Автоматизацияя технических процессов. Улучшение качества регулирования
 Скачать 6.17 Mb.
|
|
Введение Автоматизация технологических процессов является решающим фактором в повышении производительности труда и улучшении качества выпускаемой продукции. Для нефтегазового комплекса автоматизация имеет особое значение, так как он является одной из ведущих отраслей Российской Федерации и в значительной степени определяет её экономическое развитие. Автоматизированные системы управления технологическими процессами являются высшим этапом комплексной автоматизации и призваны обеспечить существенное увеличение производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции и других технико-экономических показателей производства, а также защиту окружающей среды. Внедрение современных автоматизированных систем управления на предприятиях нефтегазовой отрасли позволяет обеспечить эффективную работу производств, повысить качество выпускаемой продукции, обеспечить безаварийность и экологическую безопасность производств, увеличить производительность труда. Создание эффективной автоматизированной системы управления является очень сложной задачей. Цель достигается посредством решения следующих основных проблем автоматизации: – улучшение качества регулирования; – повышение коэффициента готовности оборудования; – улучшение эргономики труда операторов процесса; – обеспечение достоверности информации о материальных компонентах, применяемых в производстве (в т.ч. с помощью управления каталогом) – хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях. Вышеперечисленные проблемы автоматизации решаются при помощи внедрения современных методов автоматизации. Направленных на повышение экономической и технологической эффективности производства 2 и уровня безопасности. Внедрения современных средств автоматизации, обладающих высокой надежностью и искусственным интеллектом, что позволяет не только эффективно собирать и обрабатывать информацию, но и самостоятельно принимать решения в случае изменения параметров технологического процесса. Автоматизация в рамках одного производственного процесса позволяет организовать основу для внедрения систем управления производством и систем управления предприятием. Целью данной выпускной квалификационной работы является модернизация автоматизированной системы управления осушкой газа на центральном пункте сбора группы месторождений «Ванкор». 3 1 Техническое задание на разработку автоматизированной системы технологического процесса осушки газа на ЦПС группы месторождений «Ванкор» 1.1 Назначение и цели создания 1.1.1 Назначение Вид деятельности АСУ ЦПГ – контроль и управления в реальном масштабе времени основным и вспомогательными технологическим процессом осушки газа. Объектами управления являются технологическое и вспомогательное оборудование цехов подготовки газа. АСУ ЦПГ предназначена для: – сбора, обработки и передачи информации о состоянии технологических параметров, исполнительных механизмов и прочего технологического оборудования; – управления исполнительными механизмами и вспомогательным оборудованием в автоматическом и автоматизированном режимах; – формирования и оперативного отображения видеокадров на щите оператора и на автоматизированных рабочих местах; – формирования предупредительных и предаварийных сигнализаций отклонения технологических параметров и показателей состояния оборудования от регламентных норм; – контроля и сигнализации загазованности в цехах подготовки газа при превышении заданных порогов НКПВ; – контроля и сигнализации возникновения пожара в цехах подготовки газа; – ведения базы данных реального времени, а также архивации и хранения истории состояния объекта с требуемого момента времени; – формирования и печати отчетных документов. АСУ ЦПГ является частью последовательно создаваемой единой распределенной системы управления ПГ. 4 1.1.2 Цели создания системы Основная цель создания АСУ ЦПГ – это разработка и внедрение в промышленную эксплуатацию современной, надежной, многофункциональной автоматизированной системы управления на основе серийно выпускаемых современных микропроцессорных аппаратно- технических средств, средств измерения технологических параметров и исполнительных механизмов нового поколения, которая обеспечивает: – автоматический контроль параметров технологического процесса, обеспечивающих штатный режим функционирования цехов подготовки газа в соответствии с утвержденным технологическим регламентом; – отображение основных параметров технологического процесса и состояния технологического оборудования цехов подготовки газа на щите оператора и АРМ-оператора; – дистанционное управление технологическим оборудованием, запорной арматурой цехов подготовки газа; – повышение надежности и безопасности технологического процесса подготовки газа и компрессорной станции в целом; – повышение оперативности контроля и управления технологическим процессом подготовки газа за счет повышения уровня достоверности, оперативности и информативности данных; – уменьшение материальных и энергетических затрат на эксплуатацию, ремонт и техническое обслуживание оборудования; – увеличение межремонтного периода технологического оборудования; – снижение трудоемкости управления технологическим процессом; – обеспечение качества подготовленного газа в соответствии с коммерческими требованиями; – обеспечение высокой экологической безопасности производства; – возможность развития и модернизации системы. 5 1.2 Характеристика объекта автоматизации В состав ЦПС входит цех подготовки газа, который предназначен для осушки газа до температуры точки росы -33. В состав технологического цеха подготовки газа входят: – 2 технологические нитки осушки газа; – 1 установка регенерации ТЭГа; Для ВКР будет выполнена автоматизация процесса осушки газа. Автоматизация процесса регенерации ТЭГа в данной работе не рассматривается. В состав каждой технологической нитки осушки газа входят: –абсорбер; – трубопроводы и запорные краны, предназначенные для подключения/отключения технологической линии; – запорный кран для сброса газа с технологической линии на факел.юж 1.3 Требования к АСУ ЦПГ АСУ ЦПГ должна быть спроектирована на базе АСУ ТП подготовки газа. Требования, предъявляемые к АСУ ТП подготовки газа, равнозначны требованиям, предъявляемым к АСУ ЦПГ. 1.3.1 Требования к АСУ ТП 1.3.1.1 Требования к структуре и функционированию АСУ ТП подготовки газа должна быть функционально законченной и автономной, а также полностью интегрированной в комплекс контроля и управления процессами подготовки и транспортирования газа. Структура системы должна соответствовать магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами и иметь распределенное программное обеспечение и базу 6 данных, доступную (с заданными ограничениями) всем абонентам локальной вычислительной сети. АСУ ТП подготовки газа должна создаваться как многоуровневая децентрализованная распределенная система управляющего типа. Распределенная система управления АСУ ТП подготовки газа должна включать в себя три уровня: – нижний (полевой) уровень – уровень первичного преобразования, передачи информации о технологических объектах и приема управляющих сигналов; – средний (контроллерный) уровень – уровень первичной обработки данных и выработки управляющих воздействий на исполнительные механизмы; – верхний (диспетчерский) уровень – уровень сбора, визуализации, реализации команд операторов, обработки и хранения данных. Информационные взаимосвязи между компонентами системы должны соответствовать стандартным физическим интерфейсам и протоколам связи. Связь датчиков и исполнительных устройств (механизмов) с контроллерами должна осуществляться по электрическим кабельным линиям связи. Система должна предусматривать возможность развития и модернизации по следующим направлениям: – расширения перечня решаемых задач; – информационного обмена со смежными и вышестоящими системами. Система должна иметь встроенные и переносные средства контроля и диагностирования, которые должны обеспечивать: – фоновый самоконтроль компонентов системы (контроллеры, рабочие станции операторов) в процессе функционирования, предназначенный для выявления функциональных отказов, возникающих в процессе функционирования системы; 7 – тестовый самоконтроль компонентов по включению или перезапуску, предназначенный для углубленного самоконтроля и выявления функциональных отказов при включении компонента; – контроль компонентов системы при проведении ремонтно- восстановительных работ. Для токовых аналоговых сигналов должна быть предусмотрена сигнализация обрыва линии. Для исполнительных механизмов должно быть предусмотрено определение состояния ошибки при получении противоречивой информации его состояния или по окончании максимально допустимого времени на срабатывание. 1.3.1.2 Требования к функциям, выполняемым АСУ ТП АСУ ТП подготовки газа должна выполнять следующие основные функции: – преобразование унифицированных аналоговых, частотных, дискретных и цифровых сигналов измеряемых величин в технологические параметры (давление, расход, температура, уровень и т.п.); – автоматический опрос аналоговых и дискретных датчиков КИПиА и нормирующих преобразователей; – линеаризацию (для сигналов измерения температур и расходов), масштабирование и, при необходимости, фильтрацию (сглаживание) и усреднение, фильтрацию сигналов от высокочастотных помех и выбросов; – масштабирование и перевод в действительные значения в соответствии с градуировочными характеристиками сигналов; – контроль достоверности информации, принятой от КИПиА; – циклическая проверка на достижение технологических и аварийных границ; – ведение базы данных; – отображение параметров технологического процесса на видеокадрах со звуковой и световой сигнализацией об отклонении параметров за 8 заданные границы и сигнализацией о неисправности исполнительных механизмов; – передачу предупредительных и предаварийных сигналов на АРМ- оператора; – прием сигналов управления от АРМ-оператора; – подготовка данных для передачи на сервер; – обработку управляющих сигналов по заданным алгоритмам; – формирование на основе логического управления и выдачу управляющих (дискретных и аналоговых) сигналов на исполнительные механизмы; – формирование уставок для регулирующих устройств; – формирование отчетов, трендов, сигнализаций. Управление должно осуществляться в автоматическом и автоматизированном режимах. Автоматическое управление должно предусматривать управление указанным оборудованием по заранее заданным алгоритмам. Дистанционное управление должно обеспечивать реализацию команд оператора с АРМ и осуществляться с применением специальных средств вывода и представления информации о выполнении команды. 1.3.1.3 Требования к безопасности Проектирование, монтаж, наладка, эксплуатация, обслуживание и ремонт технических средств АСУ ТП подготовки газа должны соответствовать требованиям, изложенным в документах: – «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей»; – «Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей»; – «Правила устройства электроустановок». По способу защиты человека от поражения электрическим током технические средства системы, находящиеся под напряжением, должны быть 9 защищены от случайного прикосновения к ним обслуживающего персонала, а сами технические средства должны подлежать защитному заземлению согласно ГОСТ 12.1.030-81. Места подключения защитного заземления должны располагаться на видном месте и четко обозначаться. Требования защиты человека от поражения электрическим током должны выполняться в соответствии с ГОСТ 12.2.007-75. Технические средства системы, устанавливаемые в помещениях класса В-1, В-1а, В-1б. В-1г содержащих взрывоопасные концентрации газов и паров с воздухом ПА, ПВ, ПС категории групп Т1…Т6 в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.011-78 должны соответствовать исполнению по взрывозащите 1ExsidIIBT3 по ГОСТ 22782.5-78. 1.3.1.4 Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту АСУ ТП подготовки газа должна быть рассчитана на круглосуточный режим работы. Виды, периодичность и регламент обслуживания технических средств должны быть указаны в паспортах составных частей системы. Ежедневное техническое обслуживание системы (внешний осмотр, внешний контроль работоспособности и локализация неисправностей) должно быть организовано дежурным персоналом. Для нормального функционирования вычислительной и микропроцессорной техники в помещениях, где должно располагаться оборудование АСУ ТП подготовки газа, должны быть обеспечены следующие условия: – температура воздуха – 5…30 °С; – относительная влажность воздуха – не более 75% при 20 °С и более низких температурах без конденсации влаги; 10 – запыленность воздуха в помещении – не более 0,3 мг/м 3 при размере частиц не более 3 мкм; – атмосферное давление от 84 до 107 кПа; – отсутствие в воздухе помещений агрессивных веществ, вызывающих коррозию; – электрическое сопротивление между корпусом любой составной части ПТК и землей (грунтом) должно быть не более 4 Ом в любое время года. Для обеспечения надежной работы оборудования АСУ ТП подготовки газа необходимо обеспечить оборудование системы напряжением питания переменного тока 220 В с нормально и предельно допустимыми отклонениями ±11 В и ±22 В от номинального напряжения, частотой 50 Гц с нормально и предельно допустимыми отклонениями ±0,2 Гц и ± 0,4 Гц. АСУ ТП подготовки газа должна быть обеспечена комплектом ЗИП на весь гарантийный срок (но не менее чем на два года эксплуатации). В период гарантийного обслуживания замена и ремонт вышедших из строя элементов АСУ ТП подготовки газа должен осуществляться за счет средств Поставщика при соблюдении условий эксплуатации организацией, эксплуатирующей АСУ ТП подготовки газа. В противном случае или в послегарантийный период промышленной эксплуатации ремонт поставляемого оборудования должен осуществляться силами Генерального заказчика. 1.3.1.5 Требование к сохранности информации Возможные основные ситуации, приводящие к потере информации и меры, обеспечивающие ее сохранность: – полное обесточивание всей системы – в этом случае источники бесперебойного питания должны обеспечить питание рабочих станций и контроллерного оборудования на время, достаточное для штатного завершения работы системы с целью сохранения информации и на время, 11 достаточное для запуска резервного источника питания. Кроме того, для рабочих станций должно быть предусмотрено периодическое копирование данных на внешние накопители, для ПЛК – использование энергонезависимых ОЗУ и ПП3У или источников бесперебойного питания; – обесточивание (отказ) отдельных контроллеров. В данном случае сохранность информации должна обеспечиваться за счет хранения текущей базы данных контроллеров в загрузочных файлах инженерной станции (сервера) и энергонезависимой памяти. Модули ввода/вывода при обесточивании (отказе) контроллера должны сохранять значения выходных сигналов для безударного ведения технологического процесса; – отказ рабочей станции не должен приводить к потере информации, необходимой для непосредственного управления процессом в автономном режиме. В данной ситуации отсутствует лишь отображение и накопление информации на этой конкретной станции; – отказ модуля ввода/вывода. В данной ситуации теряется связь с датчиком или исполнительным механизмом до момента восстановления работоспособности модуля. Отказ модуля ввода/вывода не должен приводить к использованию недостоверной информации для функций контроля, учета и управления. 1.3.1.6 Требования к стандартизации и унификации АСУ ТП подготовки газа должна обеспечивать прием аналоговых сигналов и перевод сигнала в технические единицы в соответствии с установленными значениями коэффициента масштабирования и смещения нуля, а также прием дискретных входных и выдачу дискретных выходных сигналов. В АСУ ТП подготовки газа должны быть использованы: – входные аналоговые сигналы с токовыми значениями 4…20 мА; – выходные аналоговые сигналы с токовыми значениями 4…20 мА; 12 – входные дискретные сигналы со значением входного сигнала 24В постоянного тока и 220 В переменного тока; – выходные дискретные сигналы со значением выходного сигнала 24В постоянного тока и 220 В переменного тока; – интерфейс последовательной передачи данных RS-232/485/422 с протоколом передачи данных Profibus DP; – интерфейс RJ45, используемый в локальных вычислительных сетях Ethernet, с протоколом передачи данных TCP/IP. 1.3.1.7 Требования к остальным видам обеспечения 1.3.1.7.1 Требования к математическому обеспечению Алгоритмы, входящие в состав математического обеспечения АСУ ТП подготовки газа, должны обладать полнотой и обеспечивать реализацию всех вышеперечисленных функций. Для реализации функций первичной обработки аналоговых сигналов должны применяться стандартные алгоритмы масштабирования, линеаризации, сглаживания, фильтрации и усреднения. При разработке алгоритмов регулирования технологических параметров необходимо учесть следующие требования: – необходимость остановки действующей (при снижении расхода) и/или пуска резервной (при увеличении) нитки, а также перераспределения нагрузок на нитках для оптимизации работы технологического оборудования; – регулирование перепада давления по входу в абсорбер для снижение температуры. Алгоритмы управления исполнительными механизмами должны представлять собой последовательность действий для дистанционного управления исполнительными механизмами, с целью выполнения условий, невыполнение которых может привести к нарушению режима функционирования отдельных агрегатов и установки в целом. 13 В алгоритмах математического обеспечения АСУ ТП подготовки газа также должно быть предусмотрено автоматическое включение резерва (там, где это требуется). Аварийная ситуация должна быть определена при достижении параметра аварийной границы. После обнаружения аварийной ситуации должна быть предусмотрена временная задержка перед срабатыванием системы ПАЗ (если же такова имеется). Время задержки должно быть определено на стадии техно-рабочего проектирования. Предаварийная ситуация должна быть определена при достижении параметра технологической границы. После обнаружения предаварийной ситуации система должна выдавать только сообщение оператору без автоматического управления исполнительными механизмами. Все типовые задачи, связанные со сбором, хранением и представлением информации, выдачей управляющих воздействий, должны быть реализованы в ПЛК на языках программирования, соответствующих требованиям стандарта IEC 61131-3. |