Автоматизация технологических процессов книга. Компетенций в новой среде обучения виртуальной среде профессиональной деятельности
 Скачать 24.89 Mb.
|
|
40 22 ППА 17 - 44 11 Технологический корпус - - 30 22 Узел замера газа 5 - 12 13 А ВО газа УКПГ - - - 50 Итого 344 72 733 483 Вспомогательное производство 33 - 249 117 Всего по объекту 377 72 982 600 Общее количество сигналов 2031 возможность увеличивать производительность установки осушки газа при выходе из строя какой-либо из её линий. Дожимная компрессорная станция (ДКС-П) предназначена для поддержания постоянного давления на входе установки осушки газа для обеспечения её стабильной работы. ДКС через крановые узлы подключается к действующему коллектору сырого газа, проложенному от ЗПА к технологическому корпусу. После компримирования газ поступает по двум газопроводам на установку охлаждения и далее подается в коллектор, проложенный от ЗПА к технологическому корпусу. Перед ДКС производится очистка газа на установке очистки газа (четыре линии по две ступени сепарации. В состав технологического корпуса входят установка абсорбционной осушки газа (12 технологических линий - 2 помещения по 6 линий) и установка регенерации ДЭГ (2 технологические линии. Газ последовательно проходит по каждой технологической линии промывочную колонну и абсорбер. Ориентировочные объёмы автоматизации по УКПГ (без ДКС) приведены в табл. 22.2. НАЗНАЧЕНИЕ И ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АСУТП УКПГ предназначена для выполнения функций автоматизированного контроля и управления в реальном масштабе времени технологическими процессами добычи и подготовки газа совместно с дожимной компрессорной станцией (ДКС); 380 обеспечения бесперебойной подачи запланированных объёмов товарного газа требуемого качества с наименьшими эксплуатационными затратами обеспечения производственно-диспетчерской службы (ПДС) необходимой информацией для решения в составе ИУС ДУ задач планирования, контроля, учета, анализа и управления произ водственно-хозяйственной деятельностью предприятия. Целями создания системы являются обеспечение требуемых режимов работы УКПГ, ДКС и объектов подключения обеспечение бесперебойной подачи товарного газа требуемого качества обеспечение эффективного использования химреагентов; обеспечение эффективной загрузки технологического оборудования обеспечение локализации предаварийных и аварийных состояний и оперативного управления внештатных ситуациях минимизация потерь при возникновении нештатных ситуаций обеспечение высокой экологической безопасности производства. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВА СУТ ПУК П Г Распределенная система управления АСУТП ГП включает в себя два уровня (рис. 22.6): верхний уровень - уровень оперативно-производственной службы (ОПС ГП); нижний уровень - уровень систем автоматического управления (САУ) технологических установок, цехов, блоков, входящих в состав промысла. АСУТП создана на базе программно-технического комплекса SIMATIC S7-400 производства фирмы Siemens. ВЕРХНИЙ УРОВЕНЬ- УРОВЕНЬ ОП С На уровне оперативно-производственной службы распределенная система управления должна выполнять следующие функции представление оператору информации о состоянии объекта управления обмен информацией с нижним уровнем оперативное планирование работы ГП; 381 защита информации от несанкционированного доступа дистанционное управление диагностика программных и технических средств ведение технологической базы данных формирование отчётных документов обмен информацией с уровнем ПДС (ИУС ДУ). Функция Представление оператору информации о состоянии объекта управления подразумевает отображение параметров, принимаемых с нижнего уровня системы, на видеокадрах (мнемосхемах) со звуковой и световой сигнализацией об отклонении параметров за заданные границы и сигнализацией о неисправности исполнительных механизмов. Реализация функции Оперативное планирование работы ГП» предполагает решение следующих задач распределение производительности по технологическим объектам промысла исходя из планового задания по добыче газа и ограничений по производительности скважин и технологического оборудования, с целью обеспечения оптимального функционирования промысла в целом и отдельных технологических объектов расчёт эффективного расхода химреагентов (метанола и гликоля) для обеспечения безгидратной работы УКПГ и получения товарного газа требуемого качества расчёт резервов производительности технологического оборудования на основании данных, поступающих с нижнего уровня системы. Функция Дистанционное управление обеспечивает возможность оперативного вмешательства персонала в автоматическое ведение технологического процесса и предусматривает отключение технологического участка (линии) для проведения регламентных и ремонтных работ отключение отдельных датчиков (при неисправности или настройке) от участия в противоаварийных защитах подтверждение запуска противоаварийной защиты отмена запуска противоаварийной защиты (переход наручной режим ввод уточненных технологических и аварийных границ. Реализация функций верхнего уровня системы осуществляется с АРМов технологического персонала, оборудованных операторскими (рабочими) станциями промышленного исполнения. В операторной УКПГ (здание технологического корпуса) размещаются следующие рабочие станции основной и резервный сервер АРМ оператора АРМ технолога 383 АРМ инженера инженерная станция СТМ. В операторной ДКС предусмотрены АРМ оператора и АРМ технолога. Для реализации серверных функций и функций человеке, машинного интерфейса на верхнем уровне используется SCADA-. система WinCC (фирмы Siemens). НИЖНИЙ УРОВЕНЬ- УРОВЕНЬ САУ На нижнем уровне выполняются следующие функции сбор и обработка информации, поступающей от датчиков и исполнительных механизмов регулирование параметров технологического процесса по ус тавкам, заданным с верхнего уровня системы выдача команд на исполнительные механизмы определение интегральных показателей функционирования ГП; противоаварийная защита технологических объектов самодиагностика с детализацией до модуля ввода/вывода. Функция Сбор и обработка информации выполняется в автоматическом режиме и обеспечивает циклический опрос входов модулей ввода/вывода системы аналогово-цифровое преобразование сигналов первичную обработку сигналов для компенсации воздействия помех определение достоверности информации циклическую проверку на достижение технологических и аварийных границ. Реализация функции Регулирование параметров технологических процессов базируется на стандартных законах регулирования с коэффициентами, задаваемыми при настройке системы. В рамках данной функции осуществляется регулирование расхода газа по шлейфам ЗПА исходя из плановых объёмов добычи газа и ограничений производительности скважин регулирование расхода газа по технологическим линиям осушки по заданиям, рассчитанным на верхнем уровне системы поддержание необходимого расхода ДЭГа для подачи в абсорберы в зависимости от влажности и расхода газа на выходе из абсорберов поддержание необходимого расхода метанола для подачи в шлейфы ЗПА и на кусты газовых скважин в зависимости от температуры, давления и расхода газа. 384 Функция «Противоаварийная защита технологических объектов осуществляет в автоматическом режиме циклическую проверку на выполнение условий запуска функций ПАЗ остановку технологического оборудования при выполнении условий срабатывания противоаварийных защит включение аварийной вытяжной вентиляции при достижении 10 % НКПР. Контроллерные станции SIMATIC S7-400 и компоновочные шкафы устройств связи с объектом (станции ввода/вывода ЕТ-200) располагаются в щитовых и аппаратных технологического корпуса и блок-боксах объектов вспомогательного производства. Выносные станции ЕТ-200 связаны с процессорными модулями по оптоволоконным линиям связи и располагаются в аппаратных (операторных) следующих зданий здание переключающей арматуры цех осушки газа площадка переключающей арматуры аппаратная ДКС. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) АСУТП УКПГ построена по смешанной топологии и состоит из управляющей и технологической сетей. Единство ЛВС АСУТП обеспечивается с помощью оптоволоконного кольца Ethernet 10/100 Мбит/с. Подключение контроллеров и серверных станций осуществляется посредством модулей OSM по радиальной топологии (управляющая сеть. Взаимодействие контроллеров со станциями ввода/вывода ЕТ-200 осуществляется посредством оптоволоконного кабеля по протоколу Profibus-DP со скоростью 12 Мбит/с. Технологическая сеть построена на основе технологии Ethernet 10/100Base-T (витая пара) и используется для обмена информацией между станциями операторов, технологов, инженерной станцией СТМ, а также для приема и передачи данных на уровень ПДС с помощью маршрутизатора. Связь систем телемеханики кустов газовых скважин с АСУТП, а также самой АСУТП с системой верхнего уровня (ПДС УГПУ) осуществляется по радиоканалу. 22.4. АСУТП УСТАНОВКИ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА ВАЛАНЖИНСКОЙ ЗАЛЕЖИ С НТС НА БАЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФИРМЫ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА Количество добывающих скважин - 52, количество кустов - 19. Количество скважин в кусте колеблется от 2 до 5. По выкидным линиям D y 100 мм все скважины куста подключаются к одному газосборному коллектору. Подключение кустов скважин к УКПГ осуществляется по индивидуальным газопроводам-шлейфам. Характеристика скважин устьевое давление - порядка 20 МПа устьевая температура - около 40 С средний дебит добывающих скважин - 380 тыс. м 3 /сут. Расстояние от кустов скважин до УКПГ составляет от 4 до 12 км. Начальное содержание конденсата составляет около 300 г/м 3 Так как пластовое давление газа достаточно велико, то наиболее целесообразно для подготовки газа использовать метод низкотемпературной сепарации. УКПГ представляет собой технологически законченный объект и предназначена для сбора, обработки газа и выделения газового конденсата. В состав УКПГ входят следующие промысловые объекты Здание переключающей арматуры. Цех № 1 (две технологических нитки НТС). Цех № 2 (две технологических нитки НТС). Резервуарный парк конденсата. Насосная перекачки конденсата. Склад метанола. Насосная метанола. Компрессорная сжатого воздуха. • КНС промстоков. Площадка факела и факельные сепараторы. • КНС бытовых стоков. Дренажная ёмкость. Общий объём автоматизации перечисленных объектов - 2389 параметров (492 AI, 119 АОНА ЗНАЧЕНИЕ И ЦЕЛИ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ АСУТП УКПГ предназначена для автоматизированного контроля и управления в реальном масштабе времени основными и 386 вспомогательными технологическими процессами подготовки газа и обеспечения обслуживающего персонала необходимой информацией. Целями создания системы являются обеспечение выполнения плановых заданий по объёму добычи и качеству подготовки товарного газа с минимально необходимой численностью эксплуатационного и обслуживающего персонала обеспечение надежной и безаварийной работы установки повышение уровня экологической безопасности производства снижение непроизводительных потерь материально-техни ческих и топливно-энергетических ресурсов, сокращение эксплуатационных расходов улучшение условий эксплуатации технологических объектов. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВА СУТ ПУК П Г Иерархическая структура системы управления обусловлена топологическим расположением контролируемых и управляемых технологических объектов, наличием аппаратных помещений для размещения программно-технических средств, обеспечением надежности, уменьшением затратна кабельную продукцию и строительно-монтажные работы. АСУТП УКПГ представляет собой систему контроля и управления технологическими процессами добычи и подготовки конденсата к транспорту с распределённой двухуровневой структурой (рис. 22.7): уровень операторной УКПГ (верхний уровень уровень технологического объекта управления (нижний уровень. Верхний уровень АСУТП выполняет функции оперативного контроля и управления и реализуется оперативным персоналом УКПГ. Реализация функций верхнего уровня производится с автоматизированных рабочих мест (АРМ) персонала, размещаемых в операторной УКПГ (технологический корпус № 1). Все АРМы объединены в локальную вычислительную сеть (ЛВС) и имеют доступ к средствам нижнего уровня системы в соответствии с правами доступа, предоставленными каждому АРМ. Для реализации функций нижнего уровня применяются программируемые логические контроллеры (ПЛК) и модули вво- 387 да/вывода, размещаемые непосредственно в аппаратных технологических объектов УКПГ. На уровне операторной УКПГ реализуются следующие функции непрерывный контроль заходом технологических процессов и состоянием оборудования выработка соответствующих уставок для систем регулирования технологических процессов дистанционное управление оборудованием фиксация отклонений от заданных режимов и их стабилизация распознавание предаварийных ситуаций и обеспечение срабатывания аварийных защити алгоритмов контроль работоспособности КИП, всех систем автоматики и программно-технических средств и реализация мер по устранению неисправностей обмен информацией с КП телемеханики кустов газовых скважин архивирование технологических параметров, аварийных сообщений визуализация параметров хода технологических процессов и состояния оборудования в виде мнемосхем, таблиц, графиков печать отчётов. Нижний уровень предназначен для реализации стандартных функций, свойственных локальным контроллерам сбор информации автоматический контроль, регулирование и управление технологическими процессами сигнализация отклонений режимных параметров, в случае возникновения нештатных ситуаций и неисправностей средств систем автоматизации отработка алгоритмов аварийной защиты обмен информацией с верхним уровнем. Нижний уровень АСУТП построен на базе резервированных ПЛК серии 90-70 и ввода/вывода Versa Мах фирмы GE Fanuc. В основе ПЛК 90-70 лежит резервированная корзина, в которую монтируют следующие модули источник питания, CPU 772, модуль синхронизации процессоров и коммуникационные модули. Система резервирования центрального процессора серии 90-70 работает синхронно с передачей всех данных управления, определяющих машинный статус, и всех внутренних данных, необходимых для обеспечения синхронной работы обоих центральных процессоров. Каждый центральный процессор способен выполнять одну и туже программу и получать те же результаты. 389 Передача данных от активного процессора к резервному осуществляется на каждом цикле. Ак^ы передачи контролируются на предмет сохранения целостности данных. Ввод/вывод системы построен на базе VersaMax. Такое решение позволяет построить гибкую Масштабируемую систему вво да/вывода, упростить конструкцию 1щкафов ПТК. Каждая станция VersaMax состоит из интерфейсного блока шины Genius Bus, обеспечивающего связь с контроллером до 8 базовых плат ввода/вывода, На каждой из которых может размещаться модуль ввода/вывода; модулей ввода/вывода. В системе используются модули аналогового ввода на 8 точек, аналогового вывода на 4 точки, дискретного ввода/вывода на 8 и 16 точек. Количество станций ввода/вывода VersaMax, подключенных к одному контроллеру, определяется количеством параметров, обслуживаемых контроллером. В АСУТП УКПГ задействовано \ контроллера 90-70: • ПЛК № 1 обеспечивает автоматизацию параметров здания переключающей арматуры и размещен в аппаратной ЗПА; • ПЛК № 2 обеспечивает автоматизацию параметров резервуарного парка конденсата, насосной перекачки конденсата, склада метанола, насосной метанола, факельной площадки и сепараторов и размещён в аппаратной насосн 0 й перекачки метанола • ПЛК № 3 обеспечивает автоматизацию параметров технологического корпуса № 1, КНС бытовых стоков, дренажной ёмко сти и размещён в аппаратной технологического корпуса № 1; • ПЛК № 4 обеспечивает автоматизацию параметров технологического корпуса № 2, компрессорной сжатого воздуха, КНС промстоков и размещён в аппаратной технологического корпуса № 2. Количество вводов/выводов по контроллерам приведено в табл. 22.3. Уровень операторной УКПГ представлен двумя серверами основными резервными четырьмя рабочими станциями (стан- Т а блица Номер AI DI АО Всего контроллера АО Всего № 1 43 176 _ 147 366 № 2 118 259 10 215 602 № 3 175 287 57 258 777 № 4 156 230 52 206 644 Итого 492 952 119 826 2389 390 ция инжиниринга, две станции оператора, АРМ сменного инженера, см. рис. 22.7). Предусмотрены принтер отчетов и принтер сообщений. Оборудование для верхнего уровня АСУ ТП размещается в операторной в ТК № 1. Программное обеспечение, используемое на серверах и рабочих станциях верхнего уровня АСУТП, базируется на платформе ОС Microsoft Windows (Windows 2000 Server для основного и резервного серверов и Windows ХР для рабочих станций. В качестве прикладного ПО на верхнем уровне используется система Cimplicity для реализации функций человеко- машинного интерфейса, ОРС-сервера (передача данных в произ водственно-диспетчерскую службу УГПУ), отчётов, обмена с базами данных через соответствующие стандарты. Кроме того, используется пакет VersaPro, отвечающий за конфигурирование ПЛК, обработку переменных, отладку и изменение конфигурации в реальном времени. Станции оператора оборудованы двумя мониторами 20". Основу организации передачи данных в АСУТП УКПГ составляет резервированное оптоволоконное кольцо, обеспечивающее скорость 1000 Мбит/с. На верхнем уровне АСУТП в качестве системной предусмотрена сеть Ethernet (витая пара, обеспечивающая обмен 10/ 100 Мбит/с в зависимости от типа подключаемого к сети порта Ethernet. Рабочие станции подключаются в сеть через концентратор RS2-TX. Подключение серверов и сети верхнего уровняв резервированное оптоволоконное кольцо осуществляется через концентратор RS2-FX. Коммутаторы серии RS (Rail Switch) обеспечивают возможность построения гибких, надёжных и недорогих сетей на базе стандарта Ethernet IEEE 802.3. Данные коммутаторы позволяют строить масштабные сети с использованием как медных, таки волоконно-оптических каналов. Основными достоинствами коммутаторов серии RS являются возможность построения сетей с использованием отказоустойчивой кольцевой топологии на базе оптоволокна, поддержка работы линий связи большой протяжён ности и соединение сегментов сети с разными скоростями передачи. На верхнем уровне АСУТП УКПГ задействован маршрутизатор Cisco2611 для последующей передачи данных в РСПД ГПУ региональная сеть передачи данных газопромыслового управления. На нижнем уровне подключение контроллеров САУ технологических цехов в резервированное оптоволоконное кольцо (100Base-FX) осуществляется через концентраторы RSl-Fx. Передача данных от контроллеров САУ в оптоволоконное кольцо осуществляется по витой паре со скоростью 10 Мбит/с. Связь контроллеров и станций ввода/вывода организована посредством интерфейса GeniusBus с использованием протокола SNP (внутренний протокол для GE Fanuc). Обмен данными между станциями ввода/вывода и средствами низовой автоматики происходит по физическим линиям связи. Для обеспечения непрерывной работы ПТК предусматриваются централизованные источники питания с горячим резервированием для оборудования аппаратных технологических корпусов № 1, № 2 и ЗПА. Источники бесперебойного питания (ИБП) для периферийных контроллеров располагаются по месту. |