Группа резервуаров Горкинского товарного парка НГДУ "Лениногорскнефть"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

товарный парк технологический

Средства автоматизации выполняют ряд функций, без которых невозможны процессы приема, налива различных компонентов моторных топлив производимых на технологических установках и отпуска потребителям. Это такие функции как измерение, отображение и регистрация параметров технологического процесса (температура, давление, расход, уровень, состав жидкостей и газа) и передача управляющих воздействий человека-оператора на технологический процесс. От того насколько эффективно выполняются эти функции, зависят технико-экономические показатели предприятий и безопасность технологического процесса для людей и окружающей среды.

Актуальность создания автоматизированных систем управления значительно возросла в последнее время в связи с повышением стоимости нефти, энергоресурсов, реагентов, затрат на содержание обслуживающего персонала и поддержание экологии окружающей среды.

Цель данного дипломного проекта модернизация системы автоматизации товарного парка путем замены существующих средств измерения.

Задачами дипломного проекта являются:

- изучение технологических процессов товарного парка;

- выбор необходимых средств измерений;

- модернизация системы управления технологическими процессами товарного парка на базе распределенной системы управления Centum CS3000 компании Yokogawa;

- оценка надежности комплекса технических средств автоматизации.

При работе над дипломным проектом использовались материалы НГДУ «Лениногорскнефть».



1. Описание технологического процесса

1.1 Назначение и состав Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть»

Резервуары предназначены для приема, хранения и отстаивания нефти от пластовой воды. Откачка нефти из резервуаров осуществляется центробежными насосами. Дренажные емкости Е-1, Е-2 предназначены для сбора подтоварной воды и эмульсии из резервуаров.

Резервуарный парк включает в себя:

- блок сепарации;

- установку комплексной подготовки нефти (УПКН);

- манифольдную с насосами ЦНС-300х360;

- 3 резервуара РВС-5000 с подогревателями, входными и выходными электрозадвижками. Резервуары стальные, их объём 5000 мі, высота 12 м;

- 9 резервуаров ЖБР-5000 со входными и выходными электрозадвижками. Резервуары железобетонные заглубленные цилиндрические, их объём 5000 мі, высота от поверхности земли - 6 м;

- дренажные емкости Е-1, Е-2 с насосами ЦНС-60х198 и электрозадвижками;

- установку улавливания легких фракций УЛФ-2;

- узел учета нефти №220;

- трубопроводную обвязку с ручной арматурой, оборудование КИП и А.

1.2 Описание технологического процесса и технологическая схема Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть»

Структурная схема Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть» представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть»

Водогазонефтяная смесь с цехов добычи нефти и газ (ЦДНиГ) №2 поступает в горизонтальные сепараторы первой ступени сепарации №1, 2 и 3, где происходит ее сепарация. Отделившийся газ через газовый осушитель №4 отправляется на газокомпрессорную станцию №4. Частично дегазированная жидкость - нефть, пластовая вода из сепараторов первой ступени сепарации и ЦДНиГ №3 КЦСП через узел бригадного учета, под давлением 4,0-5,0 кгс/см² направляется в концевой делитель фаз (КДФ) на Горкинскую УКПН.

Уровень жидкости в газосепараторах поддерживается с помощью поплавковых регуляторов уровня, установленных на выкидном патрубке по жидкости. Регулирование отбора газа и предохранение газопровода от попадания в него нефти осуществляется с помощью крана и поплавка, смонтированных внутри сепараторов, на выходном патрубке по газу. В процессе эксплуатации ступени сепарации в газоосушителе накапливается нефть. По мере накопления, нефть выдавливается газом в канализацию.

Обезвоженная, обессоленная стабильная нефть с содержанием воды до 1%, солей до 300 мг/л с Горкинской УКПН поступает через манифольдную в 9 железобетонных резервуаров ЖБР-5000 куб. м и РВС-5000 - 3 шт. В железобетонных резервуарах и РВС-5000 нефть отстаиванием доводится до товарной кондиции с содержанием воды менее 0,5%, солей не более 100 мг/л.

Отстоявшаяся вода и эмульсия с ЖБРов сбрасывается по дренажным линиям в две емкости по 200 куб. м каждая, откуда насосами типа ЦНС-60х198 откачивается на прием концевого делителя фаз ГУКПН.

Замер уровня жидкости в резервуарах осуществляется системой резервуарного учета типа РУПТ. Качество нефти в ЖБР определяется отбором проб с разных уровней резервуара, ручным пробоотборником.

Подготовленная до товарной кондиции нефть насосами типа ЦНС 300х360 откачивается из железобетонных резервуаров через узел учета нефти №220 в Ромашкинское нефтепроводное управление. Узел учета №220 предназначен для проведения учетно-расчетных операций между поставщиком товарной нефти (НГДУ «Лениногорскнефть») и покупателем (Ромашкинским РНУ) и выполняет следующие функции:

- измеряет количество нефти в массовых и объемных единицах;

- измеряет и показывает текущее значение плотности;

- сигнализирует об отказе плотномера;

- автоматически отбирает пробу нефти для лабораторного анализа.

1.3 Характеристика изготовляемой продукции, исходного сырья, материалов, полуфабрикатов

Характеристика изготовляемой продукции, исходного сырья, материалов, полуфабрикатов представлена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Характеристика изготовляемой продукции, исходного сырья, материалов, полуфабрикатов

Наименование	ГОСТ или ТУ	Показатель по ГОСТ или ТУ	Показатели, обязательные для проверки
Исходное сырье
Водогазонефтяная смесь с ЦДНИГ №2, 3	-	-	Содержание: а) воды - 95 об.%; б) хлористых солей - 1000…100000 мг/л.
Стабильная нефть с ГУКПН	ТУ39-1623-93	Содержание воды по ГОСТ 2477-65. Содержание хлористых солей по ГОСТ 21534-76.	Содержание: а) воды - не более 0,5%; б) хлористых солей - не более 100 мг/л.
Готовая продукция:
Стабильная товарная нефть	ТУ39-1623-93	Содержание воды по ГОСТ 2477-65. Содержание хлористых солей по ГОСТ 21534-76.	Содержание: а) воды - не более 0,5%; б) хлористых солей - не более 100 мг/л.

1.4 Нормы технологического режима работы Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть»

Нормы технологического режима работы Горкинского товарного парка представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Нормы технологического режима работы Горкинского товарного парка

Наименование показателя	Рабочее значение	Допустимое значение	Средства контроля
Производительность по жидкости, м3/сут	4000	12000	Турбинный счетчик типа «НОРД»
Давление на: - буллитах I ступени сепарации, кг/см2 - буллите осушки газа, кг/см2	3,8 1,0	6,0 1,5	Технический манометр
Перепад давления на турбинных счетчиках типа «НОРД», кг/см2	0,3	0,5	Технический манометр
Перепад давления на фильтрах узлов учета, кг/см2	0,5	1,0	Технический манометр
Высота взлива в железобетонных резервуарах по товарной нефти, м	5,10	5,30	РУПТ
Качество нефти: - сырье на УКПН, % - товарной нефти: 1) воды, % 2) солей, мг/л 3) температура, 0С	85-90 0,5 100 20-35	- 1,0 900 45	Лаборатория Лаборатория Лаборатория Технический термометр

1.5 Требования к управлению технологическим процессом в Горкинском товарном парке

Основными требованиями к системе контроля и управления товарным парком являются:

- управление процессами налива и откачки резервуаров через управляемые электрозадвижки;

- коллективный учет нефти;

- защита резервуаров по предельному уровню;

- защита насосного оборудования;

- сигнализация образования взрывоопасных концентраций паров углеводородов, в наиболее вероятных местах утечки.

В связи с рассредоточенностью оборудования на большой площади необходима система централизованного контроля и коллективного учета осуществления двух видов операций:

- контрольно-оперативные;

- товарно-учетные.

Контрольно-оперативная информация используется для выработки немедленно реализуемого управляющего воздействия и характеризует состояние объекта в текущий момент времени. Такая информация требует высокого быстродействия.

Товарно-учетная информация необходима для получения объективной информации (коммерческой и учетной) и должна быть точной и достоверной.

Требования к управлению товарным парком определяются следующими особенностями:

- большим расстоянием между обслуживаемым оборудованием;

- высокие требования к пожаро - и взрывозащищенности аппаратуры;

- высокие скорости заполнения и откачки резервуаров, не менее 50 сантиметров за 60 секунд.

- необходимостью управления большим количеством электрозадвижек (68 единиц).

При больших скоростях наполнения резервуаров, учитывая опасность перелива, необходима установка дополнительных сигнализаторов предельного уровня, обеспечивающих автоматическое отключение насосов, а также закрытие электроуправляемых задвижек. При наливе, закрытие подводящих к резервуарам трубопроводов и открытие на трубопроводе в резервную емкость электрозадвижек.

При больших скоростях откачки, учитывая опасность образования вакуума и сдавливания резервуаров, необходима сигнализация предельного значения вакуума, обеспечивающая автоматическое отключение насосов, а также закрытие электроуправляемых задвижек.

Централизация контроля и управления товарного парка предусматривает концентрацию в операторной следующей информацией:

- измерение уровня в резервуарах;

- сигнализация минимального и максимального технологических уровней;

- сигнализацию срабатывания противоаварийных защит по переливу и повышению давления на подводящих и отводящих трубопроводах;

- измерение температуры жидкости в резервуарах и в насосах;

- управление электрозадвижками и сигнализацию их положения.

В настоящее время для отображения и регистрации технологических параметров используются многоточечные приборы КСП-4. Чтобы посмотреть показания определённого параметра в данный момент времени, необходимо подождать полного прохождения цикла переключения до этого параметра. Это занимает примерно от 3 до 8 минут.

Для подготовки пуска насосного агрегата необходимо произвести осмотр показаний датчиков по нескольким показывающим приборам. Это, естественно, неудобно.

Для нормального или аварийного отключения насосных агрегатов и закрытия или открытия электрозадвижек на входных и выходных трубопроводах насосов необходимо вмешательство технологического персонала.

Положение электрозадвижек в позициях «Открыто» или «Закрыто» отображается только по сигнализирующим устройствам, а управление электрозадвижками производится с щита операторной и для каждой индивидуально.

При наливе или откачке нефтепродукта необходимо следить за его уровнем в резервуарах. Для измерения уровня используется система резервуарного учета типа РУПТ.

При срабатывании сигнализации по нижнему или верхнему параметру необходимо вмешательство технологического персонала для отключения насосного агрегата и закрытия соответствующих электрозадвижек.

Система сигнализации, выполненная по релейной схеме, физически устарела.

Для измерения температуры в резервуарах используются термометры сопротивления ТСМ-100М.

Поэтому, в связи с устаревшей системой автоматизации ведения технологического процесса, которая не способна удовлетворить вышеперечисленные требования, предоставлением обслуживающему персоналу товарного парка технологической информации в наиболее адаптированном для восприятия и управления виде, предлагается распределенная система управления (РСУ) технологическим процессом Centum CS3000, компании Yokogawa.



2. Патентная проработка

2.1 Выбор и обоснование предмета поиска

В дипломном проекте одним из рассматриваемых вопросов является модернизация системы автоматизации Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть», которая должна обеспечивать более точное определение уровня нефти в различных резервуарах. Для измерения уровня нефти предполагается использование радарного уровнемера, поэтому при проведении патентного поиска особое внимание было уделено поиску и анализу уровнемеров, обеспечивающих непрерывное преобразование значения измеряемого параметра в унифицированный токовый сигнал дистанционной передачи.

2.2 Регламент патентного поиска

Патентный поиск проводился с использованием фондов УГНТУ по источникам патентной документации Российской Федерации, была выбрана глубина поиска 3 года (2009-2011 гг.). Поиск проводился по индексу международной патентной классификации (МПК) - G01F 23/284 «Индикация или измерение уровня жидких, газообразных или сыпучих тел с помощью электромагнитных волн».

При этом были использованы следующие источники патентной информации:

- полные описания к патентам Российской Федерации;

- документы справочно-поискового аппарата;

- официальный бюллетень Российского Агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения» [4].



2.3 Результаты поиска

Результаты просмотра источников патентной документации приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты патентного поиска

Страна	Индекс МПК	Номера просмотренных патентов	Выявленные аналоги
Россия	G 01 F 23/284	2315961-2410650	№2410650 «Измерение уровня материала в резервуаре» №2327958 «Устройство для измерения уровня на основе радиолокации» №2327117 «Устройство для определения контроля уровня среды в резервуаре»

2.4 Анализ результатов патентного поиска

Анализ просмотренных аналогов показал следующее.

Измерение уровня материала в резервуаре по патенту №2410650. Датчик для измерения уровня содержит зоны с повышенной погрешностью измерения, вызванной наличием мешающего отражателя, производится формирование значений логарифма функции правдоподобия, имеющего многоэкстремальный характер и нахождение локального экстремума логарифмы функции правдоподобия, соответствующего истинному значению уровня, путем варьирования времени задержки эталонного сигнала в пределах, соответствующих двум границам положений измеряемого уровня, отличающихся от значения уровня, предсказанного по предыдущим измеренным значениям, не более чем на половину длины волны несущего колебания в обе стороны. При таком формировании границ происходит постоянное слежение за одним и тем же экстремумом логарифмы функции правдоподобия, соответствующим истинному положению уровня среды. Фазу эталонного сигнала для вычисления логарифмы функции правдоподобия определяют по предварительно измеренной фазочастотной характеристике измерительного прибора или принимают равной фазе максимальной спектральной составляющей сигнала разностной частоты, вычисленной на границе зоны с повышенной погрешностью измерения. По полученному значению времени задержки отраженного сигнала, соответствующего максимуму, вычисляется дальность до поверхности материала. Для определения границ зон с повышенной погрешностью измерения производится предварительное обучение, при котором на пустом резервуаре определяется положение всех мешающих отражателей и в окрестности каждого из них указываются две границы зон с повышенной погрешностью, отличающиеся от расстояния до соответствующего мешающего отражателя на утроенную величину элемента разрешения частотно-модулированного сигнала с заданной девиацией частоты.

Технический результат - повышение точности измерения уровня при наличии мешающих сигналов, вызванных отражениями от элементов конструкции резервуара.

Устройство для измерения уровня на основе радиолокации по патенту №2327958. Датчик для измерения уровня на основе радиолокации включает в себя передатчик для передачи микроволнового сигнала в виде определенной моды в трубу, сквозь газ, в направлении поверхности жидкости, приемник для приема микроволнового сигнала, отраженного от поверхности жидкости и распространяющегося сквозь трубу в обратном направлении, и устройство обработки сигнала для вычисления уровня жидкости на основе данных о времени распространения переданного и отраженного микроволнового сигнала. Чтобы, по существу, исключить влияние на вычисленное значение уровня диэлектрической постоянной газа, находящегося над жидкостью, передатчик выполнен с возможностью передачи микроволнового сигнала в некоторой полосе частот, при которой групповая скорость распространения в трубе микроволнового сигнала в виде определенной моды, по существу, не зависит от диэлектрической постоянной в определенном интервале ее значений.

Технический результат: исключение влияние на вычисленное значение уровня диэлектрической постоянной газа, находящегося над жидкостью.

Устройство для определения контроля уровня среды в резервуаре по патенту №2327117. Датчик относится к области измерительной техники и предназначено для определения и / или контроля уровня среды в резервуаре. Изобретение направлено на создание устройства, пригодного для применения в области высоких температур и / или высоких давлений. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что в изобретении вводной блок состоит, по меньшей мере, из одного первого проводящего элемента и одной уплотнительной керамической детали, причем уплотнительная керамическая деталь размещена в качестве в высокой степени химически устойчивого, температуроустойчивого и / или устойчивого к давлению отделения от процесса в области между обоими проводящими элементами вместе с первым уплотнением, расположенным между первым проводящим элементом и керамической уплотнительной деталью, вместе со вторым уплотнением, установленным между керамической уплотнительной деталью и вторым проводящим элементом, причем первое уплотнение и / или второе уплотнение выполнено в виде графитовой сальниковой набивки. Предусмотрен стеклянный ввод в качестве газонепроницаемого отделения от процесса в области между керамической уплотнительной деталью и регулирующим / обрабатывающим блоком. Пространство вокруг внутреннего проводящего элемента и внешнего проводящего элемента, которое находится между керамической уплотнительной деталью и стеклянным вводом, почти полностью наполнено диэлектрическим материалом. Также предусмотрена керамическая опорная деталь для предотвращения проворачивания или сдвига под влиянием осевых растягивающих или давящих усилий, а также радиальных усилий, воздействующих на внутренний проводящий элемент.

Таким образом, проведенный патентный поиск показал целесообразность применения радарного датчика уровня.



3. Автоматизация Горкинского товарного парка

3.1 Назначение, функция, общее описание системы автоматизации

Автоматизированная система управления Горкинским товарным парком НГДУ «Лениногорскнефть» предназначена для:

- обеспечения безопасного ведения технологического процесса с максимальным снижением вероятности возникновения аварийных ситуаций;

- обеспечения качества и быстродействия регулирования и, как следствие, достижения высокого уровня стабилизации технологических режимов;

- обеспечения надежной работы самой системы управления за счет применения современных технических устройств на основе электронных и вычислительных средств и наличия самодиагностики;

- облегчения условий и повышения культуры труда технологического персонала за счет предоставляемого системой сервиса;

- уменьшения количества выполняемых технологическим персоналом функций за счет их автоматизации.

Ключевым критерием качества работы АСУТП является стабильность заданных характеристик технологического процесса с учетом противоаварийной защиты для всех стадий технологического процесса.

Проектируемая автоматизированная система управления товарным парком обеспечивает выполнение следующих основных функций:

- функций управления технологическим процессом, в том числе блокировки;

- информационные функции;

- функции обслуживания системы.

При этом АСУТП использует логическое управление:

- автоматическое включение насоса откачки при превышении уровня в дренажных емкостях и резервуарах, отключение насоса при достижении минимального уровня в этих емкостях;

- автоматическое закрытие задвижки на входе в парк при достижении в нем аварийного верхнего уровня;

- автоматическое включение вентилятора в помещениях при превышении уровня загазованности 10% от нижнего предела взрываемости;

- автоматическое отключение питания агрегатов при возникновении пожара или загазованности помещении выше 50% от нижнего предела взрываемости.

Система выполняет функции обеспечения технологических защит, таких как:

- автоматическая остановка насосов при понижении или повышении заданных предельных значений давления на выкиде насосов;

- автоматическая остановка двигателей насосов при превышении заданных предельных значений температуры подшипников двигателя или насоса;

- автоматическая остановка насоса откачки дренажной емкости при превышении уставки по температуре в ней.

Информационные функции АСУТП заключаются в сборе и предоставлении оператору информации от измерительных приборов о значениях технологических параметров, проведении сравнения их с заданными границами и в случае выхода значения какого-либо параметра за допустимые границы сигнализации об этом оператору. По запросу оператора информация на экран монитора выводится в виде мнемосхем с индикацией на них значений технологических параметров и их отклонений от нормы, стандартных видеограмм, графиков и таблиц, текстовых сообщений, отчетов.

При этом система обеспечивает автоматическое выполнение следующих неоперативных информационных функций:

- ведение оперативной документации (сводок, рапортов);

- накопление и хранение ретроспективной информации о ходе технологического процесса, состоянии Системы, расчет и хранение статистических данных;

- представление информации по запросам.

Период накопления информации: смена, сутки, месяц, квартал, год.

Функции системы в области ее обслуживания заключаются в возможности изменения уставок и блокировок, параметров регулирования и т.д. Доступ к данным инженерным функциям защищен паролем.

Технологию сбора и обработки данных технологических процессов Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть» предлагается реализовать на интегрированной системе автоматизированного управления Centum CS3000.

Предлагаемая система автоматизации на основе системы управления Centum CS3000 фирмы Yokogawa Electric (Япония) обеспечивает централизацию управления с использованием современных средств контроля, и автоматического регулирования на базе вычислительной и микропроцессорной техники, высоконадежных электронных устройств и аппаратуры, позволяющих осуществлять управление установкой, защитные блокировки и сигнализацию в соответствие с требованиями «Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» ПБ 09-540-03.

Centum CS3000 является полнофункциональной распределенной системой управления технологическим процессом. Полевые устройства Foundation Fieldbus, контроллеры и рабочие станции работают совместно в составе системы, обеспечивая управление каждый на своем уровне.

3.2 Структура предлагаемой АСУТП

Распределенную систему управления технологическим процессом Centum CS3000 образуют следующие компоненты:

- полевая дублированная станция управления участком FCS 101 (один шкаф);

- станция оператора HIS (два моноблока);

- проектировочная станция инженера (один моноблок);

- релейные блоки (2 шкафа);

- искробезопасные барьеры (1 шкаф);

- кроссовые клеммники (3 шкафа).

Структурная схема системы Centum CS3000 представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы Centum CS3000

Оператор следит за ходом технологического процесса по графическим изображениям объекта (мнемосхемам). Для каждого элемента управления (насоса, клапана и др.) в системе существует программный модуль, отвечающий за его работу. В функции этого модуля входит

- отображение информации о состоянии объекта;

- управление объектом (в автоматическом режиме);

- передача командных сигналов, выданных оператором или системой, в контроллер;

- выдача аварийных сообщений в случае какого-либо отклонения от нормы.

Каждый прибор имеет свое уникальное системное имя, название и так называемую панель управления. Она представляет собой специальное окно, с помощью которого можно наблюдать за состоянием прибора, а также управлять им. В системе существуют несколько групп сообщений:

- аварийные сообщения о технологическом процессе;

- системные сообщения;

- информационные сообщения.

Выдача любого сообщения сопровождается звуковым сигналом.

Имеется общий архив, в который помещается вся информация о работе системы за некоторый период. Каждая операция оператора или системы над каким-либо прибором отражается в этом архиве. В систему входят средства для хранения и отображения данных за достаточно большие промежутки времени. К ним относятся тренды (графики) и рапорта.

К каждому пульту оператора подключены принтеры (локально и по сети), позволяющие вывести на печать практически любую информацию о работе системы.

Основные достоинства системы:

- гибкая система резервирования, позволяющая резервировать:

1) элементы центрального процессора;

2) системные интерфейсы;

3) системные магистрали передачи данных;

4) модули ввода / вывода;

5) коммуникационные модули;

6) модули Foundation Fieldbus;

- гибкая конфигурация каждого рабочего места оператора с возможностью независимого накопления исторической информации;

- доменный принцип организации позволяет организовать истинно распределенное управление;

- высокая плотность модулей ввода / вывода (64-х канальные модули дискретных сигналов). Большой объем оперативной памяти контроллеров (до 32 Мбайт);

- возможно применение 2-х экранных консолей с ЖК-дисплеями;

- рабочее место оператора комплектуется сенсорной клавиатурой, которая позволяет осуществлять прямой доступ к любому технологическому окну путем нажатия функциональной клавиши;

- связь с подсистемами верхнего и нижнего уровней:

1) передача информации в общезаводскую сеть с использованием протокола OPC;

2) связь с подсистемами нижнего уровня (PLC, SCADA);

- функция виртуального тестирования, позволяющая выполнять отладку прикладного программного обеспечения:

1) без подключения контроллеров;

2) с подключением контроллеров;

В качестве программируемого логического контроллера противоаварийной защиты ПАЗ используется полевая дублированная станция управления FCS 102.

Полевая станция управления обеспечивает управление в ручном и автоматическом режимах регулирования работой всей установки.

Для обеспечения высокой надежности работы станций предусмотрены двойное резервирование центрального процессора, блока питания и внутренней информационной шины модулей ввода / вывода.

Станции оператора HIS используются для управления и контроля переменных процесса, управляющих параметров и сигнализации, которые необходимы для оценки рабочего состояния установки. Конструктивно станция оператора выполнена в виде моноблочной конструкции с двумя дисплеями, что обеспечивает одновременное отображение различных по структуре панелей, например, мнемосхему управления насосами и группу трендов технологических параметров.

При необходимости на HIS пользователи могут инсталлировать и запускать функции управления и контроля и / или функции инжиниринга. Для присоединения к сети Vnet/IP используют интерфейсную плату шины управления V1701.

Персональный компьютер (HIS ENG) с функциями проектирования используется для генерирования системы CENTUM CS 3000 и осуществляет управление техническим обслуживанием.

Связь между компонентами 1-го и 2-го уровней АСУТП осуществляется электрическими сигналами: кодовые сигналы, аналоговые сигналы, дискретные сигналы.

Связь между компонентами 2-го уровня - посредством специализированной, дублированной, информационной промышленной сети V-Net большой производительности, обеспечивающей полный цикл обмена данными между компонентами в пределах одной секунды. Обмен информацией осуществляется автоматически.

РСУ и ПАЗ функционируют как независимые структуры, имеют раздельные каналы получения информации и выхода на исполнительные механизмы.

Для повышения надежности системы ПАЗ предусмотрены независимые датчики с раздельными точками отборами.

Работа РСУ не влияет на работу системы ПАЗ, как в нормальном режиме работы, так и в случае нарушения своей работоспособности.

Для улучшения помехозащищенности по цепям питания установлен силовой развязывающий трансформатор мощностью 15 КВА, между выходом ИБП и шкафом распределения питания ШРП.

Ядром АСУТП Centum CS 3000 являются дублированные (резервированные) полевые станции управления (FCS): AFV10D - сдвоенные блоки управления КИПиА, для сети Vnet/IP, FIO, 19» монтаж в стойку.

Станция FCS контролирует технологический процесс и управляет соединениями с подсистемами, например, с программируемыми логическими контроллерами (ПЛК).

Сеть Vnet/IP представляет собой управляющую шину, отвечающую требованиям стандарта IЕЕЕ802.3. Скорость передачи данных по линии составляет 1 Гбит/с. Конфигурация шины Vnet/IP снабжена резервированием (рисунок 3.2). На шине 2 осуществляется связь управления и открытая связь с различными стандартизованными Ethernet-протоколами.

В системе CS 3000 то оборудование, которое находится внутри какой-либо зоны, не имеющей внешних соединений с помощью устройств типа маршрутизаторов, переключателей уровня 3 и т.п., называется доменом. К одному домену может быть присоединено до 64 устройств, подключенных к сети Vnet/IP. Устройства, подключаемые к сети Vnet/IP, включают оборудование с интерфейсными платами управляющей шины V1701, входящие в состав ПК общего назначения, FCS для маршрутизаторов сетей Vnet/IP и Vnet. Пример максимальной конфигурации сети приведен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.2 - Конфигурация сети Vnet/IP



Ниже приведен перечень наших устройств специального назначения, подключаемых к Vnet/IP:

- HIS - станция оператора

- FCS - станция управления КИПиА

- APCS - усовершенствованная станция управления процессом

- GSGW - пакет программ для шлюза основной подсистемы

- Exaopc - интерфейсный пакет OPC

- PRM - сервер связи с устройствами КИПиА для Менеджера ресурсов КИП

- AVR10D - маршрутизатор сети Vnet.

Рисунок 3.3 - Максимальная конфигурация сети

Кроме перечисленных, со стороны шины 2 можно присоединить до 124 других Ethernet-устройств общего назначения (включая интеллектуальные сетевые устройства).

Сеть Vnet/IP является сетью управления процессов в реальном времени и применяется для соединения элементов системы. Сеть Vnet/IP поддерживает два типа соединений: соединений управляющей шины и открытых соединений.

Сеть Vnet/IP всегда имеет двойное резервирование. Как правило, соединения управляющей шины выполняются с помощью шины 1. Открытые соединения выполняются с помощью шины 2. Если со стороны шины 1 появляется ошибка управления соединениями, соединения управляющей шины должны выполняться через шину 2. Для сетевой связи сети Vnet/IP используются устройства связи общего назначения.

В системе, используемой с сетью Vnet/IP, зоны, отделенные устройствами связи, например, маршрутизаторами, переключателями уровня 3 и т.д., называются доменами. К одному домену может быть присоединено до 64 устройств, подключенных к сети Vnet/IP, в том числе устройства типа FCS, HIS и т.п. Кроме того, при конфигурировании сети с другими Ethernet-устройствами, по сравнению с предлагаемыми нами Vnet/IP устройствами, можно присоединять максимально 124 устройства. Устройства, входящие в один домен, подключаются к узлу в виде звезды или дерева, находящемуся внутри переключателя уровня 2. Шина Vnet/IP с двойными резервированием является независимой подсетью для каждой линии; поэтому в каждой линии должен быть установлен переключатель уровня 2. В одном домене можно соединить до семи уровней переключателя уровня 2.

Полевая станция управления КИП и А (FCS) представляет собой систему управления, разработанную для реализации регулирующего и / или логического управления исполнительными устройствами. станция имеет интерфейсную функцию для преобразования сигналов ввода / вывода процесса от устройств низовой автоматики в данные, обрабатываемые внутри системы. Контроллер имеет управляющий блок FСU (рисунок 3.4) с резервированными модулями процессоров и блоки расширения ANB10D.

Рисунок 3.4 - Блок FCU, монтирующийся на 19» стойке

Блок расширения выполняет функцию интерфейса для связи полевых аналоговых и контактных сигналов ввода / вывода с блоком управления (FCU) через шину ESB, а также подает питание на модули ввода / вывода.

Блоки ANB10D называются «Блоками расширения шины ESB» (местными узлами), так как они напрямую присоединяются к FCU через шину ESB. В блоке расширения расположены модуль источника питания (два модуля при выборе резервированной конфигурации), модуль интерфейса шины и модуль ввода / вывода.

В отношении обеспечения надежности электроснабжения КТС АСУТП относится к особой группе I категории электроприемников согласно ПУЭ-98.

По этой категории все аппаратные средства РСУ и ПАЗ, полевые датчики электропневмоотсекатели обеспечиваются резервированным напряжением переменного тока 220 В и постоянного тока 24 В.

Бесперебойное напряжение переменного тока 220 В обеспечивается от источника бесперебойного питания (ИБП) Hinet мощностью 15 кВА.

Напряжение постоянного тока 24 В обеспечивается установкой в шкафах управления по 2 источника питания, включенных по схеме «общая нагрузка».

3.3 Функциональная схема автоматизации резервуара РВС-5000 Горкинского товарного парка

Функциональная схема автоматизации резервуара РВС-5000 Горкинского товарного парка НГДУ «Лениногорскнефть» представлена на рисунке 3.5.

Согласно ФСА регулируется температура нефти в резервуаре путем изменения расхода горячей воды для подогрева. В случае превышения предельной температуры срабатывает отсекатель на входном трубопроводе воды.

Давление в резервуаре регулируется с помощью клапана на трубопроводе сброса газа на установке УЛФ. В случае превышения предельного значения давления полностью открывается заслонка на байпасе регулирующего клапана.

Рисунок 3.5 - Функциональная схема автоматизации резервуара РВС-5000 Горкинского товарного парка

Уровень нефти контролируется и регулируется с помощью радарного уровнемера и регулирующих клапанов на входных и выходных трубопроводах нефти. В случае срабатывания вибрационного сигнализатора по верхнему уровню закрывается отсечная заслонка на входе и открывается отсекатель на выходе из резервуара. В случае срабатывания вибрационного сигнализатора по нижнему уровню открывается отсечная заслонка на входе и закрывается отсекатель на выходе из резервуара.

Данные блокировки могут быть отключены с рабочего места оператора, например, для полного опустошения резервуара для текущего ремонта.

Уровень воды регулируется с помощью дифуровнемера с выносными разделительными мембранами, отборы которого расположены в нижней части резервуара, и регулирующего сегментного клапана на линии дренирования.

Также во входном и выходном трубопроводах нефти измеряется общий расход с помощью вихревых расходомеров. Кроме того, контролируется загазованность на территории, прилежащей к резервуару.

Перечень средств КИП и А представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Перечень средств КИП и А резервуара РВС-5000

Позиция	Наименование	Кол-во, шт.
1, 9	Преобразователь температуры Foxboro RTT15	2
2, 4, 7, 8, 16	Клапан регулирующий Samson SV72.4	4
3	Датчик давления Foxboro IGP10	1
5, 10, 12, 14	Заслонка отсечная Samson LTR43	4
6	Уровнемер радарный Emerson 5600	1
11, 13	Сигнализатор уровня Rosemount 2120	2
15	Уровнемер с выносными мембранами Foxboro IDP10	1
17, 18	Расходомер вихревой Yokogawa dYewflo	2
19	Газоанализатор Polytron 2 IR Ex Drager	1



Таблица 3.2 - Перечень блокировок

№	Позиция	Условие	Действие
1	PISA 3-4	Давление в резервуаре Р-124 P>Pmax	Открытие задвижки SV5
2	TISA 9-4	Температура в резервуаре Р-124 T>Tmax	Закрытие задвижки SV10
3	LSA 11-4	Уровень в резервуаре Р-124 L>Lmax	Закрытие задвижки SV12
4	LSA 13-4	Уровень в резервуаре Р-124 L<Lmin	Закрытие задвижки SV14

3.4 Рабочее место оператора

При включении компьютера происходит автоматический запуск SCADA-системы в режиме Run Time (RT). При этом на экране появляется стартовое (главное) окно (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 - Стартовое окно оперативной системы

Работа системы.

Система диспетчерского контроля, управления и ПАЗ товарного парка должна работать непрерывно для управления и слежения за состоянием технологического процесса. Выход из системы позволен только специально обученному инженерному персоналу в обоснованных случаях.

В каждом окне в нижней части находится панель управления, состоящая из 12 кнопок. Кнопки без рисунка неактивны. Активные кнопки имеют всплывающую подсказку, появляющуюся при подведении к кнопке курсора манипулятора «мышь». Вызов функции, привязанной к активной кнопке, производится двумя способами:

- нажатием клавиши «мыши»;

- нажатием функциональной клавиши на клавиатуре (F1..F12).

Переход между окнами одного уровня осуществляется кнопками «» и «» («F2» и «F4») на панели управления. При нажатии кнопки «» (клавиша «F3») происходит переход на вышестоящий уровень иерархии окон. При нажатии клавиши «F5» происходит вызов стартового окна. При нажатии клавиши «F6» происходит сохранение ссылки на окно, активное в данный момент. При нажатии клавиши «F7» происходит вызов окна, ссылка на которое была сохранена последней.

Визуальная сигнализация (мерцание) при возникновении предаварийных и аварийных событий реализована на операторской станции. При нажатии клавиши «F11» («Съем звуковой сигнализации») происходит квитирование звуковой сигнализации.

При нажатии клавиши «F12» происходит вызов предыдущего окна.

При нажатии кнопки «?» (клавиша «F1») в текущем окне вызывается первое окно помощи. Перелистывание окон помощи по кругу осуществляется кнопками «<HELP» и «HELP>» (клавиши «F9» и «F10»).

Над панелью управления располагается строка сообщений, в которой отображается последнее по времени сообщение оператору.

В правой верхней части окна расположены кнопки для выбора режимов отображения состояния технологического процесса: «Таблица», «Резервуары», «Насосы», «Байпасы», «Тренды», «Сообщения».

В правой нижней части окна расположены вспомогательные кнопки: «Маска звука», «Параметры ПИД», «Пользователи».

При нажатии кнопки «Маска звука» происходит вызов дополнительного окна «Маскирование звуковой сигнализации», на котором приведены все технологические параметры и соответствующие им состояния масок (рисунок 3.7). Дополнительное окно закрывается повторным нажатием кнопки «Маска звука».

Рисунок 3.7 - Окно «Маскирование звуковой сигнализации»

Надпись «Звук включен» (белого цвета) означает, что при появлении аварийного сигнала по данному параметру (превышение / занижение порога сигнализации или блокировки, обрыв) появится звуковая сигнализация. Надпись «Звук маскирован» (желтого цвета) означает, что при появлении аварийного сигнала по данному параметру звуковая сигнализация не включится.

Для маскирования звука по необходимому параметру «щелкните» правой кнопкой «мыши» по надписи «Звук включен» (белого цвета), расположенной рядом с обозначением параметра. Для снятия маски звуковой сигнализации «щелкните» левой кнопкой «мыши» по надписи «Звук маскирован» (желтого цвета).

При нажатии кнопки «Параметры ПИД» происходит вызов дополнительного окна «Параметры ПИД - регуляторов» (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 - Окно «Параметры ПИД-регуляторов»

Изменение элементов окон «Маска звука» и «Параметры ПИД» возможно только при наличии соответствующих прав доступа и позволено только специально обученному инженерному персоналу в обоснованных случаях.

При нажатии кнопки «Пользователи» происходит вызов дополнительного окна, на котором приводится имя текущего пользователя системы. По умолчанию (при первоначальном запуске системы и при выводе пользователя из системы) имя пользователя отсутствует, права доступа нулевые. Для входа в систему под другим именем (и, соответственно, с другими правами доступа) необходимо нажать сочетание клавиш «Ctrl+I». При нажатии данного сочетания появляется диалоговое окно ввода, в котором нужно ввести новое имя пользователя (в поле «Login») и пароль (поле «Password»). Для подтверждения введенных данных нужно нажать кнопку «OK», для отмены - кнопку «Cancel».

Для вывода пользователя из системы необходимо нажать сочетание клавиш «Ctrl+Q».

Окна «Таблица», «Резервуары», «Насосы».

При нажатии кнопок «Таблица», «Резервуары», «Насосы» появляются окна с таблицей, мнемосхемой резервуаров и мнемосхемой насосов (рисунок 3.9, 3.10, 3.11 соответственно). При нажатии кнопки «?» (клавиша «F1») вызывается первое окно помощи.

Перелистывание окон помощи по кругу осуществляется кнопками «<HELP» и «HELP>» (клавиши «F9» и «F10»). В окнах помощи оператору описываются цветовой код, возможные состояния насосов, клапанов, электрических задвижек, позиций КИП. Над панелью управления располагается строка сообщений, в которой отображается последнее по времени сообщение оператору.

Рисунок 3.9 - Окно «Таблица»

Окно «Таблица» (рисунок 3.9) представляет полную информацию о показаниях всех приборов КИП, установленных на резервуарах товарного парка, а также расчетные параметры массы продукта, сведенные в общую таблицу. В верхней графе таблицы указаны наименования, величины измеренных или расчетных параметров:

- номер резервуара;

- наименование продукта в резервуаре;

- уровень продукта, измеренный уровнемером, в сантиметрах;

- масса продукта, рассчитанная с учетом показаний датчика давления низа резервуара, измеренного уровня и градуировочных таблиц объемов резервуаров, в тоннах;

- измеренная температура продукта в резервуаре, в ⁰С;

- измеренное давление низа резервуара, в кГ/см²;

- измеренное давление верха резервуара (вакуум или избыточное давление под крышей внутри резервуара).

С правой стороны таблицы выведены показания состояний сигнализаторов предельного уровня налива каждого резервуара и сигнализаторов загазованности в карте каждого резервуара.

Давление верха резервуара равное 0,00 кГ/см² дает информацию о нормальной работе дыхательных клапанов резервуара.

Датчики загазованности расположены в карте каждого резервуара около приемно-распределительных патрубков резервуаров, а полевые звуковые сигнализаторы загазованности и кнопки снятия звукового сигнала расположены на специальном пульте на обваловке в центре каждой из трех групп резервуаров.

Окно «Резервуары» (рисунок 3.10) показывает мнемосхему резервуаров и подводящих трубопроводов с электрозадвижками. На изображении каждого резервуара графически показывается уровень заполнения продуктом. А также в отдельных графах указаны параметры:

- давление верха под крышей резервуара, в кГ/см²;

- уровень продукта, в сантиметрах;

- температура продукта внутри резервуара, в ⁰С;

- рассчитанная масса продукта, в тоннах.

Рисунок 3.10 - Окно «Резервуары»

Окно «Насосы» (рисунок 3.11) представляет собой мнемосхему изображений насосов Н-1, Н-2, Н-3, Н-5, Н-4, Н-5 и Н-6, а также подводящих трубопроводов с электрозадвижками и показания дискретных сигналов загазованности в насосной.

Визуализация аналоговых позиций.

При условии нахождения параметра в норме:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме немерцающие зеленые;

- рамка индикатора на мнемосхеме - немерцающая белая.

При достижении порога предаварийной сигнализации:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме мерцающие красные;

- рамка индикатора - немерцающая белая.



Рисунок 3.11 - Окно «Насосы»

При квитировании сигнала предаварийной сигнализации:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме немерцающие красные;

- рамка индикатора - немерцающая белая.

При достижении порога аварийной сигнализации:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме немерцающие красные;

- рамка индикатора - немерцающая белая;

- обозначение перехода аварийного порога (HH, LL) - мерцающее красное.

При квитировании сигнала аварийной сигнализации:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме немерцающие красные;

- рамка индикатора - немерцающая белая;

- обозначение перехода аварийного порога (HH, LL) - немерцающее красное.

При достижении порога предаварийной или аварийной сигнализации и возвращении в норму без квитирования:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме мерцающие зеленые;

- рамка индикатора - немерцающая белая;

- обозначение перехода аварийного порога (HH, LL) - отсутствует.

При появлении сигнала обрыва датчика:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме мерцающие красные;

- рамка индикатора - мерцающая желтая;

- обозначение перехода аварийного порога (LL) - мерцающее красное.

При квитировании сигнала обрыва датчика:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме мерцающие красные;

- рамка индикатора - немерцающая желтая;

- обозначение перехода аварийного порога (LL) - мерцающее красное.

При появлении сигнала обрыва датчика и уходе его без квитирования:

- цифровые показания индикатора на мнемосхеме мерцающие зеленые;

- рамка индикатора - мерцающая белая;

- обозначение перехода аварийного порога (HH, LL) - отсутствует.

Изображение задвижки регулирующего клапана.

При отсутствии сигнала расхождения клапана обозначение задвижки клапана:

- немерцающее серое - при отсутствии сигналов с концевых контакторов;

- немерцающее фиолетовое - при наличии сигнала с концевого контактора закрытия;

- немерцающее зеленое - при наличии сигнала с концевого контактора открытия;

- немерцающее красное - при наличии сигналов с обоих концевых контакторов.

При появлении сигнала расхождения клапана обозначение задвижки клапана:

- мерцает с красного цвета на серый - при отсутствии сигналов с концевых контакторов;

- мерцает с красного цвета на фиолетовый - при наличии сигнала с концевого контактора закрытия;

- мерцает с красного цвета на зеленый - при наличии сигнала с концевого контактора открытия.

При квитировании сигнала расхождения клапана обозначение задвижки клапана:

- немерцающее серое - при отсутствии сигналов с концевых контакторов;

- немерцающее фиолетовое - при наличии сигнала с концевого контактора закрытия;

- немерцающее зеленое - при наличии сигнала с концевого контактора открытия;

- немерцающее красное - при наличии сигналов с обоих концевых контакторов.

При появлении и уходе без квитирования сигнала расхождения клапана обозначение задвижки клапана на мнемосхеме:

- мерцает с красного цвета на серый - при отсутствии сигналов с концевых контакторов;

- мерцает с красного цвета на фиолетовый - при наличии сигнала с концевого контактора закрытия;

- мерцает с красного цвета на зеленый - при наличии сигнала с концевого контактора открытия.

При двойном щелчке на изображении привода регулирующего клапана происходит вызов дополнительного окна панели управления работой ПИД-регулятора (рисунок 3.12).

В верхнем поле панели регулятора указано название позиции (например, TIC хх) и описание (например, пар в мазутный подогреватель).

В следующем поле выводится текущий режим работы регулятора («АВТ» белого цвета или «РУЧ» голубого цвета). Для смены режима на «РУЧ» необходимо щелкнуть на обозначении режима левой кнопкой «мыши». Для смены режима на «АВТ» необходимо щелкнуть на обозначении режима правой кнопкой «мыши».

В третьем сверху поле панели регулятора указано текущее значение расхождения между параметром и заданием регулятора (в%).

Рисунок 3.12 - Дополнительное окно панели ПИД-регулятора

В следующем поле выводится текущее значение параметра в физических величинах (град. или нм³/ч).

В пятом сверху поле панели регулятора указано текущее значение задания регулятора в физических величинах. Если регулятор находится в режиме «АВТ», есть возможность изменения задания. Для этого необходимо щелкнуть «мышью» по значению задания и набрать с клавиатуры новое значение. Если регулятор находится в режиме «РУЧ», возможность изменения задания отсутствует, задание в этом режиме приравнивается к значению параметра для безударного перехода к режиму «АВТ».

В следующем поле выводится текущее значение выходного сигнала на регулирующий клапан (в диапазоне 0..100% открытия). Если регулятор находится в режиме «РУЧ», есть возможность изменения значения выходного сигнала. Для этого необходимо щелкнуть «мышью» по значению выхода и набрать с клавиатуры новое значение.

Значение выходного сигнала на регулирующий клапан отображается также на ползунке (справа снизу панели регулятора). Для изменения значения выходного сигнала (в режиме «РУЧ») нужно поместить указатель «мыши» на кнопку ползунка и перетащить ее в необходимое место.

Если регулятор находится в режиме «АВТ», возможность изменения выходного сигнала отсутствует.

Слева снизу панели регулятора располагается барграф со шкалой параметра и задания в физических величинах. Динамический столбик зеленого цвета показывает текущее значение параметра, а динамически перемещающийся треугольник зеленого цвета (справа от столбика) - текущее значение задания.

Окно «Блокировки».

При нажатии кнопки «Блокировки» появляется соответствующее окно с байпасными блокировочными панелями (рисунок 3.13). Описание индикации состояния байпасных блокировочных панелей приведено в помощи оператора (кнопка «?» (клавиша «F1»)).



Рисунок 3.13 - Окно «Блокировки»

При отсутствии сигнала блокировки работы клапана или насоса обозначение сигнала блокировки - немерцающее зеленое.

При появлении сигнала блокировки работы клапана или насоса обозначение сигнала блокировки - мерцающее красное.

При квитировании сигнала блокировки работы клапана или насоса обозначение сигнала блокировки - немерцающее красное.

При появлении сигнала блокировки работы клапана или насоса, пропадании условия(-ий), вызвавшего(-их) его появление, без квитирования обозначение сигнала блокировки - мерцающее зеленое.

При появлении сигнала блокировки работы клапана или насоса, квитировании, пропадании условия(ий), вызвавшего(их) его появление обозначение сигнала блокировки - немерцающее зеленое.

При условии нахождения параметра в норме обозначение параметра - немерцающее зеленое.

При достижении порога аварийной сигнализации обозначение параметра - мерцающее красное.

При квитировании перехода порога аварийной сигнализации обозначение параметра - немерцающее красное.

При достижении порога аварийной сигнализации и возвращении в норму без квитирования обозначение параметра - мерцающее зеленое.

При нажатии на изображение байпаса блокировки происходит вызов дополнительного окна панели управления байпасом (рисунок 3.13).