Проектирование автоматизированной системы управления насосными агрегатами днс2 с упсв ярайнерского месторождения
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА Кафедра Кибернетических систем специальность 220201 «Управление и информатика в технических системах» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКАк дипломному проекту на тему: «Проектирование автоматизированной системы управления насосными агрегатами ДНС-2 с УПСВ Ярайнерского месторождения» Дипломник гр. УИТСз-04-1, Гасанова В. Н. Руководитель ассистент каф. КС Шелест А. А. Консультанты: к.б.н., доцент каф. ПромЭко Булгакова Е. В. к. э. н., доцент каф. ЭкУП Вейнбендер Т. Л. Работа к защите допущена: Нормоконтроль: ____________ д.т.н., доцент каф. КС Пиндак А.В. Зав. кафедрой КС: д.т.н., проф. Кузяков О.Н. Дата защиты _________ Оценка___________ Тюмень 2010 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗАКафедра Кибернетических систем Ответственный за выпуск специальности УИТС, д.т.н., проф. Кузяков О.Н. __________________________________ «______»_____________________2010 г. Задание на дипломное проектирование Студентке Гасановой В. Н._____________________________________________ 1. Тема проекта утверждена приказом по университету от «29» марта 2010 г. № 109/102-а Проектирование автоматизированной системы управления насосными агрегатами ДНС-2 с УПСВ Ярайнерского месторождения________________ 2. Срок сдачи студентом законченного проекта «2» июня 2010 г. 3. Исходные данные к проекту Технологический регламент ДНС-2 с УПСВ Ярайнерского месторождения__ 4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) Характеристика автоматизированной системы управления__________________ Разработка автоматизированной системы управления ______________________ Оценка экономической эффективности проекта____________________________ Оценка безопасности и экологичности проекта____________________________ 5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 6. Консультанты по проекту (с указанием относящихся к ним разделов проекта) ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Экономический раздел ________________ Вейнбендер Т. Л., к.э.н., доцент каф. ЭкУП Задание: оценить экономическую эффективность проекта___________________ ____________________________________________________________________ Безопасность жизнедеятельности _____________ Булгакова Е. В., к.б.н., доцент каф. ПромЭко Задание: оценить безопасность и экологичность проекта____________________ ____________________________________________________________________ Дата выдачи задания "29" марта 2010г. Руководитель __________________ (Шелест А. А.) Задание принял к исполнению "29" марта 2010 г. (подпись студента)
Реферат Пояснительная записка содержит 85 страниц машинописного текста, 26 таблиц, 11 рисунков, список использованных источников – 23 наименований, 4 приложения. АВТОМАТИЗАЦИЯ, НАСОСНЫЙ АГРЕГАТ, ИЗМЕРЕНИЕ, РЕГУЛИРОВАНИЕ, УПРАВЛЕНИЕ, УРОВЕНЬ, ДАВЛЕНИЕ, ТЕМПЕРАТУРА, КОНТРОЛЛЕР, ДАТЧИК, ЭКРАН ОПЕРАТОРОВ, TRACE MODE. Объектом исследования является насосная станция ДНС-2 с УПСВ Ярайнерского месторождения. Цель проекта – разработка проекта автоматизации насосных агрегатов. Разработан проект управления насосными агрегатам, включающий в себя: выбор аппаратных средств; выбор средства разработки человеко-машинного интерфейса; создание программного обеспечения в пакете Trace Mode 6.06.3; оценку экономической эффективности проекта; оценку безопасности и экологичности проекта. Область применения: внедрение проекта возможно в ДНС-2 с УПСВ Ярайнерского месторождения. Содержание Введение 9 1Характеристика автоматизированной системы управления 10 1.1Характеристика объекта управления 10 1.2Назначение АСУ 10 2Проектирование автоматизированной системы управления 11 2.1Структура системы 11 2.2Комплекс технических средств нижнего уровня 11 2.2.1 Выбор средства измерения давления 11 2.2.2Выбор средства измерения температуры 14 2.2.3 Выбор сигнализатора уровня 15 2.2.1Выбор сигнализатора загазованности 17 2.3Средство управления и сбора данных 18 2.3.1 Функции контроллерных средств 18 2.3.2 Выбор контроллера 21 2.3.3 Выбор конфигурации контроллера 22 2.4Программное обеспечение автоматизированного рабочего места 23 2.4.1 Общие сведения 23 2.4.2Выбор средства разработки 28 2.4.3 Разработка экранов 35 2.4.4 Разработка программ 38 2.5Надежность системы автоматизации 40 2.5.1Требования к системе автоматизации 40 2.5.2Расчет основных показателей надежности 41 3Комплексная оценка экономической эффективности 45 3.1Расчет показателей экономической эффективности проекта 45 3.2Затраты на разработку 52 3.3Расчет затрат на разработку программного обеспечения 53 3.4Затраты на изготовление, внедрение и отладку системы 54 3.5Выводы по разделу 61 4Безопасность и экологичность проекта 62 4.1Характеристика условий труда 63 4.1.1 Микроклимат 64 4.1.2 Освещение 65 4.1.3 Шум и вибрации 67 4.1.4 Электробезопасность, молниезащита и защита от статического электричества 69 4.1.5 Пожаровзрывобезопасность 73 4.2Экологичность проекта 76 4.3Чрезвычайные ситуации 78 4.3.1 Характерные чрезвычайные ситуации для региона 78 4.4Перечень возможных чрезвычайных ситуаций в насосной станции 79 4.4.1 Расчет параметров ударной волны 80 4.4.2 Действия при ЧС 81 4.5Выводы 83 Заключение 84 Список использованных источников 85 Приложение А 87 Приложение Б 90 Приложение В 93 Приложение Г 97 Введение Современные нефтегазодобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров. Технологические объекты (скважины, групповые измерительные установки, сепарационные установки, сборные пункты, установки комплексной подготовки нефти и газа, резервуарные парки) связаны между собой через продуктивный пласт и поток продукции, циркулирующей по технологическим коммуникациям. Добыча нефти и газа производится круглосуточно, в любую погоду, поэтому для нормального функционирования нефтегазодобывающего предприятия необходимо обеспечить надежную работу автоматизированного оборудования, дистанционный контроль за работой технологических объектов и их состоянием. Внедрение автоматизированных систем управления (АСУ) технологическими процессами бурения скважин, добычи, подготовки и переработки нефти и газа обеспечивает повышение оперативности управления системой нефтегазового снабжения и объектами нефтяной и газовой промышленности, улучшение качества продукции, значительное повышение производительности труда [1]. Характеристика автоматизированной системы управления Характеристика объекта управления В состав технологического оборудования ДНС-2 с УПСВ входят две насосные станции: насосная внешней откачки (НВО) нефти НПС4; насосная перекачки пластовой воды (НПВ). В состав НВО входят 4 насоса ЦНСнА 300-480, из которых 3 рабочих и один резервный. В состав НПВ входят 3 насоса 1Д630-125, из которых один насос рабочий, остальные резервные. НВО предназначена для транспортировки нефти в напорный нефтепровод Ярайнерского месторождения. НПВ предназначена для транспортировки воды в КНС-2 Ярайнерского месторождения [2]. Назначение АСУ Система предназначена для выполнения следующих функций: местного контроля давления на приеме и выкиде насосных агрегатов; дистанционной индикации: давления на приеме и выкиде насосных агрегатов; давления нефти в трубопроводе на входе и выходе насосных станций; температуры подшипников насосных агрегатов; температуры гидропяты; перепада давления на фильтрах; состояния задвижек на приеме и выкиде насосных агрегатов; состояния вытяжных вентиляторов в помещениях насосных; состояния насосных агрегатов; аварийной сигнализации: пожара в насосных станциях; превышения предельного уровня в расширительной камере сбора утечек сальников насосных агрегатов; превышения 1-го и 2-го порога загазованности около насосных агрегатов; дистанционного управления: насосными агрегатами; вытяжными вентиляторами в насосных станциях; задвижками на приеме и выкиде насосных агрегатов. сохранения полученной информации в архивах; представления текущих и накопленных данных в виде графиков; формирования документации. Проектирование автоматизированной системы управления Структура системы В структуре системы выделены следующие уровни: нижний уровень - первичные приборы (датчики, преобразователи) на контролируемых объектах средний уровень - локальные системы контроля и управления (контроллеры); верхний уровень - уровень местного диспетчерского пункта на ДНС. Структура системы представлена на рисунке 1. Комплекс технических средств нижнего уровня Выбор средства измерения давления Для измерения давления проведем сравнительный анализ следующих датчиков: JUMO dTRANS p33 тип 404753; EJX430A; Метран 150.  Преобразователь давления JUMO тип 404753 предназначен для измерения давления неагрессивных и агрессивных газов, паров, жидкостей и пыли. Прибор работает по пьезорезистивному принципу измерений. Выходной сигнал представляет собой сигнал постоянного тока, прямопропорциональный входному давлению. Измерительный преобразователь давления тип 404753 удовлетворяет требованиям для взрывозащищенного оборудования группы II категорий 1/2 G/D для применения во взрывоопасных зонах 1 и 2, где взрывоопасность атмосферы обуславливается наличием горючих газов или паров ЛВЖ (Gas); во взрывоопасных зонах 20, 21 и 22, где взрывоопасность атмосферы обуславливается наличием горючих пылей или волокон (Dust). Подключение к процессу (штуцер для отбора давления) допускается монтировать в зоне 0. Взрывобезопасность II 1/2 GD EEx ia IIC T4…T6 Т/Та(T4) ≤ 95 °C; (T5)≤ 85 °C; (T6) ≤ 70 °C IP 65 Номинальные условия эксплуатации согласно DIN 16 086 и DIN IEC 770/5.3 Диапазон измерений 0-60МПа. Давление разрыва 10-кратный верхний предел измерений, макс. 2000 бар. Материал деталей, соприкасающихся с измеряемой средой: серийно нерж. сталь № 1.4436, 1.4571; при диапазонах ≥ 60 бар нерж. сталь № 1.4571, 1.4542; для опции 406 (исполнение зонд уровня) материал кабеля PE (полиэтилен). Выходной сигнал 4… 20 мА, двухпроводной. Дрейф нуля ≤ 0,3 % от конечного значения Температурный гистерезис для диапазонов измерения ≤ 600 мбар: ≤ ± 1 % от кон. знач.; для диапазонов измерения > 600 мбар: ≤ ± 0,5 % от кон. знач. Влияние температуры окружающей среды Для диапазонов 250 и 400 мбар: нулевая точка: ≤ 0,03 %/К норма,≤ 0,05 %/К макс. диапазон измерений: ≤ 0,02 %/К норма, ≤ 0,04 %/К макс. Для диапазонов от 600 мбар: нулевая точка: ≤ 0,02 %/К норма, ≤ 0,04 %/К макс. диапазон измерений: ≤ 0,02 %/К норма, ≤ 0,04 %/К макс. Отклонение характеристики ≤ 0,5 % от конечного значения (при установке граничной точки). Гистерезис ≤ 0,1 % от конечного значения. Нестабильность за год ≤ 0,5 % от конечного значения Напряжение питания DC 11... 28 B (из искробезопасной цепи). Остаточная пульсация: пики напряжения не должны быть меньше или больше приведенных выше знаний; макс. потребляемый ток 45 мА (при DC 24 В). Влияние напряжения питания ≤ 0,03 % от конечного значения. Допустимая температура окружающей среды 40… +85 °C. Температура хранения 40… +85 °C. Допустимая температура измеряемой среды 40… +85 °C (40… +200 °C при расширении типа 0004). Результаты сравнения сведены в таблицу 1. – Таблица сравнения датчиков давления
Как видно из таблицы, средства измерений имеют схожие характеристики. Выбираем средство измерения давления Метран 150 в поддержку российского производителя. Для измерение избыточного давления будем использовать Метран 150CG, а для измерения перепада давлений – Метран 150CD. Для измерения температуры проведем сравнительный анализ следующих датчиков: ТСП Метран-246; JUMO 90.1109; MBT 5310. Результаты сравнения сведены в таблицу 1. – Таблица сравнения датчиков давления
Выбор сигнализатора уровня По техническому заданию необходимо контролировать предельный уровень в расширительной камере сбора утечек сальников. Для этого были отобраны 3 вида сигнализаторов уровня, сравнительные характеристики которых приведены в таблице 3. – Сравнительная характеристика сигнализаторов уровня
Из приведённых сигнализаторов уровня выбран СУР-5 фирмы «Альбатрос», так как он обладает лучшими показателями по погрешности срабатывания и выигрывает по цене. Сигнализатор уровня СУР-5 состоит из датчика положения уровня ДПУ5 (рисунок 2) и вторичного преобразователя ПВС4 (рисунок 3).   Основные технические характеристики и условия эксплуатации датчика и вторичного преобразователя приведены в таблице 4. – Основные технические характеристики и условия эксплуатации датчика ДПУ5 и вторичного преобразователя ПВС4
Выбор сигнализатора загазованности При выборе комплекта стационарного сигнализатора обращают внимание на требования заказчика. Если нет определенных пожеланий, обычно применяют датчики загазованности СТМ-10 или СТМ-30. Преимущество этих датчиков определено большим сроком эксплуатации, невысокой ценой. Сравнение датчиков загазованности приведены в таблице 5. - Основные характеристика сигнализаторов загазованности
В качестве сигнализатора загазованности выбираем СТМ-10. Средство управления и сбора данных Функции контроллерных средств В настоящее время микропроцессорная техника внедряется во все сферы деятельности человека. И современную автоматизацию трудно представить без участия в ней микропроцессорных средств. Взять хотя бы компьютер, знакомый всем со школьной скамьи. А ведь этот самый компьютер - одно из важнейших программно-технических средств автоматизации. Есть еще одно микропроцессорное устройство, хорошо известное в кругу специалистов по автоматизации, - контроллер. Как и компьютер, контроллер - обязательный компонент любой современной системы управления. Контроллер получил свое название от слова control - управление. Уже из названия становится понятным, что основное назначение этого устройства - управление. Первая основная область применения контроллеров (80-е годы прошлого столетия) - дискретные системы управления, в основу функционирования которых положена логика. Так появилось название этих устройств, сохранившееся до настоящего времени - программируемые логические контроллеры (ПЛК). Следует отметить, что современные ПЛК далеко ушли в своем развитии от ранних представителей этого класса технических средств автоматизации. За последние 8-10 лет существенно расширились их функции и вычислительные возможности. Сегодня ПЛК способны решать задачи по управлению сложными объектами как в непрерывных, так и в дискретных производствах. В иерархии уровней АСУТП (автоматизированной системы управления технологическими процессами) ПЛК занимают определенный уровень - первый или нижний. На их основе строятся системы автоматического управления (САУ) отдельными аппаратами, установками или блоками технологического процесса. Функционирование САУ происходит без постоянного присутствия обслуживающего персонала в автоматическом режиме по алгоритмам и программам, созданным на стадии проектирования системы управления (прикладное ПО - программное обеспечение). Объект управления в этой иерархии представлен измерительными преобразователями (ИП) различных технологических параметров - давления, уровня, температуры, расхода и т.д., а также исполнительными устройствами (ИУ) - регулирующими клапанами, кранами, задвижками. С помощью этих технических средств САУ осуществляют сбор данных, характеризующих состояние объекта, и реализуют управляющие воздействия на объект в целях обеспечения заданных (экономически целесообразных) режимов его функционирования. Уровень оперативно-производственной службы (ОПС) - в дальнейшем изложении материала второй или верхний уровень АСУТП - реализует оперативное и режимное управление технологическим процессом. Основные составляющие этого уровня -оперативный персонал (операторы, диспетчеры, специалисты) и «свои» программно-технические средства. К их числу, преждевсего, относятся компьютеры, на базе которых создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов и специалистов, и серверы баз данных, в основу функционирования которых положено прикладное ПО. Присутствие оперативного персонала на этом уровне и определило само название системы - АСУТП (автоматизированная система управления технологическим процессом). Понятие «автоматизированная» по определению предполагает участие человека в управлении. Таким образом, АСУТП - это человеко-машинная система. В небольших системах управления локальные ПЛК могут напрямую по сети взаимодействовать с сервером и АРМ (без ин-терфейсного контроллера). Но имеется достаточно большое число проектов АСУТП, предусматривающих в своей структуре интерфейсные контроллеры (концентраторы). Примеры таких проектов будут рассмотрены в последних разделах учебника. В зависимости от задач, решаемых системой управления, контроллеры способны выполнять широкий набор функций. К основным (базовым) функциям локальных контроллеров относятся: сбор и первичная обработка информации о параметрах технологического процесса и состоянии оборудования; хранение технологической и вспомогательной информации; автоматическая обработка технологической информации; формирование управляющих воздействий - дискретное управление и регулирование; исполнение команд с пункта управления; самодиагностика контроллера; обмен информацией с верхним уровнем управления. Функция «Сбор и первичная обработка информации» подразумевает: циклический опрос устройств связи с объектом (УСО); аналогово-цифровое преобразование сигналов; первичную обработку сигналов для компенсации воздействия помех (фильтрация сигналов); определение достоверности информации по отклонениям сигналов датчиков за пределы измерительного диапазона. Функция «Хранение технологической и вспомогательной информации» обеспечивает запись и хранение в памяти контроллера технологических данных и данных, обеспечивающих заданный режим работы технологического оборудования. Данная функция также обеспечивает сохранность информации при отказах технических средств или питания. Реализация функции «Автоматическая обработка технологической информации, формирование управляющих воздействий» предполагает дискретное управление в соответствии с алгоритмами управления, разработанными на этапе проектирования системы, и регулирование (стабилизация технологических параметров на заданном уровне) по стандартным (П, ПИ, ПИД) или специализированным алгоритмам. Функция «Исполнение команд с пункта управления» обеспечивает возможность вмешательства оперативного персонала в автоматическое ведение технологического процесса. При этом оперативный персонал может осуществлять пуск, отключение, переключение технологического оборудования, а также выполнять режимное управление процессом - задавать уставки регулирования, уровни срабатывания блокировок, сигнализаций, алгоритмов автоматического ввода резервного оборудования и др. Функция «Самодиагностика контроллера» включает в себя проверку работоспособности как технических, так и программных средств контроллера с оповещением оперативного персонала. Функция «Обмен информацией» является одной из важнейших функций контроллера. Эта функция осуществляется в автоматическом режиме и реализуется специализированными средствами контроллера с использованием протоколов приема/передачи данных. Выбор контроллера Для реализации среднего уровня сравним следующие контроллеры: i-8810; Simatic S7-300; CompactLogix. Для выбора контроллерного средства составим таблицу сравнения. Сравнительная таблица контроллерных средств
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||