выдача значений параметров объектов системе верхнего уровня по
промышленной информационной сети связи в режиме реального времени.
На верхнем уровне управления, с использованием серверов, АРМов и
других технических средств должно быть обеспечено выполнение следующих
функций:
сбор информации от технологических объектов;
обработка и хранение данных;
передача уставок в системы автоматизации нижнего уровня;
диалоговый человеко-машинный интерфейс с индикацией на дисплеях
таблиц и мнемосхем текущего состояния технологического процесса;
формирование и выдача команд на исполнительные механизмы, т.е.
дистанционное управление работой с рабочей станции автоматизированного
рабочего места (АРМ) оператора- технолога;
контроль отработки команд исполнительными механизмами;
архивирование данных;
диагностика состояния комплекса технических средств;
формирование и выдача персоналу учётных и отчётных документов
(сменных, суточных и месячных отчетов, аварийных сообщений),
протоколирование событий;
конфигурирование системы;
обеспечение защитного и привилегированного доступа в соответствии
с установленными полномочиями.
В ПКУ не предусматривается постоянное присутствие персонала.
Контроль и диспетчерское управление сооружениями промысла должно
осуществляться из операторной
21
.
Для этого в ЦДП ИСУ ЦХП должен быть установлен сервер ввода-
вывода, который с использованием радиоканала будет осуществлять обмен
21
Клюев А.С. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие. -
М.: Альянс, 2009. - 368 c.
25
данными со всеми ПКУ. В операторной ЦДП должен быть установлен АРМ
промысла, располагаемый на территории ЦПС.
В ПКУ должно быть предусмотрено:
питание по 1-ой категории;
прокладка контрольных и питающих кабелей до места установки
шкафов управления;
закладные конструкции для установки шкафов управления;
шкафы управления блочно-комплектным оборудованием с ЛСУ;
шкаф связи с оборудованием для передачи данных. Подключение к
оборудованию связи предусмотрено по Ethernet медными витыми парами с
разъёмом RJ-45.
1.3.3 Общие требования к системе
Автоматизированная система управления оборудованием по добыче
нефти должна быть открытой и позволяющей наращивание, как по функциям
управления, так и по числу периферийных объектов.
Расширение функций и масштабирование автоматизированной системы
управления оборудованием по добыче нефти не должно быть связано ни с
модернизацией разработанных частей системы, ни с понижением
коэффициента надежности и готовности системы в целом, даже на период
расширения.
Для развития и модернизации системы должны быть предусмотрены:
резервные площади для установки дополнительных шкафов системы
управления, где это необходимо, для расширения системы в результате полного
развития месторождения;
резервные каналы ввода/вывода и лицензии в объеме не менее 20 % для
каждого типа сигналов;
система должна допускать поэтапный ввод АСУТП по установкам;
26
резерв информативных характеристик (например, производительность,
объем жесткого диска) не менее 40 %.
В автоматизированной системы управления оборудованием по добыче
нефти должна быть предусмотрена возможность внесения изменений в случае
смены технологии или методов управления путем переналадки либо создания
контуров управления, алгоритмов отчетных форм и видеокадров
22
.
При разработке программного обеспечения должны быть предусмотрено
создание типовых шаблонов основных технологических площадок (например,
скважина, куст скважин и т.п.) для последующей возможности быстрой
интеграции новых площадок в автоматизированной системы управления
оборудованием по добыче нефти собственными силами.
Должна быть предусмотрена возможность расширения нижнего уровня
автоматизированной системы управления оборудованием по добыче нефти
путем подключения дополнительных модулей ввода-вывода, нормирующих
преобразователей, барьеров искрозащиты и других аппаратных компонентов в
объеме 30 % по дискретным каналам ввода-вывода и 20 % по остальным
сигналам.
Все вышеперечисленные компоненты должны быть установлены в
шкафы автоматизированной системы управления оборудованием по добыче
нефти и обвязаны до входных клеммников, чтобы обеспечить быстрое
подключение дополнительных сигналов без внутришкафного монтажа.
Автоматизированная система управления оборудованием по добыче
нефти должна быть построена с учетом возможности интеграции
дополнительных локальных систем управления
23
.
Во всех шкафах и панелях, шасси контроллеров автоматизированной
системы управления оборудованием по добыче нефти необходимо
22
Афонин А.М. Теоретические основы разработки и моделирования систем автоматизации: Учебное пособие. -
М.: Форум, 2011. - 192 c
23
Ицкович Э.Л. Методы рациональной автоматизации производства: Выбор средств. Организация тендера.
Анализ функционирования. Управление развитием. Оценка эффективности. - М.: Инфра-Инженерия, 2009. -
256 c.
27
предусматривать не менее 15 % свободного места для размещения
дополнительного оборудования.
Промышленные ЭВМ должны удовлетворять следующим техническим
требованиям:
тактовая частота процессора не менее 2.8 ГГц;
объем оперативной памяти не менее 2 ГБ;
объем жесткого диска не менее 1 TБ;
наличие DVD-RW;
наличие двух интерфейсных адаптеров Fast Ethernet, RJ45;
цветной монитор с разрешением экрана не менее 1280 х 1024 точек;
цветовое разрешение экрана не менее 16777215 цветов (24 бита);
графический адаптер с памятью не менее 512 МБ;
степень защиты по ГОСТ 14254-96 или европейскому стандарту
EN60529/10.91 не менее IP 30;
наличие системы фильтрации входных потоков воздуха.
Промышленные операторские панели должны удовлетворять следующим
техническим требованиям:
длина диагонали дисплея не менее 15’’;
разрешение экрана не менее 640 х 480 точек;
цветовое разрешение экрана не менее 256 цветов.
В период эксплуатации должна быть возможность выполнять следующие
действия:
добавить (удалить), заменить датчики;
добавить (удалить), заменить исполнительные механизмы;
дополнить в ПТК модули ввода/вывода сигналов;
задать (конфигурацией) стандартный или индивидуальный алгоритмы
обработки входных/выходных переменных процесса, регулирования,
сигнализации;
изменить шкалы, границы сигнализации, защит (в границах
санкционированного доступа);
28
выполнить расчеты любой сложности;
откорректировать, удалить или создать новые графические экраны;
откорректировать и/или дополнить отчетные печатные документы;
организовать, при необходимости, с верхнего уровня обмен
информацией с системой вышестоящего уровня
24
.
1.3.4 Требования к электропитанию
Электропитание автоматизированной системы управления
оборудованием по добыче нефти должно осуществляться от сети переменного
тока 1-ой категории напряжением ~220 В, частотой 50 Гц.
Кабель питания должен быть сечением минимум 2,5 мм2, а длина от
распределителя должна быть не больше 50 м.
Шкаф имеет два ввода ~220 В и два источника питания =24 В,
включенных с разделением нагрузки (нагрузочная способность каждого БП не
менее 100 % требуемой мощности потребления шкафа).
Для защиты от провалов основного напряжения сети и нарушения
работоспособности оборудования в случае его пропадания основное
электропитание шкафа должно осуществляться от встроенного источника
бесперебойного питания постоянного тока напряжением =24 В (от
аккумуляторной батареи с системой заряда и переключения).
Источник бесперебойного питания должен обеспечивать необходимую
энергию с помощью холодостойких аккумуляторов для FCN-RTU, операторной
панели, средств связи, каналов входов/выходов и для полевых приборов. В
случае перебоя питания система может выдать сигнал в центр телемеханики.
Диапазон входного напряжения питания выбран так, чтобы выдержать
некоторое перенапряжение (например, при запуске ДЭС). Все элементы шкафа
работают от постоянного напряжения =24 В.
24
Пантелеев В.Н. Основы автоматизации производства: Учебник для учреждений начального
профессионального образования. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 208 c.
29
Эта система должна обеспечивать функционирование шкафа в течение не
менее 2 часов после аварийного отключения электроэнергии
25
.
Автоматизированная система управления оборудованием по добыче
нефти обесточивается с помощью главного выключателя, но о
противопожарном отключении следует позаботиться отдельно внешним
способом. Защиту от короткого замыкания шкафа обеспечивает автомат-
предохранитель
26
.
В первой главе проведен анализ назначения и возможностей систем
автоматизации, перечислены типы систем регулирования и управления
технологическим процессом, получены следующие авторские выводы:
1) Системы автоматического управления позволяют контролировать
технологические процессы без участия человека, обеспечивая высокое качество
регулирования за счет применения высокопроизводительных вычислительных
устройств.
2) Автоматизация кустов скважин позволяет снизить расходы на добычу
нефти за счет точного регулирования дебета скважины и анализа исторических
данных о ее производительности в совокупности с другими скважинами,
имеющими межскважные связи.
3) Из-за тяжелых климатических условий, доставка персонала к кустам
скважин крайне затруднительна и очень затратна, поэтому, автоматизированная
система управления позволит значительно сократить расходы на обслуживание.
Проведенные исследования и полученные авторские выводы позволяют
перейти к рассмотрению материала второй главы, посвященной выбору
технических решений.
25
Кангин В.В. Аппаратные и программные средства систем управления. Промышленные сети и контроллеры:
учебное пособие. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 418 с
26
Селевцов Л. И., Селевцов А. Л. Автоматизация технологических процессов. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 352
c.
30
ГЛАВА 2. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ
2.1. Разработка схемы автоматизации
Структурная схема автоматизированной системы управления
оборудованием по добыче нефти представлена на рисунке 3.
Рисунок 3. Структурная схема расширения АСУТП
К верхнему уровню АСУ ТП относятся:
серверы ввода/вывода;
АРМ технолога – 2 шт.;
сетевой принтер формата А4;
АРМ главного технолога без функций управления;
АРМ диспетчера без функций управления.
Шкаф серверный включает в себя:
сервер ввода/вывода (основной/резервный, всего 2 шт.);
31
коммутатор Ethernet;
KVM-коммутатор;
панель оператора.
Конструктивно шкаф серверный выполняется на базе унифицированного
шкафа фирмы Rittal двустороннего обслуживания со стеклянной дверью.
АРМ оператора (технолога) включает в себя:
процессорный блок;
монитор (2 шт.);
клавиатура, мышь;
колонки.
На АРМ технолога отображаются мнемосхемы технологического
процесса, в соответствии со схемами автоматизации. Оператор АРМ имеет
возможность дистанционного контроля и управления оборудованием линий
производства мастики, грунтовки, установки модификации битума,
воздушными компрессорами. По работе установки грануляции мастики
оператор АРМ на экране монитора может контролировать процесс получения
гранул, а также подать дистанционно команду на аварийное отключение
установки
27
.
Вся информация, отображающаяся на АРМ технологов в операторной
здания основного производства, дублируется на АРМ главного технолога в
здании АБК ИТР. Назначение АРМ главного технолога – отображение и
контроль стадий технологического процесса.
С помощью web-клиента, установленного на АРМ, диспетчер имеет
возможность по каналам Internet получить данные о течении технологического
процесса.
АРМы и принтер размещаются в помещении операторной, а шкаф
серверный размещается в помещении аппаратной здания основного
производства.
27
Скворцов А.В. Автоматизация управления жизненным циклом продукции: Учебник для студентов
учреждений высшего профессионального образования. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 320 c.
32
Все серверы и АРМ поставляются комплектно с системным, офисным и
прикладным программным обеспечением (ПО).
На серверы ввода/вывода, кроме специального ПО, устанавливается ПО
сервера исторических данных, ПО web-сервера, ПО сервера приложений.
Сетевой принтер формата А4 служит для распечатывания графиков,
таблиц, трендов, служебной текстовой информации
28
.
Организация сети Ethernet для оборудования верхнего уровня АСУ ТП в
операторной осуществляется через шкаф ШС3 локально-вычислительной сети
(ЛВС). Коммутатор серверного шкафа АСУ ТП соединяется патч-кордом FTP
2х2х0,5 с коммутатором в шкафу для передачи данных на АРМ главного
технолога и АРМ диспетчера. Коммутатор серверного шкафа АСУ ТП
соединяется с патч-панелью шкафа тремя патч-кордами FTP 2х2х0,5. АРМ
технологов, принтер подключаются патч-кордами FTP 2х2х0,5 к сетевым
розеткам ЛВС, размещенным непосредственно у рабочих мест. Розетки ЛВС
соединены с соответствующими гнездам патч-панели ШС3 кабелями.
ПАЗ должна осуществлять контроль критичных параметров
технологического процесса и выполнять останов технологического комплекса в
случае отклонения параметров от заданных значений или по ручному
вмешательству оператора.
В подсистеме противоаварийной защиты должны быть предусмотрены
средства для непрерывного контроля и немедленного оповещением персонала о
создавшихся опасных условиях. Система должна позволить осуществить
повторный пуск комплекса или установки только после устранения причин
останова и сброса сигнала неисправности либо после его принудительной
блокировки.
Аварийные сигналы системы ПАЗ должны передаваться на АРМ
диспетчера в операторную.
28
Кузищин В.Ф., Царев В.С. Алгоритмы ускоренной автоматической настройки регуляторов с оценкой модели
объекта по его реакции на импульсное воздействие и в режиме автоколебаний / В.Ф. Кузищин, В.С. Царев //
Теплоэнергетика. – 2014. – № 4. – С. 35-44.
33
АРМы оператора являются основным элементом интерфейса человек-
машина для функций отключения, и эти функции должны предусматривать, как
минимум, следующее:
обзорные мнемонические схемы (видеокадры) с выводом
предупредительных сигналов;
подробные мнемонические схемы (видеокадры) с выводом
предупредительных сигналов, с подробностями обхода отказов и подавления;
управление блокировкой и подавлением для входов и выходов;
подтверждение и сброс предупредительных сигналов.
Должен быть обеспечен мониторинг аналоговых входов с целью
проверки достоверности состояния сигналов. При отключении сигнала
внешнего устройства или при его выходе за допустимые пределы оператору
должен направляться предупредительный сигнал.
Повторный запуск установок должен быть возможен только после
ручного сброса (квитирование).
Конфигурация системы ПАЗ должна предусматривать перевод
технологического процесса в безопасное состояние при неисправностях
оборудования
29
.
Принцип избыточности должен быть заложен в конструкцию всех
перечисленных выше компонентов для обеспечения работоспособности в
случае отказа любого из компонентов. Переключение в случае выхода из строя
основных компонентов на резервные блоки должно осуществляться
автоматически. Необходимо предусмотреть оповещение и регистрацию
отказов, средства внутренней диагностики и визуальной индикации на модулях
и платах для контроля за всеми нарушениями нормального режима. Замена
неисправных избыточных модулей должна производиться без какого-либо
прерывания операций
30
.
29
Электротехника : учебное пособие для вузов. В 3 кн. Кн 3. Электроприводы / под ред. П. А. Бутырина, Р. Х.
Гафиятуллина, А. Л. Шестакова. – Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2005. –639 с.
30
Исследование и разработка способа преобразования постоянного напряжения в квази-синусоидальное с
широтно-импульсной модуляцией [Текст] / А. В. Гуляев, Д. С. Фокин, Е. Е. Тен [и др.] // Электротехника. –
34