Автоматизированная система управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа

Полезная модель относится к области автоматизации управления процессом сбора и подготовки газа с использованием вычислительных устройств и может быть использована при модернизации автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки комплексной подготовки газа (УКПГ). Автоматизированная система управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа включает устройства измерения параметров, контроля состояния и управления исполнительными механизмами, подключенные к устройствам ввода-вывода, программируемые контроллеры, автоматизированное рабочее место оператора, при этом в составе системы используется программируемые контроллеры MicroPC Octagon Systems, блок сопряжения с устройством ввода-вывода централизованной архитектуры, а так же блок сопряжения со смежными системами, позволяющий переключать контроль и управление программируемыми контроллерами системы на центральный диспетчерский пульт. В результате достигается повышение производительности и надежности работы АСУ ТП.

Полезная модель относится к области автоматизации управления процессом сбора и подготовки газа с использованием вычислительных устройств и может быть использована при модернизации автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки комплексной подготовки газа (УКПГ).

Наиболее близкой к полезной модели по технической сущности и достигаемому результату является автоматизированная система управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа, включающая устройства измерения параметров, контроля состояния и управления исполнительными механизмами, подключенные к устройствам ввода-вывода, программируемые контроллеры, автоматизированное рабочее место оператора (см. статью Этибара Талыбова «О модернизации АСУ ТП установок комплексной подготовки газа в районах Крайнего Севера» в журнале «СТА» 2 за 1998 г., Москва, издательство «СТА ПРЕСС»).

Центральным управляющим устройством автоматизированной системы управления технологическими процессами является вычислительное устройство (программируемые контроллеры) «Электроника-60».

Вычислительное устройство «Электроника-60» выполняет следующие функции".

- управление коммутацией каналов устройства связи с объектом (УСО);

- опрос дискретных и аналоговых датчиков;

- управление исполнительными механизмами;

- контроль технологических параметров, реализация алгоритмов блокировок и защит;

- вычисление расчетных параметров;

- реализация текстового интерфейса вывода-вывода для отображения сводок технологических данных, диагностики и выполнения сервисных функций;

- реализация обмена данными с автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора по добыче газа.

Однако «Электроника-60», моральна устарела.

Малый объем оперативной памяти устройства не позволяет дополнить, комплекс новыми вычислительными задачами, вносить необходимые изменения в существующее программное обеспечение. Частые отказы «Электроники-60» не позволяют осуществлять стабильный контроль состояния технологического процесса, осуществлять сбор данных передачу технологических данных в информационно-управляющую систему диспетчерского управления (ИУС ДУ). Среднее время восстановления работоспособности устройства после отказа составляет один час, в некоторых случаях - до восьми часов.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является модернизация автоматизированной системы управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа.

Технический результат заключается в повышении производительности и надежности работы АСУ ТП.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что автоматизированная система управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа включает устройства измерения параметров, контроля состояния и управления исполнительными механизмами, подключенные к устройствам ввода-вывода, программируемые контроллеры, автоматизированное рабочее место оператора, при этом в составе системы используются программируемые контроллеры MicroPC Octagon Systems, блок сопряжения с устройством ввода-вывода централизованной архитектуры, а так же блок сопряжения со смежными системами, позволяющий переключать контроль и управление программируемыми контроллерами системы на центральный диспетчерский пульт.

При разработке автоматизированной системы управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа основное внимание было уделено следующим критериям:

- наличию опыта эксплуатации оборудования у специалистов;

- надежности компонентов данной аппаратной платформы;

- простоте и оперативности технического обслуживании;

- возможности аппаратной и функциональной модернизации и расширения системы;

- унификации компонентов системы;

- выполнению работ собственными силами без привлечения сторонних организаций.

Описанная выше АСУ ТП дает возможность реализации автоматического алгоритма для безгидратного режима эксплуатации сепараторов установки комплексной подготовки газа посредством расчета требуемой концентрации метанола, а так же определения момента перехода сепараторов установки комплексной подготовки газа в гидратный режим эксплуатации на основании информации, получаемой из внешней системы управления стационарным технологическим оборудованием дожимной компрессорной станции, и управления работой насосов подачи метанола, установки комплексной подготовки газа.

Как результат АСУ ТП позволяет обеспечить:

- контроль технологических параметров, в т.ч, обработку, анализ и представление по вызову оператора на экране компьютера измеренных и рассчитанных значений параметров в единицах измерения физических величин по ГОСТ с указанием знака;

- автоматическое обнаружение, отображение и выдачу звуковой сигнализации при отклонении технологических параметров от заданных уставок;

- подготовку технологической информации и передачу ее на диспетчерский уровень;

- архивирование аналоговых параметров и событий для последующего анализа;

- реализацию алгоритма опроса аналоговых параметров с объекта;

- формирование сигналов управления для коммутации аналоговых каналов устройства связи с объектом;

- обработку измеренных значений;

- формирование и выдачу сигналов управления исполнительными механизмами;

- сбор и обработку дискретных входных сигналов.

На чертеже представлена функциональная схема автоматизированной системы управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа.

Автоматизированная система управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа включает устройства 1 измерения параметров, контроля состояния и устройства 2 управления исполнительными механизмами, подключенные к устройствам 3 ввода-вывода, программируемые контроллеры 4 (на чертеже показан один программируемый контроллер MicroPC Octagon Systems, однако в зависимости от поставленных задач их может быть несколько) и автоматизированное рабочее место 5 оператора. В составе системы используется блок сопряжения (не показан на чертеже) с устройством ввода-вывода централизованной архитектуры (не показан на чертеже), а так же блок сопряжения со смежными системами (не показан на чертеже), позволяющий переключать контроль и управление программируемыми контроллерами 4 системы на центральный диспетчерский пульт 6.

Устройства 3 ввода-вывода включают субблок управления коммутатором аналоговых сигналов (УКАС) с коммутатором цифрового вольтмера (КВЦ) для взаимодействования с аналоговыми измерительными устройствами, субблоки сигнализации (С) с коммутатором двухпозиционных датчиков (КДД) и субблоком сбора сигналов двухпозиционных датчиков (ССДД) и коммутаторы исполнительных механизмов (КИМ1 и КИМ2) с субблоком клавиатуры управления (СКУ).

В качестве программируемых контроллеров 4 наилучшие результаты получены при использовании MicroPC Octagon Systems (см. например Краткий каталог продукции прософт 2004/2005, Москва, ПРОСОФТ, 2004, с.167, адрес в Интернете - www.prosoft.ru)

Программируемые контроллеры 4 или программируемый контроллер 4 по сети Интернет подключены к автоматизированному рабочему месту 5.

Так как структура АСУ ТП представляет собой последовательное соединение описанных выше модулей и блоков, то и быстродействие ее определяется как сумма времени реакций составных частей.

Определены следующие временные интервалы программируемого контроллера:

- Время на обработку одного канала сигнализации/управления - от 50 мс, но не более 80 мс;

- Время на обработку одной линии аналоговых датчиков (до 32-х датчиков в линии) - около 250 мс;

- коммутации адреса линии аналоговых датчиков со стороны контроллера - от 50 мс, но не более 80 мс.

Питание контроллера, предусмотрено от сети переменного/постоянного тока 220 ⁺40 ~100 В. Мощность, потребляемая программмируемым контроллером от сети питания - не более 0.1 кВА.

В состав описанной выше конфигурации программируемого контроллера MicroPC Octagon Systems входят:

- процессорный модуль 5066;

- модуль дискретного ввода-вывода 5600;

- модуль с интерфейсом Ethernet 5500;

- модули аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 5710.

Все модули устанавливаются в жесткий каркас с пассивной объединительной платой с гнездами магистрали ISA. Таким образом, посредством магистрали ISA процессорный модуль, на каждом цикле управляющей программы, осуществляет обмен командами и данными с остальными модулями программируемого контроллера.

Управляющая программа подготавливается отдельно на компьютере и записывается в память процессорного модуля через порт RS-232. Дальнейшая работа контроллера определяется заложенным алгоритмом.

Для взаимодействия с программируемым контроллером по сети Ethernet на АРМ оператора устанавливается программное обеспечение, реализующее функции обмена данными.

Модуль центрального процессора - 5066 фирмы Octagon Systems - вычислительное средство, спроектированное для распределенных систем. Архитектура процессора позволяет работать с ОС MS DOS 6-22, а также другими ОС, такими как Windows, Windows NT, QNX и использовать стандартное программное обеспечение (драйверы, базы данных, компиляторы и т.д.).

Для хранения информации на модуле процессора установлены два твердотельных диска (Solid-state disk - SSD):

SSDO содержит в себе поставляемую совместно с модулем ОС MS-DOS 6.22; SSD1 (Flash memory) - используется для хранения пользовательских программ и имеет встроенный программатор для записи через последовательный порт.

Конфигурация системы и программного обеспечения (Setup) хранится в независимом от питания программируемом постоянном запоминающем устройстве (ППЗУ).

Для предотвращения сбоев и зацикливания программного обеспечения модуль центрального процессора имеет встроенную аварийную защиту (Watchdog timer) на 0,15, 0,6 или 1,2 сек.

В составе модуля имеются:

- два последовательных порта - порт СОМ1, реализующий протокол RS232, порт COM2, реализующий протокол RS232 и аппаратно перенастраиваемый на протокол RS485; скорость обмена от 300 до 115200 бит/с;

- параллельный многофункциональный двунаправленный порт LPT1;

- часы реального времени;

- оптоизолированные входы запроса прерывания, напряжение изоляции не менее 300 В;

- порт для подключения AT совместимой клавиатуры.

Модуль 5710 включает а себя 12-ти разрядный АЦП, аналоговый мультиплексор на 16 каналов, два 12-ти разрядных цифро-аналоговый преобразователя (ЦАП) и регистры цифрового ввода/вывода.

Диапазон значений входных аналоговых сигналов ±15 В. Входы защищены от перегрузки по напряжению до ±15 В даже при выключенном питании. Количество входов - 16.

Модуль 5600 - модуль дискретного ввода-вывода предназначен для приема/выдачи дискретных сигналов. Модуль построен на 4-х 24-канальпых микросхемах 82С55А с сигналами TTL уровня.

Модуль 5500 - высокопроизводительный модуль связи сетевой Ethernet (МСС) - предназначен для реализации сетевых алгоритмов, необходимых для работы сети в стандарте 1QBASE-2.

Принцип работы АСУ ТП сводится к поочередному циклическому опросу аналоговых датчиков и двухпозиционных дискретных датчиков по мере переключения линий с 1 по 16.

- Шины адреса гальванически разделены через две платы и далее заводятся на модуль дискретного ввода/вывода «Octagon Systems» 5600.

- Нормализованные сигналы поступают на плату аналого-цифрового преобразователя «Octagon Systems» 5710,

АРМ включает:

- IBM PC - совместимый компьютер не хуже: процессор от 1 Ггц, ОЗУ 64 Мб, SVGA 8 Мб, манипулятор «мышь», плата Ethernet, звуковая плата;

- Программное обеспечение для вывода информации на монитор;

- Мнемосхемы и таблицы на экране монитора компьютера отображают (схематично) технологическое оборудование УКПГ, состояние исполнительных механизмов и предоставляют возможность управления исполнительными механизмами.

Таким образом, при работе АСУ ТП информация от аналоговых и дискретных устройств 1 измерения параметров и контроля состояния УКПГ поступает в устройство 3 ввода-вывода и далее в программируемые контроллеры или программируемый контроллер 4 и от последнего на АРМ 5, работа которого описана выше.

При необходимости или в соответствии с протоколом работы через блок сопряжения с устройством ввода-вывода централизованной архитектуры, а также блок сопряжения со смежными системами, представляется возможность переключать контроль и управление программируемыми контроллерами 4 системы на центральный диспетчерский пульт 6.

Настоящая полезная модель может быть использована в нефтегазовой промышленности для автоматизации управления процессом сбора и подготовки газа с использованием вычислительных устройств - программируемых контроллеров с созданием автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) установки комплексной подготовки газа (УКПГ).

Автоматизированная система управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа, включающая устройства измерения параметров, контроля состояния и управления исполнительными механизмами, подключенные к устройствам ввода-вывода, программируемые контроллеры, автоматизированное рабочее место оператора, отличающаяся тем, что в составе системы используется блок сопряжения с устройством ввода-вывода централизованной архитектуры, а также блок сопряжения со смежными системами, позволяющий переключать контроль и управление программируемыми контроллерами системы на центральный диспетчерский пульт.