3.3.2. Телемеханизация нефтепромыслов с использованием контроллеров scadapack
В настоящее время предприятия нефтедобычи не знают недостатка в предложениях по автоматизации промыслов, основанных на множестве разнообразных отечественных и импортных контроллеров. Но специфика отрасли такова, что далеко не каждый контроллер пригоден для этой цели. У ЗАО "ПКБ АСУ–нефть" накоплен большой практический опыт в области автоматизации ТП нефтедобычи. Этот опыт был использован в НК ЛУКОЙЛ при разработке корпоративного стандарта по автоматизации и успешно приумножается во многих проектах, выполненных для других компаний. Вот некоторые требования, которым должны удовлетворять контроллеры, применяемые в нефтедобыче:
–высокая надежность работы в необслуживаемых помещениях в
диапазоне рабочих температур –40...+60°C при влажности до 95% без
нагревающих или охлаждающих устройств;
–возможность работы в одном шкафу с силовым
электрооборудованием без дополнительного оборудования;
–простота организации передачи данных по разным каналам связи;
–возможность перепрограммирования контроллеров по каналам связи;
–возможность организации работы с интеллектуальными средствами
локальной автоматики и датчиками;
–большой объем памяти для буферирования данных при обрывах
связи.
Всеми этими качествами в полной мере обладают контроллеры SCADAPACK, семейство которых включает четыре серии программно- совместимых контроллеров, отличающихся друг от друга числом входов/выходов, коммуникационных портов, быстродействием процессора, объемом памяти и некоторыми другими характеристиками, которые позволяют учесть разнообразные требования объектов автоматизации.
Так, например, контроллеры SCADAPACK LP имеют очень низкий уровень энергопотребления: 0, 36 Вт при нормальном режиме работы и 0, 125 Вт - в "спящем" режиме.
Контроллер SCADAPack–32 это мощный контроллер для вычислений по сложным алгоритмам или для использования в качестве коммуникационного контроллера. Он оснащен 32–битным RISC-процессором с тактовой частотой 120 МГц, имеет память RAM 8Мб, SRAM 512 Кб, Flash 4 Мб, три порта RS–232, один порт RS–232/485, один или два порта Ethernet с наличием преобразования Modbus/TCP. Программирование контроллера может осуществляться на языке C++.
Контроллер SCADAPac–100 разработан на той же платформе, что и обычные контроллеры SCADAPack, но в отличие от остальных контроллеров к нему нельзя подключать модули расширения входов/выходов. Этот недорогой контроллер идеально подходит для автоматизации малых объектов. Кроме этого, есть еще более дешевый непрограммируемый контроллер (RTU) SmartWire Он предназначен для построения экономичных систем телеметрии и может обработать до 64 аналоговых и дискретных входов, 32 аналоговых выходов и 64 дискретных выходов. Помимо функций ввода/вывода без программирования выполняются такие функции как подсчет числа включений дискретных входов и выходов, суммарного времени включенного состояния входов/выходов. В одной системе может быть до 32 контроллеров SmartWire, подключенных к интерфейсу RS–485, или до 256 контроллеров – в случае использования модемов.
Для увеличения количества подключаемых сигналов ввода/вывода и построения разнообразных сетевых структур используются модули серии 5000. В их составе есть модули бесперебойного питания, модули ввода/вывода аналоговых, дискретных и импульсных сигналов, модемы для выделенных и коммутируемых линий, преобразователи RS–232/Ethernet, Ethernet коммутаторы на пять портов, модули для подключения датчиков по HART–протоколу, имитаторы дискретных и аналоговых сигналов, операторские панели.
Для программирования контроллеров доступны весьма разнообразные средства начиная от языка релейной логики Ladder Logic до стандартных языков IEC–1131 (ISaGRAF), а также ANSI–C . Прикладные программы хранятся во флэш-памяти. Одновременно могут выполняться до 10 задач на языке С и одна IEC–1131, причем, совершенно независимо. Программист может заниматься отладкой и перезагрузкой одного из блоков задач, не останавливая другие. При программировании на языке С порты контроллера полностью доступны и возможно программирование любого коммуникационного протокола. Контроллеры могут работать также и в режиме RTU и выполнять функции ТИ, ТС, ТУ без программирования. Диагностику контроллера, программирование и отладку программ можно проводить в удаленном режиме по телефонной или радио сети. Это особенно существенно в тех случаях, когда контроллер находится в труднодоступном и необслуживаемом месте, а также позволяет привлечь к решению проблем высококвалифицированного специалиста, находящегося на удалении от объекта.
Рисунок 3.3.4 Внешний интерфейс управления
Контроллеры могут быть включены в любую систему, поддерживающую коммуникационный протокол ModBus, являющийся промышленным стандартом. Контроллеры поддерживают ASCII и RTU-режимы протокола. Он может быть ведущим и ведомым, либо с переключением режима, либо одновременно, используя несколько своих портов. Это позволяет контроллеру работать в качестве ретранслятора, что очень полезно для таких объектов управления, как трубопроводы
Контроллер может быть оснащен достаточно большим объемом памяти. При этом нет необходимости в постоянном подключении к коммуникационной сети. Информация накапливается в памяти контроллера и передается во время сеанса связи. Надежность хранения информации в памяти обеспечивается за счет использования литиевой батареи, которая поддерживает память в течение двух лет при отключенном питании.
Минимальное энергопотребление контроллеров и модулей расширения, возможность перехода в спящий режим и наличие встроенного источника бесперебойного питания позволяют использовать для электропитания контроллеров солнечные батареи или аккумуляторы.
Контроллеры SCADAPACK, SmartWire и модули серии 5000 имеют паспортный рабочий диапазон температур –40...+70°С, при влажности до 95%, что позволяет устанавливать их в неотапливаемом помещении. Испытания, проведенные компанией Raytheon Canada, показали, что контроллеры сохраняют работоспособность и при более низких температурах. Минимальная температура во время испытаний в течение 2 часов составляла 60,9°С, период времени в течение которого температура была ниже –50°C был равен 10 часам, общая продолжительность испытаний 16 ч. Внутреннее тепловыделение контроллеров крайне мало, поэтому нет необходимости в принудительной вентиляции и конвекционных зазорах.
Контроллеры и модули ввода/вывода имеют высокий уровень защиты от импульсных помех: входные и выходные цепи оборудованы варисторными цепочками, имеют групповую или индивидуальную гальваническую развязку от логической части и от цепей питания.
На все оборудование имеется сертификат Госстандарта России на средства измерения 16047 и разрешение Госгортехнадзора России на применение РРС 04–11162. Контроллеры также сертифицированы по международным стандартам ANSI/IEEE, RF/FCC, UL, CE, CSA (Class 1, division 2, groups A, B, C, D). Поставщик контроллеров компания "ПЛК Системы" по запросу предоставляет Методику поверки измерительных каналов.
ЗАО "ПКБ АСУ–нефть" использует контроллеры SCADAPack в своих проектах с 1997 г. География их распространения от Калининграда на западе до нефтепромыслов в Томской области на востоке, от Заполярья Республики Коми на севере до пустынь Кызылорды на юге.
Станции управления на базе контроллеров SCADAPack в нефтедобыче используются для автоматизации следующих объектов:
–одиночные добывающие скважины;
–кусты скважин, обладающие совокупностью таких технологических
установок, обеспечивающих добычу нефти и газа, как скважины
нефтяные, нагнетательные, водозаборные, групповые установки для
измерения производительности скважин, водораспределительные
блоки системы поддержания пластового давления, блоки дозирования
химреагентов ;
–кустовые и дожимные насосные станции (КНС и ДНС);
–установки предварительного сброса воды (УПСВ);
–установки подготовки нефти (УПН);
–узлы контроля состояния нефтепроводов.
Технологические объекты расположены на открытом воздухе и относятся к взрывоопасным зонами В1-а и В1-г, диапазон изменения температуры окружающего воздуха –50...+50ºС., влажность воздуха до 95%.
Первыми объектами, автоматизируемыми с помощью контроллеров SCADAPACK, были Ключевское месторождение Арчединского НГДУ ООО "ЛУКОЙЛ–Нижневолжскнефть" и Алешкинское месторождение ООО "ЛУКОЙЛ–Калининградморнефть". Объекты автоматизации (одиночная скважина, куст скважин, сборный пункт) были выбраны с учетом полноты охвата процесса нефтедобычи.
В дальнейшем, после успешной эксплуатации первых образцов, в ООО "ЛУКОЙЛ–Калининградморнефть" были внедрены системы автоматизации нефтедобычи Ушаковского, Малиновского, Дейминского, Южно–Олимпийского, группы Красноборских, Ладушкинского месторождений (рисунок 3.3.5).
Рисунок 3.3.5 АСУТП месторождений ООО "ЛУКОЙЛ–Калининградморнефть"
В 1998–99 гг. на месторождении нефтяной компании "Тургай Петролеум" (Казахстан) была внедрена система контроля и управления групповыми установками. Помимо процесса добычи нефти и газа был телемеханизирован процесс подготовки нефти и закачки пластовой воды. В настоящее время система включает более 30 объектов.
В 2000 г. на базе контроллеров SCADAPack автоматизированы кусты скважин первой очереди Уньвинского месторождения ЗАО "ЛУКОЙЛ–Пермь".
В 2000 г. в ОАО "ТНК–Нижневартовск" на базе SCADAPack внедрена распределенная система контроля и управления Белозерского центрального товарного парка (БЦТП). На месторождениях ООО "ЛУКОЙЛ–Западная Сибирь" контроллеры SCADAPack помимо кустов скважин широко применяются для автоматизации и телемеханизации дожимных и кустовых насосных станций.
В 2002–2003 гг. на базе контроллеров SCADAPack были внедрены системы управления объектами нефтедобычи двух месторождений ООО "ЛУКОЙЛ–Коми" – Харьягинского (51 куст скважин) и ПТВ–3(39 кустов скважин). Контроллеры успешно прошли испытания в суровых климатических условиях Заполярья. Особенностями системы является ее стыковка с интеллектуальными станциями управления ЭЦН различных производителей, применение для измерения дебита скважин бессепарационного расходомера.
В настоящее время с применением контроллеров SCADAPack внедряется АСУТП сборного пункта "Романово" Кравцовского нефтяного месторождения (Д–6) на Балтийском море. На базе контроллеров SCADAPack реализована система контроля трубопровода между ледостойкой платформой и нефтеналивным терминалом "Ижевское".
Контроллеры семейства SCADAPack, как показал опыт их промышленного применения, идеальный выбор для автоматизации кустов нефтяных скважин и площадочных объектов, эксплуатируемых в районах с холодными климатическими условиями. Надежность контроллеров такова, что для их эксплуатации не требуется создания ремонтных служб, достаточно иметь в ЗИП единичных образцов контроллеров. Бесплатное гарантийное обслуживание в течение трех лет осуществляет поставщик контроллеров компания "ПЛК Системы" (Москва).