Автоматизация технологических процессов НПС

ПО функционирует  в среде не ниже Windows 2000, в качестве операторского интерфейса используется программный пакет iFIX Plus SCADA Runtime Client 2.6(3.0) фирмы Intellution. Функциональные возможности пакета включают конфигурирование, операторское управление, сбор и архивирование данных и событий, а также диагностику.

    Использован  контроллер Quantum.

 

Рисунок 2.5.1 - ПЛК  Quantum.

 

Центральные блоки  реализованы на базе шестислотовой установочной панели, и включают в свой состав:

• центральный процессор, обеспечивающий работу контроллера по заданной программе с производительностью не хуже 0,1 ... 0,5 мс/тыс. релейной логики (140CPU43412A, 140CPU53414A, 140CPU67160, CPU65160);
• контроллер горячего резерва, обеспечивающий переключение на резервный блок при отказе основного 140 CHS 110 00 или встроенный;
• процессор удаленного ввода/вывода, обеспечивающий информационную связь с удаленными узлами ввода / вывода по дублированной магистрали на базе коаксиального кабеля 140 CRP 93 00;
• источник питания, обеспечивающий работу системы в промышленных условиях, защищая систему от электрических помех и колебаний номинального напряжения (140 CPS 114 20);
• Опционально: контролер связи Modbus Plus (140 NOM 21 00);

Узел ввода/вывода УСО реализован на базе десятислотовой установочной панелью и имеет состав:

• источник питания (140 CPS 124 00 или 140 CPS 114 20);
• адаптер удаленного ввода/вывода, обеспечивающий информационную связь с головным процессором по дублированной магистрали на базе шины RIO (коаксиальный кабель.) 140 CRA 93*00;
• модули ввода/вывода:

а) модуль ввода  аналоговых сигналов 4…20мА (140 ACI 040 00 или 140 ACI 030);

б) модуль вывода аналоговых сигналов 4…20мА (140 АСО 020 00);

в) модуль ввода  дискретных сигналов (32 кн.) (140 DDI 353 00);

г) модуль вывода дискретных сигналов (32 кн.) (140 DDO 353 00).

Ввод дискретных сигналов и подача сигналов управления производится через промежуточные  реле.

Программирование  контроллера производится с помощью  инструментального пакета Concept 2.6, обеспечивающего программирование на любом из 5 технологических языков в стандарте IEC1131-3.

Структурная схема  КТС представлена несколькими типами сетей:

• сеть RIO (дублированный коаксиальный кабель);
• сеть Modbus (витая пара);
• сеть Modbus Plus (витая пара);
• сеть Ethernet (витая пара).

RIO - высокопроизводительная  сеть, работающая со скоростью  1,544 Mбит/с. Кроме того, RIO обеспечивает высокое быстродействие при передаче данных ввода-вывода. Кабельная система RIO состоит из линейной магистральной линии с ответвлениями и ответвительными кабелями до каждого отдельного удаленного узла. В сети можно сконфигурировать 31 удаленный узел. Каждый узел может поддерживать до 128 слов ввода-вывода (64 входных слова/64 выходных слова).

В RIO применяется  схема с коаксиальным кабелем, которая  обеспечивает значительную протяженность - до 5 км (16 400 футов) с кабелем категории V. Для повышения помехоустойчивости сети и увеличения длины сети до 16 км разработаны ретрансляторы на волоконно-оптическом кабеле. Ретрансляторы осуществляют переход от кабеля типа "витая пара" или коаксиальный кабель к стандартному волоконно-оптическому кабелю диаметром 62,5/125 мкм, с сохранением динамического диапазона сети, и повышают гибкость системы удаленного ввода/вывода.

Для связи с  удаленными узлами ввода/вывода применяется RIO сеть с коаксиальным кабелем для  УСО расположенных в одном  помещении и оптоволоконным для  удаленных УСО.

Для связи с  удаленными узлами ввода/вывода, нуждающейся  в особой надежности, применяется  сеть с двойным кабелем. Двойная  сеть предохраняет систему от последствий  обрыва одного из кабелей или повреждения  соединительной арматуры. При соединении головного конца с каждым узлом  двумя кабелями обрыв одного из них  не нарушит связь. Арбитраж кабеля и  проверка целостности проводятся автоматически  на головном конце и каждом из узлов. В случае обрыва кабеля система оповестит  пользователя с помощью сигнального  светодиода и внутренней программы  проверки работоспособности, результаты которой доступны для пользовательской программы станции оператора.

Информационная  связь верхнего и среднего уровня реализуется с помощью дублированной  магистрали Modbus Plus на базе кабеля типа "витая пара". Каналообразующими средствами являются двухпортовые платы Modbus Plus, устанавливаемые в компьютеры, и двухпортовые контроллеры связи Modbus Plus, устанавливаемые в центральный блок контроллера.

По протоколу  Modbus можно связать два CPU, имеющие интерфейс RS-232. Протокол Modbus поддерживает различные топологии сети, включая связь "точка-точка", "точка-многоточка" на большие расстояния. На расстояниях более 15 метров, но до 4500 метров необходимо использовать модемы Modicon или другие, с интерфейсом RS-232 в каждой соединяемой точке. Обеспечивается соединение с 32 дочерним устройством на скорости до 19.2Kб.

Modbus Plus характеризуется:

• высокой скоростью передачи данных;
• связью одного ранга (peer-to-peer);
• легкой установкой для простых приложений, тем самым понижая затраты на установку.

Каждое ЦПУ  Quantum содержит два порта связи – Modbus и Modbus Plus. Связь между Modbus и Modbus Plus выполняется автоматически в ЦПУ или в сетевом модуле 140 NOM 2XX 00. Для легкой связи между устройствами Modbus и Modbus Plus в режиме "моста" сообщения перенаправляются из сети Modbus в сеть Modbus Plus.

Функции, поддерживаемые сетевыми протоколами Modbus и Modbus Plus, приведены в таблице 2.5.3.

В качестве преобразователя  сети Modbus Plus в Modbus для связи с системами телемеханики, контроля загазованности, контроля вибрации, системой автоматического регулирования давления САРД "Вектор" применяется мост/мультиплексор NW-BM85C002 и модули ADAM 4520 на базе кабеля типа "витая пара".

 

 

Для преобразования RS-232 в RS485 используются модули ADAM 4520.

 

Рисунок 2.5.1 - Система автоматического регулирования давления "Вектор"

 

Дополнительная  связь между рабочими станциями  АРМ оператора реализуется по каналу Ethernet через сетевой концентратор (HUB/SWITCH), который, как и АРМ оператора, подключается к ИБП. Сетевой концентратор содержит не менее 16 портов типа 100 TX.

Структура системы среднего уровня включает целый  ряд функциональных шкафов системы  автоматики, обеспечивающих управление и поддержку технологических  параметров в составе системы автоматизации ПТК сосредоточенных и распределенных систем управления АСУ ТП. В состав типовой схемы управления АСУ ТП входят шкафы связи с полевыми датчиками (УСО), головной шкаф с центральным процессором, шкаф вторичных приборов, шкаф первичных преобразователей и шкаф БРУАЗ.

 

Таблица 2.5.3-Функции  протоколов Modbus и Modbus Plus.

Характеристика	Modbus	Modbus Plus
Техническая	Опрос подчиненного узла основным	Связь одного ранга, чередование  маркера
Скорость	Обычно 19.2K	1M
Электрическая	RS-2322, возможны др.	RS-4853
Расстояние без репитеров	RS-232, 15 м	457 м
Среда передачи	Различные	витая пара, оптоволокно
Максимальное число  узлов в сети	247	64
Максимальный сетевой  трафик (скорость)	300 регистров/сек при  9.6Kb	20000 регистров/сек
Программируемость	Да	Да
Чтение/запись данных	Да	Да
Глобальные данные	Нет	Да
Peer Cop4	Нет	Да

 

 

3. АВТОМАТИЗАЦИЯ  НЕФТЕПЕРЕКАЧИВАЮЩЕЙ СТАНЦИИ

 

3.1 Функции, реализуемые  системой автоматики НПС

 

Система автоматики НПС должна обеспечивать выполнение следующих функций:

1. пуск и остановка МНА из операторной.
2. контроль технологического процесса и защиты;
3. контроль и управление оборудованием;
4. контроль и анализ заданных режимов работы;
5. отображение информации;
6. регистрация информации;
7. составление отчетов и сводок;
8. ведение архива, вывод трендов измерительных параметров;
9. работа в составе АСУ верхнего уровня.

 

 

3.2 Контрольно-измерительная аппаратура, используемая в системе автоматизации магистрального насосного агрегата

 

3.2.1 Термопреобразователь ТСМУ-274

Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом предназначены для преобразования значения температуры различных сред в унифицированный токовый выходной сигнал. Применяются в системах автоматического контроля и регулирования температуры.

Измерение температуры термопреобразователями сопротивления основано на свойстве металлов и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление с изменением температуры.

Для изготовления термопреобразователей сопротивления в настоящее время применяют платину или медь.

 

Рисунок 3.2.1 – Термопреобразователь ТСМУ-274

 

Чувствительный  элемент первичного термопреобразователя и встроенный в головку датчика первичный измерительный преобразователь ИП в виде герметичной "таблетки" преобразует измеряемую температуру в унифицированный токовый выходной сигнал, что дает возможность построения систем АСУ ТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Датчик  состоит из встроенных в головку  измерительных преобразователей с  выходным сигналом 0-5 или 4-20 мА, и термозондов.

Измерительный преобразователь преобразует напряжение, возникшее на термочувствительном  элементе, в токовый выходной сигнал.

Термозонды могут иметь различную выходную длину погружаемой части и следующие чувствительные элементы: медный, платиновый и термометрический (хромель, алюмель).

Измеряемый  параметр – температура для датчиков ТСМУ линейно преобразуется в  пропорциональное изменение омического сопротивления терморезистора.

Требования  к термопреобразователю ТСМУ-274 с унифицированным выходным сигналом как к средству измерения согласно закону "Об обеспечении единства измерений":

- предел  допустимой основной погрешности  плюс-минус 0,5%;

- предел  измерения от минус 50 до плюс 120°С;

- унифицированный  выходной сигнал;

 

 

 

3.2.2 Датчик давления Метран-100

Одним из важнейших контролируемых параметров насосного агрегата является давление. Давление нагнетаемое насосным агрегатом  прокачивает нефть по трубопроводу от станции к станции. Под давлением  подается смазка в подшипники насосов  и электродвигателей, вода для охлаждения работающего оборудования и т. д.

Датчик  Метран-100 состоит из преобразователя  давления и электронного преобразователя. Конструкция датчика представлена на рисунке 3.2.2.

 

Рисунок 3.2.2 – Датчик давления Метран-100

 

Мембранный  тензопреобразователь 3 размещен внутри основания 2. Внутренняя полость 4 заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 5, приваренной по наружному контуру к основанию 2. Полость 7 сообщается с окружающей атмосферой. Измеряемое давление подается в камеру 6 фланца 9, который уплотнен прокладкой 8. Измеряемое давление воздействует на мембрану 5 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из сенсорного блока в электронный преобразователь 1. Полость 7 герметизирована и сигнал передается в электронный преобразователь по проводам через гермоввод.

Функционально электронный преобразователь состоит  из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), источника опорного напряжения, блока памяти АЦП, микроконтроллера с блоком памяти, цифро-аналогового  преобразователя (ЦАП), стабилизатора напряжения, фильтра радиопомех и НАRТ-модема для преобразователей. Кроме того в электронный преобразователь входит ЖКИ индикатор. АЦП, источник опорного напряжения и блок памяти АЦП размещаются на плате АЦП, которая объединяется с измерительным блоком в сборочную единицу - сенсор давления. Остальные элементы функциональной схемы размещаются в корпусе электронного преобразователя.

Плата АЦП  принимает аналоговые сигналы преобразователя  давления, пропорциональные давлению и преобразовывает их в цифровые коды. Энергонезависимая память предназначена  для хранения коэффициентов коррекции  характеристик сенсорного блока  и других данных о сенсорном блоке.