Таблица 1.3 - Технические данные электродвигателя СТД 1250-2

• - система разгрузки торцовых уплотнений;
• - система контроля и защиты насосного агрегата.
• Для подачи и отвода масла к подшипникам нефтяных магистральных насосных агрегатов установлена централизованная циркуляционная принудительная замкнутого типа система маслоснабжения.
• В состав маслосистемы входят:
• 1) два маслобака, представляющих собой сварные ёмкости объёмом 2,1 м³ каждая. На баках смонтирован указатель уровня масла и фланцы для присоединения трубопроводов;
• 2) два маслонасоса НМШ 32-10-18/6 производительностью 18 м³/ч с приводом от электродвигателя ВАО-51-6 мощностью 5,5 кВт во взрывобезопасном исполнении. Один насос - рабочий, второй находится в режиме автоматически включаемого резерва. Один насос для откачки и закачки масла в маслобаки марки Ш-5 производительностью 3,6 м/ч с приводом от электродвигателя АО-2-31-4, мощностью 2,2 кВт;
• 3) два фильтра очистки масла. Поверхность фильтрации одного патрона
• 0,3 м², расход масла через один фильтрующий патрон 16 м³/ч. Фильтры рассчитаны на давление 1 МПа;
• 4) три аппарата воздушного охлаждения масла АВМ В-9-Ж-0, 6-Б1-В. Они представляют собой блок теплообменника с центробежным вентилятором Ц4-70, который прогоняет воздух через теплообменник и, обдувая трубный пучок, охлаждает циркулирующее в нем масло;
• 5) аккумулирующий маслобак сварной конструкции емкостью 1 м³;
• 6) система маслопроводов, подающие и обратные магистрали которых проложены в технологических каналах.
• Основные технические данные маслосистемы приведены в таблице 1.4.
• Таблица 1.4 - Основные технические данные маслосистемы

Параметры	Значения
Марка масла, применяемая для смазки подшипников	Т-22, Т-30
Температура масла на входе в подшипник, °С	35
Давление масла в конце маслопроводов, МПа, не менее	0,1
Расход масла, м3/ч	18

Масло из маслобаков рабочим насосом через фильтр и маслоохладитель закачивается в аккумулирующий бак, установленный на высоте 6 м от уровня пола насосной и уже из него самотеком, через дроссельные шайбы поступает к подшипникам и далее по сливным маслопроводам в маслобак. Маслоохладители выполнены со 100 %-ным резервом, так как в системах использующих их предусматривается и последовательная, и параллельная работа двух маслоохладителей. Регулирование температуры масла осуществляется путем автоматического открывания термоклапана и перепуска масла по байпасной линии мимо маслоохладителя.

Система нефтеутечек служит для сбора утечек нефти с магистральных насосных агрегатов. В состав системы откачек утечки нефти входит:

- емкость объемом 29,1 м³ изготовлена из трубы диаметром 1020 мм, которая служит для сбора нефти от основных насосов;

- два полупогружных насоса 12НА-9*4 предназначенных для откачки нефти с емкости утечек на прием станции. Насос установлен на крышке бака из которого перекачивается жидкость. Насос имеет подачу 80 м³/ч, напор 43 м, мощность электродвигателя 17 кВт, число оборотов 1400 об/мин;

- емкость разгрузки объемом 128 м³ для сбора нефти с торцевых уплотнений основных насосов;

- два насоса НЦСН 60-330 производительностью 60 м³/ч и напором 330 м. Мощность на валу электродвигателя 100 кВт, число оборотов 3000 об/мин.

Утечка нефти с торцовых уплотнителей насосов поступает в емкости сбора утечек 29,1 м³. Система утечек оснащена защитой по максимальным утечкам. Для контроля утечек магистральных насосных агрегатов установлен бачок сигнализации особой конструкции. При превышении уровня нефти в бачке срабатывает защита на отключение насосного агрегата.

Откачка нефти из емкости сбора утечек производится автоматически, включением вертикального насоса типа 12НА-9*4 в резервуар сброса ударной волны объемом 128 м³ или на прием насоса откачки утечек НЦСН 60-330 и далее на прием насосной станции.

Источником повышения давления в магистральном нефтепроводе при переходном режиме является внезапное отключение всех насосов станции. При этом давление на приеме НПС быстро нарастает, что вызывает образование крутой волны повышения давления, распространяющейся со скоростью звука в направлении к предыдущей НПС. Движение нефти мимо отключенной станции начинается спустя 30 - 40 секунд при выравнивании давления на приеме и нагнетании. В результате в магистральном трубопроводе возникают временные гидродинамические перегрузки по давлению, которые могут превышать эпюру максимальных рабочих давлений при установившемся режиме перекачки. Повышение давления при переходном режиме над эпюрой максимальных рабочих давлений при установившемся режиме перекачки частично учитывается коэффициентом перегрузки рабочего давления 1,15, предусмотренного при расчете труб на прочность.

На всех промежуточных станциях без емкости предусмотрена система защиты нефтепровода, обеспечивающая сглаживание крутых волн давления при переходных режимах. Фронт сглаживания волны подбирается так, чтобы превышение давления в любой точке участка не выходило за пределы допустимой перегрузки рабочего давления. Защита нефтепровода осуществляется посредством отвода нефти в безнапорную ёмкость через автоматический регулятор, обеспечивающий заданный график расхода.

Система защиты нефтепровода подключается непосредственно к нефтепроводу после фильтров-грязеуловителей для обеспечения более надежной работы регулятора. На НПС «Мраково» установлена система управления поворотным затвором для регулирования давления СУ-93, которая предназначена для автоматического поддержания давления на приеме насосной станции не ниже заданного значения и на выходе не выше заданного значения.

Система включает в себя электрические исполнительные механизмы, смонтированные на поворотных затворах четыре датчика давления (два в насосном зале, два в регуляторе) и устройство регулирующее УР-94, расположенное в операторной. Для обеспечения нормальной работы насосных агрегатов применяются средства КИП и А, которые обеспечивают дистанционный пуск, остановку, контроль параметров, предупредительную аварийную сигнализацию и блокировку (пуск-отключение) при аварийных режимах.

Контроль насосного агрегата осуществляется за следующими параметрами:

- давление жидкости на всасывающей линии насоса;

- давление жидкости на нагнетательной линии насоса;

- электрические параметры работы электродвигателя (напряжение, сила тока);

- тепловой контроль корпуса насоса и электродвигателя и т.д.

На каждый насос предусматривается:

- централизация контроля и управления всеми системами насосной;

- автоматическое регулирование давления для обеспечения давления нагнетания не выше заданного и давления всасывания не ниже заданного (регулирование давлений осуществляется методом дросселирования потока нагнетания);

- автоматическое отключение перекачивающей насосной при пожаре и загазованности;

- автоматическая защита от возникновения крутых волн давления на всасывании насосной станции, вследствие внезапной остановки насоса.

2. Патентная проработка

2.1 Выбор и обоснование предмета поиска

В дипломном проекте рассматриваются вопросы автоматизации ФГУ.

Одним из измеряемых параметров на ФГУ является давление. На фильтрах для этих целей рассматривается возможность внедрения датчика разности давлений типа EJA 110А, с резонансным принципом действия, который основан на преобразовании упругой деформации монокристаллической кремниевой мембраны, возникающей под действием приложенной разности давлений, в частотный электрический сигнал.

При проведении патентного поиска особое внимание было уделено поиску и анализу датчиков разности давлений с резонансным принципом измерения давления.

2.2 Регламент поиска

Патентный поиск проводился с использованием фондов УГНТУ по источникам патентной документации Российской Федерации, по зарубежным фондам поиск проводился с помощью интернет ресурсов.

Глубина поиска пять лет (2007 - 2011 гг.). Поиск проводился по индексам международной патентной классификации (МПК):

- G 01 L 13/02 - «Устройства и приборы для измерения разности двух и более величин давления жидкости с помощью упруго деформируемых элементов или поршней в качестве чувствительных элементов».

При этом использовались следующие источники патентной информации:

- полные описания к патентам Российской Федерации;

- документы справочно-поискового аппарата;

- официальный бюллетень Российского Агентства по патентам и товарным знакам «Изобретения. Полезные модели» (2007 - 2011 гг.);

2.3 Результаты поиска

Результаты патентного поиска приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Результаты патентного поиска

Страна	Индекс МПК	Номера просмотренных патентов	Выявленные аналоги
Россия	G 01 L 13/02	2325623 - 2436054	Аналогов не выявлено
США		6082199	№ 6082199 «Чувствительный элемент датчика»

2.4 Анализ результатов поиска

Рассмотрим аналоги, приведенные в таблице 2.1.

Аналогов по патентам G01L 13/02 не выявлено.

Фирма «Yokogawa» (Япония) является разработчиком резонансного преобразователя давления с кремниевым резонатором и поэтому на сегодняшний день аналогов в нашей стране нет.

В основу чувствительного элемента датчика по патенту США № 6082199, лег известный «частотно-резонансный» принцип, который наглядно можно продемонстрировать на примере струны: натяжение струны контролируется ее собственной частотой колебаний (тоном). При натяжении струны ее тон (частота собственных колебаний) становится выше, при ослаблении - ниже.

В качестве упругого элемента используется кремниевая диафрагма, на которой расположены два чувствительных элемента. Чувствительные элементы - резонаторы расположены так, что их деформации отличаются по знаку при приложении разности давлений к чувствительному элементу.

Изменение собственной частоты резонаторов прямо пропорционально прилагаемому давлению. Возбуждение колебаний и передача частоты механических колебаний в электрический частотный сигнал происходит путем помещения двухконтурных резонаторов в постоянное магнитное поле и пропускание переменного электрического тока через тело резонатора в контуре возбуждения.

Благодаря эффекту электромагнитной индукции, в измерительном контуре возникает переменная ЭДС с частотой, равной частоте колебаний резонатора измерительного контура. Обратная связь контура возбуждения по измерительному контуру вместе с эффектом сдвига частоты вынужденных колебаний в сторону резонансной частоты обеспечивают постоянное соответствие частоты электрических колебаний резонансной (собственной) частоте механических колебаний тела резонатора. Собственная частота такого ненагруженного резонатора составляет обычно около 90 кГц [2].

На сегодняшний день чувствительные элементы с частотно-резонансным принципом измерения единственная серьезная альтернатива емкостному и пьезорезистивному методам измерения. Большой запас по точности и стабильности чувствительного элемента подтвердило целесообразность применения датчиков разности давлений тип EJА 110A.

3. Автоматизация нефтеперекачивающей станции

Автоматизация и телемеханизация объектов МН должна обеспечивать функционирование следующих уровней контроля и управления:

- уровень МДП;

- уровень РДП;

- уровень ТДП ДО МН;

- уровень ЦДП ОАО АК «Транснефть».

Система автоматизации НПС предназначена для централизованного контроля, защиты и управления оборудованием НПС, должна обеспечивать автономное поддержание заданного режима работы НПС и его изменение по командам оператора НПС или диспетчера РДП [3].

Функциональная схема автоматизации НПС «Мраково» представлена на рисунке 3.1. Перечень ТСА представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Перечень ТСА

Поз. обозначение	Наименование	Кол-во, шт	Примечание
1	Термопреобразователь сопротивления
	ТСМ 012-19 РГАЖ2.012-19 0ExiaIICT3	1	I=160 мм., 50 М
2	Манометр показывающий МПТИ	2	Рпред 0,4 МПа
3	Манометр показывающий МПТИ	1	Рпред 4 МПа
4	Манометр показывающий МПТИ	2	Рпред 10 МПа
5	Датчик избыточного давления типа Метран-100 1ExdIICT3	1	Рпред 4 МПа
6	Датчик избыточного давления типа EJX 530A 1ExdIICT3	2	Рпред 10 МПа
7	Датчик разности давлений типа EJA 110A 1ExdIICT3	1	Рпред 0,4 МПа
8	Манометр электроконтактный 1005 1ExdIICT3	1	Рпред 4 Мпа
9	Манометр электроконтактный 1005 1ExdIICT3	2	Рпред 10 Мпа
10	Сигнализатор уровня OMUV 05/1 EExd	1	Нпред 500 мм
11	Прибор адресный приемно-контрольный «Страж»	1
12	Устройство регулирующее типа УР-94	1

Размещено на http://www.allbest.ru/

99

3.1 Основные функции автоматизации

Система автоматизации НПС должна обеспечивать выполнение следующих основных функций [4]:

? защита оборудования НПС (общестанционными и агрегатными защитами);

? управление оборудованием НПС;

? регулирование давления в МН;

? контроль технологических параметров и параметров состояния оборудования;

? отображение и регистрация информации;

? связь с другими системами.

Система автоматизации насосной станции предусматривает следующие защиты и сигнализации:

? аварийная остановка насосного агрегата из операторной и по месту;

? пожар на площадке;

? аварийная загазованность;

? аварийный максимальный и минимальный уровень на сборнике утечек;

? затопление насосного цеха и блок-боксов вспомогательных систем;

? неисправность вспомогательных систем;

? минимальное давление всасывания станции;

? максимальное давление нагнетания станции;

? максимальное или минимальное давление нагнетания (всасывания) насоса;

? повреждение или авария в регулирующих устройствах;

? сигнал о прохождении скребка при пуске, пропуске или приёме;

? остановка станции с РДП с разрешением нового запуска.

В зависимости от параметра, по которому срабатывает общестанционная защита, система может осуществлять:

? одновременное отключение всех работающих магистральных агрегатов;

? поочередное отключение всех работающих магистральных агрегатов, начиная с первого по потоку нефти.

Функции управления должны предусматривать программный пуск и остановку магистральных, подпорных насосных агрегатов и вспомогательных систем.

Управление магистральными и подпорными насосными агрегатами должно быть реализовано в следующих режимах:

- дистанционный из РДП, ТДП (телемеханический);

- программный из операторной (основной);

- резервный;

- кнопочный;

- ремонтный;

- испытательный.

Управление вспомогательными системами должно быть реализовано в режимах:

? автоматический основной;

? автоматический резервный;

? ремонтный;

? кнопочный.

Вспомогательные системы (смазки, охлаждения, вентиляции), которые являются общими для всех агрегатов и всегда работают при работающих магистральных и подпорных агрегатах, могут включаться одновременно одной командой. Их отключение может проводиться также общей командой после остановки всех агрегатов.

Системы подпорной вентиляции должны включаться перед включением в работу первого (по потоку) магистрального агрегата.

В системе подачи масла к подшипниковым узлам насосных агрегатов следует предусматривать:

? измерение и сигнализацию температуры масла;

? сигнализацию минимального уровня в аккумулирующем баке маслосистемы;

? сигнализацию максимального и минимального уровня в баках маслосистемы.

Насосы системы откачки утечки нефти могут управляться автоматически в зависимости от предельных уровней в резервуаре-сборнике. Автоматическое отключение насоса, откачивающее нефть из резервуара-сборника, может производиться по минимальному уровню или через определенное время после включения.

В системе откачки утечек рекомендуется предусматривать автоматическое включение резервного насоса параллельно основному, если через заданное время (1,5 мин.) после запуска основного насоса уровень в сборнике не снижается.

Схема откачки утечек на НПС должна предусматривать контроль аварийного максимального уровня в емкостях сбора утечек с помощью независимых датчиков .

Средства автоматического регулирования давления магистральной насосной предназначены для поддержания давления на приеме НПС не ниже допустимого значения по условиям кавитации насосов и давления в магистральном нефтепроводе на выходе НПС (после регуляторов давления), не выше допустимого значения по гидравлическому расчету линейной части нефтепровода или исходя из технологического режима перекачки.

Функции контроля должны предусматривать:

? контроль соответствия текущих значений основных технологических параметров заданным значениям;

? контроль изменения состояния оборудования НПС, срабатывания защит, что должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией [5].

3.2 Автоматизированная система управления технологическими процессами НПС

НПС «Мраково» управляется в автоматическом и дистанционном режимах и обеспечена системами защиты и контроля за давлением, вибрацией, температурой, утечками из торцовых уплотнений, оснащена системами контроля загазованности, затопления и пожара.

На НПС «Мраково» внедрена блочно-комплексная система автоматики с 1979 года, система прошла реконструкцию в 2004 году.

Блочная система автоматизации предназначена для сигнализации, контроля, защиты и управления технологическим оборудованием НПС.

Система автоматики обеспечивает:

? централизованный контроль и отображение информации о работе технологического оборудования НПС;

? автоматическую защиту технологического оборудования НПС;

? управление технологическим оборудованием НПС;

? изменение режима работы НПС по командам оператора НПС или диспетчера РДП;

? связь с системой ТМ, КСАППТ и СИУ.

Система контроля и управления технологическим оборудованием НПС имеет трехуровневую структуру: нижний, средний и верхний уровни.

Основными приборами нижнего уровня системы автоматизации НПС являются:

? датчики температуры подшипников насосов и электродвигателей магистральных насосных агрегатов, корпусов насосов, масла в трубопроводе к подшипникам, воздуха в помещениях НПС;

? датчики избыточного давления нефти в трубопроводе (на приеме магистральных насосов, на входе и выходе узла регулирования давления, на входе отдельных МНА);

? датчики уровня в сборнике нефти разгрузки;

? технические манометры для местного измерения давления;

? сигнализаторы давления жидкости (нефти, масла);

? сигнализаторы давления воздуха в системах контроля вентиляции;

? сигнализаторы уровня жидкости;

? датчики-реле уровня агрегатных утечек;

? приборы виброконтроля МНА;

? измерительные преобразователи силы тока электродвигателей МНА;

? приборы пожарной сигнализации;

? приборы контроля прохождения очистного устройства.

К среднему уровню системы автоматизации относятся программно-аппаратные модули (блоки) управления узлов и агрегатов НПС на базе ПЛК.

Блок ручного управления предназначен для осуществления функций резервирования аварийных защит, как в ручном, так и в автоматическом режимах, вне зависимости от состояния микропроцессорной системы.

Структурная схема автоматизации НПС представлена на рисунке 3.2.



Рисунок 3.2 - Структурная схема автоматизации НПС

Контроллеры обеспечивают:

– сбор информации от датчиков, блоков управления и т.д., устанавливаемых по месту;

– обработку и передачу информации о состоянии объектов на верхний уровень системы автоматизации;

– прием информации с верхнего уровня системы автоматизации и формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

Основой серии на НПС являются свободно программируемые микропроцессорные контроллеры ЭЛСИ-Т, в которых сосредоточен основной интеллект, управляющий технологическим процессом. Программирование контроллеров осуществляется в единой программной среде на базе пакета Open PCS фирмы Infoteam, который соответствует международному стандарту IEC-1131.

В состав нормализованной серии входят следующие щиты:

? управления, контроля и защиты станции;

? приборный;

? САРД;

? управления магистральным агрегатом;

? управления узлом подключения станции;

? управления вспомогательными системами НПС;

? щит управления электроприводами;

? управления закрытое распределительное устройство напряжением 6 или 10 кВ;

? управления системой пожаротушения.

В состав верхнего уровня системы автоматизации входят:

? серверы ввода/вывода;

? компьютеры оператора МДП;

? компьютер начальника станции или системный компьютер;

? цветной струйный или лазерный принтер.

Верхний уровень системы автоматизации обеспечивает:

? прием информации о состоянии объекта;

? мониторинг технологического процесса и получение трендов измеряемых технологических параметров;

? оперативное управление технологическим процессом;

? архивацию событий нижнего уровня, действий оператора и команд РДП;

? формирование базы данных.

Указанная структура сформирована следующим образом. В составе технологического оборудования станции выделены отдельные узлы и агрегаты исходя из условия минимизации информационного процесса обмена между ними. Каждый узел оснащен необходимыми датчиками, исполнительными механизмами и имеет соответствующий щит управления.

Система, построенная по такому принципу, называется распределенной. К положительным качествам такой системы можно отнести:

? упрощение прикладного программного обеспечения в результате разбиения общей программы управления на простые подпрограммы, функционирующие параллельно и автономно (обмен между подпрограммами осуществляется стандартными сетевыми средствами);

? повышение быстродействия системы за счет распараллеливания вычислений;

? возможность пространственного приближения интеллекта к технологическому узлу и соответственно сокращение затрат на кабельную продукцию;

? повышенную «живучесть» системы без 100%-ного резервирования интеллектуальных ресурсов;

? возможность резервирования интеллектуальных технических ресурсов в соответствии с правилами резервирования, принятыми в технологии;

? возможность незапланированного наращивания системы, вызванного наращиванием технологических мощностей (в централизованной системе ресурс для этого должен предусматриваться заранее);

? возможность проведения последовательной реконструкции автоматики НПС исходя из наличия инвестиционных ресурсов;

? возможность создания нормализованной серии щитов автоматики, подобной существующим на станциях релейным системам.

Щиты блоков управления.

Основой технических средств комплекса является нормализованная серия щитов управления. В каждом щите, за исключением приборного щита, установлен один или два программируемых контроллера, которые функционируют совместно с соответствующими агрегатами или технологическими узлами. При этом обеспечивается:

- прием информации от датчиков технологических параметров и ее первичная обработка (фильтрация, масштабирования; определение достоверности и др.);

- автоматическое управление агрегатом с выдачей соответствующих команд на исполнительные механизмы;

- защитные блокировки;

- передача информации о состоянии объекта в технологическую сеть;

- прием информации из технологической сети.

Конструктивно щиты выполнены в закрытом исполнении, с передним обслуживанием. На внутренних панелях щитов размещаются:

- программируемые контроллеры;

- блоки питания;

- активные искробезопасные барьеры для ввода сигналов от аналоговых и дискретных датчиков, размещенных во взрывоопасной зоне;

- блоки сопряжения с электроприводами задвижек;

- блоки защиты от наведенных перенапряжений;

- выходные реле контроллеров;

- блоки зажимов.

Вторичные приборы системы контроля загазованности (щит приборный), виброконтроля (щит управления магистральным агрегатом) устанавливаются внутри щитов на специальных поворотных рамах.

Система противоаварийной защиты.

Надежность функционирования систем обеспечения безопасности опасных объектов промышленности целиком зависит от состояния электронных и программируемых электронных систем, связанных с безопасностью. Эти системы называются системами ПАЗ. Такие системы должны быть способны сохранять свою работоспособность даже в случае отказа других функций АСУ ТП нефтеперекачивающей станции.

Рассмотрим главные задачи, возлагаемые на такие системы:

- предотвращение аварий и минимизация последствий аварий;

- блокирование (предотвращения) намеренного или ненамеренного вмеша- тельства в технологию объекта, могущего привести к развитию опасной ситуации и инициировать срабатывание ПАЗ.

Для некоторых защит предусматривается наличие задержки между обнаружением аварийного сигнала и защитным отключением. Отключение основных вспомсистем, закрытие задвижек подключения НПС к МН.

Структура контроллерной системы аварийной защиты представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Структура контроллерной системы ПАЗ

В таблице 3.2 представлен перечень блокировок.

Таблица 3.2 - Перечень блокировок

№ сценария	Позиционное обозначение	Условие срабатывания	Действие защиты
1	3,5,8	Давление ниже 0,7 МПа	Запрет включения агрегатов следующих по ходу нефти
		Давление 0,5 МПа	Через 15 сек. отключение первого по ходу нефти
		Давление 0,45 МПа	Через 20 сек. аварийное отключение НПС
2	10	Превышение уровня утечек выше 70 мм. от дна	Аварийное отключение НПС
3	4,6,9	Давление ниже 4,55 МПа	Запрет включения агрегатов следующих по ходу нефти
		Давление 5,65 МПа	Отключение первого по ходу нефти
		Давление 6 МПа	Аварийное отключение НПС
4	4,6,9	Давление 5,2 МПа	Отключение первого по ходу нефти
		Давление 5,5 МПа	Аварийное отключение НПС
5	11	Пожар	Аварийное отключение НПС

Алгоритмическое содержание функций ПАЗ состоит в реализации следующего условия: при выходе значений определенных технологических параметров, характеризующих состояние процесса или оборудования, за установленные (допустимые) пределы должно проводиться отключение соответствующего агрегата или всей станции.

Входную информацию для группы функций противоаварийной защиты содержат сигналы о текущих значениях контролируемых технологических параметров, поступающие на логические блоки (программируемые контроллеры) от соответствующих первичных измерительных преобразователей, и цифровые данные о допустимых предельных значениях этих параметров, поступающие на контроллеры с пульта АРМ оператора НПС. Выходная информация функций противоаварийной защиты представлена совокупностью управляющих сигналов, посылаемых контроллерами на исполнительные органы систем защиты.

Система регулирования давления.

Система регулирования давления обеспечивает поддержание давления на входе и выходе НПС в заданных пределах. Щит САРД входит в состав нормализованной серии. Базовым его элементом является программируемый контроллер класса ЭЛСИ, который принимает сигналы от датчиков давления и положения регулирующих заслонок и реализует функции ПИД-регуляторов давления на входе и выходе станции.

Для управления асинхронными электродвигателями регулирующих заслонок использованы преобразователи частоты на базе силовых IGBT-транзисторов. Преобразователи частоты обеспечивают закон изменения частоты и напряжения на статоре двигателя U/f = const с форсировкой напряжения на нижних частотах вращения. Кроме того, в преобразователях используется современная технология векторного управления, которая позволяет избежать применения датчиков обратной связи по скорости электродвигателя. Преобразователи рассчитаны на управление трехфазными асинхронными электродвигателями мощностью до 5,5 кВт.

Сетевые средства и протоколы передачи информации.

В системе автоматизации используются две технологии: Ethernet и CAN. Сеть Ethernet является внутренней сетью одного узла (система взаимодействия с оператором и внешней средой), входящего в свою очередь в САN. Данная сеть обеспечивает взаимодействие между компьютерами узла. Кроме того, она легко включается в существующую корпоративную сеть предприятия в качестве сегмента, поскольку на предприятиях, эксплуатирующих нефтепроводы, как правило, существуют сети на базе Ethernet.

Сеть САN является основной системообразующей сетью, выбор ее технологии обусловливают следующие факторы:

- существование САN на рынке более 10 лет;

- широкая аппаратная поддержка (протокол САN реализован на одном кристалле, и соответствующие микросхемы производятся многими фирмами) и как следствие низкая цена на электронные компоненты;

- ориентирование САN на распределенные системы управления (широковещательная передача в сочетании с событийным протоколом и множественным доступом к шине);

- высокая надежность, обеспечиваемая высокой устойчивостью к электромагнитным помехам и низкой вероятностью ошибок (одна в 1000 лет);

- различная среда передачи (витая пара, оптоволокно, ИК-канал, радиоканал);

- упрощенная интеграция новых узлов в существующую сеть.

Программное обеспечение системы.

Программный комплекс Восток, являющийся основой SCADA системы, состоит из сервера Восток, клиентской части и программных средств коммуникации с другими проектами и системами. Сервер имеет модульную структуру.

В состав ОРС-сервера Восток входят следующие компоненты:

? модуль алармов, обеспечивающий генерацию сообщений об авариях, их рассылку и сохранение в базу данных;

? модуль трендов, обеспечивающий накопление и представление текущих данных в виде графических зависимостей от времени;

? модуль логики, позволяющий реализовывать сложные алгоритмы пересчета данных, анализировать логические выражения и др.;

? модуль ОРС, предназначенный для чтения записи данных, полученных от сторонних ОРС-серверов;

? модуль истории, обеспечивающий сохранение в БД технологических параметров в хронологическом порядке;

? модуль резервирования, обеспечивающий функцию автоматического резервного сервера при выходе из строя основного и наоборот;

? модуль CAN, позволяющий осуществлять обмен информацией по сети САN между контроллерами среднего уровня системы и компьютерами верхнего уровня;

? модуль МЭК, обеспечивающий обмен информацией между системой автоматики НПС и другими системами по протоколу МЭК-870 (РДП, ТДП, КП линейных сооружений).

На компьютерах операторов и других рабочих станциях устанавливается следующее программное обеспечение:

? визуально-графический инструментальный фирмы Iconics;

? программное обеспечение для отображения трендов аналоговых сигналов разработки ЗАО «ЭлеСи»;

? программное обеспечение для отображения оперативных и исторических алармов разработки ЗАО «ЭлеСи».

При этом с помощью SCADA-пакет Genesis 32 производится:

? отображение технологических схем;

? отображение оперативных, предупредительных и аварийных сообщений;

? отображение текущих измеряемых параметров;

? отображение табличных форм.

3.3 Контрольно-измерительная аппаратура

Контроллер ЭЛСИ - ТМ.

Контроллер предназначен для построения распределенных гибких автоматизированных программно-технических комплексов контроля и управления объектами нефтяной и газовой промышленности энергетики, перерабатывающих отраслей, транспорта, коммунального хозяйства и др.

Контроллер осуществляет сбор и обработку информации с первичных датчиков, формирование сигналов управления по заданным алгоритмам, прием и передачу информации по последовательным каналам связи.

Контроллер представляет собой набор функционально-законченных модулей, что позволяет создавать контроллеры для различных применений.

Имеющийся набор модулей, в состав которого входят коммуникационные модули, модули ввода аналоговых сигналов, модули ввода дискретных сигналов, модули вывода дискретных сигналов, специализированные модули, позволяет наиболее оптимально сконфигурировать контроллер для определенных задач.

Технические характеристики контроллера приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Технические характеристики контроллера типа ЭЛСИ - ТМ

Наименование параметра	Значение
Номинальное значение напряжения питания переменного тока, В	220
Отклонение напряжение питания переменного тока от номинального значения, В	44
Частота питающей сети, Гц	50
Номинальное значение напряжения питания постоянного тока, В	220
Отклонение напряжение питания постоянного тока от номинального значения, В	-20, +130
Потребляемая мощность, Вт, не более	60
Габаритные размеры (без кабельной части), мм, не более	435х230х220
Масса, кг, не более	10
Вероятность безотказной работы за 10000 ч, не менее	0,95
Срок службы, лет, не менее	10

Конструкция контроллера представляет собой набор модулей, объединенных коммутационной панелью ТК-103.

Каждый модуль контроллера представляет собой функционально - законченный блок.

Контроллер реализован с применением микропроцессорной техники по модульному принципу.

Условное обозначение модулей контроллера формируется следующим образом: «Модуль ТХ - ХХХ.Х», где Т- обозначение серии контроллеров типа Элси-ТМ; Х - основное функциональное назначение:

- К - модуль коммутационный (панель);

- С - модуль центрального процессора;

- А - модуль аналогового ввода-вывода;

- D - модуль дискретного ввода-вывода;

- P - модуль питания;

- N - модуль интерфейсный.

XXX - порядковый номер разработки; X - код варианта исполнения модуля.

Контроллер реализован по модульному принципу на основе параллельной магистрали (шины).

Магистраль контроллера содержит:

- шину адреса;

- шину данных;

- шину управления;

- шину прерываний;

- шину питания.

Модули контроллера подключены к шине параллельно и посредством магистрали производят обмен данными с процессором, а также подключение к питающим напряжениям.

Центральный процессор выполняет функции:

- самопроверки и проверки работоспособности функциональных модулей;

- коммуникации данных между модулями;

- логической обработки данных и выдачи сигналов управления в соответствии с прикладной программой;

- сохранения данных в энергонезависимой памяти;

- обслуживания часов реального времени;

- автоматического перезапуска контроллера при подаче питания или сбое в работе.

Функциональные модули выполняются на основе микроконтроллера с программным управлением. Источник питания контроллера, в зависимости от исполнения, преобразует напряжение сети питания 220 В частотой 50 Гц или

24 В постоянного тока в напряжение питания модулей: плюс 5 В, плюс 12 В, минус 12 В. Программное обеспечение контроллера состоит из:

- программного обеспечения центрального процессора (ПО ЦП);

- программного обеспечения функциональных модулей;

- сервисного программного обеспечения (сервисного ПО).

В состав ПО ЦП входят:

- многозадачная операционная система;

- модули поддержки протоколов обмена по последовательным интерфейсам;

- модуль поддержки прикладной программы;

- конфигуратор.

Многозадачная операционная система обеспечивает управление работой запущенных на центральном процессоре задач и системных устройств (таймеров, flash-памяти, часов реального времени и т.д.). Модуль поддержки протоколов предоставляет программе пользователя возможность работы с последовательными интерфейсами по заданным протоколам передачи данных. Модуль поддержки прикладной программы производит выполнение пользовательской логики обработки сигналов в соответствии со стандартом IEC1131. Максимальный объем прикладной программы - 512 кб. Программное обеспечение модулей реализует:

- проверку работоспособности модулей в фоновом режиме;

- индикацию состояния модулей;

- в модулях аналогового ввода - усреднение и интегрирование входных сигналов, проверку и калибровку каналов для исключения временных и температурных дрейфов;

- в модулях дискретного ввода - проверку каналов, последовательный опрос каналов, цифровую фильтрацию входных сигналов, подсчет количества и частоты следования импульсов;

- в интерфейсных модулях - протокол обмена.

Структурная схема модуля приведена на рисунке 3.4.



Рисунок 3.4 - Структурная схема контроллера типа Элси-ТМ

Для проведения работ по проверке технического состояния контроллера при обслуживании, а также для тестирования и отладки прикладного программного обеспечения, в составе комплекта поставки контроллера имеются сервисные средства, в частности, переносной пульт инженера (пульт ППИ64х45). Пульт инженера является переносным портативным устройством и позволяет производить вывод значений сигналов контроллера, просмотр и редактирование параметров. Подключение ППИ осуществляется через разъем интерфейса RS-232, находящегося на модуле центрального процессора ТС-306.