330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1РегуляторПотокаГаза
.pdf
РАЗРАБОТКИ
НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
РЕГУЛЯТОР ПОТОКА ГАЗА
Ефим Кац, Сергей Леванов
Рассматривается опыт разработки технологического оборудования со встроенным контроллером, на базе которого организуется автоматизированный технологический комплекс для управления большими потоками газа.
Coздание высоконадежного технологического обору дования – сложная и акту альная задача. Современ ное ее решение заключает ся во включении в состав
оборудования управляющей им систе мы и в обеспечении интегрирования этой управляющей системы в единую систему управления цехом, производ ством, предприятием.
Примером создания технологичес кого оборудования со встроенной уп равляющей системой является разра ботка полнопроходного регулятора по тока газа с условным проходом от 300 до 1200 мм. Схема регулятора приведе на на рис. 1.
В качестве исполнительного устрой ства может быть использован любой кран, имеющий двухсторонний пневмо
или гидропривод с блоком управления типа БУЭП 160/8. На кран устанавлива ются специально разработанный дат чик угла поворота затвора и общепро мышленные датчики давления до и пос ле крана. Основные функции управле ния осуществляются с помощью сило вого блока и управляющего устройства.
Для поворота затвора крана исполь зуется энергия природного газа. Рабо чим агентом (энергоносителем) явля ется жидкость (масло с низкой темпе ратурой застывания). Силовой блок, со стоящий из двух аккумуляторов и сис темы клапанов, преобразует энергию природного газа в энергию гидравли ческого носителя, а также осуществляет блокировку самопроизвольного враще ния затвора.
Силовой блок управляется микро процессорным устройством, которое
Рис. 1. Схема регулятора потока газа
следит за изменением давления (расхо да) газа и по специальному алгоритму производит расчет угла, на который нужно «довернуть» затвор крана, чтобы достичь заданного показателя. Управ ляющее устройство подает соответ ствующие сигналы на клапаны силово го блока, полностью реализуя логику управления краном и перезарядки акку муляторов силового блока.
Управляющее устройство может ра ботать как самостоятельно, так и под управлением оператора технолога, что позволяет дистанционно осуществлять задание режимов и контроль за процес сом регулирования. При этом управля ющее устройство может работать в ак тивном режиме – независимо от веду щего компьютера – и в пассивном ре жиме, отрабатывая поступающие от компьютера команды.
Управляющее устройство, встраивае мое в технологическое оборудование, должно обладать высочайшей надеж ностью, поэтому за основу были выбра ны готовые компоненты MicroPC фир мы Octagon Systems, удовлетворяющие международному стандарту качества ISO 9001. Все компоненты имеют пони женное энергопотребление, поэтому не требуют принудительного охлажде ния, что в совокупности с широким температурным рабочим диапазоном элементов обеспечивает необходимые технические характеристики. Четырех точечное крепление плат поддержива ет работоспособность устройства при
66 |
|
1/97 |
(C) 1997 CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 330 3650 http://www.cta.ru
РАЗРАБОТКИ
НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
матическая |
загрузка операционной |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
системы, совместимой с MS DOS. Созда |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние прикладного программного обес |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
печения может осуществляться на пер |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сональном компьютере, после чего от |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лаженные программы загружаются в ус |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тройство дистанционно через последо |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вательный интерфейс. После переноса |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
программ устройство автоматически |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перезапускается. |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В настоящее время система управле |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ния потоком газа реализуется для уп |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
равления отбором газа из подземного |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хранилища |
газа (ПХГ) |
предприятия |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Югтрансгаз. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Характерной особенностью данной |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
системы является регулирование пото |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ка по расходу, который измеряется ши |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
роко распространенным в газовой про |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мышленности вычислителем Superflo. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные с вычислителя расхода, посту |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пающие на АРМ оператора технолога, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ретранслируются в управляющее ус |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тройство (контроллер) и используются |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
им |
для |
осущес |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
твления процесса |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
регулирования. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычислители рас |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
хода подключают |
||
Рис. 2. Организация устройства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ся к ПЭВМ через |
||||||||||||||||||||||
управления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
последователь |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ный |
интерфейс |
|
перегрузке до 5g, при вибрации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RS 232. Схема со |
|||||||||||||||||||||
и 20g при ударе. Блок схема ус |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
единения |
отдель |
||||||||||||||||||||
тройства управления показана |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ных компонентов |
|||||||||||||||||||||
на рис. 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
комплекса показа |
|||||||||||||
|
Использование |
компонентов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
на на рис. 3. |
|||||||||||||||||||
Micro PC позволяет эксплуатиро |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следует отме |
|||||||||||||||||||||
вать устройство управления как |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тить, что рассмат |
|||||||||||||||||||||
на открытом воздухе, так и в по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
риваемая система |
|||||||||||||||||||||
мещениях при температуре окру |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
является частным |
|||||||||||||||||||||
жающего воздуха от 45°С до |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
случаем. |
Общая |
||||||||||||||||||||
+60°С, при относительной влаж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
схема системы уп |
|||||||||||||||||||||
|
Рис. 3. Схема соединения отдельных компонентов комплекса регулирования |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
ности до 98% при 35°С. |
|
|
равления |
цехом |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Конструктивные |
|
|
решения |
|
потока газа |
|
(производством), |
|||||||||||||||||||||||||||
обеспечивают его эксплуатацию во взрывоопасных зонах открытых пром
площадок и в помещениях классов В 1а, В 1г (ПУЭ), где возможно образование взрывоопасных смесей категорий 11А, 11В групп Е1 Т3 согласно ГОСТ 12.1.011 78.
Вид взрывозащиты – взрывонепро ницаемая оболочка по ГОСТ 22782.6 81. Выходы на разъемы для подключения специальных датчиков и других взры вонезащищенных устройств могут быть выполнены искробезопасными цепями по ГОСТ 22782.5 78.
Управляющее устройство по своей архитектуре совместимо с IBM PC и имеет в своем составе полупроводнико вый диск на базе ППЗУ, с которого при
включении питания происходит авто Рис. 4. Общая схема системы управления производством
1/97 |
|
67 |
(C) 1997 CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 330 3650 http://www.cta.ru
РАЗРАБОТКИ
НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
состоящим из совокупности техноло |
● обмен информацией с вычислителем |
|
● редактор базы аналоговых датчиков; |
|||||||||
гических устройств со встроенными |
расхода газа и модемом, |
|
● редактор базы по вычисляемым пара |
|||||||||
контроллерами, показана на рис. 4. В |
● хранение ретроспективных значений |
|
метрам; |
|
|
|
|
|||||
основу построения системы положена |
измеряемых параметров, |
|
● редактор базы дискретных датчиков; |
|||||||||
сетевая организация. |
● ведение журнала событий. |
|
● программа просмотра мнемосхем; |
|||||||||
Как видно из рисунка, контроллеры |
Работа этих подзадач организована в |
|
● программа просмотра таблиц; |
|
||||||||
образуют стандартную локальную вы |
виде циклической бесприоритетной |
|
● редактор мнемосхем; |
|
|
|||||||
числительную сеть, к которой подклю |
очереди. При этом каждая из подзадач |
|
● редактор таблиц; |
|
|
|||||||
чаются автоматизированные рабочие |
выполняется по фазам, что исключает за |
|
● программа просмотра ретроспекти |
|||||||||
места (АРМ). Количество АРМ и кон |
держки в процессе работы. |
|
вы в памяти; |
|
|
|
|
|||||
троллеров может не совпадать. Пара |
Программа регулирования использует |
|
● программа просмотра ретроспекти |
|||||||||
метры сети соответствуют стандарту |
настройки и информацию о датчиках, |
|
вы на диске; |
|
|
|
|
|||||
Ethernet. |
|
|
|
записанные в энергонезависимое ОЗУ. |
|
● программа отображения и управле |
||||||
В нормальной ситуации контроллер |
Обмен данными с другими узлами сети, с |
|
ния процессом регулирования; |
|
||||||||
является пассивным элементом, сооб |
Superflo, с удаленными объектами через |
|
● программа регистрации оператора. |
|||||||||
щающим текущие значения парамет |
модемную связь осуществляется в фоно |
|
Все программные модули интерфейса |
|||||||||
ров процесса и данные о своей на |
вом режиме (по прерываниям). |
|
между человеком и машиной объедине |
|||||||||
стройке в ответ на адресные запросы |
Программное обеспечение АРМ опе |
|
ны в единую интегрированную среду с |
|||||||||
со стороны АРМ. В аварийной ситуа |
ратора технолога в настоящее время |
|
помощью программы диспетчера, что |
|||||||||
ции при выходе отдельных параметров |
работает под управлением DOS и состо |
|
обеспечивает дополнительные удобства |
|||||||||
за уставки контроллер осуществляет |
ит из трех основных компонентов. |
|
при работе с системой. |
|
|
|||||||
широковещательную трансляцию ин |
1. Коммуникационная программа ре |
|
3. Комплекс |
сервисных программ |
||||||||
формации, которую получают все АРМ |
ализована в виде загрузочного модуля, |
|
включает в себя программу создания |
|||||||||
и контроллеры, подключенные к ло |
который постоянно находится в памяти |
|
файлов хранения ретроспективы и про |
|||||||||
кальной сети. |
|
|
|
и работа которого синхронизирована с |
|
грамму создания списка операторов. |
||||||
|
|
|
|
|||||||||
Для работы на уда |
|
|
|
|
|
|
На рис. 5 пред |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
ленных объектах оп |
|
|
|
|
|
|
ставлена |
видео |
||||
ределенные модифи |
|
|
|
|
|
|
грамма отображе |
|||||
кации контроллеров |
|
|
|
|
|
|
ния и управления |
|||||
имеют модемы и пе |
|
|
|
|
|
|
процессом регули |
|||||
редают информацию |
|
|
|
|
|
|
рования. |
|
|
|||
по телефонным кана |
|
|
|
|
|
|
В перспективе в |
|||||
лам. При необходи |
|
|
|
|
|
|
качестве программ |
|||||
мости как к контрол |
|
|
|
|
|
|
ного обеспечения |
|||||
лерам, так и к АРМ в |
|
|
|
|
|
|
АРМ может |
быть |
||||
качестве внешнего |
|
|
|
|
|
|
использован |
уни |
||||
устройства |
может |
|
|
|
|
|
|
ф и ц и р о в а н н ы й |
||||
подключаться |
один |
|
|
|
|
|
|
пакет Genesis или |
||||
или несколько вы |
|
|
|
|
|
|
Трейс Моуд. |
|
||||
числителей расхода |
|
|
|
|
|
|
В настоящее вре |
|||||
газа типа Superflo. |
|
|
|
|
|
|
мя автоматизиро |
|||||
Реализация |
рас |
|
|
|
|
|
|
ванный |
техноло |
|||
пределенной |
систе |
|
|
|
|
|
|
гический комплекс |
||||
мы на промплощадке |
|
|
|
|
|
|
для управления по |
|||||
позволяет |
сущес |
|
|
|
|
|
|
током газа прошел |
||||
твенно повысить на |
|
|
|
|
|
|
полигонные испы |
|||||
дежность объекта за |
|
|
|
|
|
|
тания и подготов |
|||||
счет тщательной за |
|
|
|
|
|
|
лен к монтажу на |
|||||
щиты ограниченного |
|
|
Елшанском |
ПХГ |
||||||||
Рис. 5. Видеограмма отображения и управления процессом регулирования |
|
|||||||||||
числа информацион |
|
|
|
|
|
предприятия |
Юг |
|||||
ных и силовых кабелей, обеспечения |
|
прерываниями интервального таймера. |
|
|
трансгаз для проведения ведомствен |
|||||||
|
|
|
||||||||||
живучести системы в «особых» ситуа |
|
Программа осуществляет взаимодейст |
|
|
ных испытаний и работы в реальной |
|||||||
циях. |
|
|
|
вие с управляющим устройством (кон |
|
|
системе управления отбором газа из |
|||||
|
|
|
|
|
троллером MicroPC), вычислителем |
|
|
Тульского горизонта. ● |
|
|
||
Программное обеспечение |
|
расхода газа Superflo и с вышестоящей |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
системой через модемную связь. Кроме |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Программное обеспечение контрол |
|
того, программа выполняет функции |
|
|
|
|
|
|
|
|||
лера автоматически загружается при |
|
менеджера памяти и управляет обме |
|
|
|
|
|
|
|
|||
включении питания и реализует следу |
|
ном данными с другими компонентами |
|
|
|
|
|
|
|
|||
ющие функции: |
|
программного обеспечения. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
● опрос датчиков, |
|
2. Комплекс программ, обеспечиваю |
|
|
|
|
|
|
|
|||
● регулирование в соответствии с за |
|
щий взаимодействие пользователя с ап |
|
|
|
|
|
|
|
|||
данным алгоритмом, |
|
паратурой, реализован в виде следую |
|
|
|
|
|
|
|
|||
● обмен информацией с АРМ, |
|
щих автономных модулей: |
|
|
|
|
|
|
|
|||
68 |
|
1/97 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(C) 1997 CTA Тел.: (095) 234 0635 Факс: (095) 330 3650 http://www.cta.ru