Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
316 Рис. 20.3. Схема сбора, передачи и хранения информации в системе скими контроллерами SCADAPack. Эта информация хранится в виде массивов данных в оперативной памяти контроллера рис. 20.3). Обмен информацией между контроллером и сервером реализуется при помощи сообщений. Сообщения формируются контроллером в следующих случаях - изменение дискретного параметра - окончание времени замера интегрального параметра 317 - выход значения параметра за пределы уставок (минимальной или максимальной - окончание времени измерения аналогового параметра - отклонение значения аналогового параметра от предыдущего значения на величину, превышающую уставку (в %). Сообщения записываются в специальный массив - буфер накапливаемой технологической информации контроллера. Кроме того, в памяти контроллера ведется массив, содержащий информацию о текущем состоянии параметров. Диспетчерский пункт в автоматическом режиме поочередно опрашивает каждый кустовой контроллер. Контроллер формирует пакеты сообщений из буфера технологической информации и зоны информации о текущем состоянии параметров. Пакеты передаются по каналу связи на ДП и записываются в оперативную базу и базу данных исторической информации (исторический журнал. Оперативная база данных и исторический журнал представляют собой набор таблиц, содержащих оперативную (текущую, историческую и нормативно-справочную информацию опара метрах системы. Оперативная база данных и исторический журнал построены на основе использования реляционной модели. В качестве СУБД используется MS SQL Server 2000. Человеко-машинный интерфейс рабочих станций разработан в пакете InTouch 8.0. При выборе оператором на мониторе конкретного объекта данные из оперативной базы считываются в базу данных пакета InTouch. Таким образом, InTouch использует свою базу данных для временного хранения значений параметров, отображаемых в конкретный момент времени. j '• ' '«*• ' I .#№,•**(- i I ^'-' :v '' ,<4 •••.••п* , -жи > ,' 20.3. АСУТП ЦЕНТРАЛЬНОГО ПУНКТА СБОРА (ЦПС) НА БАЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФИРМЫ SCHNEIDER ELECTRIC ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ В состав ЦПС входят следующие объекты - нагреватели нефти П, П, П, П - сепараторы нефтегазовые С, С, С, С - газовые сепараторы ГС, ГС - отстойники нефти ОГ-1/1, ОГ-1/2; - буферная ёмкость БЕ-1; - резервуары Р, Р 318 - насосы внутрипарковой перекачки Н, Н - насосы внешней перекачки Н, Н, Н - оперативный узел учёта нефти (ОУУН); - отстойники пластовой воды ОГВ-1/1, ОГВ-1/2; - блочная кустовая насосная станция - факельная установка - установки дозирования и ввода реагента БР-1,2,3; - дренажные ёмкости; - очистные сооружения бытовых и ливневых стоков - установка пожаротушения и другие объекты. ЦП С относится к категории взрывоопасных и пожароопасных производств, расположен в труднодоступном районе с суровыми климатическими условиями (до - 50 Си удален от производственной базы, что накладывает высокие требования по надёжно сти системы. Информационная ёмкость системы по каналам ввода/вывода составляет - аналоговый ввод (4...20 мА) - 272 сигнала - аналоговый вывод (4...20 мА) - 16 сигналов - частотный ввод (счетчики) - 10 сигналов - дискретный ввод - 448 сигналов - дискретный вывод - 320 сигналов. НАЗНАЧЕНИЕ И ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АСУТП предназначена для автоматизации технологических процессов и деятельности персонала по контролю и управлению технологическими процессами ЦПС, поддержания оптимального технологического режима работы ЦПС. Целью создания системы является - повышение качества ведения технологического процесса и его безопасности - повышение оперативности действий технологического персонала на основе повышения уровня информированности и достоверности данных - повышение технико-экономических показателей работы ЦПС (снижение эксплуатационных затрат, повышение качества и снижение потерь нефти, снижение трудоёмкости по контролю и управлению технологическим процессом - обеспечение условий для ретроспективного анализа хода технологического процесса и работы оборудования, поддержания рационального режима работы аппаратов и установок - улучшение условий труда обслуживающего персонала - повышение уровня организации управления технологическим процессом и ответственности персонала 319 Рис. Структурная схема АСУ Т П Ц ПС- повышение эффективности принятия решений по управлению технологическими процессами на базе единой и связанной системы диспетчеризации и автоматизированного документооборота. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВА СУТ П Исходя из структуры объекта управления АСУТП имеет распределенную иерархическую структуру и включает три уровня рис. 20.4). Нижний уровень - уровень объекта или первичных средств автоматизации (датчиков и исполнительных устройств. Основное назначение уровня - преобразование технологических параметров в информационные сигналы и преобразование управляющих сигналов в управляющие воздействия. Средний уровень - уровень систем автоматического управления (САУ), главным компонентом которого являются контроллеры. На этом уровне реализуются следующие функции - сбор и первичная обработка информации - реализация алгоритмов автоматического регулирования, программно-логического управления, защити блокировок - 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 оперативное управление технологическим процессом, формирование и ведение истории технологического процесса, отчетные функции. Связь датчиков и исполнительных устройств с контроллером модулями ввода/вывода) осуществляется по электрическим кабельным линиям. Информационный обмен между резервированным контроллером (шкаф ЦП) и удаленными стойками ввода/вывода (шкафы 1, 2, 3) осуществляется по дублированной сети RIO (сеть удаленного ввода/выводы компании Schneider Electric). Связь между контроллерами, сервером базы данных и рабочими станциями оператора и инженера реализована по локальной 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 Си С - регулирование давления в газосепараторе ГС - регулирование уровня жидкости и уровня раздела фаз «нефть-вода» в отстойниках ОГ-1/1 и ОП- регулирование уровня нефти в сепараторах Си С - регулирование давления в трубопроводе нефти на выходе ЦПС с коррекцией по уровню нефти в буферной ёмкости. Программно-логическое управление оборудованием подразумевает, 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 пожаротушения и др, а также несколько десятков задвижек. Управление этим оборудованием и составляет задачу программно-логичес кого управления. В качестве контроллера в системе используется резервированный контроллер компании Schneider Electric TSX Quantum, в конфигурацию которого входят модули ввода/вывода и интерфейсные модули. 11 1 7Sft 321 Рис. 20.5. Компоновка шкафов системы управления Компоновка контроллера произведена в четырех специализированных 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 горячего резерва (140 CHS 110 00), установленные в каждом из контроллеров. В конфигурацию каждого контроллера входят также модули питания, модули центрального процессора, головные модули интерфейса RIO (сеть удаленного ввода/вывода), интерфейсные модули Ethernet для выхода в локальную вычислительную 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 предназначены для установки модулей ввода/вывода. Несложный арифметический расчёт показывает, что всего в системе имеется 55 слотов для установки модулей ввода/вывода. В проекте предусмотрены 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 управления. 10 слотов (по одному-два настойку) оставлены пустыми резерв на случай расширения системы управления. СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АСУ Т П Ц ПС Программное обеспечение системы включает в себя системное, инструментальное и прикладное программное обеспечение. Системное программное обеспечение контроллеров Quantum является закрытым для пользователя. Все операции по программированию контроллера (разработке прикладного ПО) осуществляются с помощью пакета программ Concept (инструментальное ПО. К системному программному обеспечению АРМ оператора относится операционная система Windows ХР и программа ОРС 1 1 * 323 Factory Server. Роль инструментального ПО играет пакет разработки и исполнения прикладных приложений InTouch версии 9.5 на 60 ООО переменных. пакет InTouch - это средство для создания интерфейса оператора. Пакет состоит из трех основных модулей Ap plication Manager (проводник, WindowMaker (среда разработки) и WindowViewer (среда исполнения. В среде разработки создаются видеокадры операторского интерфейса (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 состоянии оборудования. В анимированных окнах интерфейса в реальном времени отображаются значения технологических параметров (цифровое представление, состояния насосов, электродвигателей, задвижек (цветом) и т.п. Предусматривается несколько уровней выводимой на экран информации и возможность её последующей детализации - общий видеокадр текущего состояния технологического процесса, где показаны все технологические агрегаты и связи между ними с выводом основных технологических параметров - видеокадры состояния отдельных подпроцессов и агрегатов с выводом параметров, характеризующих их работу - видеокадры структуры системы управления, схемы электропитания - протоколы событий за смену, сутки. При возникновении аварийной или предупредительной ситуации (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 специалистов устанавливается пакет программ Active Factory, включающий - 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 нефти, газа, пластовой воды и транспорта подготовленной нефти на центральный товарный парк (ЦТП) и попутного нефтяного газа на ГПЗ. Комплексный сборочный пункт включает в себя следующие 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 аварий технологического оборудования снижение затратна ремонт оборудования за счёт оперативного выявления его неисправностей, уменьшения трудоёмкости эксплуатации оборудования снижение затратна топливный газ, химреагенты, электроэнергию и другие ресурсы повышение производительности и улучшение условий труда персонала, занятого управлением, сбором и анализом информации 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 сокращения потерь нефти и газа (недопущение свищей, порывов, разливов. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВА СУТ П К С П 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 корпоративной сети. Средний уровень АСУ I'll построен на основе программируемых логических контроллеров ControlLogix фирмы Allen-Bradley. Программируемые логические контроллеры обеспечивают прим сигналов от датчиков, измерительных преобразователей, аварийных сигналов от вторичных приборов контроль достоверности и первичную обработку информации (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 управления 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 логического выхода постоянного тока обмен данными с компьютером верхнего уровня по выбранному протоколу. В системе используется пять контроллеров, каждый из которых реализует контроль и управление определенным технологическим 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 № А (шасси на 10 слотов) и шасси расширения ввода/вывода на 7 слотов - насосная подтоварной воды, насосная 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. Структурная схема АСУ Т П К С П Конфигурация каждого контроллера включает модуль питания, 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 модулей, модули дискретного вывода на 32 точки (5 модулей, модули для ввода сигналов термометров сопротивления (8 модулей, модули интерфейса RS-485 Modbus (2 модуля. Таким образом, информационная ёмкость системы управления составляет порядка 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 параметров технологического процесса и состояния оборудования управления параметрами технологического процесса, изменение задания или уставок для контуров регулирования и управления, изменение пороговых значений предупредительной и аварийной 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 отключениях оборудования, появления неисправностей в системе распечатка на принтере сменных отчетов, режимных листов и журналов материального баланса формирование и передачу данных в систему более высокого уровня. СЕТЕВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМПОНЕНТОВ АСУ Т П Программируемые логические контроллеры ContolLogix объединены между собой управляющей сетью ControlNet и подключены к станциям операторов через интерфейсную плату 1784- PCICS. Все компьютеры операторной (АРМы операторов, инженера КИП и инженера сопровождения системы) объединены сетью Ethernet, которая через модемы HDSL подключена к сети уровня НГДУ, являющейся частью корпоративной сети предприятия. |