В данной статье представлена система автоматизированного управления газосборным пунктом станции подземного хранения газа, обеспечивающая надёжную и эффективную работу оборудования по закачке газа в пласт, по поддержанию пластового давления и отбору газа из хранилища.
Современные программно-технические средства, обеспечивающие обработку колоссального объёма информации в реальном времени, а также тридцатилетний опыт ООО «Фирма „Калининградгазприборавтоматика”» в области автоматизации нефтегазовой промышленности позволяют создавать автоматизированные системы управления технологическими процессами, которые постепенно вытесняют морально и технически устаревшие системы предыдущих поколений.
Объектом автоматизации, рассматриваемым в данной статье, является газосборный пункт станции подземного хранения газа (ГСП СПХГ), осуществляющий равномерную закачку газа в пласт в летний период, хранение и равномерный отбор газа из пласта в зимний период и обеспечивающий выполнение необходимых гидрогазодинамических исследований скважин (рис. 1).
Система автоматизированного управления технологическими процессами газосборного пункта станции подземного хранения газа (САУ ГСП) предназначена для решения следующих задач:
улучшения экономических показателей работы ГСП за счёт оптимизации управления пластом и увеличения объёмов хранимого активного газа;
повышения надёжности и эффективности работы основного и вспомогательного технологического оборудования ГСП;
обеспечения максимальной безопасности эксплуатации оборудования ГСП;
повышения эффективности и облегчения работы персонала ГСП путём предоставления полной информации по ГСП на автоматизированные рабочие места;
предоставления полной информации по ГСП системе верхнего уровня.
Покажем особенности построения САУ ГСП на примере реально выполненного и внедрённого проекта, который может рассматриваться как типовое и расширяемое решение для большинства аналогичных объектов.
В состав рассматриваемого ГСП СПХГ входят (рис. 2):
установка отключающих устройств (УОУ), предназначенная для
подключения 31 скважины к промплощадке ГСП при помощи коллектора,
распределения газа по скважинам при закачке или для сбора газа из скважин при отборе,
контроля параметров технологического режима работы скважин и отключения скважин от промплощадки при аварийных ситуациях;
установка первичной сепарации газа (сепараторы С1 и С2), предназначенная для первичной очистки газа от механических примесей и жидкости;
установка комплексного исследования режима работы скважин (сепаратор С4), предназначенная для измерения расхода и количества жидкости по каждой скважине при проведении исследовательских работ;
установка подготовки и хранения импульсного газа (блок осушки импульсного газа – БОИГ, блок подогрева газа регенерации – БПГР, сепаратор С5), предназначенная для осушки и последующего хранения импульсного газа, используемого для управления запорной арматурой УОУ;
установка подогрева теплоносителя (блок подогрева теплоносителя – БПТ, ёмкость Е-1), предназначенная для подогрева теплоносителя, используемого для обогрева сепараторов на установках первичной сепарации газа и комплексного исследования режима работы скважин.
В состав САУ ГСП входят (рис. 3):
система автоматизированного управления установкой отключающих устройств (САУ УОУ);
система автоматизированного управления объектами жизнеобеспечения (САУ ОЖ);
система автоматизированного управления и регулирования (САУ и Р);
основное и резервное автоматизированные рабочие места (АРМ) оператора.
САУ УОУ предназначена для выполнения следующих функций:
сбор и обработка информации, поступающей от технологического оборудования в виде дискретных сигналов;
управление запорной арматурой УОУ и узла подключения ГСП;
автоматическое формирование команд управления при возникновении аварийных ситуаций в технологическом процессе;
осуществление аварийного останова ГСП по команде оператора;
автоматический контроль целостности цепей управления и наличия напряжения питания цепей управления исполнительными механизмами (соленоидами узлов управления);
контроль отработки команд исполнительными механизмами;
предоставление информации о невыполнении операций управления по причине неисправности оборудования;
индикация состояния (положения) исполнительных механизмов;
автоматическое формирование предупредительной сигнализации;
предоставление технологической информации на верхний уровень, а также для систем, входящих в состав САУ ГСП;
контроль исправности технических средств системы с сигнализацией об отказе;
контроль исправности каналов связи с системами, входящими в САУ ГСП.
САУ ОЖ служит для выполнения следующих функций:
сбор и обработка информации, поступающей от технологического оборудования в виде дискретных и аналоговых сигналов;
вычисление расхода технологического газа на сепараторах;
вычисление объёма воды при сбросе её из сепараторов в узле комплексного исследования режима работы скважин;
управление клапанами сброса жидкости из сепараторов;
управление насосами подачи теплоносителя;
управление подпиточным насосом ёмкости Е-1;
управление розжигом БПТ и БПГР;
осуществление аварийного останова БПТ и БПГР по команде оператора;
индикация состояния (положения) исполнительных механизмов;
индикация возникновения предупредительных или аварийных ситуаций в технологическом процессе;
контроль отработки команд исполнительными механизмами;
предоставление информации о невыполнении операций управления по причине неисправности оборудования;
отображение значений технологических параметров на алфавитно-цифровом дисплее;
проверка достоверности аналоговых сигналов, а также предоставление информации о выходе значений контролируемых параметров за установленные пределы;
автоматическое формирование предупредительной сигнализации;
предоставление технологической информации на верхний уровень, а также для систем, входящих в состав САУ ГСП;
контроль исправности технических средств системы с сигнализацией об отказе;
контроль исправности каналов связи с системами, входящими в САУ ГСП.
САУ и Р реализует следующие функции:
сбор и обработка информации, поступающей от технологического оборудования в виде дискретных и аналоговых сигналов;
проверка достоверности аналоговых сигналов, а также предоставление информации о выходе значений контролируемых параметров за установленные пределы;
вычисление мгновенного, интегрального расхода технологического газа на шлейфах установок отключающих устройств;
автоматическое регулирование расхода скважины в соответствии с заданными уставками по каждой скважине отдельно (регулирование расхода осуществляется с использованием ПИД-регулятора);
автоматическое поддержание оптимальной производительности ГСП в целом в соответствии с газопотреблением (регулирование дебита осуществляется с использованием ПИД-регулятора);
автоматическое управление регулирующими устройствами К.РУ.05.91.10 (далее по тексту – КРУ) в соответствии с газопотреблением;
автоматизированное управление КРУ путём задания оператором степени открытия;
контроль отработки команд исполнительными механизмами;
предоставление информации о невыполнении операций управления по причине неисправности оборудования;
автоматическое формирование предупредительной сигнализации;
контроль исправности технических средств системы с сигнализацией об отказе;
контроль исправности каналов связи с системами, входящими в САУ ГСП;
предоставление технологической информации на верхний уровень.
Основное и резервное АРМ предназначены для выполнения следующих функций:
отображение на мониторах мнемосхем ГСП в целом и отдельных узлов технологического оборудования ГСП в виде экранных форм (окон), выполненных по принципу многоуровневого вложения от общего к частному;
визуализация на мониторах информации от датчиков и сигнализаторов технологического оборудования ГСП в реальном масштабе времени;
предоставление информации о неисправности шкафов управления САУ ГСП с глубиной до сменного модуля;
регистрация и архивирование с глубиной ретроспективы до 1 года информации о состоянии запорной арматуры ГСП, состоянии технологического оборудования, аварийных и предаварийных ситуациях, действиях оператора (управление технологическим оборудованием, изменение уставок технологических параметров и т.д.);
дистанционное управление технологическим оборудованием ГСП;
ведение статистического учёта характеристик скважины с глубиной ретроспективы до 1 года;
представление информации на мониторах в форме журнала сообщений и событий, рапортов и трендов для анализа истории хода технологического процесса;
генерация сменных ведомостей в форме твёрдых копий по запросу сменного инженера;
контроль исправности каналов связи со шкафами САУ ГСП;
задание режимов работы САУ ГСП;
обеспечение механизма регистрации пользователей для защиты от несанкционированного управления технологическим оборудованием ГСП.
Все системы, входящие в состав САУ ГСП, осуществляют обмен информацией посредством сети Ethernet и используют протокол обмена Modbus TCP.
САУ ГСП также осуществляет передачу информации по ГСП на АРМ диспетчера, расположенный на головных сооружениях СПХГ.
Аппаратура САУ ГСП размещена в шкафах двустороннего обслуживания производства фирмы Schroff (рис. 4).
Шкафы САУ ОЖ и САУ УОУ имеют органы управления и индикации, расположенные на передней панели.
В каждом шкафу САУ ГСП установлен контроллер MicroPC (рис. 5), выполненный на базе процессорной платы Fastwel CPU686E, а также плат расширения Octagon Systems 5700 (13-разрядный АЦП/ЦАП) и Fastwel UNIO96-1 (универсальный модуль ввода-вывода), число которых варьируется в зависимости от количества сигналов ввода-вывода.
В качестве системного программного обеспечения (ПО) контроллера Fastwel CPU686E используется операционная система реального времени QNX, которая обеспечивает надёжную и отказоустойчивую работу контроллерного оборудования. При создании прикладного ПО контроллера была использована система разработки ISaGRAF 3.4, позволяющая создавать приложения с использованием языков программирования стандарта IEC 61131-3.
САУ ГСП обеспечивает приём следующих сигналов:
телеизмерения (ТИ)
от преобразователей с электрическим выходным сигналом постоянного тока 4…20 мА (95 сигналов),
от термопреобразователей сопротивления медных типа ТСМ-100 (76 сигналов),
от датчиков положения потенциометрических (32 сигнала);
телесигнализации (ТС) от дискретных датчиков сигналов типа «сухой» контакт (240 сигналов).
САУ ГСП формирует сигналы телеуправления (ТУ) исполнительными механизмами, обеспечивающие коммутацию следующих типов электрических цепей:
напряжения 24 В постоянного тока со значением тока до 2 А (100 сигналов);
напряжения 220 В переменного тока со значением тока до 2,5 А (240 сигналов);
напряжения 24 В постоянного тока со значением тока до 30 А (32 сигнала).
Подключение внешних кабелей в шкафах САУ ГСП осуществляется посредством клемм фирмы WAGO, что обеспечивает качественные, надёжные соединения и ускоряет процесс монтажа оборудования как на этапе создания системы, так и на этапе её внедрения.
Гальваническая развязка входных цепей дискретных сигналов осуществляется посредством платы TBI-24/0 (Fastwel), после которой дискретные сигналы поступают на плату ввода-вывода UNIO96-1 и далее в процессорную плату контроллера. Сигналы ТУ, формируемые контроллером, с платы UNIO96-1 через платы TBI-0/24 (Fastwel) поступают в цепи управления исполнительными механизмами.
Преобразование входных аналоговых сигналов (4…20 мА, 0...1500 Ом, сигналы от ТСМ-100), их гальваническую развязку и нормирование осуществляют модули согласования Analog Devices серии 5В. С выходов этих модулей сигналы поступают на плату аналогового ввода-вывода Octagon Systems 5700 и далее в процессорную плату контроллера. Приведённая погрешность каждого канала не превышает 0,2%.
АРМ оператора состоит из двух ПЭВМ, одна из которых работает в «горячем» резерве. В состав АРМ также входит сетевой лазерный принтер.
Системное ПО выполнено на основе операционной системы Microsoft Windows XP. Для организации хранения и обработки технологической информации используется Wonderware Industrial SQL Server, что обеспечивает надёжность и безопасность хранения данных, а также позволяет хранить большой объём технологической информации без ущерба быстродействию АРМ. Прикладное ПО выполнено на базе программного пакета InTouch 9.0.
АРМ оператора представляет информацию по ГСП в виде мнемосхем всего ГСП (рис. 6) или отдельных его объектов и систем (рис. 7 и 8), выполненных по принципу многоуровневого вложения от общего к частному.
Информация от аналоговых датчиков представляется следующими способами:
отображением на экране АРМ физического значения аналогового параметра;
отображение на АРМ паспорта аналогового параметра, в котором предоставляется полная информация по аналоговому сигналу (уставки, пределы датчика, информация о достоверности датчика, выход за уставки) с возможностью ее изменения;
отображением на экране АРМ исторического тренда с возможностью выбора временного диапазона или в режиме реального времени;
генерацией отчётов в виде твёрдых копий по запросу сменного инженера.
Информация, полученная от технологического оборудования в форме дискретных сигналов, отображается на экране АРМ в виде журнала сообщений и событий или графическими средствами (изменение цвета, формы и т.п.), а также представляется путём генерации журналов событий в виде твёрдых копий по запросу сменного инженера.
АРМ оператора позволяет формировать команды управления технологическим оборудованием, а также задавать режимы работы ГСП посредством изменения таблицы газопотребления. Все действия оператора регистрируются в журнале событий. В целях защиты от несанкционированного управления технологическим оборудованием ГСП предусмотрена регистрация пользователей АРМ оператора с разными уровнями доступа.
Представленная в статье САУ ГСП прошла межведомственные приёмочные испытания на одной из СПХГ Краснодарского края и рекомендована к серийному производству и применению на технологических объектах ПХГ ОАО «Газпром».
Модульный принцип построения программно-технических средств этой САУ обеспечивает возможность модернизации и развития САУ ГСП как отдельного объекта или в составе интегрированной системы автоматизированного управления технологическими объектами станции подземного хранения газа.
В будущем при внедрении нескольких САУ ГСП в составе данной СПХГ планируется создание мощной системы диспетчеризации (рис. 9), предназначенной для сбора и обработки информации по всем ГСП СПХГ.
Наличие полной технологической информации обеспечит улучшение экономических показателей работы СПХГ за счёт оптимизации управления пластом и увеличения объёмов хранимого активного газа. ●
Экономика профилактики: использование Интернета вещей для планирования профилактического обслуживания оборудования
Машины, а точнее, сложные высокотехнологичные установки – станки или другое технологическое оборудование для любой промышленной отрасли представляют собой ценные активы, которые необходимо защищать от повреждений, неисправностей и отказов с помощью надлежащих мер по техническому обслуживанию. В этой статье будет рассмотрен один из примеров создания системы, автоматически контролирующей состояние и время работы машин с последующей отправкой уведомлений о графике профилактического технического обслуживания (ПТО). 23.04.2024 СТА №2/2024 433 0 0Блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы
В статье представлен блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы. Приведены решения на аппаратном и программном уровнях, обоснован выбор средств автоматизации. 23.04.2024 СТА №2/2024 344 0 0Построение цифрового двойника склада металлопроката с использованием искусственной нейронной сети
Изложены методика и результаты эксперимента по применению искусственной нейронной сети для отслеживания перемещений продукции металлопроката на территории цеха. Приведены преимущества такого способа организации цифрового двойника склада. 23.04.2024 СТА №2/2024 316 0 0Горячее резервирование с MasterSCADA 4D и ПЛК Regul R500 на примере АСУ ТП для авиатопливных комплексов
В статье представлено решение для автоматизированного контроля и управления технологическими объектами склада одного из технологических лидеров российской авиатопливной отрасли. Система построена на базе ПЛК REGUL500 с поддержкой горячего резервирования центральных процессоров и программной платформе MasterSCADA 4D с поддержкой резервирования серверов, работы рантайм на операционной системе Astra Linux и синхронизацией данных на программном уровне. Эти составляющие, а также опыт сертифицированного интегратора ООО «ЛИТЭК», позволили создать отказоустойчивую систему управления повышенной надёжности в полном соответствии с современными требованиями стратегии цифровой трансформации. 23.04.2024 СТА №2/2024 453 0 0