.5.2.6 Нормирование погрешности каналаизмерения
 2.5.3. Выбор исполнительныхмеханизмов
2.6.Разработка схемы внешних проводок
2.7Выбор алгоритмов управления АС блока сепарации 
2.7.1. Алгоритмсбора данных измерений

2.7.2 Алгоритм автоматическогорегулирования технологическимпараметром

2.8.Экранные формы АС блока сепарации
2.8.1. Разработкадерева экранныхформ
2.8.2 Разработкаэкранных форм
3. Оценка коммерческого потенциалаи перспективностипроведения научных исследований спозицииресурсоэффективности
 3.1.Потенциальныепотребители результатов исследования
3.2.Анализ конкурентных технических решений
3.3.Технология QuaD
 3.4. SWOT– анализ
4. Планирование научно-исследовательских работ
4.1.Структура работврамках научного исследования
 4.2.Разработка графика проведениянаучногоисследования
4.3.Бюджет научно-технического исследования
 4.3.1. Расчет материальных затрат
 4.3.2. Расчет затратна специальное оборудование
4.3.3. Основная заработнаяплата исполнителей темы
 4.3.4. Дополнительная заработная платаисполнителей темы
 4.3.5. Отчисления во внебюджетныефонды(страховые отчисления)
 4.3.6. Накладные расходы
 4.3.7. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта
 5. Социальнаяответственность
 5.1.Производственная безопасность
 5.1.1. Анализ вредныхи опасных факторов
 5.1.2. Анализ вредныхфакторов
 5.1.2.1. Отклонения показателей микроклимата
 5.1.2.2. Недостаточная освещённость рабочей зоны
5.1.2.3. Повышенный уровень электромагнитныхизлучений
5.1.3. Анализопасныхфакторов 
5.1.3.1. Электробезопасность

5.2.Экологическая безопасность
 5.3.Организационные мероприятияобеспечения безопасности
 5.3.1. Эргономические требованияк рабочемуместу
 5.3.2. Окраска икоэффициенты отражения
5.3.3. Технологические перерывы
 5.4.Особенности законодательного регулирования проектныхрешений
 5.5.Пожарная безопасность
 Заключение
 Списокиспользуемыхисточников
Приложение А. Функциональная схема
Приложение Б. Перечень вход выходных сигналов
Приложение В. Трехуровневая структура АС
ПриложениеГ. Схема автоматизации
ПриложениеД. Схема информационныхпотоков
Приложение Е. Опросный лист на датчик давления
ПриложениеЖ. Опросный лист надатчик уровня
Приложение И. Опросный лист на датчик температуры
Приложение К. Опросный лист на датчик температуры
Приложение Л.Схема внешнихпроводок
Приложение М. Алгоритм сбораданных измерений
Приложение Н. Дерево экранных форм  




Введение


     Автоматизациятехнологическихпроцессовявляетсяоднимизрешающих факторовповышенияпроизводительностииулучшенияусловийтруда.Все существующиеистроящиесяпромышленныеобъектывтойилиинойстепени оснащаютсясредствамиавтоматизации.Созданиеэффективной автоматизированнойсистемыуправлениятехнологическогопроцессаявляется оченьсложнойзадачей.Основнымиспособамиувеличенияэффективности предприятийявляютсяоптимизацияимодернизацияпроизводства,снижение производственныхпотерьитехнологическогорасходаэнергоносителей, увеличениедостоверностиискоростиполученияинформации,необходимой для принятия управленческих решений.
     Внастоящеевремятиповаясхемаустановкикомплекснойподготовки нефтиимеетдостаточнуюстепеньавтоматизации,иобеспечивают максимальныйуровеньконтролятехнологическихпараметров,заисключением блокасепарации.Вданнойработепредлагаетсязаменасуществующих решенийнановыеприборы,сиспользованиемдругихвидовпервичных преобразователей,которыеимеютунифицированныесигналыипротокол HART,использование оборудования под современныеоперационные системы.
     Целямиданнойработыявляетсясистематизацияиуглубление теоретическихипрактическихзнаний вобластипроектирования автоматизированныхсистемобъектовнефтегазовойотрасли,развитиенавыков ихпрактическогоприменения,теоретическихзнанийприрешенииинженерных задачавтоматизированногоуправлениятехнологическимпроцессомв нефтегазовойотрасли.
     Вданнойработыосуществляетсяописаниемодернизациисистемы контроляиавтоматическогорегулированияпараметровтехнологического процессаблока сепарации.
Основныефункцииавтоматизированной системы:
     измерение и отображениенеобходимых технологическихпараметров;
     – сигнализация аварийных значений измеряемых параметров;
     Возможныепути повышения эффективности производства,следующие:
     –получениедостовернойинформациистехнологическихобъектовдля решения задач оперативного контроля;
     –повышениеуровняавтоматизации,точностииоперативности измеренияпараметров;
     –уменьшениеотрицательноговлияниячеловеческогофакторанаработу системыконтроля,икакследствие,возможностивозникновенияаварийных ситуаций.


1.Техническоезадание


1.1. Основные задачи и цели создания АСУТП


     Основныецели создания АСУ ТП:
         
     * обеспечениенадежнойи безаварийнойработыблока сепарации; стабилизацияэксплуатационныхпоказателейтехнологического оборудованияи режимных параметров технологического процесса; увеличение выхода и повышение качестваконечной продукции; предотвращение аварийных ситуаций;
     * автоматическаяи автоматизированнаядиагностикаоборудования; повышениеоперативностидействийтехнологическогоперсонала наосновеповышенияуровняинформированностиидостоверности данных;
     * улучшение условийтруда технологического персонала;
     * повышениеуровняорганизацииуправлениятехнологическим процессом.
1.2. Назначениесистемы
      
      
     АСУТПблокасепарацииустановкикомплекснойподготовкинефти должнаобеспечивать:
     –автоматизированныйконтрольиуправлениявреальноммасштабе временитехнологическимпроцессомприеманефти,очисткиоткапельной жидкости,отпуска газа;
     –безопасностьтехнологическогопроцессаприеманефти,очисткиот капельной жидкости,отпуска газ;
     –автоматическогоидистанционногопроведениятехнологического процессавбезопасноесостояниепривозникновенииаварийныхситуаций (пожар, выход из строя технологического оборудования ипрочее);
     Контроля уровня продукта, его нахождения в заданных
     нормативныхпределахипереводблокасепарациивбезопасноесостояниепри выходе уровняза границы диапазона;
            
     1.3.Требованияктехническомуобеспечению
     Все технические средства автоматизации должны удовлетворятьтребованиямфункциональнойдостаточности,т.е.способностиреализоватьс заданнымипоказателямикачествафункции,соответствующиеихназначениюи определенные в техническом заданиина систему.
     Всесредстваавтоматикиивычислительнойтехники,применяемыев АСУТП,должныудовлетворятьтребованиюустойчивостифункционирования, тоестьонидолжныбытьспособныработатьврежименепрерывного круглосуточного функционирования.
     Техническиесредства должныудовлетворять требованию информационнойсовместимости,тоестьсогласованностифизическихи информационныххарактеристик выходных сигналов.
     Всетехническиесредстваавтоматизациитехнологическихпроцессов должны соответствовать действующим требованиям промышленной безопасности,установленнымФедеральнымзакономот21.07.1997№116-ФЗ «Опромышленнойбезопасностиопасныхпроизводственныхобъектов».
     Всеэлектрическиеиэлектронныесредствасистемавтоматизации, размещаемыевовзрывоопасныхзонахтехнологическихобъектов,должны применятьсятолькововзрывозащищенномисполненииииметьуровень взрывозащиты,отвечающийтребованиям,предъявляемымГОСТ30852.0[1]и ГОСТ30852.13[2].
     ВсеоборудованиеАСУТПдолжнообеспечиватьстепеньзащитыпо ГОСТ14254[3]ненижеIP65длякомпонентов,устанавливаемыхвне помещений, не ниже IP42–внутрипомещений.
     ТакжедолжнабытьпредусмотренавозможностьрасширенияАСУТП
путемподключениядополнительныхконтроллеров,модулейввода-вывода, нормирующихпреобразователей,барьеровискрозащитыидругихаппаратных компонентоввобъемедо20%(30%подискретнымканаламввода-вывода)отиспользуемых.Вовсехшкафахипанелях,шассиконтроллеровнеобходимо предусматриватьнеменее15%свободноместадляразмещения дополнительногооборудования.
     1.4.Требованиякметрологическомуобеспечению
     Нормированными метрологическими характеристиками являютсяосновнаяпогрешностьи дополнительная погрешность.
     Основнаяпогрешностьизмерительныхканаловвсистеметелемеханики (датчик+преобразовательвкодированныйсигнал)недолжнапревышать значений, приведенных в таблице1:
     Таблица1-предельныезначенияпоказателейточноститехнических средств автоматики
Группы техническихсредств автоматики
Основная приведенная погрешностьизмерения
Датчикидавления
приведенная погрешность ± 0,5 %
Датчикитемпературы
абсолютная погрешность± 1,00С
Влагомеры
абсолютная погрешность± 2,5 %
Датчикиуровня
абсолютная погрешность± 5,0 мм


     Дополнительнаяпогрешностьнедолжнапревышатьполовиныосновной погрешностиприизменениитемпературыокружающейсредывовсем диапазонерабочихтемпературиотклонениинапряженияпитанияв допустимых пределах.
1.5.Требованиякпрограммномуобеспечению

ПрограммныесредстваАСУТПдолжныотвечатьследующим

требованиям:

19

??функциональнаяполнота;

??надежность (включая восстанавливаемость); ??модифицируемость;
??масштабируемость;

??модульность построения; ??удобствоприменения.
     ПрограммныесредстваАСУТПдолжныбытьдостаточнымидля реализациисовместностехническимисредстваминеобходимогонабора функцийсистемы,начинаяотсбораиотображениятехнологической информациидоконтроляиавтоматизированногоуправленияпроизводствомв реальном масштабевремени.
     ПрограммныесредстваАСУТПдолжныобеспечиватьвозможность созданияавтоматизированныхсистем,открытых длямодернизации иразвития.
     Должныбытьпредусмотренымерыдляобеспеченияинформационной безопасности сиспользованием следующихсредств:
??средстваобнаруженияатаки вторжений;

     ??средстваидентификациииаутентификации(какработников,таки устройств);
     ??средствамониторингасостояниявычислительныхсредстви событийинформационной безопасности;
     ??средстваконтроляцелостностиисполнительныхмодулей программных продуктов иданных;
??средства контроля использования внешних носителейинформации.


1.6.Требованиякматематическомуобеспечению


     Математическоеобеспечениесистемыдолжнопредставлятьсобой совокупностьматематическихметодов,моделейалгоритмовдлярешениязадач реализациифункцийуправлениявАСУТП.МатематическоеобеспечениеАСУ
ТПдолжноразрабатыватьсяисходяизтребований,предъявляемыхксистемам 20

управлениятехнологическимобъектом,работающимврежимереального

времени:

работа с большимколичествомпараметров АСУ ТП;

высокаяпроизводительностьобслуживания потоковсигналов; малое времяреакции АСУ ТП;
высокаянадежностьфункционирования АСУТП;

     недопустимостьпотери,искаженияинеобоснованногодублирования циркулирующей информации.


1.7.Требованиякинформационномуобеспечению
Информационноеобеспечениепредставляетсобойсовокупность

входных,выходныхсигналовиданных,котораядолжнабытьдостаточнойдля выполнениявсехавтоматизированныхфункцийкомплекса.Помимоэтого, информационноеобеспечениедолжносодержатьосновныерешенияпо организации человеко-машинного интерфейса и архивацииинформации.
Информационноеобеспечение должновключать:

     ??описаниепроцедурысбораипередачиинформации,включая временные нормы;
     ??требованиякорганизацииЧМИ,включаяспособыотображения информациинаэкране,диалоговыепроцедурывыдачиуправляющихкоманди пакетпроектов мнемосхем;
??системуклассификации и кодированияинформации;

     ??системуорганизациибазыданныхреальноговременииархивных данных (протокол событий иисторическая базаданных);
??формывыходных документов (отчетные листы, ведомости);

     ??информационныемассивы,включаявходнуюаналоговуюи дискретнуюинформацию,результатырасчетаинаиболееважные промежуточные результаты, справочнуюинформацию.
1.8.Требованиякобъемуавтоматизации
Таблица 2представляет объем автоматизацииблока сепарации.



Таблица 2– объем автоматизацииблокасепарации


№
Наименованиетехнологическихпараметровисостояний

ФункцииАСУТП
1
Давление в сепараторе
Дистанционное измерение, сигнализация, регулирование (автоматическое), интеллектуальныйдатчик
2
Уровень раздела фаз нефть-газ
Дистанционное измерение, сигнализация, регулирование (автоматическое), интеллектуальныйдатчик
3
Уровень раздела фаз нефть-вода
Дистанционное измерение, сигнализация, регулирование (автоматическое),



интеллектуальныйдатчик
4
Аварийныйуровень раздела фаз нефть-газ
Сигнализация
5
Аварийныйуровень раздела фаз
нефть-вода
Сигнализация
6
Температуражидкостив сепараторе
Дистанционное измерение, сигнализация
7
Обводненностьнефти
Дистанционное измерение, сигнализация
8
Положение клапанов
Сигнализация,управление, интеллектуальныйдатчик




2.Разработкасистемыавтоматизированногоуправленияблокасепарации


2.1.Описаниетехнологическогопроцесса


Функциональная схема блока сепарацииприведена в приложенииА.

     Блоксепарациисостоитиздвухгоризонтальныхсепараторов, включающихIиIIступенисепарации.ОтделившаясявпервомотсекеНГС нефтьперетекаетвовторойотсек,втовремякакводаизпервогоотсека направляетсянаблочнуюкустовуюнасоснуюстанцию(БКНС).Положение уровняразделасредрегулируетсяоткачкойводы,ауровеньнефтивовтором отсеке регулирует откачкунефтииз этого отсека.
     ОснащениеНГСнаборомравныхпоколичествуконтролируемых параметровдатчиковявляетсятрадиционнымрешениемзадачиуправления процессомсепарации.Установкатакихдатчиковтребуетналичиенеменее четырехлюковдляуровнемеров,сигнализаторпредельногоуровняи фланцевое соединение длядатчикадавления.
     Контроллерформируетсигналыуправлениязапорнойарматуройисходя изизмеренийуровней.Исходяизэтого,реализованодваконтура регулированиявпервом отсекесепараторапоуровнюводыавовтором отсеке-поуровнюнефти.Помимоэтоговведентретийконтуртретийконтур регулированиядавлениявыходногогазанафакел.Дляосуществленияпроцесса регулированияиспользованпринциплокальныхавтоматов,всоответствиис которымтребуемыйзаконрегулированиявыполняетсяспециализированными модулямирегуляторовизсоставаконтроллера,приэтомобщийконтрольза состояниемНГСприходитсянамодульпроцессораэтогоконтроллера.В результатераспределенияфункции регулированияи контроля на разные уровни архитектурыкомплексаповышаетсянадежностьиупрощаетсялокальная визуализациятекущегосостоянияНГС.Каждыйрегуляторимеетдварежима работы:автоматическийидистанционный.Выбортогоилииногорежима работыосуществляетсяприпомощисоответствующихпереключателей
24

"УправлениеДИСТ/АВТ".Настройкарегуляторов(выборзакона

регулирования,рабочегодиапазонаидр.)производитсядлякаждого индивидуальночерезимеющеесяуправлениемассивовнастроечных параметроввконтроллере.Процесснастройкивозможнопроизводитькакс местного пульта,таки с АРМ оператора.
     Таблицасостава(перечня)вход/выходныхсигналов(измерительных, сигнальных, командных и управляющих) приведена вприложении Б.


2.2.РазработкаструктурнойсхемыАС


Автоматизированнаясистемауправленияблокомсепарациистроитсяпо

принципуиерархическогораспределенногоуправления,т.е.ввиде многоуровневой,территориальноифункциональнораспределеннойсистемы, состоящейизподсистем,согласованноуправляющихвсейсовокупностью производственныхпроцессов.
АС обеспечивает взаимодействиеразличных уровней автоматизации: нижний,полевойуровень:датчики,приборыисредстваконтроля, преобразователи,приводызапорнойирегулирующейарматуры, исполнительныеустройстваагрегатовиустановок,атакжедругие КИПиА,включаясредстваавтоматики,встроенныев технологическоеоборудование;
Средний,контроллерныйуровень:ПЛК,контуры авторегулированияи стабилизации, панели оператора;
Верхний,информационновычислительныйуровень:уровень мониторинга,протоколированияпроцесса,настройкииуправления технологическимипроцессамиагрегатовиустановок,диагностика и обслуживание КИПи А.
Трехуровневая структура АС приведенавприложении В.

Различия    между    уровнями    определяются    составом    выполняемых прикладныхфункцийи,какследствие,техническимии/илипрограммными
25

средствами,применяемымидляреализациисоответствующихфункциональных

задач.

     НулевойуровеньвархитектуреАСУТПреализуетфункцииполученияи первичногопреобразованияинформацииопротеканиитехнологических процессовиобоперативномсостоянииоборудования.Ваппаратномпланеэтот уровеньпредставлентакимиустройствами,какдатчикидавления,уровнемер, сигнализаторуровня,датчиктемпературыивлагомер,приводыарматуры, исполнительныемеханизмыидругиеКИПиА(включаясредстваавтоматики, встроенные в технологическоеоборудование).
     ПервыйуровеньархитектурыАСУТПреализуетфункции регулирования,противоаварийнойзащитыиблокировок,ваппаратномплане этот уровень представлен ПЛК.
     ВторойуровеньвархитектуреАСУТПреализуетфункцииоперативного (диспетчерского)контроляиуправлениятехнологическимиобъектами.Основу такихАСУТПсоставляютразвитыекомплексыпрограммно-технических средстввычислительнойтехники,предназначенныедлянакопления,хранения, обработки(обобщения)ипредставлениязначительныхмассивовинформации. Накомпьютерахдиспетчераиоператоровустановленыоперационнаясистема Windows7и программное обеспечение TraceMode6.
     СтруктураАСУТПотвечаеттребованияминформационнойинтеграции, внейреализованыстандартныеинформационныеинтерфейсыдляобеспечения необходимоговзаимодействиямеждуеекомпонентами(внутренняя совместимость)иинтерфейсыобменаданнымисвнешнимидляАСУТП системами (внешняя совместимость).
     ТакжеструктураАСУТПпредусматриваетмасштабируемость.Это означает,чтопомерестроительстваивводавэксплуатациюобъектов, расширениюиразвитиюАСУТПдолжнаобладатьсвойствами,позволяющими осуществлятьнаращиваниеиинтеграциюеефункциональных, информационных,организационныхи инфраструктурных ресурсов.

26





2.3.Функциональнаясхемаавтоматизации






























получениепервичнойинформацииосостояниитехнологического

процессаи оборудования;

управлениетехнологическогопроцессаистабилизацияего технологическихпараметров      посредством      непосредственного воздействия на него;
контрольирегистрациятехнологическихпараметровпроцессови состояния технологическогооборудования.
     ВприложенииГвыполненафункциональнаясхемаавтоматизациипо ГОСТ21.208-2013«Автоматизациятехнологическихпроцессов.Обозначения условныеприборовисредствавтоматизациивсхемах»[4] иГОСТ21.408-2013 «Системапроектнойдокументациидлястроительства.Правилавыполнения рабочейдокументации автоматизации технологических процессов»[5].

27

Насхемевыделеныканалыизмерения(1,3,6,7,8)иканалыуправления

(1-2,3-4-5,8-9-10.Контур1-2реализуетавтоматическоеподдержаниедавления всепараторе,путемсбросагазанафакел.Контур3-4и3-5реализует автоматическуюстабилизациюуровнянефтивсепаратореиуровняразделафаз нефть вода.
     Согласноданнойсхемы,сигнал4-20мАсдатчикадавления(позиция PT001посхемеавтоматизации)поступаетнаконтроллервшкафуправления, гдесравниваетсясзаданнымуровнемдавления.Вслучаерасхождения сигналов,контроллервырабатываетуправляющийсигналнаэлектропривод задвижки№2.Такжесигналпоступаетнавторойуровеньавтоматизации,где наАРМоператоравыводитсятекущеезначениедавлениявсепараторе.Также вслучаепревышениямаксимальногопредельногозначенияосуществляется световаясигнализацияивслучаепревышениямаксимальногоаварийного значения осуществляется световаяи звуковая сигнализацияна АРМ оператора.
     Суровнемера(позицияLT001)сигналпоступаетвшкафуправленияпо протоколуModbusинесетвсебеинформациюобуровненефтииуровне разделафаз.Регулированиеуровня нефти осуществляетсяспомощьюзадвижки №3, арегулирование уровняразделафазнефть-водаспомощью задвижки№4.
     Поканалуизмерения6происходитизмерениетемпературыпродуктав резервуаре,ипередачаэтихданныхнаSCADA,гдевслучаепадения температурыдоминимальногоаварийногоуровняпроисходитсигнализацияна АРМ оператора.
     Информацияобобводнённостинефтипередаетсяпоканалу7. Предусматриваетсясигнализациявслучаепревышениямаксимально допустимой обводненности нефтипослесепарации.
    Канал8обеспечиваетконтрользагазованностинаплощадкеблока сепарации,местнуюсветовуюсигнализациювслучаепревышенияпредельно допустимойконцентрации(ПДК)уровня10%отнижнегоконцентрационного пределараспространенияпламени(НКПР),исветозвуковуюсигнализациюв
случае превышенияпорога в 20% от НКПР.
28





2.4.РазработкасхемыинформационныхпотоковБПГ.






































– давление всепараторе,МПа;

– уровень разделафазнефть-газ, мм;– уровень разделафазнефть-вода, мм;
– температура газожидкостной смеси в сепараторе,оС; – обводненность нефти, %;
– уровень загазованности на площадкеблока сепарации, %; – состояние положениязадвижек, %.



29

Каждыйэлементконтроляиуправленияимеетсвойидентификатор

(ТЕГ),состоящийизсимвольнойстроки.Структурашифраимеетследующий вид:
AAA_BBB_CCC, где
*?AAA– параметр,3 символа,может приниматьследующие значения: DAV– давление;
TMP – температура; URV– уровень;
OBV– обводненность;

POL– положение задвижки; ZGZ– загазованность.
*?BBB – кодтехнологического аппарата (или объекта),3 символа: TR1 –участоктрубопровода после сепараторапервой ступени; TR2 –участоктрубопровода после сепаратора второй ступени; BLK– площадка блока сепарации;
SP1 –сепараторпервой ступени; SP2 –сепаратор второй ступени;
*?CCC – уточнение, не более 3символов: GAZ– газ;
NFT– нефть; VOD– вода;
EZ1 –задвижка с электроприводом №1; EZ2 –задвижка с электроприводом №2; EZ3 –задвижка с электроприводом №3; EZ4 –задвижка с электроприводом №4; EZ5 –задвижка с электроприводом №5; EZ6 –задвижка с электроприводом №6; EZ7 –задвижка с электроприводом №7;

30

EZ8 –задвижка с электроприводом №8;



     Знакподчеркивания_вданномпредставлениислужитдляотделения одной частиидентификатораот другой.
 Кодировка всех сигналов в SCADA-системе представлена в таблице 3. Таблица 3– кодировка сигналов
Кодировка
Расшифровка кодировки
DAV_SP1_GAZ
Давление в сепаратореС-1

URV_SP1_NFT
Уровень раздела фаз нефть-газ в сепараторе С-1
URV_SP1_VOD
Уровень раздела фаз нефть-вода

TMP_SP1_NFT
Температурагазожидкостнойсмеси в сепараторе С-1
OBV_TR1_NFT
Обводненностьнефти после сепаратора С-1
POL_TR1_EZ1
Положение задвижки №1
POL_TR1_EZ2
Положение задвижки №2
POL_TR1_EZ3
Положение задвижки №3
POL_TR1_EZ4
Положение задвижки №4

ZGZ_BLK_GAZ
Загазованность на площадке блока сепарации
SVT_BLK_ZGZ
Световая сигнализацияпорога 10%НКПР

SZV_BLK_ZGZ
Светозвуковая сигнализацияпорога 20% НКПР
DAV_SP2_GAZ
Давление в сепаратореС-2

URV_SP2_NFT
Уровень раздела фаз нефть-газ в сепараторе С-2
URV_SP2_VOD
Уровень раздела фаз нефть-вода

TMP_SP2_NFT
Температурагазожидкостнойсмеси в сепараторе С-2
OBV_TR2_NFT
Обводненностьнефти после сепаратора С-2
POL_TR2_EZ5
Положение задвижки №5
POL_TR2_EZ6
Положение задвижки №6
POL_TR2_EZ7
Положение задвижки №7
POL_TR2_EZ8
Положение задвижки №8


     ВкачествеверхнегоуровнявыступаетбазаданныхКИСибазаданных АСУТП.Пользовательскийинтерфейс,представленныйнаборомэкранных формАРМ,позволяетструктурироватьинформациюдляспециалистов посредствомотображенияразличныхинформационныхиуправляющих
31

элементов.АРМдиспетчерапозволяетавтоматическигенерироватьразличные

видыотчетоввформатеXML.Генерацияотчетоввыполняетсяпоследующим расписаниям:

























2.5.Выборсредствреализацииблокасепарации


    Задачейвыборапрограммно-техническихсредствреализациипроектаАС является анализ вариантов, выборкомпонентов АС и анализих совместимости.
    Программно-техническиесредстваАСблокасепарациивключаютвсебя: измерительныеиисполнительныеустройства,контроллерноеоборудование,а также системы сигнализации.
    Измерительныеустройстваосуществляютсборинформациио технологическом процессе.Исполнительные устройствапреобразуют электрическуюэнергиювмеханическуюилиинуюфизическуювеличинудля осуществлениявоздействиянаобъектуправлениявсоответствиисвыбранным алгоритмомуправления. Контроллерноеоборудование осуществляет выполнение задач вычисленияи логических операций.



32

Приборыидатчики,которыерасполагаютсянепосредственнонаобъекте,

выбранысучетомобеспечениявзрывобезопасностиприэксплуатации,т.е. примененооборудованиевзрывозащищенноесостепеньюзащиты «взрывонепроницаемаяоболочка»,либо«искробезопаснаяэлектрическая цепь»,котораяобеспечиваетсятакимжевидомвзрывозащитывходныхблоков контроллера.


2.5.1.Выборконтроллерногооборудования


ОсновнымтехническимсредствомпервогоуровняАСУТПявляется

ПЛК,которыйспособенреализовыватьприемипервичнуюобработку

информационныхсигналовотустройствнулевогоуровня,алгоритмы регулирования,логическогоуправленияизащиты,выдачууправляющих сигналовнаисполнительныемеханизмыиподдерживаетстандартные протоколыобменаинформациейкакмеждутехнологическимиконтроллерами, так и со вторым уровнемАСУ ТП.
 ПЛКдолжен обеспечивать ввод/выводследующихтипов сигналов: Входные сигналы:
унифицированный аналоговый сигнал4-20мА,0-10 В, ±10В; сигналыот термометров сопротивления;
дискретные сигналы типа «сухой контакт»или «открытый коллектор»; дискретныесигналывдиапазонеот24до220В(сдискретностьюпо ГОСТ26.013[7]);
цифровые сигналы; числоимпульсные сигналы.
Выходные сигналы:

унифицированный аналоговый сигнал4-20мА;

дискретныесигналыпостоянноготокавдиапазонеот24до220В(с дискретностьюпо ГОСТ26.013) токомдо3,5 А;


33

дискретныесигналыпеременноготокавдиапазонеот24до220В(с

дискретностьюпо ГОСТ26.013) токомдо5,0 А; цифровые сигналы.
      Восновесистемыавтоматизированногоуправленияблокасепарации будем использоватьПЛК SiemensSIMATICS7-400 (рисунок1).















Рисунок1–Siemens SIMATIC S7-400



     SIMATICS7-400-этомодульныйпрограммируемыйконтроллер, предназначенныйдляпостроениясистемавтоматизациисреднейивысокой степенисложности.Модульнаяконструкцияпозволяетиспользоватьвсвоем составемодулицентральныхпроцессоров,модулиблоковпитания, коммуникационные,функциональные,интерфейсныеисигнальныемодули.На рисунке2 приведена блок-схема связиПЛКсобъектом:



















34



Внутренняяшинаобменаданными















Уставка,задание 4-20mA


PI
Вкл,выкл24VDC
220VAC
Рисунок2–Блок-схема УСОПЛК



ФункциональныемодулиS7-400–этоинтеллектуальныемодули

ввода/вывода,оснащенныевстроенныммикропроцессоромиориентированные нарешениетиповыхзадачавтоматизации:скоростногосчета, позиционирования,ПИД-регулирования,скоростнойобработкилогических сигналовит.д.Применениефункциональныхмодулейпоз.......................