Автоматизация нефтеперекачивающей станции "Субханкулово" нефтепровода НКК

3.5 Обзор систем виброконтроля

Система контроля вибрации «Каскад».

Контрольно-сигнальная и диагностическая аппаратура «Каскад» предназначена для автоматического контроля вибрации и механической величины (осевого сдвига) сбора и обработки вибросигналов, выявления дефектов непрерывно работающего промышленного оборудования [13].

Система контроля вибрации «Каскад» состоит из следующих элементов:

- прибора для измерения и контроля вибрации «Каскад»;

- прибора измерения осевого сдвига ВК-306.

Прибор состоит из вибропреобразователей ВК-312 и вторичных блоков вибропреобразователей ВК-321.

Прибор обеспечивает выполнение следующих основных функций:

- индицирование на передней панели состояния превышения предупредительного и аварийного уровней вибрации;

- регулирование уровня срабатывания предупредительной и аварийной сигнализации;

- запоминание факта срабатывания аварийной сигнализации с последующим ручным сбросом;

- формирование сигнала для управления внешними устройствами защиты при превышении установленных предупредительного и аварийного уровня виброскорости;

- формирование выходных сигналов напряжения и тока, пропорциональных уровню виброскорости контролируемого объекта;

- обеспечение питанием согласующий усилитель вибропреобразователя по искробезопасной цепи;

- индицирование неисправностей (обрыв или короткое замыкание) линий связи с вибропреобразователем;

- измерение среднеквадратического значения (СКЗ) виброскорости полигармонической вибрации контролируемого объекта с непрерывной индикацией его значения на встроенном цифровом и линейном индикаторах;

- осуществление автономного контроля работоспособности блока.

Прибор позволяет автоматически оповещать о превышении предупредительного и аварийного уровней виброскорости и формировать сигналы типа «сухой контакт» в виде замыкания контактов внутренних реле по каждому каналу. Эти сигналы могут быть использованы в системах автоматики для отключения агрегата и/или для включения дополнительной звуковой и/или световой сигнализации.

Пьезоэлектрический преобразователь (далее - датчик) устанавливается на контролируемом агрегате. Вибропреобразователи ВК-312 состоят из датчика и предусилителя, смонтированного в отдельном корпусе, соединенных вибро- и термоустойчивым кабелем. Структурная схема вибропреобразователя ВК-312 показана на рисунке 3.11.

Рисунок 3.11 - Структурная схема вибропреобразователя ВК-312

Соединение датчика и предусилителя герметично и неразборно.

Измерение вибрации производится в осевом направлении датчика. Датчик преобразует механические колебания в электрический сигнал.

Сигнал поступает на выносной согласующий усилитель, соединенный с вибропреобразователем вибростойким кабелем в металлорукаве.

В согласующем усилителе сигнал поступает на входной усилитель заряда с фильтрами, а затем на интегратор. С выхода интегратора сигнал подается на преобразователь «напряжение-ток». Параметры этого преобразователя позволяют устанавливать вторичный блок на расстоянии до 1000 м от вибропреобразователя. Вибропреобразователь соединяется со вторичным блоком двухпроводной линией. Преобразователь «напряжение-ток» модулирует ток в линии связи между вибропреобразователем и вторичным блоком пропорционально мгновенному значению виброскорости. Одновременно по этой линии, напряжение питания поступает от вторичного блока к вибропреобразователю. Такая линия связи отличается высокой помехоустойчивостью и отсутствием перекрестного влияния каналов друг на друга при прокладке нескольких пар связи в одной оболочке.

Входным сигналом вторичного блока является переменный ток, пропорциональный мгновенному значению виброскорости, который по двухпроводной линии через барьер искрозащиты подается на преобразователь «ток-напряжение» (рисунок 3.12).

Рисунок 3.12 - Структурная схема вторичного блока ВК-321

Переменная составляющая напряжения с выхода преобразователя через нормирующий усилитель поступает на детектор средних квадратических значений (СКЗ).

Узел уставок следит за СКЗ виброскорости и обеспечивает замыкание нормально разомкнутых контактов предупредительного и/или аварийного реле при превышении установленных уставок.

Нормирующий усилитель обеспечивает на выходе переменное напряжение в диапазоне 0ч3 В, пропорциональное измеряемому СКЗ виброскорости.

Выходной преобразователь «напряжение-ток» обеспечивает на выходе постоянный ток, пропорциональный СКЗ виброскорости в диапазонах 0ч5 мА и 4ч20 мА у вторичного блока ВК-321.

Блок питания обеспечивает стабилизированным питанием вторичный блок и вибропреобразователь.

Прибор измерения осевого сдвига ВК-306 состоит из преобразователя ВК-316, вторичного блока преобразователя ВК-361.

Прибор позволяет:

- автоматически контролировать относительный осевой сдвиг вала;

- наблюдать за изменением относительного осевого сдвига по цифровому и линейному аналогово-дискретному индикаторам;

- оповещать о превышении двух предупредительных и двух аварийных значений относительного осевого сдвига и формировать сигналы управления в виде замыкания контактов внутренних реле.

Эти контакты могут быть использованы в системах автоматики для отключения агрегата или для дополнительной звуковой и/или световой сигнализации

- предупреждать о неисправности (обрыв или короткое замыкание) линии связи между блоком вторичным ВК-361 и преобразователем ВК-316.

Преобразователь ВК-316 предназначен для преобразования величины относительного осевого сдвига вала в унифицированный сигнал постоянного тока. В состав преобразователя ВК- 316 входит датчик типа ВК-316. 02 с кабелем и усилитель согласующий ВК-316. 03.

Принцип действия преобразователя основан на использовании явления вихревых токов, которые возбуждаются на контролируемой поверхности высокочастотным электромагнитным полем катушки датчика и создают экранирующее поле. Степень взаимодействия этих высокочастотных полей линейно зависит от расстояния между датчиком и контролируемой поверхностью. Изменение величины зазора преобразуется в пропорциональное изменение выходного тока. Унифицированный токовый сигнал обладает высокой помехозащищенностью и, кроме того, позволяет контролировать целостность линии связи. Структурная схема преобразователя ВК-316. 01 показана на рисунке 3.13.



Рисунок 3.13 - Структурная схема преобразователя ВК-316

Выходным сигналом датчика является постоянный ток диапазона от 1 до 5 мА (или, по специальному заказу от 4 до 20 мА).

Блок вторичный ВК-361 представляет собой микропроцессорное устройство со встроенным сетевым источником питания. Структурная схема вторичного блока показана на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 - Структурная схема блока вторичного ВК-361

Блок вторичный преобразователя ВК-361 предназначен для:

- вычисления и цифровой индикации относительного осевого сдвига ротора;

- обеспечения питанием усилителя согласующего ВК-316. 03;

- формирования выходных унифицированных токовых сигналов, пропорциональных относительному осевому сдвигу;

- формирования четырех дискретных сигналов управления (типа «сухой контакт») при превышении двух предупредительных и двух аварийных значений уставок;

- контроля исправности линии связи с преобразователем с блокировкой реле уставок при ее неисправности.

Система виброконтроля «Аргус-М»

Структурная схема каналов системы виброконтроля и осевого сдвига «Аргус-М», показана на рисунке 3.15, состоит из модулей контроля виброскорости (МV-6), смещения (МS-6), и блока питания (MPw), смонтированных на каркасе [14].

Рисунок 3.15 - Структурная схема каналов измерения вибрации и осевого сдвига «Аргус-М»



Каркас состоит из шасси с направляющими для установки модулей; передней панели, обеспечивающей фиксацию модулей; задней панели, обеспечивающей подключение модулей к внешним цепям и крепление защитной крышки искробезопасных цепей.

Модули контроля являются функционально законченными узлами, производящими контроль вибрации или смещения в точках расположения датчиков. Все модули многоканальные, число каналов указывается в условном обозначении модуля.

Каждый модуль состоит из шасси, печатной платы нормирующих усилителей и передней панели с платой управления и платой индикаторов. На задней стенке шасси расположен соединитель, обеспечивающий присоединение модуля к схеме прибора.

Модуль блока питания состоит из вторичного источника питания и плат контроля и интерфейса, размещенных на одном шасси. Вторичный источник питания состоит из силового трансформатора и платы стабилизаторов, а также схемы электронной защиты от короткого замыкания. Трансформатор выдает гальванически развязанные напряжения для искробезопасных цепей модулей контроля и общие стабилизированные напряжения для питания контрольных и сигнальных цепей прибора.

Устройства связи с объектами выполнены на печатных платах и размещены в унифицированных стальных коробках, оборудованных средствами герметизации вводов, и обеспечивают необходимую степень защиты от окружающей среды.

Принцип действия прибора основан на измерении электрических параметров датчиков, преобразовании их в цифровое значение и сравнении его с двумя задаваемыми опорными напряжениями. Каждый измерительный модуль состоит из трех функциональных частей - платы нормирующих усилителей, цифровой схемы управления и платы контроля и индикации. Аналоговая часть модуля обеспечивает усиление, фильтрацию и другие необходимые преобразования входных сигналов, а также искробезопасность входных цепей. С выхода платы нормированный сигнал поступает на схему контроля и индикации, состоящую из двух унифицированных плат: одинаковой для всех модулей платы процессора и платы индикации, которая может быть выполнена в двух видах. Блок питания обеспечивает модули необходимыми питающими напряжениями.

Канал контроля виброскорости, в общем случае, состоит из датчика вибрации, устройства связи с объектом УСО МV-6 и модуля контроля MV-6.

В качестве датчиков вибрации используются пьезоэлектрические однокоординатные вибродатчики DV-1в комплекте с УСО -1.

Пьезоэлектрический вибропреобразователь DV-1 предназначен для получения первичной информации об уровне вибрации корпуса роторного оборудования в точке установки датчика.

УСО МV-1 одноканальный предварительный виброусилитель, предназначенный для работы с однокоординатными вибродатчиками DV-1. Выполнен в виде единой печатной платы, на которой расположены три двухкаскадных усилителя. Усилители выполнены на двух четырехканальных малопотребляющих операционных усилителях, что позволило реализовать датчик в виде искробезопасной цепи. Автономные одноканальные усилители MV-1 выполнены на отдельных печатных платах, размещенных в унифицированной металлической защитной коробке, которая соединяется с модулем МV-6 многожильным экранированным кабелем длиной до 350 метров.

Модуль контроля вибрации MV- 6 предназначен для усиления, фильтрации и преобразования сигнала, выдаваемого УСО, в мгновенное значение виброускорения и среднеквадратичное значение (СКЗ) виброскорости, оцифровывания этого значения и сравнения в цифровом виде с контрольными уставками предупредительной и аварийной сигнализации. Он обеспечивает индикацию принимаемых значений и состояния каждого канала, а также выдает управляющие сигналы на цепи внешней автоматики и сигналы на включение предупредительной или аварийной звуковой сигнализации.

В состав каждого из шести каналов аналоговой части модуля входят:

- входной буферный усилитель;

- узел формирования СКЗ виброскорости, состоящий из полосового фильтра 10 Гц - 1 кГц, интегратора и детектора среднеквадратичного значения, с выхода которого сигнал постоянного тока после усиления на поступает через аналоговый коммутатор на АЦП процессора;

- узел формирования сигнала виброускорения;

- схему выходной автоматики через которую процессор управляет предупредительным и аварийными реле, установленными на этой же плате.

Цифровая часть схем модулей состоит из двух унифицированных плат: платы

процессора и платы индикации. Плата процессора одинакова для всех модулей контроля и представляет собой специализированный контроллер, выполненный на микропроцессоре 80С196 фирмы Intel. Для обработки аналоговых сигналов используется восьмиканальный АЦП процессора со схемой защиты аналоговых входов на. Программа определяет алгоритм работы контроллера в данном модуле. В модулях процессор обеспечивает преобразование аналоговых сигналов в цифровой код, линеаризацию характеристик датчиков и обратное преобразование цифрового значения в линеаризованный аналоговый выходной сигнал, индикацию в динамическом режиме цифровых значений, определение «тревожных» и аварийных режимов на контролируемом объекте и выдачу необходимых сигналов на схему выходной автоматики аналоговой платы модуля. Кроме этого, функцией процессора является обеспечение связи с внешними цифровыми устройствами по последовательному каналу.

Отдельные каналы модуля вибрации MV-6 (1, или 1 и 2) могут использоваться в режиме измерения осевого смещения (сдвига) совместно с датчиками DS-1 и УСО МS-1.1. Для реализации этого режима сигнал с буферного усилителя через аналоговый коммутатор поступает на АЦП процессора. Количество каналов, работающих в режиме контроля смещения, устанавливается при конфигурировании прибора.

Каналы осевого смещения включают в себя токовихревые датчики и одноканальные адаптеры УСО MS-1.1, подключаемые к модулям контроля смещения MS-6 (или вибрации MV-6). Принцип работы токовихревого датчика основан на изменении потерь колебательного контура при изменении расстояния от катушки до металлической поверхности.

При работе в режиме осевого смещения нулевому значению индикатора прибора соответствует зазор датчика, равный 1,5 мм. Положительное значение показания датчика соответствует увеличению зазора, отрицательное - уменьшению. При выставлении уставок индикатор показывает предельное абсолютное отклонение зазора от 1,5 мм без учета знака.

Выходная характеристика УСО MS-1.1 имеет нелинейный характер. При настройке каждого канала прибора производятся измерения показаний УСО в 13 точках шкалы и полученные значения записываются в память процессора. По таблице, записанной в память, процессор осуществляет линейную аппроксимацию выходного сигнала УСО. При замене датчика или УСО необходимо произвести настройку канала в соответствующей комплектации.

УСО MS - 1.1 представляет собой печатную плату, на которой расположены канал измерения добротности датчика. Функционально канал состоит из генератора управляющих импульсов, коммутатора, управляемого источника постоянного тока, резонансного контура, буферного усилителя высокой частоты, высокочастотного выпрямителя, интегратора, ячейки памяти аналогового сигнала на ёмкости, выходного каскада. Источник тока по сигналам, поступающим с генератора, осуществляет электрические возбуждение контура датчика. В результате в датчике возникают затухающие колебания. Время переходного процесса (затухания) зависит от добротности контура. Продетектированный (выпрямленный) сигнал поступает на интегратор, ёмкость которого перед каждым измерением разряжается коммутатором. На период измерения выходной сигнал интегратора запоминается на ёмкости. УСО - 1.1 выполнены в виде искробезопасной цепи и располагаются в металлической экранирующей коробке со степенью защиты не менее .

Система виброконтроля «СВКА-12».

Структурная схема канала виброконтроля «СВКА-12» приведена на рисунке 3.16.

Рисунок 3.16 - канала виброконтроля СВКА



Система виброконтроля «СВКА-12» предназначена для преобразования механических колебаний в электрический сигнал, для измерения среднеквадратических значений виброскорости и мгновенных значений ускорения, а также непрерывного преобразования сигнала в унифицированный сигнал постоянного напряжения и тока.

Устройство состоит из вибропреобразователей, распределительных коробок и электронного блока. В электронном блоке установлены двенадцать измерительных блоков с взрывозащитой, один блок контроля индикации и один блок питания. В распределительной коробке установлен согласующий усилитель. Ячейка искрозащиты для каждого канала установлена в измерительном блоке. Взрывозащита обеспечивает работу вибропреобразователей и их согласующий зарядовый усилитель (СЗУ) во взрывоопасной зоне.

Пьезоэлектрический преобразователь преобразует вибрацию в электрический сигнал. Чувствительный элемент вибропреобразователя состоит из монолитного биморфного пьезокерамического элемента, выполненного из керамики типа ЦТС -83Г.

СЗУ необходим для согласования выходного сопротивления вибропреобразователя с линией связи и вторичной аппаратурой. СЗУ расположен в корпусе распределительной коробки. Электрический сигнал с СЗУ поступает на вход электронного блока.

Электронный блок включает в себя следующие функциональные устройства:

- фильтры верхних и нижних частот выполнены двухкаскадными и служат для выделения рабочей полосы сигнала. Схемы ФНЧ одновременно являются усилителями сигнала виброскорости;

- интегратор, который производит интегрирование электрического сигнала и формирование амплитудно-частотной характеристики канала измерения (виброускорение, информация о котором в виде электрического сигнала имеется на выходе вибропреобразователя, есть производная по времени от скорости, поэтому для получения информации о виброскорости необходимо произвести интегрирование электрического сигнала виброускорения);

- детектор среднеквадратичный, он выделяет среднеквадратичное значение электрического сигнала, пропорционального виброскорости;

- узел индикации, служащий для индикации превышения уровня виброскорости свыше заданного для данного контролируемого объекта;

- установленные в измерительной ячейке потенциометры для установки уровней срабатывания аварийного и предупредительного сигнала.

Токовый преобразователь служит для преобразования выходного сигнала по постоянному напряжению в сигнал по постоянному току и выполнен на микросхеме АD694.

Блок контроля и индикации состоит из платы контроля, платы реле и платы вольтметра.

Плата контроля включает следующие функциональные узлы:

- узел задержки питания исполнительного узла предназначен для задержки подачи напряжения питания на исполнительный блок для предотвращения срабатывания реле во время переходных процессов при включении;

- исполнительный узел предназначен для срабатывания сигнализации. При этом происходит замыкание контактов реле, выведенных на разъем блока электронного;

- задержки включения аварийной сигнализации и индикации уровней;

- формирования напряжения для проверки исправности сигнализации;

- формирования управляющего сигнала проверки.

Узел формирования управляющих сигналов проверки предназначен для формирования контрольного сигнала для проверки электронного тракта аппаратуры и выполнен как генератор импульсов прямоугольной формы.

Узел выбора канала предназначен для установки автоматического или ручного режима выбора измерительного канала и состоит из генератора импульсов.

Плата интерфейсная предназначена для преобразования аналоговых сигналов датчиков в цифровой код и их передачи на интеллектуальные устройства верхнего уровня по стандартному интерфейсу по протоколу Modbus RTU. Диапазон входных аналоговых сигналов составляет от 0 до 5 В. Электрические входные сигналы платы соответствуют требованиям стандарта RS-485.

Для сравнения систем виброконтроля представлена таблица 3.8.

Таблица 3.8 - Сравнительная таблица характеристик систем виброконтроля «Каскад», «СВКА-12»и «Аргус-М»

Характеристика	«Каскад»	«СВКА-12»	«Аргус-М»
Измеряемый параметр	Виброскорость Осевой сдвиг	Виброскорость	Виброскорость Осевой сдвиг
Диапазон измерения виброскорости, мм/с	0,5 - 30	1-15	0-24
Диапазон измерения осевой сдвиг, мм	± 1	-	± 1
Значение выходного сигнала: - по переменному напряжению, В - по постоянному току, мА	0 -5 4-20	0,1-5 4-20	-4-20
Количество релейных выводов типа «сухой контакт» на канал	2	2	3
Интерфейсный выход	-	RS-485	RS-232 RS-485
Количество каналов	1	12	6

Из таблицы видно, что, в целом, системы виброконтроля «Каскад», «Аргус-М» и «СВКА-12» подобны. Преимуществом систем «Каскад» и «Аргус-М» является возможность измерения комплекса параметров: виброскорость, осевой сдвиг.

Недостатком системы «Каскад» является отсутствие встроенного интерфейсного выхода RS-485.

Более широкий диапазон измерения виброскорости, системы «Аргус-М» и большее количество релейных выводов, позволяет реализовать такую защиту, как аварийная максимальная вибрация Порог 2. Алгоритм данной защиты должен отработать 30 секунд после запуска МНА в работу. Величина установленного значения составляет 18,0 мм/с. Следовательно, в системе автоматизации МНА на НПС «Субханкулово» необходимо использовать систему виброконтроля «Аргус-М».



4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ МНА С ПРИМЕНЕНИЕМ АЛГОРИТМОВ ЗАЩИТ ПО ВИБРАЦИИ И ОСЕВОМУ СДВИГУ

4.1 Программное обеспечение АРМ оператора

Программное обеспечение верхнего уровня (прикладное программное обеспечение РС АРМ оператора), разработанное на основе SCADA-пакета FIX фирмы Intellution (США), реализует отображение информации на экранах мониторов РС (видеокадры, табличные формы, графики) для выполнения технологического мониторинга, формирование трендов по измеряемым параметрам, формирование архивной информации, файлов журнала событий и системного журнала, формирование команд управления с пункта оператора.

Кроме обеспечения основных задач ПО СА реализует дополнительные специальные функции, необходимые для работы оператора в реальной обстановке: маскирование параметров, установление признака недостоверности аналоговых параметров системными средствами или ручным вводом, имитация аналоговых параметров, испытательный режим аналоговых и дискретных параметров, имитация состояния задвижек (кроме агрегатных), квитирование звуковой и световой сигнализации, ограничение доступа к системе.

АРМ оператора представляет комплекс аппаратно - программных средств, включенных постоянно. Отображаемые на мониторе видеокадры (экраны) воспроизводят технологический процесс перекачки нефти и работу вспомогательных систем в реальном масштабе времени. Каждый экран дает наглядное представление о технологическом процессе или работе отдельного технологического узла. Верхняя часть каждого экрана содержит общую информацию о состоянии НПС и технологическом процессе и дает возможность вызова любого другого экрана. В нижней части каждого экрана имеется поле для вывода оперативных сообщений об изменении состояния оборудования НПС, неисправностях и аварийных ситуациях. На всех экранах используется упрощенное изображение объектов автоматизации, анимированное цветом в зависимости от текущего состояния.

Отображаемые на мониторе видеокадры (далее экраны) воспроизводят технологический процесс перекачки нефти и работу вспомогательных систем в реальном масштабе времени. Каждый экран дает наглядное представление о технологическом процессе или работе отдельного технологического узла.

Система автоматически сохраняет необходимые данные о технологических параметрах, поступивших сообщениях о событиях и действиях оператора для последующего анализа событий процесса. Кроме этого система формирует необходимый набор сводок и отчетов о состоянии технологического оборудования, которые могут быть просмотрены на экране и, при необходимости распечатаны.

Система так же обеспечивает сбор и долгосрочное хранение трендов всех технологических параметров.

Все необходимые для работы программы запускаются автоматически при запуске системы и не требуют никакого вмешательства при работе.

Доступ к тем или иным программам и различным функциям управления системой разграничен паролями пользователей. После регистрации пользователя в системе все дальнейшие действия происходят от его имени.

Для удобства работы весь технологический процесс разбит на мнемокадры, на каждом из которых представлена технологическая схема отдельной функционально законченной подсистемы НПС. На рисунке 4.1 представлен общий мнемокадр технологической схемы НПС.

4.2 Программное управление МНА

Контроль состояния и готовности к пуску МНА.

Состояния насосного агрегата определяется состоянием двигателя, задвижек и выбранным режимом управления. Агрегат может находиться в одном из трех состояний:

- отключен;

- в процессе пуска;

- в работе.

Рисунок 4.1 - Мнемокадр технологической схемы НПС

В автоматическом основном, резервном или дистанционном режимах агрегат считается включенным после полного завершения программы пуска, то есть при включенном двигателе и полностью открытых агрегатных задвижках. В кнопочном режиме состояние агрегата контролируется только по состоянию двигателя. В испытательном режиме флаг состояния двигателя устанавливается программно при поступлении соответствующих команд управления двигателем.

У отключенного МНА непрерывно контролируется ряд параметров и условий, определяющих его готовность к запуску. К таким условиям относятся:

- отсутствие станционных и агрегатных защит;

- готовность к пуску электродвигателя;

- готовность агрегатных задвижек;

- нормальные значения технологических параметров агрегата;

- готовность технологической схемы (вход и выход НПС).

Управление МНА.

Управление МНА может осуществляться:

- от команды оператора МДП в программном или кнопочном режиме;

- автоматически - включение из резерва, отключение собственными защитами, отключение станционными защитами.

Для МНА предусмотрены следующие режимы управления:

- программный из МДП;

- автоматический резервный;

- кнопочный;

- ремонтный;

- испытательный.

Дистанционный режим управления предполагает управление насосным агрегатом (включая задвижки) по команде оператора из РДП или МДП в соответствии с выбранной программой пуска.

Программный режим управления предполагает управление насосным агрегатом по команде оператора из МДП в соответствии с программой пуска.

Автоматический резервный режим управления предполагает запуск агрегата при отключении соседнего агрегата собственными защитами. В том случае, если в момент срабатывания защиты соседний агрегат находился в процессе пуска, но двигатель еще не был включен, резервирование не производится.

Кнопочный режим управления означает, что по командам пуска и останова агрегата может управляться только электродвигатель МНА. Открытие и закрытие агрегатных задвижек производится по командам управления данными задвижками. Для кнопочного режима выбор программы пуска не имеет значения. Последовательность действий при пуске и остановке насосного агрегата в кнопочном режиме должна определяться оператором.

Ремонтный режим устанавливается при выводе неработающего агрегата в ремонт. Для МНА, находящегося в этом режиме управления, открытие, закрытие агрегатных задвижек и управление высоковольтным выключателем МНА полностью блокируются. После включения агрегата из резерва он автоматически переводится в программный режим.

В испытательном режиме контроллер программно имитирует работу двигателя, не формируя команд управления высоковольтным выключателем (ВВ) и приводами задвижек. Изменение состояния двигателя происходит при поступлении соответствующих команд управления двигателем. Этот режим также задается из карты режимов агрегата и является дополнительным к основным режимам МНА. Управление агрегатом производится в соответствие с основным режимом.

Возможность управления агрегатными задвижками по командам оператора в программном и дистанционном режимах блокируется. Несанкционированное закрытие задвижек у работающего агрегата, находящегося в программном или дистанционном режиме управления, считается агрегатной защитой.

Управление агрегатом в режимах «Программный из МДП» и «Дистанционный из РДП» производится в соответствии с одной из программ пуска:

- программа пуска № 1 - пуск на открытую выходную задвижку;

- программа пуска № 2 - пуск на закрытую выходную задвижку;

- программа пуска № 3 - пуск на открывающуюся выходную задвижку.

Программа пуска № 1 предполагает пуск двигателя при полностью открытых агрегатных задвижках. В том случае, если при подаче команды «Пуск» агрегатные задвижки находятся не в открытом состоянии, то они автоматически открываются, после чего включается двигатель.

Программа пуска «на открытую задвижку» является предпочтительной, так как обеспечивает наименьшие динамические нагрузки в трубопроводной обвязке агрегата и наименьшие хлопки обратных клапанов, установленных на обводной линии насосов. Программа применяется, если пусковые характеристики электродвигателя и схема электроснабжения рассчитаны на соответствующие пусковые режимы.

Программа пуска № 2 предполагает пуск двигателя при открытой входной и закрытой выходной задвижках. Для готовности к по данной программе выходная задвижка должна быть закрыта. При подаче команды «Пуск» входная задвижка автоматически открывается (если она была не открыта), затем включается двигатель и после этого автоматически открывается выходная задвижка.

Программа пуска «на закрытую задвижку» применяется, если установленное электрооборудование не может обеспечить пуск на открытую задвижку и задвижка имеет привод, мощность которого обеспечивает ее открытие при перепаде давления, создаваемом насосным агрегатом при закрытой задвижке.

Программа пуска № 3 предполагает пуск двигателя при открытой входной и открывающейся выходной задвижках. Для готовности к пуску по данной программе выходная задвижка должна быть закрыта. При подаче команды «Пуск» входная задвижка автоматически открывается (если она была не открыта), затем начинает открываться выходная задвижка. Через выдержку времени после начала открытия выходной задвижки (установленное значение задается оператором) включается двигатель.

Программа пуска «на открывающуюся задвижку» применяется, когда неприемлема программа «на открытую задвижку» и когда установленные у насоса задвижки имеют привод небольшой мощности и поэтому не могут быть открыты при перепаде давления, создаваемом насосным агрегатом при закрытой задвижке.

Программы пуска устанавливаются оператором. При изменении программы пуска происходит автоматическое предпусковое открытие или закрытие агрегатных задвижек в соответствии с устанавливаемой программой и выбранным режимом управления.

При выполнении программного отключения МНА задвижки приводятся в состояние, соответствующее выбранной программе.

4.3 Разработка программы управления МНА

При поступлении команды программного запуска МНА, предварительно перед выполнением команды системой автоматики агрегата, должны быть проверены следующие условия готовности к пуску:

- режим управления МНА должен быть «автоматический основной» или «резервный основной»;

- должны быть открыты задвижки по маршруту прохождения нефти через насосную станцию (кроме задвижек МНА);

- должны отсутствовать аварийные сигналы общестанционных автоматических защит, препятствующих запуску агрегата;

- для вспомогательных систем должны отсутствовать аварийные сигналы автоматических защит и их основные технологические параметры должны быть в норме, также должна присутствовать сигнализация о том, что вспомогательные системы в работе.

Необходимо предусмотреть при запуске МНА на время 30 секунд превышение аварийного значения защиты по вибрации до 18 мм/с. Через 30 секунд аварийное значение защиты по вибрации автоматически должно вернуться к значению 7,1 мм/с.

Также предусмотреть аварийную защиту по осевому смещению ротора насоса.

Рассмотрим запуск МНА при открытой задвижке.

Запуск на открытую задвижку выполняется в следующей последовательности:

- открываются входная и выходная задвижки МНА, находящиеся в режиме управления «автоматический основной» или «автоматический резервный»;

- после полного открытия входной и выходной задвижек включается электродвигатель МНА.

Системой автоматики должно обеспечиваться прекращение программы запуска до ее завершения в следующих случаях:

- при поступлении команды программного останова;

- при остановке агрегата кнопкой по месту;

- при срабатывании автоматических защит МНА.

При этом системой должно сигнализироваться и регистрироваться состояние «незавершенный пуск» с расшифровкой причин.

Автоматическая защита осуществляет остановку магистральных насосных агрегатов и другие действия, необходимые для локализации аварийных ситуаций.

Отключение магистрального насосного агрегата происходит в следующих ситуациях:

- при падении давления масла к подшипникам;

- при повышении утечек из торцевых уплотнений;

- при повышении температуры подшипников и корпуса насоса;

- повышенная вибрация насосного агрегата;

- нажатие кнопки «Стоп» на щите управления агрегата.

При срабатывание любой из вышеперечисленных защит срабатывает соответствующее электрическое табло и звуковая сигнализация.

Остановка МНА на открытые задвижки выполняется одновременной подачей сигнала на отключение электропривода МНА и на закрытие входной и выходной задвижек МНА.

Программное обеспечение.

Система ISaGRAF относится к классу CASE-инструментов (Computer Aided Software Engineering) - инструментам компьютерной поддержки разработки программ.

Основные возможности интегрированной системы ISaGRAF:

- поддержка всех пяти стандартных языков программирования ПЛК (в соответствии со стандартом МЭК 61131-3), их библиотечных функций и функциональных блоков. ISaGRAF позволяет «смешивать» программы/процедуры, написанные на разных языках, а также вставлять кодовые последовательности из одного языка в коды, написанные на другом языке;

- отладчик ISaGRAF, позволяющий проводить отладку приложений на имитаторе, а также просматривать состояние программного кода, переменных проекта, уже во время выполнения прикладной задачи контроллером. Отладчик предоставляет полный набор возможностей для получения качественного программного продукта (ISaGRAF - приложения). Среди них можно выделить следующие:

а) поддержка механизма выполнения программ по шагам;

б) возможность внесения изменений в код программы во время работы отладчика;

в) трассировка рабочих переменных;

г) интерактивная модификация значений переменных;

д) запуск/остановка отдельных программ, входящих в состав данного проекта;

е) эмуляция сигналов, подаваемых на каналы ввода (INPUT).

Для написания программ программы выбираем язык ST, так как он наиболее приемлем как по уровню, так и по синтаксису, и удобен для реализации сложных алгоритмов и процедур.

Входные и выходные параметры.

Входные параметры:

Ypusk - пуск;

YSTOP - стоп МНА;

Yvssys -вспомогательные системы включены;

Ysbros - сброс авариной сигнализации;

Yvib18 - аварийная вибрация подшипника при запуске МНА;

Yvib71 - аварийная вибрация подшипника МНА;

Ysd1- аварийное осевое смещение ротора насоса;

Ynovib18 - отсутствие аварийной вибрации подшипника при запуске МНА;

Ynovib71 - отсутствие аварийной вибрации подшипника МНА;

Ynosd1- отсутствие аварийного осевого смещения ротора МНА;

Zns - сигнал об открытом состоянии задвижек на приеме и выкиде НПС;

Zinopen - сигнал об открытом состоянии задвижки на входе МНА;

Zoutopen - сигнал об открытом состоянии задвижки на выходе МНА;

Zinclose - сигнал о закрытом состоянии задвижки на выходе МНА;

Zoutclose - сигнал о закрытом состоянии задвижки на выходе МНА.

Выходные параметры:

Izaschita - сигнал срабатывания защит;

Isignal - сигнализация;

InoAvar - отсутствие аварийных сигналов;

Uinopen - включение привода входной задвижки МНА на открытие;

Uoutopen - включение привода выходной задвижки МНА на открытие;

Uinclose - включение привода входной задвижки МНА на закрытие;

Uoutclose - включение привода выходной задвижки МНА на закрытие;

UonMNA - включение МНА;

USTOP - остановка МНА;

T1vis - отображение выдержки времени до открытия задвижек;

T30secvis - отображение выдержки времени после запуска МНА;

T2secvis - отображение выдержки времени до срабатывания защиты по авариной вибрации подшипника при запуске МНА;

T5secvis - отображение выдержки времени до срабатывания защиты по авариной вибрации подшипника МНА;

T1secvis - отображение выдержки времени до срабатывания защиты по авариному осевому смещению ротора МНА.

Таймеры:

T1 - выдержка времени до открытия задвижек;

T30sec - выдержка времени после при запуске МНА;

T2sec - выдержка времени до срабатывания защиты по авариной вибрации подшипника при запуске МНА;

T5sec - выдержка времени до срабатывания защиты по авариной вибрации подшипника МНА;

T1sec - выдержка времени до срабатывания защиты по авариному осевому смещению ротора МНА.

Граф переходов, построенный согласно алгоритму управления работой МНА с применением алгоритмов аварийных защит по вибрации и осевому сдвигу, представлен на рисунке 4.2. Листинг программы представлен в приложении Б.

Рисунок 4.2 - Граф переходов состояний МНА

Результаты работы программы.

Система программирования ISaGRAF позволяет осуществить эмуляцию работы контроллера при помощи меню Debug -- Simulate. Для этого необходимо связать входные и выходные переменные с панелями ввода/вывода (пункт меню Make - I/O Connection) и произвести компиляцию программы (пункт меню Make - Make application). Результат работы программы для разных вариантов входных сигналов.

Выход МНА на рабочий режим осуществляется следующим образом. После выбора программы запуска с пульта управления АРМа оператора (в данном случае выбираем программу запуска на открытые задвижки). Для запуска МНА необходимо чтобы присутствовали сигналы об открытых станционных задвижек приема и выкида (Zns), работающих вспомогательных систем (Yvssys) и отсутствии аварийных сигналов (InoAvar). После подачи команды пуск (Ypusk) агрегатные задвижки запускаются на открытие (Uinopen, Uoutopen) одновременно работает таймер T1 времени открытия задвижек (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 - Подача команды пуск (Ypusk)

После подачи сигнала с задвижек об их открытом состоянии (Uinopen, Uoutopen ) запускается агрегат. Одновременно запускается таймер(T30secvis) времени запуска агрегата (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 - Запуск агрегата

При появлении сигнала о достижении вибрации аварийного уровня (Yvib18) во время работы таймера (T30sec) сработает сигнализация (Isignal) и запустится таймер отсчета времени от появления аварийного сигнала (T2sec). Если таймер отработает при аварийном сигнале, то произойдет остановка агрегата (USTOP) и закрытие агрегатных задвижек (Uoutopen, Uinclose) с одновременной подаче сигнала о срабатывании защиты (Izaschita). Аналогичные действия происходят при появлении аварийных сигналов вибрации и осевого сдвига в нормальном режиме работы (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 - Срабатывание защиты МНА

Если во время работы таймера аварийный сигнал пропадет, то состояние агрегата переходит в исходное состояние. Также возможна аварийная остановка агрегата в состояниях запуска или работы подачей команды (YSTOP). В этом случае агрегат останавливается, и его задвижки идут на закрытие. Возврат агрегата в режим готовности обеспечивает подача сигналов (Zoutclose, Zinclose). о закрытом состоянии с агрегатных задвижек и подачей команды сброса аварийного состояния (Ysbros).



5. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Темой данного дипломного проекта, как уже отмечено ранее, является модернизация системы автоматизации нефтеперекачивающей станции «Субханкулово» нефтепровода НКК.

С целью обеспечения безопасности производства при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации, в данном разделе необходимо дать характеристику производственной среды, в которой будет произведена модернизация системы автоматики, и провести анализ опасных и вредных производственных факторов.

Правила техники безопасности должны соблюдаться по всем видам работ, связанных с монтажом, эксплуатацией и ремонтом средств автоматизации. Нарушение требований правил техники безопасности производства может привести к авариям и производственным травмам.

Вследствие того, что нефтеперекачивающая насосная станция является вредным и опасным производственным объектом, в данном разделе будут рассматриваться мероприятия по безопасной эксплуатации оборудования и будет произведен анализ безопасной работы средств автоматизации.

5.1 Анализ производственных опасностей

В предыдущих разделах дипломного проекта рассматривалась технологическая схема НПС «Субханкулово» и схема автоматизации МНА, которая позволяет обеспечить безаварийную работу технологического оборудования.

Первичные преобразователи, рассматриваемые в дипломном проекте, устанавливаются в помещении насосного зала, а также непосредственно на электродвигателях, насосных агрегатах, где в процессе эксплуатации системы рабочая среда обуславливается наличием вредных и взрывопожароопасных веществ.

В таблице 5.1 приведен перечень взрыво- и пожароопасных продуктов, участвующих в производственном процессе, с их характеристиками.

Таблица 5.1 - Взрывоопасные и токсические свойства веществ в рассматриваемой производственной среде

Наименование вещества	Класс опасного вещества	Температура, єС	Концентрационный предел взрываемости, % объем
		вспышки	самовоспламенения	нижний предел	верхний предел
Нефть	4	-18,0	233	1,1	7,4
Попутный нефтяной газ	4	-	537	6	13,5

Пары нефти действуют, главным образом, на центральную нервную систему. Признаки отравления чаще всего проявляются в головокружении, сухости во рту, головной боли, тошноте, сердцебиении, общей слабости и потери сознания.

Попутный газ - бесцветная смесь легких углеводородных паров, обладает вредным воздействием на организм человека и в зависимости от концентрации может произойти отравление организма разной степени тяжести.

Пожароопасность технологических процессов в значительной степени определяется физико-химическими свойствами нефтепродуктов.

Классификация сооружений по НПБ 105-03 и ПУЭ приведена в таблице 5.2.



Таблица 5.2 - Взрывопожарная и пожарная опасность, санитарная характеристика производственных зданий

Наименование производственных зданий, помещений, наружных установок	Категория взрывопожароопасной и пожарной опасности зданий и помещений (НПБ 105-03)	Классификация зон внутри и вне помещений
		класс взрывопожароопасной или пожарной зон (ПУЭ и ПБ 08-624-03)	категория и группа взрывопожароопасных смесей (ГОСТ 12.1.011-078) Р51330.5-99, Р51330.11-99
Зал насосной станции НПС	А	В-1а	II-АТЗ
Операторная	Д	-	-

В процессе эксплуатации средств автоматизации существует опасность поражения электрическим током. Приборы и средства автоматизации находятся под напряжением 24 В постоянного тока. Удар электрическим током вызывает рефлекторную реакцию со стороны центральной нервной системы и ведет к нарушению нормального ритма работы сердца. В результате наблюдается нарушение или полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения.

5.2 Мероприятия по обеспечению безопасных и безвредных условий труда

В данном разделе рассмотрены правила и требования, которые необходимо соблюдать, чтобы избежать воздействия вредных и опасных производственных факторов, возникающих при монтаже, эксплуатации и ремонте системы автоматизации НПС «Субханкулово».

Мероприятия по технике безопасности при эксплуатации объектов НКК НПС «Субханкулово».

Согласно регламентам и правилам ПТЭ, ПТБ, ПУЭ и РД 153-39.4-056-00, во избежание несчастных случаев при обслуживании оборудования, направляемый на работу персонал должен иметь соответствующую подготовку, пройти производственный инструктаж, ознакомиться с правилами внутреннего распорядка, общими правилами техники безопасности и должностной инструкцией на поручаемом ему для обслуживания участке или агрегате, а также с методами оказания первой помощи.

Для защиты от поражения электрическим током при монтаже, эксплуатации и ремонте средств автоматизации, согласно ГОСТ 12.1.030-81 (2001) «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление» предусматриваются следующие мероприятия:

- защитное заземление металлических нетоковедущих частей в сетях до 1000 В. Сопротивление, оказываемое заземляющим устройством R?4 Ом;

- зануление в сетях до 1000 В;

- защитное отключение при появлении напряжения на корпусе оборудования;

-предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности; ограждение неизолированных токоведущих частей.

Для предотвращения возникновения зарядов статического электричества согласно ГОСТ 12,1,018-93 (2001) «ССБТ. Пожаровзрывобезопасность статического электричества». Общие требования» все металлические и электропроводные неметаллические части технологического оборудования должны быть заземлены. Сопротивление защитного устройства от статического электричества не должно превышать 100 Ом.

Согласно «Инструкции по устройству молниезащиты зданий и сооружений» РД 34.21.122-87 должна быть выполнена:

- защита от прямых ударов молнии;

- защита от вторичных проявлении молнии;

- защита от заноса высокого потенциала через наземные (надземные) и подземные металлические коммуникации.

В качестве молниеприемных устройств использовать отдельно установленные на сооружениях молниеотводы, молниеприемные сетки, а также естественные молниеотводы, присоединенные к общему заземляющему устройству.

Во избежание утечек в насосной НПС «Субханкулово» важнейшим фактором при перекачке нефти является герметизация основного насосного оборудования и системы трубопроводов. Герметизация обеспечена за счет сварного соединения стыковочных мест. Гибкие связи, в системе технологических трубопроводов, герметизируются при помощи хомутов с использованием герметика марки МГ-5.

Мероприятия по промышленной санитарии.

К ним относятся требования к спецодежде, освещению, микроклимату, требования к организации и оборудованию рабочего места.

Мероприятия по пожарной безопасности.

Пожарная безопасность на электроустановках, находящихся в помещении НПС соблюдается в соответствии с ППБ 01-03 «Правила пожарной безопасности в Российской федерации» и ГОСТ 12.1.004-91 (1999) «ССБТ. Безопасность. Общие требования»:

- вспомогательное оборудование, электродвигатели, аппараты управления должны иметь степень защиты, соответствующее классу зоны, а также должны иметь аппараты защиты от коротких замыканий и перегрузок;

- запрещается использовать электрические аппараты и приборы в условиях, не соответствующих рекомендациям предприятий изготовителей или неисправных, создающие угрозу возникновения пожара, а также электропровода и кабели с поврежденной или потерявшей защитные свойства изоляцией;

- запрещается курить и разводить открытый огонь;

Все первичные приборы контроля и регулирования, установленные по месту, в зонах возможного возникновения загазованности предусматривается выполнять в искробезопасном исполнении 2ExiIIАТ2 и 1ExdIIАТЗ, что позволяет производить измерение во взрывоопасной среде.

Насосная станция оснащена системой автоматического пожаротушения (АППТ), позволяющей тушить возможные очаги пожара автоматически.

Вентиляция в насосном зале установлена приточно-вытяжная кратностью воздухообмена 4:1 для удаления взрывоопасной смеси воздуха с парами нефти.

Система ЛППТ оборудована резервным питанием, а на станции пенотушения установлен дизель-генератор на случай отсутствия электроэнергии.

Система АППТ управляется контроллером сигнальным автоматического пожаротушения (КСАП), осуществляющий контроль за состоянием насосной станции. В насосной станции установлены инфракрасные датчики контроля «Ясень». При возникновении пожара, на объектах охраны контроллер КСАП автоматически запускает пенный насос и открывает соответствующие задвижки на насосную, сигнал с контроллера КСАП поступает в пожарное депо, где находятся две дежурные пожарные машины и пожарный расчет. На каждом из входов (два) в насосную устанавливаются ручные пожарные извещатели.

5.3 Расчет установки пенного тушения и пожарного водоснабжения

Пожарная безопасность объекта должна обеспечиваться системами предотвращения пожара и противопожарной защиты, в том числе организационно-техническими мероприятиями.

Система пожарной автоматики предназначена для:

- автоматического обнаружения очага возгорания;

- оповещения персонала о пожаре;

- приведения в действие системы пенотушения в автоматическом или ручном режимах, для локализации очага пожара.

Автоматическая система управления пенного пожаротушения (АСУ ПТ) на НКК НПС «Субханкулово» выполняется на базе микропроцессорных средств, которая обеспечивает:

- непрерывный контроль и управление системами тушения пожаров в режиме ожидания (до возникновения пожара) и в режиме «Пожар»;

-функционирование централизованной или распределенной автоматизированной системы с возможностью расширения выполняемых функций без изменения структуры программного обеспечения;

- работу системы автоматизации автономно, в локальной сети и в составе многоуровневой автоматизированной системы управления.

На объекте НПС «Субханкулово» эксплуатируется система автоматической установки пожаротушения, в состав которой входит заранее приготовленный 6% водный раствор пенообразователя, хранящийся в специальных подземных резервуарах. В период тушения пожара насосами пожаротушения, раствор подаётся к пеногенераторам.

Система автоматического пенного пожаротушения на НКК НПС «Субханкулово» в насосных залах предусмотрена на пену высокой кратности.

На НПС «Субханкулово» для нужд пожаротушения используется насосная водяного пожаротушения с резервуарами противопожарного запаса воды объем=2000 м3 (2 шт.) и объем=500 м3.

Пена получается в стационарных пеногенераторах ГСП-600 при смешении 6% раствора пенообразователя ПО-1 с воздухом. Обладает незначительной электропроводностью и поэтому применяется для тушения пожаров в электроустановках, находящихся под напряжением.

Приведем тактико-технические показатели прибора подачи пены:

- ствол и генератор, ГСП-600;

- напор у прибора, 60 м;

- концентрация раствора, 6%;

- расход воды, 5,64 л/с;

- расход пенообразователя, 0,36 л/с;

- кратность пены, 100;

- подача (расход) по пене, 36 м /мин.

Метод тушения - комбинированный, от площади к объему. Это диктуется наличием трубопроводов на высоте 1,25 м и высотой насоса 1,7 м, поскольку очаг пожара может возникнуть в любой точке по высоте трубопроводов обвязки и насоса, а остаточное давление в трубах будет способствовать образованию форсуночного горения, то при расчёте на объёмное тушение высота принимается равной 1,75 м.

Площадь помещения насосной найдем по формуле

S = a?b, (5.1)

где S - площадь помещения, м2;

а - длина насосной, равная 37 м;

b - ширина насосной, равная 9 м.

S = a?b = 37?9 = 335 м2;

Объём помещения, заполняемый пеной, согласно принятой высоте будет составлять:

Vп = a?b?h = 37?9?1,75 = 586 м3, (5.2)

где Vп - объём помещения, заполняемый пеной, м3;

h - принятая высота, м.

Определим объём, который можно заполнить одним генератором пены ГСП-600 за расчетное время тушения пожара по формуле

, (5.3)



где - объём, который можно заполнить одним генератором пены ГСП-600 за расчетное время тушения пожара, равное 15 мин., м3;

- расход генератора по пене, м3/мин;

ф - расчетное время тушения пожара, мин.;

К3 - коэффициент разрушения и потери пены, равный 3,5;

3.

Определим требуемое число генераторов пены ГСП-600 для объёмного тушения пожара в насосной по формуле

, (5.4)

где - требуемое количество генераторов пены ГСП-600, шт;