Автоматизация технологических процессов НПС

 

2.2 Организация микропроцессорной  системы автоматизации

 

Система автоматики НПС имеет трехуровневую структуру  – нижний, средний и верхний  уровни. Структурная схема ПТК  НПС приведена в приложении А.

К нижнему уровню системы автоматики относятся:

• средства измерений технологических параметров;
• сигнализаторы технологических параметров;
• исполнительные механизмы (в том числе средства визуальной и звуковой сигнализации).

К нижнему уровню следует также отнести БРУ, который  размещается в операторной и  блок ручного управления системы  автоматического пожаротушения  который расположен в операторной. Блоки ручного управления имеют в своем составе сигнализацию непосредственно от датчиков сигналов и кнопки управления, воздействующие непосредственно на магнитные пускатели или соленоиды масляных выключателей.

К среднему уровню системы автоматизации относятся программно-аппаратные модули (блоки) управления узлов и агрегатов НПС на базе ПЛК.

Оборудование  обеспечивает:

• сбор информации от датчиков, устанавливаемых по месту;
• обработку и передачу информации о состоянии объектов на верхний уровень системы автоматизации НПС (центральный контроллер в операторной);
• автоматическое управление технологическим оборудованием станции и контроль его работы;
• прием информации с верхнего уровня системы автоматизации и формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

Для перехода от одного оборудования ввода/вывода к оборудованию других фирм используется мост Modbus Plus Bridge:

• передача сигналов телемеханики;
• связь с системой автоматического пожаротушения;
• связь с системой автоматического регулирования давления.

Средний уровень  должен обеспечивать получение информации от системы контроля уровня загазованности, системы виброконтроля и системы автоматического регулирования давления, как в виде дискретных сигналов, так и по протоколу Modbus c отображением информации на АРМ оператора.

Станция сбора  данных служит для реализации мониторинга  за состоянием ответственных элементов  системы автоматики и раннего  предупреждения возможного отказа.

Верхний уровень системы автоматики включает в себя АРМ оператора-технолога, АРМ для контроля за нормативными параметрами НПС, АРМ системы мониторинга, АРМ системы автоматического пожаротушения.

АРМ оператора-технолога реализован на базе трех персональных компьютеров (2 рабочих и резервного), работающих в режиме горячего резервирования: АРМ полностью идентичны по программно-апппаратному составу, имеют общий источник точного времени и выделенный интерфейс (независимый от сегмента сети) для организации самоконтроля. Во всех системах должно устанавливаться московское время.

АРМ для контроля за нормативными параметрами НПС, АРМ  системы мониторинга реализованы  на базе персональных компьютеров и  АРМ системы автоматического  пожаротушения.

Верхний уровень  системы автоматики обеспечивает:

• прием информации о состоянии объекта;
• мониторинг технологического процесса и получение трендов измеряемых технологических параметров;
• оперативное управление технологическим процессом;
• архивацию событий нижнего уровня, действий оператора и команд из РДП;
• формирование базы данных;
• настройку, программирование, конфигурирование контроллера МПСА, редактирование экранных форм (с АРМ инженера).

Компьютеры из состава АРМ оператора-технолога  работают независимо друг от друга  и связаны с контроллерами  среднего уровня по собственным независимым  полевым шинам. Выполнение инженерных функций реализуется на третьем  персональном компьютере- АРМ инженера.

Верхний уровень  системы автоматизации в части  АРМа контроля за нормативными параметрами обеспечивает:

• контроль за соответствием фактических параметров работы оборудования НПС и линейной части магистрального нефтепровода нормативным параметрам контролируемым на уровне НПС по системе автоматики и телемеханики операторами НПС;
• отображение отклонения контролируемых параметров от нормативных величин на мониторе персонального компьютера и сопровождение звуковыми сигналами;

− вход в ЛВС  АСУТП по протоколу TCP/IP и передачу данных в соответствии с регламентом  контроля за нормативными параметрами.

Верхний уровень  системы автоматизации в части АРМа системы мониторинга обеспечивает прием, обработку и отображение информации, получаемой со станции сбора данных.

Рабочие станции  всех АРМ-ов связаны между собой посредством сети Ethernet с помощью сетевого концентратора и могут объединяться с другими узлами сети. Основной протокол связи верхнего уровня: промышленный Ethernet, в реализации ModBus TCP от Schneider Electric.

Коммуникационный  контроллер для управления по каналам  телемеханики должен обеспечивать:

• работу как по каналам тональной частоты со скоростью 1200 и 600 бит/с, так и по цифровым каналам ВОЛС со скоростью 115,2 кбит/с;
• работу по MODBUS MASTER RTU от 1 до 8 микропроцессорных программируемых контроллеров систем автоматизации;
• прием и передачу метки точного времени, получаемого с магистрали МЭК в MODICON;
• возможность конфигурирования в процессе эксплуатации; наращивание и изменение количества каналов;
• передачу сигналов телесигнализации, телеизмерений, телеуправления и телерегулирования;
• формирование массива для ТМ должно производиться на каждом цикле сканирования с меткой времени.
• Сопряжение локальных сетей АСУТП и АСУП должно производиться посредством маршрутизатора, который выполняет функции сетевого фильтра. Порты маршрутизатора, к которым подключены АРМ-оператора, должны программироваться так, чтобы пропускать в сеть АСУТП только пакеты с определенных IP-адресов, а в сеть АСУП на шлюз узла связи направлять пакеты с IP-адресов АРМ.

 

2.3 Требования к функциям  защиты

 

Функции защиты оборудования НПС должны выполняться:

• по общестанционным аварийным защитам – как программно с использованием алгоритмических модулей защитных отключений, так и с БРУАЗ кнопками, воздействующими непосредственно на схемы управления приводами;
• по остальным защитам и блокировкам – программно с использованием алгоритмов защитных отключений.

Программы, реализующие  функции защиты, кроме выполнения защитных отключений, должны предусматривать:

• маскирование и симуляцию общестанционных и агрегатных защит и имитацию отдельных аналоговых параметров должны выполняться через диалоговые окна (для ремонта соответствующих датчиков и проверки защит);
• блокировку отдельных защит (вибрации, и др.) на время переходного процесса;
• проверку работы общестанционных и агрегатных защит без воздействия на оборудование (симуляцию задвижек, вспомсистем).

Функции управления должны предусматривать  программный пуск и остановку  каждого агрегата, а также дистанционное  и автоматическое управление вспомогательными агрегатами и запорной арматурой.

Управление  магистральным насосным агрегатом должно быть реализовано в следующих режимах:

• дистанционный из РДП;
• программный из операторной (МДП);
• автоматический резервный;
• ремонтный;
• испытательный;
• кнопочный.

Все режимы управления должны предусматривать подачу команд управления на насосные агрегаты только через систему автоматики НПС.

Испытательный режим  должен быть предназначен для проверки алгоритмов работы (программных модулей), автоматических защит без воздействия на ВВ насосных агрегатов.

Команды аварийного отключения насосных агрегатов от агрегатных кнопок "Стоп", от кнопок "Стоп МНС" должны выполняться во всех режимах управления агрегатов, в том числе при отказе системы автоматизации.

Последовательность  действий при пуске и остановке  насосного агрегата в кнопочном  режиме должна определяться технологическим  регламентом управления НПС. В этом режиме изменение положения задвижек агрегата по командам, формируемым  через систему автоматики НПС  при пуске насосного агрегата, не должно приводить к срабатыванию агрегатной защиты "Несанкционированное изменение состояния любой из агрегатных задвижек работающего агрегата".

При дистанционном  и программном режимах пуск или  остановка насосного агрегата должны происходить по выбранной программе  при получении соответствующей  команды из РДП или операторной (МДП).

 

2.4 Требования к метрологическому  обеспечению, сертификации и надежности.

 

К измерительным  каналам относятся следующие  каналы измерения:

• давление в магистральном нефтепроводе;
• давление во вспомогательных трубопроводах;
• температура обмоток и подшипников агрегата;
• температура нефти;
• температура масла;
• температура воздуха;
• вибрация агрегата;
• сила тока, напряжение, мощность;
• загазованность.

Измерительные каналы систем автоматизации должны обеспечивать получение результатов с нормируемой  точностью. Средства измерения, входящие в состав измерительного канала, должны иметь сертификаты утверждения  типа средств измерений, выданные уполномоченной организацией в установленном порядке.

Нормированными  метрологическими характеристиками являются основная и дополнительная погрешности, указанные ниже.

Основная погрешность  измерительных каналов не должна превышать следующих значений, приведенных  в таблице 2.4.2.

Дополнительная  погрешность СИ не должна превышать  половины основной погрешности при  изменении температуры окружающей среды во всем диапазоне рабочих  температур и отклонении напряжения питания в допустимых пределах. Основная и дополнительная погрешность показывающих приборов, устанавливаемых на технологическом  оборудовании, должны обеспечивать достоверный  контроль режима работы до его передачи в монтаж субподрядчику.

 

Таблица 2.4.2- Основная погрешность измерительных каналов.

Название параметра	Значение
Давление нефти на входе  МНС в системе автоматического  регулирования, %	±0,1
Давление нефти в  коллекторе МНС, на выходе НПС в системе  автоматического регулирования, %	±0,2
Давление нефти в  остальных случаях, %	±0,4
Давление вспомогательных  систем, %	±1,0
Сила тока, напряжение, мощность, %	±1,0
Вибрация, %	±10,0;
Загазованность, %	±5,0

 

 

2.5 Технические средства  рабочей станции

 

АРМ оператора  строится на базе Intel совместимого процессора с производительностью Pentium 4 и должен включать в свой состав элементы с характеристиками не ниже следующих:

• процессор с тактовой частотой 2,4 ГГц;
• ОЗУ объемом 512 Мб для рабочих станций, 1 ГБ для серверов;
• накопитель на жестких магнитных дисках с объемом памяти 80 Гб, для сервера с RAID контроллером;
• привод компакт-дисков;
• монитор на основе ЖКИ. 20’’ 1280*1024 для АРМ специалистов;
• клавиатура, манипулятор "мышь" (оптика);
• сетевая плата Ethernet;
• наличие USB портов (стандарт USB 2.0) с кабелем для подключения устройств;
• принтер с функциями построчной печати;
• принтер лазерный, опционально – цветной;
• источник бесперебойного питания 1000 VA.
• Опционально: плата сетевого интерфейса Modbus Plus.