Автоматизация технологических процессов книга

обеспечения бесперебойной подачи запланированных объёмов товарного газа требуемого качества с наименьшими эксплуатаци­ онными затратами;

обеспечения производственно-диспетчерской службы (ПДС) необходимой информацией для решения в составе ИУС ДУ за­ дач планирования, контроля, учета, анализа и управления произ­ водственно-хозяйственной деятельностью предприятия.

Целями создания системы являются:

обеспечение требуемых режимов работы УКПГ, ДКС и объектов подключения;

обеспечение бесперебойной подачи товарного газа требуемого качества;

обеспечение эффективного использования химреагентов; обеспечение эффективной загрузки технологического обору­

дования; обеспечение локализации предаварийных и аварийных со­

стояний и оперативного управления в нештатных ситуациях; минимизация потерь при возникновении нештатных ситуа­

ций; обеспечение высокой экологической безопасности произ­

водства.

С Т Р У К Т У РА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АСУТП УКПГ

Распределенная система управления АСУТП ГП включает в себя два уровня (рис. 22.6):

верхний уровень - уровень оперативно-производственной службы (ОПС ГП);

нижний уровень - уровень систем автоматического управле­ ния (САУ) технологических установок, цехов, блоков, входящих в состав промысла.

АСУТП создана на базе программно-технического комплекса SIMATIC S7-400 производства фирмы Siemens.

В Е Р Х Н И Й У Р О В Е Н Ь - УРОВЕНЬ ОПС

На уровне оперативно-производственной службы распреде­ ленная система управления должна выполнять следующие функ­ ции:

представление оператору информации о состоянии объекта управления;

обмен информацией с нижним уровнем; оперативное планирование работы ГП;

381

защита информации от несанкционированного доступа; дистанционное управление; диагностика программных и технических средств; ведение технологической базы данных; формирование отчётных документов;

обмен информацией с уровнем ПДС (ИУС ДУ).

Функция «Представление оператору информации о состоянии объекта управления» подразумевает отображение параметров, принимаемых с нижнего уровня системы, на видеокадрах (мне­ мосхемах) со звуковой и световой сигнализацией об отклонении параметров за заданные границы и сигнализацией о неисправно­ сти исполнительных механизмов.

Реализация функции «Оперативное планирование работы ГП» предполагает решение следующих задач:

распределение производительности по технологическим объек­ там промысла исходя из планового задания по добыче газа и ог­ раничений по производительности скважин и технологического оборудования, с целью обеспечения оптимального функциониро­ вания промысла в целом и отдельных технологических объектов;

расчёт эффективного расхода химреагентов (метанола и гли­ коля) для обеспечения безгидратной работы УКПГ и получения товарного газа требуемого качества;

расчёт резервов производительности технологического обору­ дования на основании данных, поступающих с нижнего уровня системы.

Функция «Дистанционное управление» обеспечивает возмож­ ность оперативного вмешательства персонала в автоматическое ведение технологического процесса и предусматривает:

отключение технологического участка (линии) для проведе­ ния регламентных и ремонтных работ;

отключение отдельных датчиков (при неисправности или на­ стройке) от участия в противоаварийных защитах;

подтверждение запуска противоаварийной защиты; отмена запуска противоаварийной защиты (переход на «руч­

ной» режим); ввод уточненных технологических и аварийных границ.

Реализация функций верхнего уровня системы осуществ­ ляется с АРМов технологического персонала, оборудованных операторскими (рабочими) станциями промышленного испол­ нения.

В операторной УКПГ (здание технологического корпуса) раз­ мещаются следующие рабочие станции:

основной и резервный сервер; АРМ оператора; АРМ технолога;

383

АРМ инженера; инженерная станция СТМ.

В операторной ДКС предусмотрены АРМ оператора и АРМ технолога.

Для реализации серверных функций и функций человеке-, машинного интерфейса на верхнем уровне используется SCADA-. система WinCC (фирмы Siemens).

Н И Ж Н И Й У Р О В Е Н Ь - УРОВЕН Ь САУ

На нижнем уровне выполняются следующие функции:

сбор и обработка информации, поступающей от датчиков и исполнительных механизмов;

регулирование параметров технологического процесса по ус­ тавкам, заданным с верхнего уровня системы;

выдача команд на исполнительные механизмы; определение интегральных показателей функционирования

ГП; противоаварийная защита технологических объектов;

самодиагностика с детализацией до модуля ввода/вывода. Функция «Сбор и обработка информации» выполняется в ав­

томатическом режиме и обеспечивает:

циклический опрос входов модулей ввода/вывода системы; аналогово-цифровое преобразование сигналов; первичную обработку сигналов для компенсации воздействия

помех; определение достоверности информации;

циклическую проверку на достижение технологических и ава­ рийных границ.

Реализация функции «Регулирование параметров техно­ логических процессов» базируется на стандартных законах регу­ лирования с коэффициентами, задаваемыми при настройке сис­ темы.

В рамках данной функции осуществляется:

регулирование расхода газа по шлейфам ЗПА исходя из пла­ новых объёмов добычи газа и ограничений производительности скважин;

регулирование расхода газа по технологическим линиям осушки по заданиям, рассчитанным на верхнем уровне системы;

поддержание необходимого расхода ДЭГа для подачи в абсор­ беры в зависимости от влажности и расхода газа на выходе из абсорберов;

поддержание необходимого расхода метанола для подачи в шлейфы ЗПА и на кусты газовых скважин в зависимости от температуры, давления и расхода газа.

384

22.4. АСУТП УСТАНОВКИ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА ВАЛАНЖИНСКОЙ ЗАЛЕЖИ С НТС

НА БАЗЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФИРМЫ GE FANUC

Х А Р А К Т Е Р И С Т И КА ОБЪЕКТА

Количество добывающих скважин - 52, количество кустов - 19. Количество скважин в кусте колеблется от 2 до 5. По выкидным линиям Dy 100 мм все скважины куста подключаются к одному газосборному коллектору. Подключение кустов скважин к УКПГ осуществляется по индивидуальным газопроводам-шлейфам.

Характеристика скважин:

устьевое давление - порядка 20 МПа; устьевая температура - около 40 °С;

средний дебит добывающих скважин - 380 тыс. м3/сут. Расстояние от кустов скважин до УКПГ составляет от 4 до

12км.

Начальное содержание конденсата составляет около 300 г/м3.

Так как пластовое давление газа достаточно велико, то наибо­ лее целесообразно для подготовки газа использовать метод низ­ котемпературной сепарации.

УКПГ представляет собой технологически законченный объ­ ект и предназначена для сбора, обработки газа и выделения газо­ вого конденсата.

В состав УКПГ входят следующие промысловые объекты:

•Здание переключающей арматуры.

•Цех № 1 (две технологических нитки НТС).

•Цех № 2 (две технологических нитки НТС).

•Резервуарный парк конденсата.

•Насосная перекачки конденсата.

•Склад метанола.

•Насосная метанола.

•Компрессорная сжатого воздуха.

•КНС промстоков.

•Площадка факела и факельные сепараторы.

•КНС бытовых стоков.

•Дренажная ёмкость.

Общий объём автоматизации перечисленных объектов - 2389 параметров (492 AI, 119 АО, 952 DI, 826 DO).

НАЗНАЧЕНИ Е И ЦЕЛИ С О З Д А Н И Я СИСТЕМЫ

АСУТП УКПГ предназначена для автоматизированного кон­ троля и управления в реальном масштабе времени основными и

386

вспомогательными технологическими процессами подготовки газа и обеспечения обслуживающего персонала необходимой ин­ формацией.

Целями создания системы являются:

•обеспечение выполнения плановых заданий по объёму до­ бычи и качеству подготовки товарного газа с минимально необ­ ходимой численностью эксплуатационного и обслуживающего персонала;

•обеспечение надежной и безаварийной работы установки;

•повышение уровня экологической безопасности произ­ водства;

•снижение непроизводительных потерь материально-техни­ ческих и топливно-энергетических ресурсов, сокращение экс­ плуатационных расходов;

•улучшение условий эксплуатации технологических объек­

тов.

СТ Р У К Т У РА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

АСУТП УКПГ

Иерархическая структура системы управления обусловлена топологическим расположением контролируемых и управляемых технологических объектов, наличием аппаратных помещений для размещения программно-технических средств, обеспечением на­ дежности, уменьшением затрат на кабельную продукцию и строительно-монтажные работы.

АСУТП УКПГ представляет собой систему контроля и управления технологическими процессами добычи и подготовки конденсата к транспорту с распределённой двухуровневой струк­ турой (рис. 22.7):

•уровень операторной УКПГ (верхний уровень);

•уровень технологического объекта управления (нижний уровень).

Верхний уровень АСУТП выполняет функции оперативного контроля и управления и реализуется оперативным персоналом УКПГ.

Реализация функций верхнего уровня производится с автома­ тизированных рабочих мест (АРМ) персонала, размещаемых в операторной УКПГ (технологический корпус № 1).

Все АРМы объединены в локальную вычислительную сеть (ЛВС) и имеют доступ к средствам нижнего уровня системы в соответствии с правами доступа, предоставленными каждому АРМ.

Для реализации функций нижнего уровня применяются про­ граммируемые логические контроллеры (ПЛК) и модули вво-

387

да/вывода, размещаемые непосредственно в аппаратных техноло­ гических объектов УКПГ.

На уровне операторной УКПГ реализуются следующие функ­ ции:

•непрерывный контроль за ходом технологических процессов

исостоянием оборудования;

•выработка соответствующих уставок для систем регулиро­ вания технологических процессов;

•дистанционное управление оборудованием;

•фиксация отклонений от заданных режимов и их стабилиза­

ция;

•распознавание предаварийных ситуаций и обеспечение сра­ батывания аварийных защит и алгоритмов;

•контроль работоспособности КИП, всех систем автоматики

ипрограммно-технических средств и реализация мер по устране­ нию неисправностей;

•обмен информацией с КП телемеханики кустов газовых скважин;

•архивирование технологических параметров, аварийных со­ общений;

•визуализация параметров хода технологических процессов и состояния оборудования в виде мнемосхем, таблиц, графиков;

•печать отчётов.

Нижний уровень предназначен для реализации стандартных функций, свойственных локальным контроллерам:

•сбор информации;

•автоматический контроль, регулирование и управление тех­ нологическими процессами;

•сигнализация отклонений режимных параметров, в случае возникновения нештатных ситуаций и неисправностей средств систем автоматизации;

•отработка алгоритмов аварийной защиты;

•обмен информацией с верхним уровнем.

Нижний уровень АСУТП построен на базе резервированных ПЛК серии 90-70 и ввода/вывода Versa Мах фирмы GE Fanuc.

В основе ПЛК 90-70 лежит резервированная корзина, в кото­ рую монтируют следующие модули: источник питания, CPU 772, модуль синхронизации процессоров и коммуникационные мо­ дули.

Система резервирования центрального процессора серии 90-70 работает синхронно с передачей всех данных управления, определяющих машинный статус, и всех внутренних данных, не­ обходимых для обеспечения синхронной работы обоих централь­ ных процессоров. Каждый центральный процессор способен вы­ полнять одну и ту же программу и получать те же результаты.

389

Передача данных от активного процессора к резервному осу­ ществляется на каждом цикле. Ак^ы передачи контролируются на предмет сохранения целостности данных.

Ввод/вывод системы построен н<а базе VersaMax. Такое реше­ ние позволяет построить гибкую Масштабируемую систему вво­ да/вывода, упростить конструкцию 1щкафов ПТК.

Каждая станция VersaMax состоит из:

интерфейсного блока шины Genius Bus, обеспечивающего связь с контроллером;

до 8 базовых плат ввода/вывода, На каждой из которых может размещаться модуль ввода/вывода;

модулей ввода/вывода.

В системе используются модули аналогового ввода на 8 точек, аналогового вывода на 4 точки, дискретного ввода/вывода на 8 и 16 точек.

Количество станций ввода/вывода VersaMax, подключенных к одному контроллеру, определяется количеством параметров, об­ служиваемых контроллером.

В АСУТП УКПГ задействовано \ контроллера 90-70:

•ПЛК № 1 обеспечивает автоматизацию параметров здания переключающей арматуры и размещен в аппаратной ЗПА;

•ПЛК № 2 обеспечивает автоматизацию параметров резервуарного парка конденсата, насосной перекачки конденсата, склада метанола, насосной метанола, факельной площадки и сепарато­ ров и размещён в аппаратной насосн0й перекачки метанола;

•ПЛК № 3 обеспечивает автоматизацию параметров техноло­ гического корпуса № 1, КНС бытовых стоков, дренажной ёмко­ сти и размещён в аппаратной технологического корпуса № 1;

•ПЛК № 4 обеспечивает автоматизацию параметров техноло­ гического корпуса № 2, компрессорной сжатого воздуха, КНС промстоков и размещён в аппаратной технологического корпуса

№2.

Количество вводов/выводов по контроллерам приведено в

табл. 22.3.

Уровень операторной УКПГ представлен двумя серверами (основным и резервным) и четырьмя рабочими станциями (стан-

390