Андреев Е.Б., Ключников А.И. и др. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

- реализация команд вышестоящего уровня;

- обмен данными с вышестоящим уровнем.

• Верхний уровень - уровень АСУТП, представленный про-

граммно-аппаратными средствами дистанционного контроля и

управления технологическими процессами на ЦПС. Основное

назначение уровня - объединение всех составляющих системы в

единую информационно-управляющую систему, реализация

функций человеко-машинного интерфейса (мониторинг и опера-

тивное управление технологическим процессом, формирование и

ведение истории технологического процесса, отчетные функции).

Связь датчиков и исполнительных устройств с контроллером

(модулями ввода/вывода) осуществляется по электрическим ка-

бельным линиям.

Информационный обмен между резервированным контролле-

ром (шкаф ЦП) и удаленными стойками ввода/вывода (шкафы

1, 2, 3) осуществляется по дублированной сети RIO (сеть уда-

ленного ввода/выводы компании Schneider Electric).

Связь между контроллерами, сервером базы данных и рабо-

чими станциями оператора и инженера реализована по локаль-

ной сети Ethernet.

Одна из базовых функций контроллеров (средний уровень) -

реализация алгоритмов автоматического регулирования и про-

граммно-логического управления.

Регулирование подразумевает стабилизацию режимов работы

оборудования и включает четырнадцать контуров:

- регулирование давления, уровня нефти и уровня раздела

фаз «нефть-вода» в сепараторах С1/1 и С1/2;

- регулирование давления в газосепараторе ГС-2;

- регулирование уровня жидкости и уровня раздела фаз

«нефть-вода» в отстойниках ОГ-1/1 и ОП/2;

- регулирование уровня нефти в сепараторах С-2/1 и С2/2;

- регулирование давления в трубопроводе нефти на выходе

ЦПС с коррекцией по уровню нефти в буферной ёмкости.

Программно-логическое управление оборудованием подразу-

мевает, как правило, управление насосами (включить/выклю-

чить), задвижками (открыть/закрыть), вентиляторами. На ЦПС

имеется большое количество насосов (насосы внутренней и

внешней перекачки, насосы КНС, насосы станции пожаротуше-

ния и др.), а также несколько десятков задвижек. Управление

этим оборудованием и составляет задачу программно-логичес-

кого управления.

В качестве контроллера в системе используется резервиро-

ванный контроллер компании Schneider Electric TSX Quantum, в

конфигурацию которого входят модули ввода/вывода и интер-

фейсные модули.

11 1 7Sft

321

Рис. 20.5. Компоновка шкафов системы управления

Компоновка контроллера произведена в четырех специализи-

рованных шкафах:

- шкаф со стойкой (6 слотов) центрального процессора (ЦП)

и стойкой (16 слотов) удаленного ввода/вывода;

три шкафа со стойками удаленного ввода/вывода (по две

стойки на 10 слотов в каждом шкафу), барьерами искробезопас-

ности и клеммниками.

Для обеспечения резервирования в системе использованы

два одинаково сконфигурированных контроллера Quantum,

которые взаимодействуют между собой через контроллеры горя-

чего резерва (140 CHS 110 00), установленные в каждом из

контроллеров. В конфигурацию каждого контроллера входят

также модули питания, модули центрального процессора, голов-

ные модули интерфейса RIO (сеть удаленного ввода/вывода),

интерфейсные модули Ethernet для выхода в локальную вычис-

лительную сеть. Один (шестой) слот стойки оставлен пустым

(рис. 20.5).

Каждая стойка удалённого ввода/вывода обязательно имеет в

своём составе два модуля питания и модуль интерфейса RIO для

подключения к сети ввода/вывода. Остальные слоты предназна-

чены для установки модулей ввода/вывода. Несложный арифме-

тический расчёт показывает, что всего в системе имеется 55 сло-

тов для установки модулей ввода/вывода. В проекте предусмот-

рены следующие модули ввода/вывода:

- 17 модулей аналогового ввода на 16 точек каждый;

- 14 модулей дискретного ввода на 32 точки каждый;

- 2 модуля аналогового вывода на 8 точек каждый;

- 10 модулей дискретного вывода на 32 точки каждый;

- 2 счетных модуля на 5 точек каждый.

Набор этих модулей полностью покрывает информационную

ёмкость системы (см. раздел «Характеристика объекта управле-

ния»). 10 слотов (по одному-два на стойку) оставлены пустыми

(резерв на случай расширения системы управления).

СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУТП ЦПС

Программное обеспечение системы включает в себя систем-

ное, инструментальное и прикладное программное обеспечение.

Системное программное обеспечение контроллеров Quantum

является закрытым для пользователя. Все операции по програм-

мированию контроллера (разработке прикладного ПО) осущест-

вляются с помощью пакета программ Concept (инструментальное

ПО).

К системному программному обеспечению АРМ оператора

относится операционная система Windows ХР и программа ОРС

11*

323

Factory Server. Роль инструментального ПО играет пакет разра-

ботки и исполнения прикладных приложений InTouch версии 9.5

на 60 ООО переменных.

SCADA-пакет InTouch - это средство для создания интер-

фейса оператора. Пакет состоит из трех основных модулей: Ap-

plication Manager (проводник), WindowMaker (среда разработки)

и WindowViewer (среда исполнения).

В среде разработки создаются видеокадры операторского ин-

терфейса (мнемосхемы, тренды, панели управления, отчёты и

т.д.). Компоненты этих видеокадров подключаются к модулям

ввода/вывода контроллеров Quantum. В данном проекте эту

связь обеспечивает программа ОРС Factory Server.

С помощью среды исполнения оператор получает на экран

монитора информацию о ходе технологического процесса и со-

стоянии оборудования. В анимированных окнах интерфейса в

реальном времени отображаются значения технологических па-

раметров (цифровое представление), состояния насосов, электро-

двигателей, задвижек (цветом) и т.п.

Предусматривается несколько уровней выводимой на экран

информации и возможность её последующей детализации:

- общий видеокадр текущего состояния технологичес-

кого процесса, где показаны все технологические агрегаты и свя-

зи между ними с выводом основных технологических пара-

метров;

- видеокадры состояния отдельных подпроцессов и агрегатов

с выводом параметров, характеризующих их работу;

- видеокадры структуры системы управления, схемы электро-

питания;

- протоколы событий за смену, сутки.

При возникновении аварийной или предупредительной си-

туации (выход параметров за регламентные или аварийные ус-

тавки, отказ оборудования и т.д.) предусматривается визуальная

сигнализация (изменение цвета, мерцание, появление строки

красного цвета в протоколе событий и т.п.).

Резервированный АРМ оператора построен на базе рабочей

станции, имеющей следующую конфигурацию:

- процессор Intel Pentium IV с тактовой частотой 2,4 ГГц;

- оперативная память 512 Мб;

- жесткий диск 40 Гб;

- видеокарта 64 Мб;

- два порта Ethernet 10/100 Base Т;

- оптический накопитель CD-RW.

Долговременное хранение производственной информации

обеспечивается сервером базы данных.

Системное ПО сервера базы данных включает операционную

324

систему Windows 2003 Server с поддержкой 10 клиентских АРМ

и базу данных реального времени Industrial SQL Server на 5 ООО

переменных.

Industrial SQL Server представляет собой реляционную базу

данных для хранения производственных данных в реальном

масштабе времени.

Для обработки и представления информации, хранящейся в

базе данных Industrial SQL, на клиентских компьютерах специа-

листов устанавливается пакет программ Active Factory, вклю-

чающий:

- Active Factory View - программа для разработки динамизи-

рованного производственного процесса с использованием данных

из Industrial SQL;

- Active Factory Trend - программа для представления трен-

дов реального времени и архивных трендов с использованием

данных из Industrial SQL;

- Active Factory Report - дополнение к Microsoft Excel

для создания стандартных отчётов на основе данных Industrial

SQL.

Сервер базы данных имеет следующую конфигурацию:

- процессор Intel Хеоп 2,8 ГГц;

- оперативная память 1024 Мб;

- жёсткий диск 6x73,4 Гб;

- видеокарта 64 Мб;

- сетевой адаптер Gigabit Ethernet 10/100/1000 Base Т;

- оптический накопитель CD-RW.

20.4. АСУТП КОМПЛЕКСНОГО СБОРОЧНОГО ПУНКТА

(КСП) НА БАЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ФИРМЫ ALLEN-BRADLEY

ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

Объектом автоматизации является Комплексный сборочный

пункт (КСП), который предназначен для сбора, подготовки неф-

ти, газа, пластовой воды и транспорта подготовленной нефти на

центральный товарный парк (ЦТП) и попутного нефтяного газа

на ГПЗ. Комплексный сборочный пункт включает в себя сле-

дующие объекты:

- Сепараторы I ступени НГС.

- Отстойники предварительного сброса воды ОГ.

- Концевые сепарационные установки КСУ.

- Сепараторы газовые ГС.

325

- Конденсатосборник.

- Дренажные ёмкости Е.

- Узел учёта газа.

- Узел учёта нефти.

- Резервуарный парк РВС.

- Очистные сооружения РВС.

- Насосы внешней перекачки НВП.

- Насосы некондиционной нефти ННН.

- Насосы уловленной нефти НУН.

- Насосы подтоварной воды НПВ.

- Компрессоры 1-4.

- Блок реагентного хозяйства.

ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ

Создание АСУТП КСП преследует следующие цели:

• снижение потерь нефти, газа и воды за счёт повышения

оперативности управления и качества ведения технологических

режимов, улучшения характеристик технологических процессов и

работы технологического оборудования, обеспечения регулярного

и достоверного учета;

• сокращение времени простоев оборудования и достижения

его оптимальной загрузки за счёт уменьшения остановок и ава-

рий технологического оборудования;

• снижение затрат на ремонт оборудования за счёт оператив-

ного выявления его неисправностей, уменьшения трудоёмкости

эксплуатации оборудования;

• снижение затрат на топливный газ, химреагенты, электро-

энергию и другие ресурсы;

• повышение производительности и улучшение условий тру-

да персонала, занятого управлением, сбором и анализом инфор-

мации;

• обеспечение оперативного взаимодействия технологических

процессов и бизнес-процессов организации производства (ремонт

и профилактика оборудования, заказ расходуемых материалов и

т.д.);

• улучшение экологической обстановки за счёт сокраще-

ния потерь нефти и газа (недопущение свищей, порывов, раз-

ливов).

СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АСУТП КСП

Структурная схема АСУТП КСП представлена на рис. 20.6. В

данной структуре можно выделить четыре уровня:

- нижний уровень - уровень объекта;

- средний уровень - уровень контроллеров;

- оперативный уровень - уровень операторной;

- административный уровень - уровень пользователей корпо-

ративной сети.

Средний уровень АСУ I'll построен на основе программируе-

мых логических контроллеров ControlLogix фирмы Allen-Bradley.

Программируемые логические контроллеры обеспечивают:

• приём сигналов от датчиков, измерительных преобразова-

телей, аварийных сигналов от вторичных приборов;

• контроль достоверности и первичную обработку информа-

ции (пересчёт параметров в физические величины, вычисление

текущих значений, сравнение с уставками, вычисление средних

значений и т.д.);

• регулирование технологических параметров в соответствии

с выбранными законами регулирования с выдачей команд управ-

ления в виде аналогового выхода 4...20 мА постоянного тока;

• программно-логическое управление, защиту и блокировку

технологических агрегатов и оборудования с выдачей команд

управления на исполнительные устройства в виде сигналов ло-

гического выхода постоянного тока;

• обмен данными с компьютером верхнего уровня по вы-

бранному протоколу.

В системе используется пять контроллеров, каждый из кото-

рых реализует контроль и управление определенным технологи-

ческим оборудованием:

- контроллер № 1 (шасси на 10 слотов) - сепарация первой

ступени;

- контроллер № 2 (шасси на 10 слотов) - отстойники, КСУ,

газосепараторы, конденсатосборник;

- контроллер № 3 (шасси на 13 слотов) - насосная внешней

перекачки, насосная некондиционной нефти, насосная ливневой

канализации;

- контроллер № 4А (шасси на 10 слотов) и шасси расшире-

ния ввода/вывода на 7 слотов - насосная подтоварной воды, на-

сосная уловленной нефти;

- контроллер № 5 (шасси на 13 слотов) - товарный парк,

очистные сооружения, узлы учёта пластовой воды, газа, нефти,

нефтеналив, БРХ, компрессорные воздуха КИПиА.

Все пять контроллеров размещаются в шкафах в помещении

операторной.

327

Рис. 20.6. Структурная схема АСУТП КСП

Конфигурация каждого контроллера включает модуль пита-

ния, модуль процессора и интерфейсный модуль ContolNet. В

конфигурацию шасси расширения ввода/вывода контроллера

№ 4 входят модуль питания и интерфейсный модуль ContolNet.

Оставшиеся слоты каждого шасси предназначены для установки

модулей ввода/вывода (46 слотов).

В системе используются модули аналогового ввода на 8 точек

(17 модулей), модули дискретного ввода на 32 точки (10 моду-

лей), модули дискретного вывода на 32 точки (5 модулей), моду-

ли для ввода сигналов термометров сопротивления (8 модулей),

модули интерфейса RS-485 Modbus (2 модуля). Таким образом,

информационная ёмкость системы управления составляет поряд-

ка 700 параметров.

Оперативный уровень представлен резервированной станцией

дежурного оператора и АРМами инженеров КИП и АСУ. На

этом уровне реализуются следующие функции:

• отображение и регистрация информации о состоянии пара-

метров технологического процесса и состояния оборудования;

• управления параметрами технологического процесса, изме-

нение задания или уставок для контуров регулирования и управ-

ления, изменение пороговых значений предупредительной и ава-

рийной сигнализации, выполнение операций по останову и пуску

насосных агрегатов;

• формирование и вывод на экраны мониторов оперативных

данных, мнемосхем, исторических трендов, таблиц материального

баланса и пр.;

• формирование и вывод на экраны мониторов сообщений об

отклонениях технологических параметров, аварийных отключе-

ниях оборудования, появления неисправностей в системе;

• распечатка на принтере сменных отчетов, режимных листов

и журналов материального баланса;

• формирование и передачу данных в систему более высоко-

го уровня.

СЕТЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМПОНЕНТОВ АСУТП

Программируемые логические контроллеры ContolLogix объе-

динены между собой управляющей сетью ControlNet и подклю-

чены к станциям операторов через интерфейсную плату 1784-

PCICS.

Все компьютеры операторной (АРМы операторов, инжене-

ра КИП и инженера сопровождения системы) объединены

сетью Ethernet, которая через модемы HDSL подключена к сети

уровня НГДУ, являющейся частью корпоративной сети пред-

приятия.

329

Для передачи данных реального времени от станций операто-

ра на верхний уровень (сервер БД) используется установленный

на них программнвга продукт Industrial SQL-клиент.

Доступ основного контингента пользователей к данным осу-

ществляется через Web-сервер, который устанавливается на

уровне сети предприятия. На этом же уровне установлены сервер

базы данных реального времени и АРМы специалистов.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АСУТП КСП

На АРМ инженера сопровождения установлен пакет RSLogix

для поддержки программного обеспечения программируемых ло-

гических контроллеров ControlLogix.

В основу программного обеспечения оперативного и админи-

стративного уровней положен интегрированный комплекс про-

грамм для промышленной автоматизации FactorySuite фирмы

Wonderware:

InTouch - SCADA с лицензией на систему разработки для

представления данных и управления технологическими процес-

сами;

IndustrialSQL Server - реляционная СУБД реального вре-

мени;

- ActiveFactory Suite - пакет анализа производственных дан-

ных;

- SuiteVoyager - информационный портал для эффективной

передачи информации и управления через Intranet/Internet;

IndustrialSQL Server обеспечивает считывание и хранение

данных с компьютеров «оперативного» уровня с привязкой к

режиму реального времени и настроен для работы с большими

объёмами числовой информации о технологических процессах.

IndustrialSQL Server построен на основе Microsoft SQL Server,

включает его в свой состав и поддерживает все современные

стандартные механизмы доступа к данным, используемые в опе-

рационных системах Microsoft Windows. Поддержка механизмов

ODBC, OLEDB, языка SQL облегчает интеграцию IndustrialSQL-

сервера с другими, в том числе существующими элементами

АСУ предприятия.

Пакет ActiveFactory представляет собой набор специализиро-

ванных средств, предназначенных для обработки и представле-

ния производственных данных реального времени, хранящихся в

базе данных IndustrialSQL-сервера. ActiveFactory «прозрачно»

интегрируется с компонентами пакета Microsoft Office (Microsoft

Word, Microsoft Excel), а также со SCADA-системой InTouch.

Этот пакет положен в основу АРМ инженера КИП и АРМов

удалённых специалистов административного уровня.

330