Внедрение системы автоматизации рабочего места оператора нефтебазы

iFIX -- HMI/SCADA-система от ведущего мирового производителя программного обеспечения для автоматизации производства. iFIX позволяет организовать эффективный сбор данных, визуализацию и диспетчерское управление технологическими процессами в рамках всего предприятия. При помощи iFIX становится возможным контроль всех аспектов производства, использования оборудования и ресурсов, что неизбежно приводит к сокращению затрат, повышению качества продукции и сокращению времени продвижения новых продуктов на рынок.

В iFIX воплощены самые современные программные технологии и запатентованные “ноу-хау”, которые позволяют в значительной мере ускорить процесс принятия производственных и бизнес решений, что в свою очередь повышает эффективность производства и качество продукции.

Proficy iFIX: Технические достоинства

Распределенная клиент-серверная архитектура

Серверы iFIX обеспечивают сбор, обработку и распределение оперативных производственных данных

Несколько типов клиентских приложений iFIX обеспечивают визуализацию и управление. Среди них iClient ™, iClientTS ™ для Terminal Server и Web-интерфейсы (клиенты iWebServer и infoAgent)

Широкие возможности по масштабированию системы, в полной мере использующие преимущества архитектуры клиент-сервер

Быстрая разработка и внедрение системы

* Разработка проекта в WorkSpace -- удобной в использовании интегрированной среде разработки с интуитивно понятным пользовательским интерфейсом

Быстрое создание и развертывание приложений с использованием программных Экспертов

Использование программных приложений "третьих фирм" благодаря технологии Plug and Solve - уникальной разработке компании GE Fanuc

Разработка приложений и внесение изменений в проект в режиме on-line, без отключения системы от управления производством и перезагрузки приложений

Создание программных обработчиков событий, включая нажатие “горячих” клавиш, с помощью встроенного Редактора макросов

Богатые возможности по созданию и настройке как встроенных анимиро-ванных объектов, так и объектов ActiveX без программирования на языке VBA

Сокращение времени разработки приложений при использовании Редактора теговых групп, позволяющего динамически перенастраивать типовые экранные формы

Автоматическая обработка событий в основном и фоновом режиме с использованием Планировщика событий

Мнемосхема Proficy iFIX

Широкие функциональные возможности Proficy iFIX

Разработан для использования на платформах Windows NT/2000/XP/2003

Мониторинг процессов (HMI -- человеко-машинный интерфейс)

Сбор данных и диспетчерское управление (SCADA)

SQL/ODBC API для простой и эффективной интеграции с реляционными базами данных

Многоуровневая система безопасности с регламентированием доступа отдельных пользователей или узлов SCADA. Возможность настройки и синхронизации с системой безопасности Windows

Вывод трендов по историческим данным и данным реального времени

Сбор и математическая обработка данных

Развитая подсистема генерации и управления тревожными сообщениями

Высокопроизводительная распределенная сетевая архитектура

Программные Эксперты с интуитивно понятным графическим интерфейсом для быстрой разработки и внедрения приложений

Разработка приложений в режиме on-line, без необходимости остановки процесса управления

Поддержка использования элементов управления ActiveX для организации обмена с внешними базами данных

Поддержка ODBC

Планирование обработки событий по времени и по событию

Сбор и отображение данных из исторических архивов

Наличие языка программирования Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)

Поддержка клиента и сервера OPC (OLE for Process Control)

Объектно-ориентированная графика Среда разработки WorkSpace

Поддержка Microsoft SQL 2000 Server

Расширенная архитектура Plug and Solve

Proficy iFIX: Экономический эффект от использования

Надежные инвестиции в будущее

Основываясь на современных технологиях и одновременно поддерживая уже существующие, iFIX представляет собой весьма привлекательный продукт с точки зрения надежности инвестирования средств. Созданный на основе открытых промышленных стандартов Microsoft, включая объектные модели COM/DCOM, ActiveX, VBA, Windows NT/2000/XP/2003 и OPC, iFIX является универсальным решением, способным защитить инвестиции в аппаратные средства и программное обеспечение.

Возможность использования электронных подписей и записей

Наряду с другими программными продуктами GE Fanuc, iFIX поддерживает использование электронных подписей и записей. Использование этого механизма обеспечивает ряд серьезных преимуществ, среди которых можно выделить:

Контроль целостности данных

Отслеживание и контроль действий оператора

Высокая эффективность

Организация управления производством в строгом соответствии с требованиями стандарта FDA 21 CFR Part 11, а также аналогичных европейских стандартов

Организация безбумажной системы документооборота и ведения отчетности.

Широкий набор интуитивно понятных графических инструментов, которыми обладает iFIX, помогает пользователю за короткое время освоить продукт и приступить к разработке систем АСУТП.

iFIX предлагает удобный инструментарий для качественной разработки систем любого размера и сложности. Гибкость и, как следствие, простота тиражирования и масштабирования приложений iFIX позволяет оптимальным образом использовать возможности предприятия по введению в строй новых систем и развитию уже существующих.

Распределенная клиент-серверная архитектура

Масштабируемость

Распределенная сетевая архитектура

Распределенная клиент-серверная архитектура iFIX обеспечивает максимальную гибкость при проектировании системы. Систему можно развернуть как на одиночном компьютере, на котором будет установлено локальное приложение iFIX, так и на производствах с многочисленными серверами и клиентскимии станциями.

Серверы HMI/SCADA

Сервер iFIX обеспечивает работу Базы данных процесса (Process Database), куда с помощью драйверов ввода-вывода в режиме реального времени поступают данные из ПЛК. База данных поддерживает большое количество типов тегов, среди которых: аналоговые и дискретные входы и выходы, теги вычислений, теги тревог, теги интегрирования входных величин, таймеры, непрерывные и статистические функции управления, команды SQL и т.д. Серверные приложения iFIX обеспечивают построение оперативных графиков, трендов, отчетов, управление серийными и циклическими производствами, управление в соответствии с регламентами и многое другое.

Варианты построения архитектуры

В отличие от обычных HMI/SCADA-систем с упрощенной организацией сети, распределенная клиент-серверная архитектура Proficy iFIX позволяет расширять систему путем простого подключения к сети новых узлов без проведения дополнительных настроек на соседних узлах системы. Добавление или изменение тегов базы данных приводит к автоматическому обновлению тегов во всей системе, при этом не создаются дополнительные ссылочные базы данных тегов и не происходит дублирования тегов на разных узлах. База данных любого узла сети iFIX доступна всем пользователям и не копируется на локальные компьютеры для организации обмена данными, передаются только те значения, которые актуальны для клиентского приложения в данный момент времени.

Обычная НМ1 Стандартное построение

Варианты распределенной клиент-серверной архитектуры iClient

iClient -- это стандартный клиентский пакет iFIX. iClient предназначен для организации рабочего места оператора с доступом к удаленной или локальной Базе данных iFIX. Средствами iClient реализуются функции визуализации и диспетчерского управления, включая анимирование данных, построение трендов, генерацию тревог и отчеты в режиме реального времени. Кроме того, с клиентских мест возможна разработка графических приложений в режиме on-line без прекращения управления процессом или перезагрузки.

iClientTS

Для работы в терминальном режиме предусмотрен специальный тип клиента iClientTS. В качестве терминалов могут выступать маломощные компьютеры, бездисковые ПК, терминалы ввода-вывода, что позволяет существенно сократить затраты на обновление аппаратных средств. iClientTS дает возможность удаленного доступа и полноценной работы с компьютера, находящегося в сети предприятия или в любой точке земного шара, при этом нет необходимости устанавливать какое-либо специальное клиентское программное обеспечение.

iClient RO и iClientS RO

В состав семейства iFIX также входит специализированный клиент для отображения информации без возможности записи в базу данных -iClient RO и iClientTS RO (для работы в терминальном режиме). Этот тип клиента поддерживает VBA, ActiveX, планировщик.

Достоинства архитектуры iFIX

Распределенная клиент/серверная архитектура iFIX позволяет объединять в единую систему произвольные комбинации распределенных серверов (серверов SCADA) и распределенных клиентов (iClient, iClientTS, и/или infoAgent). С точки зрения пользователей iFIX выглядит как единая высокопроизводительная интегрированная система.

Создание приложений HMI/SCADA

Системное дерево

Системное дерево выступает в качестве основного навигационного инструмента разработчика приложений iFIX. Иерархическое представление проектов существенно упрощает процесс управления документами и объектами приложения. Помимо возможности манипуляции файлами проекта в системном дереве представлены все основные компоненты пакета iFIX, что позволяет загружать необходимые приложения из одного окна. Функциональность системного дерева можно существенно расширить, добавив ярлыки внешних приложений, папок и файлов, таким образом настраивая его под собственные нужды.

Набор инструментов разработчика

Для быстрого доступа к инструментам рисования, подпрограммам Экспертов и различным объектам анимации в среде WorkSpace предусмотрены различные панели инструментов, каждая из которых может быть сконфигурирована удобным для пользователя образом. Специальная панель Toolbox позволяет всегда иметь “под рукой” наиболее часто используемые инструменты. Также можно создавать собственные кнопки и панели инструментов.

Инструменты рисования и объекты

Входящие в iFIX графические инструменты предлагают разработчику широкие возможности по созданию экранных форм. Среди инструментов есть стандартные геометрические фигуры, кнопки, текстовые поля для отображения данных из базы iFIX и других источников, диаграммы, сводка тревог и т.д., которые позволяют быстро и легко создавать наглядные и функциональные мнемосхемы с необходимыми средствами управления.

Мастера и Эксперты

Встроенные подпрограммы Мастеров и Экспертов, во многих случаях устраняют необходимость написания программных кодов для задания поведения экранных форм и объектов на них. Это справедливо даже при разработке проектов большой сложности. Все эксперты выполнены в виде интуитивно понятных диалоговых окон. Результатом работы Экспертов и Мастеров являются скрипты на языке VBA, которые разработчик может дополнять или изменять по собственному желанию.

Также можно создавать собственные Эксперты для автоматизации рутинных операций, при этом за основу можно брать уже существующие решения и корректировать их под свои нужды.

Библиотека графических элементов и объектов Динамо

Альбомы Динамо представляют собой наборы готовых анимированных объектов или групп объектов, предназначенных для ускорения и упрощения создания экранных форм. Объектами в альбоме Динамо выступают различные технологические объекты и управляющие элементы, такие как резервуары, насосы, шкалы показаний датчиков, регуляторов и т.п. Если поставляемого по умолчанию набора элементов недостаточно для реализации поставленных задач, можно создавать собственные объекты и альбомы или воспользоваться разработками третьих фирм, в большом количестве предлагающих дополнительные библиотеки объектов.

Группирование объектов -- удобный способ организации и повторного использования любых видимых элементов мнемосхем. Сгруппированные объекты удобно дублировать, менять назначать новые общие свойства, перемещать по мнемосхеме.

Настройка объектов в группе

Не разрушая группы, можно получить доступ к свойствам любого из ее элементов. При этом скрипты, созданные для группы, ее настройки, анимация сохраняются и не требуют перепрограммирования.

VisiconX

VisiconX -- набор элементов управления ActiveX для организации доступа и представления данных по OLEDB из реляционных баз данных. Пользователи получают прямой доступ к базам данных SQL Server, Oracle, Sybase, Informix или DB2 простым щелчком мыши без программирования. Элементы VisiconX встраиваются и отображаются в приложении WorkSpace. Их настройка не требует знания SQL и методов работы с СУБД, что существенно сокращает время разработки приложений.

Связи между объектами

Наличие в iFIX Мастеров и Экспертов позволяет во многих случаях избежать “ручного” создания программного кода. Например, можно разместить на мнемосхеме элемент ActiveX, моделирующий шкалу датчика, затем, не прибегая к программированию, связать этот элемент с тегом базы данных iFIX и получить в результате анимированный объект.

Технология Drag and Drop

С помощью простой операции перетаскивания (Drag and Drop) графические объекты можно перемещать и копировать внутри WorkSpace, между WorkSpace и внешними приложениями, а также между несколькими приложениями.

Поддержка ActiveX

Среда WorkSpace поддерживает безопасное внедрение объектов ActiveX, предоставляя доступ ко всем их свойствам, методам и событиям. Кроме того, Workspace позволяет работать с ActiveX-документами, например, с файлами Word или Excel, которые можно напрямую перетащить из внешних приложений в WorkSpace. При этом будут автоматически отображены меню и инструментальные панели соответствующего приложения. Т.о. оператор может получить доступ к документам, работая в защищенной среде WorkSpace, не запуская офисные приложения в отдельном окне.

Теговые группы

Теговые группы позволяют сокращать время разработки проектов путем повторного использования элементов экранных форм. Связывая одну и ту же мнемосхему iFIX каждый раз с разными теговыми группами, можно обойтись одной мнемосхемой для отображения нескольких однотипных технологических участков.

Планировщик событий

Планировщик событий предназначен для организации выполнения задач в определенные моменты времени, через определенные интервалы времени или после наступления заданных событий. Например, можно запланировать печать отчета в конце смены или автоматически переключать мнемосхемы на экране оператора при достижении тегом заданной критической величины. Имеется возможность обработки событий как в основном, так и в фоновом режиме.

WorkSpace -- интегрированная среда разработки iFIX, системное дерево для удобной навигации по проекту, панель инструментов, панель выбора цвета, стандартное VBA окно свойств объекта.

“Горячие” клавиши

Макросы для “горячих” клавиш позволяют задавать действия, которые должны произойти в системе после нажатия определенной комбинации клавиш. Макросы могут быть связаны с мнемосхемами iFIX, объектами, расположенными на рисунке, или со всей системой в целом. Встроенный редактор макросов используется для создания кода VBA в экспертном режиме или путем написания программного кода вручную.

On-line конфигурирование



Интерфейс интегрированной среды разработки iFIX

В iFIX реализована запатентованная технология внесения изменений в режиме on-line, которая позволяет манипулировать тегами базы данных и разрабатывать мнемосхемы без остановки процесса управления. Более того, все изменения вступают в силу немедленно без дополнительной перезагрузки системы или перекомпиляции проекта.

Архивные данные

По умолчанию iFIX поставляется с встроенной подсистемой сбора, хранения и визуализации исторических данных. Исторические тренды имеют широкие возможности по предоставлению, анализу и обработке технологических данных, что вместе с историческими архивами позволяет создавать системы в соответствии с отраслевыми требованиями.

Исторические тренды -- удобный инструмент по отслеживанию изменений свойств продукта во времени и анализу производительности работы оборудования.

Диаграммы

Диаграмма iFIX допускает возможность конфигурирования любого числа перьев (трендов) для одновременного вывода на экран исторических и оперативных данных с различными шкалами времени и значений. В режиме выполнения приложения доступны все опции по настройке цвета, стиля отображения внешнего вида шкал X и Y для каждого пера, также как и общие свойства объекта Диаграмма.

Создание отчетов

Благодаря архитектуре iCore и технологии Plug and Solve в системе iFIX имеется возможность построения подсистем отчетов различными способами. Например, данные могут быть экспортированы во внешнюю реляционную базу данных при помощи интерфейса ODBC и языка построения запросов SQL. А наличие встроенных в iFIX библиотек Crystal Reports позволяет использовать в качестве мощного средства разработки и построения отчетов этот широко известный пакет.

Подсистема тревог

Подсистема тревог, встроенная в iFIX, позволяет создавать приложения, извещающие пользователя о возможных неполадках еще до момента их возникновения. При помощи механизмов распределенного управления тревожными сообщениями можно настроить неограниченное число поименованных зон тревог, управлять приоритетами, устанавливать фильтры на отображение, использовать счетчики тревожных сообщений и управлять тревогами удаленно по телефонным линиям.

Кэширование мнемосхем

Значительного увеличения производительности работы системы можно достичь благодаря использованию возможности кэширования мнемосхем в оперативной памяти компьютера. Объем кэша настраивается в зависимости от требований системы и может заполнятся на этапе старта и инициализации рабочих функций системы. Каждая из мнемосхем имеет атрибут включения/отключения кэширования для максимально эффективного использования объема памяти, отведенного под кэш.

Использование в архитектуре iFIX открытых программных стандартов в противовес системам, построенным на закрытых технологиях собственной разработки, отражается в исключительной простоте масштабирования системы и интеграции iFIX с внешними приложениями.

Глобальные переменные

Глобальные переменные iFIX предназначены для организации обмена данными между различными модулями приложения и для хранения общих настроек приложения. Помимо глобальных переменных можно определить глобальные таблицы значений, цветов, создать глобальные VBA-скрипты и т.д. Этот механизм значительно упрощает разработку проекта и экономит время, позволяя избежать многих рутинных операций.

Технология Plug and Solve

Разработанная на базе COM-архитекту-ры корпорации Microsoft, технология Plug and Solve позволяет организовать бесшовную интеграцию программ GE Fanuc и приложений третьих фирм-разработчиков.

Платформа iCore

Система iFIX базируется на открытой

платформе iCore, основанной на компонентных решениях. В платформе iCore используется сочетание уникальных технологий GE Fanuc и промышленных стандартов Microsoft DNA, а именно:

Visual Basic for Applications (VBA)

OLE for Process Control (OPC)

Component Object Model (COM)

ActiveX Controls

ODBC/SQL

Secure Containment

Backup and Restore

OPC (OLE for Process Control)

FIX является OPC-сервером для любого стандартного OPC-клиента. В то же время iFIX может выступать в роли OPC-клиента для любого стандартного OPC-сервера. Поддержка OPC в среде WorkSpace позволяет создавать мнемосхемы, на которых источниками данных напрямую выступают OPC-серверы. Таким образом, WorkSpace является графическим OPC-клиентом iFIX в полной мере поддерживает открытые стандарты организации обмена данными по ODBC, включая функцию сбора и передачи защищенных электронных записей в одну или несколько внешних реляционных баз данных. Очень просто организовать двусторонний обмен данными между реляционной базой данных и базой данных реального времени iFIX.

Мастер резервного копирования и восстановления системы

Мастер резервного копирования и восстановления системы, входящий в поставку iFIX, предназначен для создания резервных копий приложений на каждом узле iFIX. Функция резервного копирования выполняется в режиме online без остановки процесса или перезагрузки системы. Созданные подсистемой архивные файлы могут использоваться как для восстановления системы в случае возникновения сбоев, так и для переноса и быстрого развертывания приложения iFIX на идентичном по функциональности узле.

Система безопасности iFIX полностью управляет доступом к приложениям пакета, мнемосхемам, расписаниям, регламентам и даже отдельным тестам. Помимо этого iFIX может синхронизировать свою систему безопасности со стандартной системой безопасности Windows, что позволяет регламентировать доступ ко всем функциям операционной системы. Также может быть ограничен доступ к критическим программным функциям, таким, например, как перезагрузка базы данных процесса или доступ к ней для записи. Возможность блокировки системных “горячих” клавиш позволяет устанавливить запрет на перезагрузку Windows, переход к другим приложениям и др.



Интерфейс интегрированной среды разработки iFIX

Резервирование

В iFIX есть возможность резервирования SCADA-серверов, а также многих сетей и каналов связи с контроллерами. Все узлы iFIX при необходимости переключаются из одной локальной сети в другую, серверы также могут переключаться с основного контроллера на резервный, а клиенты с основного сервера на сервер-дублер.

Широкие возможности анимации и построения специфических форм позволяют реализовать задачи любой сложности.

2.3 Анализ разработки автоматизации узлов учета нефти автоматизированного рабочего места оператора нефтебазы

ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» является ведущим российским нефтеперерабатывающим предприятием с объемом переработки около двенадцати миллионов тонн в год. Предприятие работает по топливно-масляному варианту и выпускает широкий ассортимент неэтилированных автомобильных бензинов, дизельного топлива, смазочных масел и других нефтепродуктов.

Нефтебаза ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» является одним из самых больших объектов в России в системе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» по промежуточному хранению нефти. Нефтебаза включает в себя:

резервуарный парк - подземные резервуары, резервуары с плавающей крышей;

технологическую насосную и насосную внутрипарковой перекачки;

узел контроля расхода и регулирования давления нефти;

узлы запуска и приема диагностирующих снарядов;

колодцы с задвижками;

технологический тоннель;

сливо-наливная эстакада.

До установки новой системы автоматики на нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» функционировала релейная система телемеханики, обеспечивавшая сбор и передачу информации от датчиков и преобразователей, а также дистанционное управление электроприводными задвижками и сигнализацию их состояния. Технологическое оборудование нефтебазы было обеспечено исправными первичными датчиками и преобразователями, обеспечивающими безопасную эксплуатацию объекта. Управление электроприводными задвижками осуществлялось из диспетчерской нефтебазы по существующей системе телемеханики через существующие щиты управления задвижками и щиты ячеек пускателей, установленные в помещениях местных пунктов управления (ПКУ, ЩСУ, площадки КИП, операторная насосной внутрипарковой перекачки).

Целью реконструкции являлась замена морально и физически устаревшей релейной системы телемеханики на новую систему управления, построенную на базе контроллеров. Первичные датчики и преобразователи, а также местные щиты управления в замене не нуждались.

Специалистами была разработана и внедрена трехуровневая система управления резервуарным парком нефтебазы ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт», которая включает:

Нижний уровень автоматизации. Датчики технологических параметров, исполнительные механизмы, системы автоматического регулирования, показывающие приборы. Нижний уровень на объекте представлен оборудованием различных фирм;

Средний уровень. Программно-аппаратные модули (блоки) на базе программируемых логических контроллеров. Вся система построена на тринадцати территориально распределенных узлах, где каждый узел состоит из ПЛК и распределенной системы ввода/вывода. Все узлы объединяются в единую сеть Ethernet на базе волоконно-оптической сети общей протяженностью около 12000 метров. Подключение каждого контроллера к сети производится через модуль связи Ethernet и коммутатор.

Связь локальных контроллеров с распределенными устройствами связи с объектами (УСО) реализована:

в пределах одного помещения - сеть через адаптер распределенного ввода/вывода с использованием кабеля «витая пара»;

в разных помещениях - сеть через адаптер распределенного ввода/вывода с использованием оптических повторителей и волоконно-оптического кабеля.

Информационный обмен между средним и верхним уровнями системы автоматизации осуществляется по сети Ethernet на основе протокола TCP/IP, что фактически является частным случаем реализации концепции Industrial Ethernet и шагом вперед в направлении унификации промышленных сетей а - Transparent Factory (“прозрачное” предприятие). Пропускная способность сети составляет 100 Мбит/с.

Программирование контроллеров осуществлялось с помощью инструментального пакета CONCEPT, обеспечивающего программирование на любом из пяти технологических языков в стандарте МЭК 1131-3. Программное обеспечение и взаимодействие между контроллерами (срабатывание общих по нефтебазе защит, передача команд и т.д.) построено таким образом, что отключение, неисправность или сбой в работе одного узла (ПЛК), никак не скажется на безаварийности работы всей системы в целом, что существенно увеличивает надежность работы системы автоматики;

- Верхний уровень представлен шестью АРМ диспетчера и инженеров технологов, двумя серверами ввода-вывода и одним ОРС-сервером. Операторный интерфейс - программный пакет SCADA - iFIX фирмы Intellution. Функциональные возможности пакета включают конфигурирование, оперативное управление, сбор и архивирование данных и событий, диагностику и отображение информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования.

Анализ структуры себестоимости выпускаемых продуктов показывает, что производство является материало- и энергоемким, следовательно, задача учета материальных и энергетических ресурсов для предприятия актуальна. С этой цель были построены два узла коммерческого учета -- пара и нефти, на которых использован рассмотренный выше программный продукт.

В качестве датчиков расхода пара используются датчики рассмотренные в п.п. 2.1 данной работы, существует несколько линий подачи, на каждой из которых установлен такой датчик. Все датчики объединены одной токовой петлей, в которой протекает постоянный ток 4 мА, каждый датчик имеет свой адрес и передает по HART-протоколу три переменных: массовый расход пара, избыточное давление и температуру в линии подачи.

Сигналы от датчиков расхода по токовой петле передаются в контроллер ROC 412 Fisher-Rosemount. В контроллере выполняется ряд расчетов, таких интегрирование расходов за период и расчет количества тепла, полученного по каждой линии подачи. Для обеспечения возможности восстановления данных при сбое программной или технической части сервера контроллер хранит историю за последние 24 часа. Контроллер имеет последовательный интерфейс и посредством преобразователя RS 485/232 подключен к последовательному порту сервера.

Сервер Intel-платформы с установленной операционной системой Windows 2003 Server, драйвером ROC412-FIX32, пакетом FIX32 имеет две сетевых карты. Через одну карту подключена рабочая станция оператора, компьютер Intel-платформы, с установленной операционной системой Windows XP и пакетом FIX View (Plant TV), через вторую карту сервер подключен к локальной вычислительной сети. На сервере хранится вся история, мнемосхемы, отчеты и т. д.

Рабочая станция оператора, так же как и компьютеры других пользователей, подключенные через локальную вычислительную сеть с установленными пакетами FIX View (Plant TV), предназначена для просмотра мнемосхем процесса, отчетов, трендов и т. д.

В качестве датчиков измерения расхода нефти используются датчики Micro Motion Fisher-Rosemount. Существует несколько линий поступления нефти, на каждой из которых установлен такой датчик. Все датчики объединены в сеть с интерфейсом RS 482 и протоколом передачи данных Modbus RTU.

В качестве датчиков измерения давления нефти в линиях используются датчики 3051 GP Fisher-Rosemount, имеющие выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА и подключенные к входам контроллера ABB. В свою очередь, контроллер подключен к той же, что и датчики измерения расхода сети с интерфейсом RS 482 и протоколом передачи данных Modbus RTU. Посредством преобразователя RS 485/232 сеть подключена к последовательному порту сервера.

Сервер Intel-платформы с установленными операционной системой Windows 2003 Server, драйвером МВ1-FIX32, пакетом FIX32 имеет две сетевых карты. Через одну карту подключена рабочая станция оператора -- компьютер Intel-платформы, с установленной операционной системой Windows XP и пакетом FIX View (Plant TV), через вторую карту сервер подключен к локальной вычислительной сети. На сервере хранится вся история, мнемосхемы, отчеты и т. д.

Рабочая станция оператора, так же как и компьютеры других пользователей, подключенные через локальную вычислительную сеть, с установленными пакетами FIX View (Plant TV), предназначена для просмотра мнемосхем процесса, отчетов, трендов и т. д.

Для контроля точности расчетов в системе нефтепродуктообеспечения руководством компании было решено все входящие в ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) и нефтебазы оснастить современными и надежными СА сбытовой деятельности. Одним из первых с поставленной задачей справился Надымское предприятие по обеспечению нефтепередачи ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт».

АСУ узлов коммерческого учета нефтепродутов

Непременным элементом автоматизированной системы сбыта любого НПЗ являются узлы коммерческого учета отгружаемых нефтепродуктов.

Узлы коммерческого учета включают в себя не только первичные преобразователи, вторичные приборы с интерфейсом связи и управляющие контроллеры. Современные узлы коммерческого учета -- это информационная система, представляющая собой часть управляющей заводской структуры по осуществлению товарно-коммерческих операций. В связи с этим, помимо непосредственного оперативного контроля на местах установки оборудования необходимо обеспечивать непрерывный централизованный сбор получаемой информации, ее долговременное хранение, аналитическую обработку и интеграцию всех полученных данных в общезаводскую систему управления предприятием.

АСУ коммерческого учета отгрузки состоит из трех уровней:

нижний уровень -- полевое оборудование, вторичные приборы, установленные непосредственно на объекте, и управляющие ПЛК;

средний уровень -- автоматизированное рабочее место оператора узла, включая управляющий контроллер для организации обмена информацией с ЦДП;

верхний уровень -- установленное в заводоуправлении, интегрированное с заводской вычислительной сетью серверное ПО и клиентские приложения SCADA-системы, предназначенные для сбора, архивирования технологической информации с узлов учета, составления отчетов и сводок по отгрузке нефтепродуктов и передачи обработанных данных в бизнес-системы.

Как видно из структурной схемы, установка узлов коммерческого учета нефтепродуктов коснулась 6-ти ключевых объектов: нефтебаза 1 (ЗАО "Надым-Терминал"), нефтебаза 2 (ЛДПС "Надым"), причал, товарно-сырьевая база (ТСБ), железнодорожная наливная и ЦДП. Из перечисленных только 3 объекта находятся на территории завода -- ТСБ, ЦДП и железнодорожная наливная; до нефтебаз около 40 км, до причала -- примерно 5 км.

Привязка по месту узлов коммерческого учета и разработка проектной документации выполнена проектным институтом Самаранефтехимпроект -- генеральным подрядчиком ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт».

Программно-аппаратные средства

Оборудование КИП нижнего уровня АСУ узлов коммерческого учета, установленное по месту измерения, включает в себя:

на контрольных пунктах (КП) нефтебаз 1, 2 и причала -- массовые расходомеры Micro Motion фирмы Fisher-Rosemount с сенсорами CMF-400 и трансмиттерами RTF-9739R, а также компьютеры коммерческого учета OMNI-6000;

на КП ТСБ -- систему учета наличия нефтепродуктов в резервуаре на базе резервуарных датчиков Enraf и вторичного интерфейсного прибора Enraf CIU Prime;

на КП железнодорожной наливной установлена весовая платформа Mettler Toledo 7260 для измерения веса вагоноцистерн в движении с цифровыми датчиками веса под управлением контроллера 9411Е Jaguar.

Значительная удаленность объектов друг от друга и от ЦДП обусловила применение различных каналов связи для объединения объектов автоматизации в единую систему и выдвинула повышенные требования к достоверности передачи данных. В связи с этим в качестве ПЛК нижнего уровня были предложены удаленные терминальные устройства RTU (Remote Terminal Unit) Moscad производства фирмы Motorola.

Для связи со SCADA-серверами центрального диспетчерского пункта (ЦДП), включенными в заводскую локальную сеть Ethernet, применяется шлюз MCP-T Gateway. Архитектура шлюза MCP-T позволяет распределять технологические данные по обоим (основному и резервному) SCADA-серверам ЦДП и передавать команды управления обратно по всем RTU системы.

В рамках реализованной системы каждое RTU Moscad одновременно выполняет несколько задач:

сбор данных с сенсоров через собственные модули ввода/вывода;

контроль состояния и управление запорной арматурой на узлах учета отгрузки трубопроводным транспортом;

обмен данными со вторичными приборами (компьютер коммерческого учета OMNI на нефтебазах 1, 2 и причале; вторичный интерфейсный прибор Enraf CIU Prime на ТСБ; контроллер весов Mettler Toledo 9411E);

сбор и предварительная обработка данных от датчиков системы обнаружения утечек на трубопроводе;

обмен данными с АРМ операторов на базе SCADA-системы iFIX по протоколу Modbus;

постоянный обмен информацией с другими RTU системы;

обмен информацией с ЦДП (контора цеха 4) удаленно, по радио или через модем.

RTU Moscad, используя имеющиеся каналы связи: УКВ радиоканал для КП нефтебаз 1 и 2, выделенная аналоговая линия (телефонная пара) для КП ТСБ и причала, образуют сеть пакетной передачи информации. В данной сети используется фирменный сетевой протокол MDLC, являющийся одним из немногих протоколов, полностью реализующих семиуровневую модель OSI.

После обработки и преобразования собранные контроллерами Moscad данные передаются в ЦДП конторы цеха 4 на шлюз МСР-Т Gateway, где портируются в протокол ТСР/IP и помещаются в архив на двух мощных SCADA-серверах, которые идентичны и работают в режиме "горячего" резервирования. Совместно c АРМ локальных операторов узлов учета и клиентскими просмотровыми узлами SCADA-серверы образуют средний уровень АСУ.

Интерфейс локальных операторов, клиентские просмотровые SCADA-узлы и SCADA-серверы были реализованы на базе ПО iFIX версии 2.5 фирмы GE Fanuc.

Выбор SCADA-пакета был сделан в пользу iFIX по ряду причин. Во-первых, iFIX поддерживает работу на платформе Windows 2000, на сегодняшний день являющейся стандартной платформой для построения автоматизированных управляющих систем во всех областях промышленности.

Во-вторых, в среду разработки и выполнения проектов iFIX Workspace встроен язык программирования -- Microsoft Visual Basic for Applications (VBA). Встроенный стандартный язык программирования, с одной стороны, предоставляет разработчикам неограниченные средства по реализации собственных алгоритмов обработки данных и вывода результатов, с другой стороны, в отличие от многих других пакетов в iFIX используется "настоящий" MS VBA, который повсеместно применяется в офисных приложениях компании Microsoft, что не требует дополнительного обучения специалистов. Все компоненты подсистемы отображения пакета iFIX Workspace предоставляют свои свойства, управляются и настраиваются непосредственно через VBA. С использованием языка VBA и математического обеспечения контроллеров Moscad специалистами отдела метрологии ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» была разработана и пущена в эксплуатацию уникальная система обнаружения утечек на нитке трубопровода, соединяющей ТСБ и нефтебазы. На базе VBA создана подсистема отчетов на каждом локальном узле и в ЦДП. В подсистеме осуществляется формирование суточных отчетов и отчетов за произвольный период по отгрузке каждого из видов товарных нефтепродуктов с передачей этих отчетов в офисные приложения MS Excel и MS Access.

В-третьих, iFIX полностью русифицирован и поставляется с документацией на русском языке, что немаловажно для широкого круга специалистов, не владеющих английским языком.

Результаты

За время использования программных продуктов FIX32, FIX View (PlantTV) фирмы GE Fanuc они зарекомендовали себя как исключительно надежные, простые в установке, настройке, конфигурировании и эксплуатации продукты.

К отличительным особенностями и преимуществам этих продуктов также можно отнести надежные и эффективные драйверы к устройствам и легкость, с которой обеспечивается удаленный доступ к FIX-серверу по локальной вычислительной сети для просмотра информации о процессе посредством FIX View (PlantTV).

В совокупности эти качества с успехом позволили использовать эти программные продукты на таких ответственных позициях как коммерческие узлы учета.

Глава 3. Анализ преимуществ внедренного комплекса информационной системы производства

Разработанный по заказу ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» комплекс мнемосхем, отчетов, форм просмотра исторических данных позволил в простом виде представить функционирование узлов коммерческого учета и в целом упростить контроль процесса отгрузки, что в свою очередь отразилось на повышении культуры производства на объектах. Упрощение схемы и автоматизация процесса коммерческого учета снизили аварийность на связанных со сбытовой деятельностью участках. Автоматизация составления накладных документов сократила общее время оформления отгружаемых нефтепродуктов, тем самым, сократив время простоев. Мониторинг процессов отгрузки на узлах учета, организованный в ЦДП, повышает оперативность управления предприятием в целом, сокращает время принятия решений в неординарных ситуациях, и, в конечном счете, позволяет добиться увеличения показателей эффективности производства.

Одним из основных требований, предъявляемых к новой системе, была высокая гибкость системы при ее модернизации. Обусловливалось это тем, что на нефтебазе очень часто меняется технология перекачки и хранения нефти - добавляются новые резервуары, трубопроводы, задвижки, убираются старые. В связи с этим требовалось максимально облегчить для обслуживающего персонала модернизацию, как аппаратной части комплекса, так и программной. Гибкость и простота модернизации аппаратной части комплекса была достигнута за счёт использования оборудования компании Schneider Electric, которое имеет такие функции как горячее резервирование, замена модулей ввода/вывода без отключения питания, систему быстрого монтажа кабелей подключения полевых датчиков и исполнительных механизмов и другие.

Благодаря широким возможностям среды разработки программное обеспечение было разработано так, что все изменения в системе автоматики потребуют не углубленного перепрограммирования системы, а лишь переконфигурирования модулей программного обеспечения, которое осуществляется с автоматизированных рабочих мест (АРМ) диспетчеров.

Как происходит прием нефтепродуктов в большинстве случаев, порой даже на самых современных нефтебазах? Уровень измеряется при помощи метрштока, по градуировочной таблице вычисляется объем, берется температура и плотность нефтепродукта в резервуаре. Не оцениваются многие другие важные параметры, например объем подтоварной воды, влияющей на результаты измерения метрштоком. Вычисленная на основе таких данных масса нефтепродуктов записывается в журнал учета.

Как показывает практика, при подобном подходе измерение уровня дает погрешность от 2 мм до 1 см, при этом для горизонтального резервуара объемом 25 куб. м 1 см на метрштоке в середине составляет 100 литров.

Оценивая потери нефтепродуктов при перевозке в 1 % от объема, а при приеме и хранении на нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» в 0,4%, для нашей модели нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» получим ежемесячное количество неучтенного топлива на сумму 281 тыс. руб. Упущенная выгода при этом составляет более 70 тыс. руб. в месяц.

За счет внедрения автоматизированной системы описанной во второй главе данной работы, вышеуказанные погрешности могут быть сведены практически к нулю, таким образом, экономический эффект от ее внедрения составит более 70 тыс. руб. в месяц.

Отчетность

Другая не менее существенная возможность потерь возникает при отпуске нефтепродуктов с топливораздаточных колонок (ТРК) и махинаций с отчетностью при этом. Естественные потери по ГОСТ 9018 на этом этапе определяются основной погрешностью +/- 0,25% и дополнительной погрешностью - 0,04% на каждые 10'С.

Реально же для существующих нефтебаз ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» эта величина составляет +/- 0,5%. В результате технологические потери при отпуске нефтепродуктов на рассматриваемой нами нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» можно оценить суммой в 108 тыс. руб. в месяц за неучтенное топливо. Упущенная выгода при этом составляет более 27 тыс. руб. в месяц.

Подсистема автоматизированного отпуска топлива, входящая в АСУ ТП обеспечивает выполнение всех операций по отпуску нефтепродуктов в едином технологическом цикле, что позволяет свести данную основную погрешность к естественным 0,25%. Соответственно, экономический эффект от внедрения автоматизированной системы отпуска нефтепродуктов при этом составит 12,5 тыс. руб. в месяц.

Еще один из факторов, приводящий к потерям на нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт», - человеческий, его влияние может приводить к потерям в различной форме. В данном примере рассматриваются только потери от реализации стороннего бензина, не учитываемого с помощь ККМ, происходящие с ведома операторов и старших операторов нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт». В этих операциях могут участвовать (в различных сочетаниях): операторы нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт», водители, перевозчики, диспетчеры нефтебаз, и такие примеры не редки. ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» теряет деньги из-за уменьшения продаж именно своего топлива. Среднее (оценочное) значение снижения продаж составляет 1 % от объема. В результате расчетов по нашей нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» получаем более 200 тыс. руб. в месяц реализации стороннего топлива и упущенную выгоду от этого на сумму более 50 тыс. руб. ежемесячно.

Комплексная автоматизация нефтебазе ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» системой описанной во второй главе исключает возможность подобных ситуаций и позволяет свести влияние человеческого фактора практически к нулю. Соответственно экономический эффект при этом составит более 50 тыс. руб. в месяц.

Важно понимать, что этот эффект достигается только за счет комплексной автоматизации нефтебазы ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» - не интегрированные решения не позволяют перекрыть данный канал потерь, как и другие возможности для изобретательных сотрудников.

Технологическая оптимизация

Важной статьей дополнительных доходов может стать повышение эффективности работы сотрудников и ускорение выполнения технологических операций. Комплексная автоматизации нефтебазы ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» обеспечивает оператору нефтебазы ОАО НК «РН-Ямал Нефтепродукт» интегрированное рабочее место, где он максимально быстро выполняет все необходимые операции, что значительно повышает эффективность его работы и ускоряет выполнение многих функций. Опыт внедрения позволяет оценить время, которое экономится по отдельным операциям и в целом:

При расчете экономической эффективности от эксплуатации расчетных задач, очевидно, необходимо сопоставлять затраты на решение каждой локальной задачи при ручном методе ее решения с затратами, связанными с её автоматизацией и эксплуатацией при функционировании автоматизированных систем управления (АСУ).

Затраты при ручном решении (Зр) такого рода задач определяются, исходя из трудоемкости одноразового их решения, периодичности их решения в течение года и средней заработной платы инженерно-технических работников сферы управления. Расчет производят по формуле:

Зр = Тр * к * tr * n * R, (1)

где Тр - трудоемкость одноразового решения задачи вручную, чел. ч.;

к - периодичность решения задачи в течение года;

tr - среднечасовая ставка инженерно-технических работников сферы управления, руб.;

n - коэффициент, учитывающий премии и доплаты инженерно-техническим работникам сферы управления;

R - коэффициент, учитывающий отчисления от заработной платы инженерно-технических работников сферы управления.

Затраты на автоматизацию и эксплуатацию такого рода задач при функционировании в АСУ ТП складываются из расходов на их постановку в системе, капитальных и приравненных к ним затрат на каждую локальную задачу, а также текущих затрат на их эксплуатацию в АСУ ТП.

1) Расходы на постановку такого класса задач (Зп.з.), как правило, определяются прямым счетом, исходя из трудоёмкости их постановки в АСУ ТП и средней заработной платы постановщиков с учетом всех видов доплат и отчислений.

Обычно эти затраты списываются на себестоимость годового выпуска продукции и определяются по следующей формуле:

Зп.з. = Тп.з. * к * Fм * tr * n * R, (2)

Тп.з. - продолжительность проектирования и постановки задачи на АСУ, мес.;

к - количество инженерно-технических работников, занятых проектированием и постановкой задачи на ЭВМ, чел.;

Fм - месячный фонд времени работы инженерно-технических работников, занятых проектированием АСУ, ч;

tr - среднечасовая ставка инженерно-технических работников, занятых проектированием АСУ, руб.;

n - коэффициент, учитывающий размер премий инженерно-техническим работникам, занятым проектированием АСУ, руб.;

2) Капитальные и приравненные к ним затраты на задачу определяют по формуле:



где Тзi - время решения i-й локальной задачи управления на ЭВМ при функционировании АСУ, ч.;

Ф - годовой фонд времени работы всего парка ЭВМ, обслуживающего АСУ ТП, ч.;

С - показатель стоимости вычислительной техники, с помощью которой реализуется данная задача при функционировании АСУ ТП.

3) Текущие затраты, связанные с эксплуатацией каждой локальной задачи в АСУ ТП (З т.) в свою очередь складываются из:

- основной и дополнительной заработной платы инженерно - технических работников, занятых обслуживанием системы в целом, с учетом отчислений на медицинское страхование и пенсионный фонд (Зитр);

- стоимости электроэнергии, расходуемой вычислительным центром (Зэл);

- амортизационных отчислений от стоимости зданий вычислительного центра и комплекса технических средств АСУ (А);

- стоимости запасных частей для технических средств (Сз.ч.);

- стоимости материалов, необходимых для обеспечения нормального функционирования вычислительного центра (См);

- затрат на текущий ремонт технических средств (Ср).

Следовательно, суммарные текущие затраты, связанные с эксплуатацией каждой локальной задачи в системе, в данном случае определяют по формуле:

Расходы на заработную плату инженерно-технических работников в свою очередь определяют как:

где Тмаш - затраты машинного времени на одноразовое решение данной локальной задачи в АСУ, ч;

к - периодичность решения локальной задачи при её эксплуатации в системе в течение года;

Фr - годовой фонд заработной платы инженерно-технических работников, обслуживающих вычислительную технику, с помощью которой решается весь комплекс функциональных задач в системе, руб.;

Fr - годовой фонд времени работы инженерно-технических работников, занятых обслуживанием вычислительной техники, с помощью которой решается весь комплекс функциональных задач в системе, ч.;

n - коэффициент, учитывающий размер премий инженерно-техническим работникам, обслуживающим вычислительную технику системы;

R - коэффициент, учитывающий отчисления от заработной платы инженерно- технических работников.

Амортизационные отчисления определяются следующим образом:

где Кз - капитальные затраты, приходящиеся на одну функциональную задачу, руб.;

а - норма амортизационных отчислений от стоимости основных фондов.

Затраты на электроэнергию определяются по формуле:

где Nэл - суммарная установленная мощность ЗВМ, на которой решается данная локальная задача, кВт/ч;

Тмаш - затраты машинного времени на одноразовое решение данной локальной задачи, ч;

к - периодичность решения данной локальной задачи в течение года;

Цэл - стоимость 1 кВт/ч электроэнергии, руб.;

Кис - коэффициент использования электроустановок по мощности.

Затраты на запчасти, материалы и текущий ремонт определяют исходя из капитальных и приравненных к ним затрат, приходящихся на данную задачу, и коэффициента, учитывающего тот или иной вид расхода. Следовательно, стоимость запчастей, стоимость материалов и стоимость ремонта рассчитывают по формуле:

Сз.ч.м.р = Кз * Зз.ч,м,р, (8)

где Сз.ч.м.р - стоимость соответственно либо запасных частей, либо материалов, либо ремонта оборудования, руб.;

Кз - стоимость капитальных и приравненных к ним затрат, приходящихся на задачу, руб.;

Зз.ч.м.р - коэффициент, учитывающий соответственно либо стоимость запасных частей, либо стоимость материалов, либо стоимость ремонта оборудования, приходящихся на данную локальную задачу.

Годовую экономию (Зг) от эксплуатации каждой локальной задачи в АСУ рассчитывают по формуле:

Эг = Зр - (Зп.з. + Зт) (9)

годовой экономический эффект (Э) - по формуле:

Э = Эг - Ен * (Кз + Зп.з.), (10)

где Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных и приравненных к ним вложений - 0.44.

Кз - стоимость капитальных и приравненных к ним затрат, приходящихся на задачу, руб.;

Зп.з - расходы на постановку такого класса задач.

Срок окупаемости (Ток) рассчитывают по формуле:

а расчетный коэффициент экономической эффективности капитальных и приравненных к ним вложений (Ер) - по формуле:

Согласно отраслевым нормам в план работы оператора нефтебазы входит следующий комплекс задач:

1) формирование планового расчёта учета топлива;

2) формирование плана отгрузки нефтепродуктов;

3) формирование плана приема нефтепродуктов;

4) формирование посуточного плана отгрузки нефтепродуктов;

5) формирование посуточного плана приема нефтепродуктов;

6) формирование планового расчёта отгрузки нефтепродуктов по каждому резервуару;

7) формирование плана приема нефтепродуктов по каждому резервуару;

8) формирование плана учета топлива по каждому резервуару;

9) формирование посуточного плана учета топлива по каждому резервуару;

10) формирование посуточного плана отгрузки нефтепродуктов по каждому резервуару.

По каждой из десяти перечисленных задач составляются несколько вариантов проекта плана.