Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
.3. СИСТЕМА DELTA V ФИРМЫ Система Delta V представляет собой набор узлов, объединён ных сетью. Узлами системы являются контроллеры и рабочие станции различного назначения. На рис. 18.5 приведена архитектура системы Delta V, включающая восемь узлов (4 контроллера и 4 рабочих станции. 273 Рис. Архитектура системы D e l t a V Максимальное количество узлов, поддерживаемое системой - 120. Допустимое количество не резервированных и резервированных контроллеров в системе не должно превышать 100, а количество рабочих станций - 60. Коммутаторы не являются узлами системы. Максимальное количество переменных в системе Delta V равно 30 000. Минимальная конфигурация системы управления на базе Delta V - два узла (контроллер и рабочая станция - Профессиональная Плюс. КОНТРОЛЛЕРЫ В системе имеются контроллеры трех типов МЗ, М Plus, MD. Контроллер МЗ является самой ранней разработкой фирмы Emerson, а контроллер MD - последней. Простейшая конфигурация контроллера приведена на рис. 18.6. В состав контроллера включен блок питания, процессорный модуль и модули ввода/вывода. Рис. Конфигурация контроллера системы D e l t a V 275 Сравнительная характеристика процессоров этих контроллеров Процессоры МЗ М Plus M D Объем памяти приложений 2 М б 14 М б 14 М б Скорость сканирования ввода/вывода, мс. 100 100 100 Тип устройств памяти ОЗУ, ОЗУ, ОЗУ, Тип устройств памяти С ППЗУ, С ППЗУ, С ППЗУ, Э С ППЗУ Э С ППЗУ Э С ППЗУ Количество модулей ввода вывода на контроллер ПИД-регулирование 64 Да 64 Да Да Рис. 18.7. Монтаж модулей контроллера на рейке Контроллеры системы Delta V являются контроллерами модульного типа. Модули устанавливаются на несущих (базовых) панелях горизонтального или вертикального типа. Для горизонтального монтажа имеются 2-слотовые и 8-сло- товые несущие панели. 2-слотовые несущие панели предназначены для установки на них блоков (модулей) питания и модулей процессоров. В левый слот панели устанавливается модуль питания, а справа от него - модуль процессора. Для резервированного контроллера потребуется вторая 2-слотовая панель, которая объединяется с основной с помощью боковых разъёмов. 8-слотовая несущая панель предназначена для установки модулей ввода/вывода. Эта панель устанавливается справа от 2-слотовой панели, на которой размещены модули питания и процессора (рис. 18.7). Несущие панели можно соединять между собой с помощью боковых разъёмов (непосредственно, а также с помощью удлинительного кабеля. Монтаж несущих панелей производится на рейку. Несущие панели взаимодействуют между собой и модулями, установленными в них, по последовательной шине, расположенной внутри панелей, а также через удлинительный кабель. Для вертикального монтажа используют 4-слотовые панели для модулей питания и процессора и 8-слотовые панели для установки модулей ввода/вывода (в/в). Монтаж несущих панелей вертикального типа производится также на рейку. Пример вертикального монтажа приведен на рис. 18.8. 277 ПОДСИСТЕМА ВВОДА ВЫВОДА Подсистема ввода/вывода системы Delta V включает следующие компоненты - несущие 8-слотовые панели - клеммные блоки для подключения полевых устройств, устанавливаемые на несущей панели - платы (модули) аналогового и дискретного ввода/вывода рис. 18.9); - групповые источники питания (24 VDC) полевых устройств. Клеммные блоки и модули в/в поставляются с функциональными ключами. Благодаря этим ключам каждый модуль в/в может быть вставлен только в совместимый с ним клеммный блок. Это предотвращает неправильное подключение проводки к модуля ввода/вывода. Имеется возможность добавления новых модулей в/в вовремя работы оборудования. Проводник Delta V (одна из программ системы) автоматически подключает новый модуль к системе управления и присваивает ему код. Подсистема традиционного ввода/вывода поддерживает широкий набор аналоговых и дискретных модулей в/в. В табл. 18.2 приведен неполный перечень этих модулей. Система ввода/вывода контроллера поддерживает до восьми 8-слотовых панелей (до 64 модулей ввода/вывода). Наряду с традиционным вводом/выводом система Delta V поддерживает и цифровой в/в по полевой шине Foundation Fieldbus. Использование полевой шины FF позволяет увеличить информационный поток, так как по одному кабелю к контроллеру может быть подключено до 16 полевых устройств. Кроме того, шина FF обеспечивает удаленное конфигурирование интеллектуальных датчиков и их диагностику. Рис. Пример модуля ввода/вывода 278 Код модуля Модули Модули аналогового ввода V E 4 0 0 3 S 1 B 2 AI на 8 каналов 4...20 мА спр ед охранителями на 8 каналов 4...20 мА, контактный групповой клеммный блок в/в V E 4 0 0 3 S 3 B 3 AI на 8 каналов 1...5 В, для проводных устройств V E 4 0 0 3 S 3 B 4 AI на 8 каналов 1...5 В, контактный групповой клеммный блок в/в V E 4 0 0 3 S 6 B 1 AI на 8 каналов от термометров сопротивления на 8 каналов от термопар Модули аналогового вывода V E 4 0 0 5 S 1 B 2 АО на 8 каналов 4...20 мА, клеммный блок в / в спр ед охранителями АО на 8 каналов 4...20 мА, контактный групповой клеммный блок в/в V E 4 0 0 5 S 2 B 2 АО на 8 каналов 4...20 мА, H A R T , клеммный блок вис предохранителями АО на 8 каналов 4...20 мА, H A R T , контактный групповой клеммный блок в/в Модули дискретного ввода V E 4 0 0 1 S 2 T 1 B 2 DI на 8 каналов 24 V D C , с предохранителями V E 4 0 0 1 S 2 T 2 B 1 DI на 8 каналов 24 V D C , сухой контактна каналов 120 VAC, изолированные, с предохранителями на 8 каналов 120 VAC, сухой контакт Модули дискретного вывода V E 4 0 0 2 S 1 T 1 B 1 DO на 8 каналов 24 V D C , изолированные 2 DO на 8 каналов 24 V D C , изолированные, клеммный блок в/в с предохранителями V E 4 0 0 2 S 2 T 1 B 1 DO на 8 каналов 115/230 VAC, изолированные 2 DO на 8 каналов 115/230 VAC, клеммный блок н/в с предохранителями По цифровой шине FF система Delta V поддерживает широкий круг интеллектуальных устройств других производителей Endress & Hauser, ABB, Honeywell, Yokogawa и др. В подсистему ввода/вывода Foundation Fieldbus входят - плата (модуль) ввода/вывода HI; - источник питания полевой шины - терминатор полевой шины - регулятор питания полевой шины. Модуль FF HI устанавливается на несущую панель также, как и модули традиционного ввода/вывода. Один модуль FF HI поддерживает два канала ввода/вывода протяженностью 1900 м по 16 полевых устройств на каждый канал. Светодиодные индикаторы, расположенные на передней панели модуля, показывают наличие питания и состояние каналов. Таблица Рис. Компоненты полевой шины Распределительные коробки полевой шины являются средством для подключения полевых устройств к системе. Они поддерживают подключение до шести интеллектуальных устройств, магистральное соединение и соединение со следующим сегментом (либо установку терминатора. Компоненты полевой шины показаны на рис. 18.10. Кроме Foundation Fieldbus в системе Delta V реализована поддержка следующих промышленных протоколов - Profibus-DP (модуль имеет один порт, через который поддерживает до 64 устройств на расстоянии 2000 м со скоростью 1,5 Мбит/с); - DeviceNet (модуль имеет один порти поддерживает 61 устройство на расстоянии 500 м со скоростью 125 Кбит/с); - AS-I (модуль имеет два порта, каждый из которых поддерживает 31 устройство на расстоянии 300 м - HART. Все эти сети используются для организации ввода/вывода. Интерфейс Profibus-DP построен по принципу ведущий- ведомый. Интерфейсная плата Profibus поддерживает один сегмент сети, к которому можно подключить до 64 устройств. Сеть строится на стандартном двухжильном кабеле типа экранированная витая пара с технологией передачи данных RS-485. Скорость передачи данных зависит от протяженности сети и может принимать значения от 9,6 Кбит/с (1200 м) до 1,5 Мбит/с (200 м. УПРАВЛЯЮЩАЯ СЕТЬ DELTA V Управляющая сеть Delta V - это выделенная сеть на базе Ethernet lOBaseT или двухскоростная сеть Ethernet 10/100BaseT, в зависимости от применяемых концентраторов. При использовании сети Ethernet 10/100BaseT её общая производительность повышается за счёт разделения трафика между контроллерами (10 Мб/с) от трафика между рабочими станциями (100 Мб/с). 280 Управляющая сеть имеет топологию звезда. К управляющей сети относится следующее оборудование - концентраторы (Hub), к которым подключаются узлы системы - коммутаторы (Switch); - кабель (экранированная витая пара или оптоволокно). В номенклатуре системы имеется пять типов концентраторов 8- и портовые lOBaseT, 12- и портовые двухскоростные и портовый оптоволоконный. Система Delta V поддерживает коммутаторы трех типов 12- и портовые двухскоростные и портовый 100 Мб оптоволоконный. В соответствии со стандартом IEEE 802.3 возможно последовательное соединение концентраторов (дох стандарта 10 Мб, двух стандарта 100 Мб). Концентраторы применяются для электрического соединения компонентов системы (контроллеров и рабочих станций. Концентраторы представляют собой пассивные устройства и не являются узлами системы управления. Коммутаторы - это маршрутизаторы сообщений в системе. Они являются активными устройствами и обеспечивают большую производительность по сравнению с концентраторами. Коммутаторы, как и концентраторы, не входят в состав узлов системы управления. Максимальная длина кабеля между концентратором (коммутатором) и узлом системы управления должна быть не болеем. Для больших расстояний следует использовать оптово локно. Рабочие станции и контроллеры содержат по два порта Ethernet для обеспечения резервирования сетевого обмена. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Ранее было отмечено, что максимальное количество рабочих станций в системе управления должно быть не более 60. Далее приводятся данные по типам рабочих станций и их максимально допустимому количеству в системе управления - max 1 станция Профессиональная Плюс (наличие в системе обязательно - max 10 станций Профессиональная - max 59 станций оператора - max 10 станций приложений. Рабочие станции различаются по функциональным возможностям 281 - станция Профессиональная Плюс - конфигурирование, управление, конфигурационная база данных системы управления - станция Профессиональная —. конфигурирование и управление - станция оператора - управление - станция приложений - база данных реального времени и набор приложений пользователя. Система управления Delta V, также как и I/A Series, является интегрированной системой. Но если в системе I/A Series имеется всего два типа рабочих станций (станция оператора WP и инженерная станция AW), тов системе Delta V типов рабочих станций больше (здесь представлено четыре типа. Программное обеспечение рабочих станций Delta V лицензи руется на включенные опции (пакеты программ. Программное обеспечение станции Профессиональная Плюс включает - конфигурационную базу данных - студию конфигурирования; - интерфейс оператора - настройщик Delta V; - диагностику - архиватор данных - журнал событий и др. Программное обеспечение станции оператора включает - интерфейс оператора - архиватор данных - просмотр архива. Глава 19 АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ДОБЫЧИ И ПОДГОТОВКИ НЕФТИ. ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ Технология добычи и подготовки нефти включает ряд разнородных производственных процессов. Основные объекты промысловой технологии и их взаимодействие представлены на рис. 19.1. Поднятая на поверхность различными способами (фонтанным, насосным, газлифтным) нефть от скважин по скважинным коллекторам направляется на групповую замерную установку 282 Рис. Схема основных технологических объектов нефтяного промысла 1 - газлифтные скважины (ГЛС); 2 - скважины, оборудованные ШГН; 3 - скважины, оборудованные Э Ц Н ; 4 - фонтанные скважины ( Ф С ) ; 5 - нагнетательные скважины ( НС (ГЗУ). Скважины поочередно подключаются к замерной установке для определения их дебита по жидкой и газовой фазам. После замера нефть попадает в промысловый коллектор. Чтобы её протолкнуть до центрального пункта сбора (ЦПС) или установки подготовки нефти (УПН), используют дожимные насосные станции (ДНС). Здесь из нефти частично отделяют газ и воду (в сепараторах и отстойниках, а затем с помощью насосов транспортируют до ЦПС или УПН. Установки предварительного сброса пластовых вод (УПСВ) могут включать в свой состав отстойники и технологические резервуары, где нефть отстаивается, и из нее частично выделяются вода и газ. Частично обезвоженная нефть попадает на УПН, в состав которых включены сепарационные установки (СУ предназначенные для дегазации нефти, установки обезвоживания и обессоли- Т а блица Промысловые объекты Типовые объекты Объе Скважины добывающие Кусты скважин Объекты системы под Объекты системы П П Д Объекты по Дожимные насосные станции ( ДН С ) , установки подготовки нефти ( У П Н ) , центральные пункты сбора ( Ц ПС) Межпромысловые трубопроводы Резервуарные парки кты нефтедобычи Скважина фонтанная Скважина, оснащенная Э Ц Н Скважина, оснащенная ШГН Скважина газлифтная Скважины добывающие Групповая замерная установка Блок дозированной подачи химреагента Установка депарафинизации скважин Дренажная ёмкость держания пластового давления Водозаборная станция Кустовая насосная станция Водораспределительный блок Узел учёта воды Скважина нагнетательная готовки нефти и газа Нефтегазосепаратор Газосепаратор Установка предварительного сброса воды Отстойник Электродегидратор Концевая сепарационная установка Подогреватель нефти теплоносителем Нагревательная печь Ёмкость дренажная Факельная система Узел оперативного учёта нефти Агрегаты перекачки нефти Насосы перекачки воды истоков вания (УОО), установки стабилизации (УС для выделения из нефти легких углеводородных фракций. Метан/этан/пропан/бу- тановые фракции имеют достаточно низкую температуру кипения и могут быть потеряны в процессе транспорта нефти по магистральным нефтепроводам. Подготовленная (товарная) нефть направляется в товарный парк (резервуары, откуда её насосами через узлы коммерческого учёта готовой продукции (УУ) подают в магистральный нефтепровод. Пластовая вода, выделенная из нефтяной эмульсии на установках предварительного сброса вод, установках подготовки нефти, поступает на установку очистки пластовых вод (УОПВ), после чего её снова закачивают в пласт через водораспределительные блоки (ВРБ) и нагнетательные скважины с помощью кусто вой насосной станции (КНС) для улучшения притока нефти к забоям эксплуатационных скважин. Газ, выделенный на технологических аппаратах УПСВ и УПН, направляется на газоперерабатывающий завод (ГПЗ). Часть этого газа подаётся компрессорной станцией (КС) на газораспределительную установку (ГРУ), а затем - в затрубное пространство нефтяных скважин, эксплуатируемых газлифтным методом. Состав основных технологических объектов автоматизации нефтегазодобывающих предприятий приведен в табл. 19.1. 19.2. ОБЪЁМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ Каждый объект характеризуется объёмом автоматизации, те. степенью оснащенности технологического оборудования средствами автоматизации. Объём автоматизации определяет реальные возможности автоматического получения информации о ходе процесса или состоянии оборудования и дальнейшего использования этой информации для управления объектом. Объём автоматизации любого технологического объекта определяется его функциональной схемой автоматизации, перечнем сигналов получаемых с объекта и функциями автоматизации, реализуемыми на базе этих сигналов в целях контроля и управления. Автоматизация технологического объекта подразумевает реализацию следующих функций - измерение значений технологических параметров (температуры, давления, расхода, уровня, влагосодержания, вибрации и т.д.); - автоматическое регулирование технологических параметров 285 процесса (стабилизация технологических параметров на заданном уровне - автоматизированное дискретное управление режимами работы технологического оборудования - сигнализация отклонений технологических параметров от заданных значений сигнализация состояния кранов (открыт закрыт) и задвижек, а также оборудования (агрегат включен выключен и т.п.); - противоаварийная защита оборудования. При измерении технологического параметра сигнал от измерительного преобразователя (ток, напряжение стандартного диапазона) по кабелю передается на контроллер, где подвергается первичной обработке (аналогово-цифровое преобразование, проверка на достоверность, фильтрация помех От контроллера цифровой код посети поступает на АРМ оператора, который видит на экране монитора значение параметра в размерном виде. Если при разработке системы управления была заложена функция регистрации этого параметра, то это значение будет внесено в исторический архив с возможностью просмотра значений параметра за произвольный отрезок времени. Упрощённая схема прохождения информационного сигнала в процессе измерения представлена на рис. 19.2. Автоматическое регулирование технологического параметра подразумевает обратную связь с объектом. В контроллере измеренное значение параметра сравнивается с заданным (регламентным) значением. При наличии рассогласования контроллер (многоканальный регулятор) изменяет уровень воздействия на регулирующий клапан (на объект) в соответствии с алгоритмом например, ПИД-закон регулирования. Расход материального потока через клапан изменится, и технологический параметр по истечении некоторого времени (время регулирования) примет заданное значение. Как правило, задание регулятору может изменяться с АРМ оператора. В некоторых случаях задание регулятору рассчитывается в зависимости от значений других 286 параметров технологического процесса. Функция автоматического регулирования предполагает также возможность переключения системы наручной режим с целью дистанционного управления регулирующим клапаном с АРМ оператора (рис. 19.3). Функция автоматизированного управления предполагает подачу дискретного управляющего воздействия на исполнительное устройство оператором/диспетчером. В этом случае сигнал управления поступает в базу данных контроллера, который, в свою очередь, передает его на исполнительное устройство. При этом исполнительное устройство может находиться только в двух положениях (например, кран открыт/закрыт, насос вклю |