библиотека нефтяника / Аппаратно-програмные средства / Глава 6

низации интерфейса оператора с сетью контроллеров. Система FIX/BBI обладает следующими основными характеристиками: работает в графических операционных средах Windows 95 и Windows NT; имеет современный графический пользовательский интерфейс; поддерживает сетевой интерфейс NETBIOS, что позволяет работать в

Windows for Workgroups v.3.11, NOWELL NetWare, IBMLAN с исполь-

зованием методов доступа Ethernet или Token Ring; поддерживает сетевые протоколы TCP/IP, DECnet, Serial, язык запросов баз данных SQL, протокол работы с базами данных ODBC, механизм управления динамическими данными DDE, что позволяет импортировать данные в такие приложения Windows, как Excel, и т.д. В итоге система способна поддерживать до 10 000 контролируемых точек.

Фирма FOXBORO для создания АСУ промыслами предлагает использовать свою распределенную и открытую систему управления "I/A series". Эта система состоит из отдельных процессорных модулей, объединенных резервированной высокоскоростной (10 Мбит/с) шиной обмена данными Nodebus. На верхнем уровне располагается рабочее место оператора-инженера, построенное на базе прикладной рабочей станции AW-51 (рабочие станции AW-51 характеризуются наличием 32-разрядного Micro SPARC 11 RISC процессора, 64 Мбайт ОЗУ, 1,05 Гбайт жесткого диска, алфавитно-цифровой клавиатуры типа QWERTY, 19-дюймового промышленного монитора с разрешающей способностью 1152 900 и т.д.), предназначенной для выполнения всех функций по управлению процессом, работы с сообщениями сигнализации, доступа к диагностике всей системы, выполнения работ по конфигурированию системы, работы с архивной информацией и т.д. Прикладная рабочая станция функционирует под операционной системой Solaris 2.2 (версия UNIX) с оболочкой X-Windows, что позволяет реализовать функции многооконности для расширения возможностей обзора и доступа к информации о процессе. Все рабочие экраны оператора-технолога русифицированы. Уровни доступа пользователя к системе регулируются программными паролями. Для решения прикладных задач пользователем в состав системы включен компилятор с языка С и ряд программных пакетов, которые позволяют решать задачи по управлению и анализу информации о технологическом процессе. Основной и резервный АРМ оператора реализован на базе рабочей станции типа WP-51B (рабочие станции AW-51 характеризуются наличием 32-разрядного Micro SPARC 11 RISC процессора, 32 Мбайт ОЗУ, 1,05 Гбайт жесткого диска, алфавитно-цифровой клавиатуры типа QWERTY, 19-дюймового промышленного монитора с разрешающей способностью 1152 900 и т.д.). Эти АРМ, построенные на базе прикладной рабочей станции AW-51, позволяют осуществлять все функции, выполняемые с рабочего места оператора-инженера. Реализация функций ПИД-регулирования, логического и последовательного

208

управления предлагается осуществлять с помощью резервированных многофункциональных контроллеров, реализованных на базе управляющего процессора CP40FT, который непосредственно подключен к шине Nodebus. Эти контроллеры имеют большой набор алгоритмов управления (включая семейство алгоритмов адаптивной автонастройки контуров), и цикл сканирования для них может быть выбран для различных контуров от 0,05 сек до нескольких минут. Система I/A Series является легко наращиваемой, и интеграция систем управления другими технологическими объектами в общую систему управления не представляет никакой сложности.

ТОО НПФ "Круг" (г. Пенза) для создания АСУ промыслами ГКМ предлагает использовать программно-технический комплекс, представляющий собой многоуровневую, иерархически интегрированную систему, соответствующую структуре автоматизируемого объекта, в состав которой входят следующие компоненты: контроллеры, системы средств передачи данных, вычислительные средства, средства представления информации – станции оператора, технические средства архивирования, локальные вычислительные сети, система бесперебойного питания центрального пункта управления, сервисные средства для эксплуатации, проверки, контроля работы, наладки и обслуживания системы. В качестве контроллеров предлагается использовать TRE-5B (разработка фирмы "TREI GMBN" – Германия по заказу российских предприятий). Контроллер TRE-5B реализован на базе промышленной платы CPU 386/486, поддерживающей интерфейс ISA персональных компьютеров IBM PC. В качестве сетевого оборудования предлагается применять enVISN FDDI фирмы Digital. Станции оператора, серверы базы данных, архивные серверы, серверы приложений, коммуникационные серверы и станции инженеринга подключаются к концентратору 100 Мбит/сек кабелем. В качестве базового протокола сетевого взаимодействия использован протокол TCP/IP. Основу вычислительного комплекса составляет оборудование фирмы ALR (США). В качестве АРМ оператора предлагается применять компьютеры серии EVOLUTION 5DT или EVOLUTION 6DT (характеристики EVOLUTION 5DT: PENTIUM 166 МГц, высокоскоростная шина PCI, высокоскоростная кэш-память емкостью 256 Кбайт с обратной записью

ит.д. Характеристики EVOLUTION 6DT: PENTIUM Pro 150 или 200

МГц, высокоскоростная шина PCI, высокоскоростные встроенные кэшпамяти данных двух уровней емкостью 256 Кбайт с обратной записью

ит.д.). В качестве сервера базы данных и архивного сервера предлагается применять серверы серии REVOLUTION-SMP, смонтированные в стойку (REVOLUTION-SMP реализован на базе PENTIUM PRO 166 или 200 МГц). В качестве основной операционной системы, управляющей всей локальной сетью, используется Windows NT. Операционной системой контроллеров является QNX.

209

Для реализации АСУ промыслами ГКМ фирма FISHER ROSEMOUNT предлагает свою систему RS-3. Средства интерфейса с оператором в этой системе включает в себя независимые операторские станции (Windows NT Workstation). Система RS-3 построена на основе 32-битовых микропроцессоров, что позволяет FISHER ROSEMOUNT предлагать сегодня одну из наиболее современных систем управления технологическими процессами. Эта система является полностью распределенной и отличается законченной функциональностью, надежностью, технологичностью и гибкостью. Программное обеспечение системы RS-3 позволяет осуществить ее конфигурирование в оперативном режиме, т.е. без прерывания других функций системы с любой операторской станции. Настройка блоков управления осуществляется путем заполнения пустых полей в бланке (экранной форме) необходимыми данными. Инженер-технолог без специальных знаний в области компьютерного программирования может легко подстроить систему под реальной технологический процесс с помощью блоков управления. Эти блоки могут быть связаны в цепочку с блоками ввода-вывода, другими блоками управления или внешними устройствами для формирования необходимой стратегии управления. Манипулируя блоками управления и их связями с блоками ввода-вывода, возможно изменение стратегии управления процессом без вмешательства в настройку самих каналов ввода-вывода или аппаратную часть системы. Проверка

икоррекция стратегии управления в оперативном режиме может быть выполнена с использованием реальных входных данных процесса без связывания контуров управления с реальными выходными сигналами. Все начальные настройки, изменения и модификации выполняются в оперативном режиме без прерывания других функций системы. Компания FISHER ROSEMOUNT гарантирует достаточно высокую надежность своего оборудования, например: минимальное время между отказами равно 17,8 лет (клавиатура оператора), а максимальное – 28163,4 года (система распределения постоянного тока). Для модуля дискретного ввода-вывода и аналогового ввода значения и показатели соответственно равны 543,2 и 144,9 года.

Фирма TELEMECANIQUE SCHNEIDER ELECTRIC для реализа-

ции АСУ промыслами ГКМ предлагает свою распределенную систему управления, построенную на базе независимых контроллеров. Компоненты АСУ промыслами объединяются в единый комплекс промышленной сетью FIPWAY (максимальная протяженность 5 км, экранированная витая пара на физическом уровне, скорость обмена 1 Мбайт/сек). Для разработки и модификации приложений, диагностики

иотладки предлагается комплекс программных и аппаратных средств на базе переносной и промышленной рабочей станции FTX507 (468 DX2, 66 МГЦ, 16 Мбайт RAM, 420 Мбайт HD, VGA LCD, UPS inside)

производства фирмы TELEMECANIQUE SCHNEIDER ELECTRIC.

210

Как уже отмечалось, выбор и последующее внедрение систем телемеханики для кустов скважин ГКМ районов Крайнего Севера являются весьма сложной задачей ввиду экстремальных климатических условий и отсутствия там централизованного электроснабжения. Фирма BAILEY NORGE предлагает вырабатывать электроэнергию, необходимую для снабжения контролируемых пунктов систем телемеханики кустов скважин на участке устья скважины, используя термоэлектрический генератор фирмы ORMAT, содержащий паровые турбогенераторы двойного замкнутого цикла (модель AG-24-ARC-C/A-HT). Эти генераторы используют в качестве топлива природный газ. Однако в настоящее время организация подачи осушенного газа из УКПГ на кусты скважин в районах Крайнего Севера требует огромных затрат, поэтому, скорее всего, этот вариант можно считать неприемлемым для ГКМ районов Крайнего Севера. Вариант подачи сырого газа в качестве топлива прямо со скважин на генератор считаем проблематичным, так как газонефтеконденсатные месторождения районов ГКМ характеризуются возможностью образования гидратов на шлейфах сырого газа и неоднородностью состава добываемого газа (часто в составе газа наряду с механическими присутствуют водные примеси). Это ставит под сомнение применение генераторов фирмы ORMAT для выработки электроэнергии непосредственно на кустах.

Фирма FISHER ROSEMOUNT для систем телемеханики кустов скважин предлагает использовать автономные контроллеры семейства ROC. Это контроллеры характеризуются высокими техническими характеристиками. Нижний предел температуры окружающей среды, в котором нормально функционирует контроллер, находится в интервале от минус 40 до +75 ° С, что исключает необходимость дополнительного обогрева контроллера. В качестве источника электроэнергии предусматривается использование термогенератора.

Фирма Bristol Babcock Inc. в качестве средств автоматизации для кустов скважин предлагает свой электронный вычислитель расхода газа TELEFLOW, который снабжен встроенной радиостанцией MDS 2310, позволяющей проводить обмен информацией со скоростью 9600 бит/сек. Диапазон частот радиостанции 920 – 960 МГц. Питание TELEFLOW и встроенной радиостанции осуществляется от двух литиевых батарей. Продолжительность автономный работы TELEFLOW от комплекта двух батарей составляет 12 месяцев. TELEFLOW помещается в утепленный пылевлагонепроницаемый кожух, обеспечивающий нормальное функционирование устройства при температурах от минус 60 до +70 ° С.

Аппаратура же, которую предлагают другие фирмы для оснащения кустов газовых скважин, как правило, функционирует в диапазоне

В настоящее время на российский рынок наряду с вышеперечисленными фирмами достаточно упорно пробивается фирма Octagon Systems. В отличие от других фирм она поставляет в Россию не готовые системы, а широкую номенклатуру модулей различного назначения (процессорные платы Micro PC, платы аналогового ввода-вывода, коммуникационные платы, монтажные каркасы, источники питания и т.д.). Это позволяет предприятиям-пользователям самим конфигурировать средства автоматизации в соответствии с конкретной спецификой производства, кругом решаемых задач, что приводит к значительному снижению стоимости оснащения технологических объектов ГКМ системами управления.

Продукция фирма Octagon Systems характеризуется совместимостью с IBM PC, компактностью (все платы имеют единый размер 114× 124 мм), способностью функционировать в жестких условиях окружающей среды (диапазон температур от минус 40 до +85 ° С, выдерживает вибрацию 5 g и удар 20 g), надежностью (время наработки на отказ от 90 000 до 230 000 ч), малой потребляемой мощностью, защищенностью плат от переплюсовки и перенапряжения по питанию, защитой параллельных и последовательных портов от неправильного включения, соответствует требованиям европейского стандарта по защите от электростатического разряда IEC 1000 (напряжение разряда до 10 000 В).

Анализ цен и функциональных возможностей рассмотренных компонентов позволяет констатировать, что в части этих показателей продукция таких ведущих фирм, традиционно работающих в нефтегазодобывающей промышленности, как FISHER ROSEMOUNT, FOXBORO, HONEYWELL и т.д., принципиально не отличается. Зачастую при выборе аппаратуры той или иной фирмы определяющую роль сыграет не цена или преимущества предложенной аппаратуры, а условия приобретения техники, например условия предоставления кредита, так как у российских предприятий сегодня (даже если они входят в ОАО "Газпром") хронически отсутствуют финансовые возможности. При этом следует иметь в виду, что при привлечении иностранных фирм-монополистов, таких как АВВ, SIEMENS, FOXBORO, FISHER ROSEMOUNT и т.д., к оснащению нижних уровней АСУ промыслами ГКМ могут иметь место следующие отрицательные последствия [33]:

связывая свою техническую политику с оборудованием, выпускаемым только единственной фирмой, по истечении нескольких лет предприятие может поставить себя в трудное положение, так как поставка ЗИП находится исключительно в компетенции фирмы-монополиста, которая может диктовать (иногда заведомо невыгодные) условия. Кроме того, если ГКМ эксплуатируется в режиме насыщения, то применяемая аппаратура должна быть рассчитана примерно на пятнадцать –

212

двадцать лет эксплуатации. Поставляемое оборудование вышеперечисленных фирм имеет, естественно, ограниченный срок службы – в пределах десяти лет, по истечении которого она может снять с себя все обязательства по поддержанию системы в работоспособном состоянии, так как поставка ЗИП для них станет уже экономически невыгодной. В этом случае вновь возникает необходимость перевооружения предприятия, но финансовых средств у ГКМ, функционирующего в режиме насыщения, уже не окажется, в силу чего начнется необратимый процесс развала систем управления.

Исходя из вышесказанного, при модернизации технических средств нижних уровней управления АСУ промыслами ГКМ, на наш взгляд, целесообразно ориентироваться на IBM совместимую аппаратуру, причем для осуществления этих работ максимально необходимо привлекать российских специалистов, представляющих отечественные организации. В следующем параграфе более детально обосновываются преимущества такой постановки вопроса.

6.3. ЗхЕйк кДсайзДгъзйЙй дйеигЦдлД нЦпзауЦлдап лкЦСлнЗ

С учетом изложенного в предыдущем параграфе, на наш взгляд, при нынешних экономических трудностях России, модернизацию КТС АСУ промыслами ГКМ (в первую очередь, второго и третьего уровней управления) целесообразно осуществить, базируясь в основном на IBM совместимой аппаратуры промышленного назначения, например на базе аппаратуры фирмы Octagon Systems. Подобный выбор влечет за собой следующие преимущества [33]:

российский рынок насыщен комплектующими изделиями этой аппаратуры, причем они выпускаются различными фирмами в нескольких странах мира, в том числе и российскими фирмами, что исключает зависимость от какой-либо одной фирмы;

показатели надежности этой аппаратуры не ниже соответствующих показателей фирм монополистов;

поддержание в работоспособном состоянии АСУ промыслами ГКМ в течение 10 лет и осуществление ее модернизации по истечении этого срока не будет представлять заметных трудностей, так как ее можно будет осуществлять поэтапно силами собственного персонала путем замены старых, морально устаревших компонентов;

построение АСУ промыслами ГКМ (второго и третьего уровней управления) на базе IBM PC совместимой аппаратуры обходится примерно в 4 – 5 раз дешевле, чем ее построение на базе оборудования

SIEMENS, FOXBORO, FISHER ROSEMOUNT и т.д., что в нынешней экономической ситуации России имеет определяющее значение;

213

значительная часть средств, выделенных на построение АСУ промыслами ГКМ, не будет переведена за границу, а останется в России, так как здесь уже появились фирмы, способные осуществлять комплектацию автоматизированных систем управления IBM PC совместимой аппаратурой;

ориентация на оборудование фирм SIEMENS, FOXBORO, FISHER ROSEMOUNT и т.д. потребует дополнительной подготовки специалистов для эксплуатации этого оборудования. При выбранном же варианте такая необходимость отпадает, так как уже сегодня практически весь персонал, привлеченный к работам по автоматизации на ГКМ, имеет большой опыт работы с этой аппаратурой.

Обобщая вышеотмеченное, можно констатировать, что модернизация АСУ промыслами ГКМ нижних уровней (за исключением систем телемеханики для кустов скважин) на базе IBM совместимой аппаратуры на сегодняшний день является наиболее приемлемым решением, позволяющим значительно сэкономить материальные, временные и трудовые ресурсы российских предприятий, занятых добычей и транспортировкой газа, в том числе и ГКМ. В настоящее время в России уже имеется опыт создания АСУ ТП, построенных на базе IBM совместимый аппаратуры [120–123].

Одной из первых в России подобных систем является "Космотроника", разработанная российским НИИ Космического приборостроения и нашедшая применение в нефтегазодобывающей отрасли и энергетике [120]. Ниже приводятся краткие сведения об этой системе, взятые из того же источника.

Основой АСУ ТП "Космотроника" является набор микропроцессорных контроллеров, обеспечивающих обмен информацией между измерительными приборами, управляющими ЭВМ и исполнительными механизмами. Контроллеры имеют выход в специализированную сеть пакетной радиосвязи, что обеспечивает возможность функционирования системы в радиусе до 50 км. Для систем, распределенных в радиусе до километра, используется локальная сеть на основе интер-

фейса RS-485.

Аппаратура системы устанавливается непосредственно на объекте в пылевлагозащищенных контейнерах в непосредственной близости от датчиков и исполнительных механизмов.

Все внешние цепи контроллеров, включая измерительные, управляющие локальной сетью и питанием, гальванически развязаны.

Контроллеры системы специально предназначены для работы в широком диапазоне температур, имеют малые габариты, обладают прочной конструкцией и потребляют мало энергии.

Отличительными особенностями системы "Космотроника" являются:

время наработки на отказ более 100 000 ч;

214

Судя по сообщениям [120], система "Космотроника" прошла ресурсные испытания в достаточно жестких климатических условиях (в Нижневартовском регионе Тюменской области) и эксплуатируется в течение нескольких лет на десятках объектов (на кустах нефтяных скважин, кустовых насосных станциях и т.д.).

Анализируя технико-экономические характеристики оборудования, производимого ведущими мировыми фирмами, с точки зрения целесообразности их применения на кустах скважин в районах Крайнего Севера с учетом отсутствия там централизованного электроснабжения, можно утверждать, что наиболее приемлемой является аппаратура фирмы Bristol Babcock Inc., так как она устойчиво функционирует

215

при температуре окружающей среды минус 60 ° С и, следовательно, не требует специального обогрева, а питание ее осуществляется от комплекта встроенных батарей, который достаточен для непрерывной работы в течение одного года, что вполне допустимо для этих регионов.

В заключение следует отметить, что с нашей точки зрения использование аппаратуры ведущих зарубежных фирм для создания АСУ промыслами ГКМ может быть выгодным с экономической точки зрения только тогда, когда для реализации соответствующих проектов привлекаются российские фирмы. В последние годы некоторые отечественные фирмы, специализирующиеся в области создания и внедрения средств автоматизации, уже сделали первые успешные шаги в этом направлении: начали сотрудничество со своими зарубежными коллегами. В частности, АООТ "Промавтоматика" (г. Краснодар) с SIEMENS; АООТ "Промавтоматика" с АВВ; АООТ "Промавтоматика", АО "ГАЗКОМ" с BAILEY NORGE; НИИИС с AEG, ТОО НПФ "Круг" с "TREI GMBN" т.д., что в конечном счете несомненно позволит значительно снизить общую стоимость внедрения АСУ промыслами на ГКМ, расположенных в районах Крайнего Севера.

216