Цеховой комплекс контроля и управления "риус"

Цеховой комплекс предназначен для управления технологическим процессом компримирования газа компрессорного цеха станции магистрального газопровода. Технический результат от использования предложенного комплекса заключается в повышении производительности газоперекачивающего оборудования и надежности его управления, снижении требуемого объема кабельной продукции, земляных и строительных работ, стоимости проектов реконструкции средств автоматизации. Достижение заявленного технического результата обеспечивается тем, что система дистанционного управления цехом установлена в операторной цеха, удаленной на безопасное расстояние от его промышленной площадки, а аппаратные средства автоматического управления (АУ) газоперекачивающими агрегатами и вспомогательным оборудованием установлены на промышленной площадке цеха, непосредственно у соответствующих технологических объектов управления. При этом система дистанционного управления оснащена автоматизированной системой управления, основными и резервными автоматизированными рабочими местами (АРМ) и соединена с аппаратными средствами АУ основными и резервными каналами цифровой связи, а также дублирующими проводными линиями экстренного и аварийного управления. 9 з.п. ф.; 1 илл.

Полезная модель относится к области автоматизации управления технологическим процессом компримирования газа, основным и вспомогательным оборудованием компрессорных цехов станций магистральных газопроводов.

Известен цеховой комплекс контроля и управления компрессорным цехом (Справочник по автоматизации в газовой промышленности. Москва, Недра, 1990 г., с.233, 234), содержащий аппаратные средства централизованного управления «Кварц-2М» газоперекачивающими агрегатами (ГПА), аппаратные средства автоматизированного управления «Вега-2» общестанционными и режимными кранами, аппаратные средства «Сатурн-2» автоматического регулирования режима компрессорного цеха, аппаратные средства «Эскорт-1» противопомпажного регулирования, а также средства автоматизированного управления аппаратами воздушного охлаждения газа. При этом все аппаратные средства автоматизированного управления выполнены на элементах в соответствии с номенклатурным перечнем изделий, выпускаемых фирмами ОАО «Газавтоматика» и удалены на расстояние десятки - сотни м от своих объектов регулирования. Аппаратные средства комплекса соединены между собой и объектами регулирования проводными линиями связи.

К недостаткам известного централизованного цехового комплекса контроля и управления относится: сложность управления, обусловленная большой номенклатурой разнотипных средств автоматизации, располагающих собственными оперативными панелями с индивидуальными интерфейсами управления технологическими процессами и оборудованием, недостаточная надежность управления и высокая потребность в кабельной продукции, обусловленная удаленностью аппаратных средств управления от объектов управления.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом является снижение номенклатуры разнотипных средств автоматизации, унификация их панелей и интерфейсов, расширение уровня автоматизации технологическими процессами, повышение надежности управления и снижение объема кабельной продукции.

Решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что цеховой комплекс контроля и управления согласно полезной модели содержит систему дистанционного управления цехом, систему автоматического управления газоперекачивающим оборудованием, систему автоматического управления кранами газовых коммуникаций цеха, систему автоматического управления установкой воздушного охлаждения газа, систему автоматического управления установкой подготовки пускового и топливного газа, соединенные с системой дистанционного управления цехом системой связи, при этом каждая система автоматического управления установлена на промышленной площадке цеха, непосредственно у соответствующего технологического объекта управления, и соединена с его датчиками и исполнительными механизмами проводными линиями связи, а система дистанционного управления установлена в операторной цеха, удаленной на безопасное расстояние от его промышленной площадки.

При этом система дистанционного управления компрессорным цехом содержит пульт дистанционного управления, систему автоматического управления компрессорным цехом, соединенные между собой через блок цифровых коммутаторов. Пульт дистанционного управления компрессорным цехом содержит не менее трех автоматизированных рабочих мест, устройство экстренного управления

цехом, устройства дистанционного экстренного аварийного управления газоперекачивающими агрегатами, сервер долговременных архивов и устройство печати. Система автоматического управления компрессорным цехом выполнена с возможностью программного управления технологическим процессом компримирования газа и содержит блок программируемых логических контроллеров с вычислительными устройствами и устройствами ввода - вывода аналоговых и дискретных сигналов и поддержки цифровых каналов Ethernet и RS 422. Система автоматического управления газоперекачивающим оборудованием содержит не менее восьми систем автоматического управления газоперекачивающими агрегатами, каждая их которых установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и устройство управления газоперекачивающим аппаратом, соединенное проводными линиями связи с датчиками и исполнительными механизмами последнего. Система автоматического управления кранами установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, устройства управления кранами, соединенных проводными линиями связи с датчиками параметров потока газа и исполнительными механизмами управления перестановкой запорной арматуры кранов. Система автоматического управления установкой воздушного охлаждения газа установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит последовательно соединенные блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и блок электромеханических устройств формирования команд пуска-останова асинхронных электроприводов воздушных вентиляторов, выход которого соединен проводными линиями с блоками магнитных

пускателей электропривода. Система автоматического управления установкой подготовки пускового и топливного газа содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, блок устройств управления кранами и блок электромеханических устройств формирования команд управления, соединенных проводными линиями связи с датчиками и исполнительными механизмами установки. Конструктивно все указанные выше системы автоматического управления выполнены с открытым доступом к оборудованию, расположенному планарно на вертикальных панелях, установленных в индивидуальных блок-боксах, оснащенных средствами обогрева и вентиляции. Система связи содержит основные и резервные каналы цифровой связи, а также дублирующие проводные линии экстренного и аварийного управления.

Такое структурное построение цехового комплекса контроля и управления компрессорным цехом «РИУС» позволило перенести системы автоматического управления вспомогательными объектами из операторной на промышленную площадку компрессорного цеха и установить их в непосредственной близости к объектам управления. В свою очередь это позволило снизить потребность в кабельной продукции, объемах земляных, строительно-монтажных и пуско-наладочных работах.

Выполнение внутрисистемной связи комплекса «РИУС» с применением основных и резервных каналов цифровой связи, а также дублирующих проводных каналов экстренного и аварийного управления, повысило надежность управления технологическим процессом и оборудованием.

Оснащение пульта управления не менее чем тремя автоматизированными рабочими местами (АРМ), соединенных через блок

цифровых коммутаторов со средствами управления, дополнительно повышает надежность управления технологическими объектами цеха.

Установка систем автоматического управления вспомогательными объектами в индивидуальных блок-боксах, оснащенных средствами обогрева и вентиляции, обеспечивает надежную работу систем независимо от погодных и климатических условий.

Полезная модель поясняется чертежом, где представлена функциональная схема цехового комплекса контроля и управления компрессорного цеха.

Цеховой комплекс контроля и управления содержит систему 1 дистанционного управления цехом, соединенную через систему 2 связи с системой 3 автоматического управления газоперекачивающим оборудованием, систему 4 автоматического управления кранами газовых коммуникаций цеха, систему 5 автоматического управления установкой воздушного охлаждения газа, систему 6 автоматического управления установкой подготовки пускового и топливного газа. Система 1 дистанционного управления цехом удалена от газоперекачивающих агрегатов 7 (ГПА) на безопасное (десятки - сотни м) расстояние. газоперекачивающие агрегаты 7 установлены в промышленной зоне цеха на соответствующей промышленной площадке. У каждого ГПА 7 установлена своя автоматизированная система 8 автоматического управления системы 3. На указанной промышленной площадке установлены также системы 4, 5 и 6, образующие систему 9 автоматического управления вспомогательным оборудованием цеха, обеспечивающим включение ГПА 7, охлаждение газа и его перекачку.

Система 1 дистанционного управления компрессорным цехом содержит пульт 10 дистанционного управления, систему 11 автоматического управления компрессорным цехом, соединенные между

собой через блок 12 цифровой коммутатор 13. Пульт 10 дистанционного управления компрессорным цехом содержит не менее трех автоматизированных рабочих мест 14, устройство 15 экстренного управления цехом, устройства 16 дистанционного экстренного аварийного управления ГПА 7, сервер 17 долговременных архивов и устройство 18 печати. Система 11 автоматического управления компрессорным цехом выполнена с возможностью программного управления технологическим процессом компримирования газа и содержит блок программируемых логических контроллеров с вычислительными устройствами и устройствами ввода - вывода аналоговых и дискретных сигналов и поддержки цифровых каналов Ethernet и RS 422. Система 11 выполнена на стандартных элементах (Номенклатурный перечень изделий. М:, ОАО «Газавтоматика», 1998 г., с.99, 100) и трудностей для реализации не представляет. Система 3 автоматического управления газоперекачивающим оборудованием содержит не менее восьми систем 8 автоматического управления ГПА 7, каждая их которых установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и устройство управления ГПА 7, соединенное проводными линиями связи 19, 20 с датчиками и исполнительными механизмами ГПА 7. Система 4 автоматического управления кранами установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, устройства управления кранами, соединенных проводными линиями связи 21, 22 с датчиками параметров потока газа и исполнительными механизмами управления перестановкой запорной арматуры кранов 23. Система 5 автоматического управления установкой воздушного охлаждения газа установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит

последовательно соединенные блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и блок электромеханических устройств формирования команд пуска-останова асинхронных электроприводов воздушных вентиляторов, выход которого соединен проводными линиями 24, 25 с блоками магнитных пускателей электропривода системы 26 воздушного охлаждения. Система 6 автоматического управления установкой подготовки пускового и топливного газа содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, блок устройств управления кранами и блок электромеханических устройств формирования команд управления, соединенных проводными линиями 27, 28 связи с датчиками и исполнительными механизмами установки 29 подготовки топливного газа. Конструктивно все указанные выше системы автоматического управления выполнены на стандартных элементах (Номенклатурный перечень изделий. М:, ОАО «Газавтоматика», 1998 г., с.99, 100 с) и установлены с возможностью открытого доступа к ним, путем планарного расположения на вертикальных панелях. Панели элементов систем 4-6 и 8 установлены в индивидуальных блок-боксах, оснащенных средствами обогрева и вентиляции. Система 2 связи содержит основные 30 и резервные 31 каналы цифровой связи, а также дублирующие проводные линии 32 экстренного и аварийного управления.

Представленный цеховый комплекс «РИУС» позволяет оператору системы в автоматизированном режиме выполнить все необходимые операции для подготовки компрессорного цеха и его технологических объектов к пуску, осуществить их запуск и перевод в режим автоматического функционирования, а в автоматическом режиме - автоматический контроль и стабилизацию заданного режима

компримирования газа, управление и защиту оборудования технологических объектов в аварийных ситуациях.

Исходное состояние объекта управления - оборудование 7, 23, 26, 29 компрессорного цеха находится в неработающем состоянии, и цех отключен от магистрального газопровода, газ из внутриплощадочных трубопроводов выпущен в атмосферу.

Подготовка к пуску и запуск оборудования цеха производится по командам, формируемым оператором с любого из трех автоматизированных рабочих мест 14 (АРМ) пульта 10 управления, и доставляемых на технологические объекты 7, 23, 26, 29 по цифровым каналам 30 системы 2 связи через соответствующие системы 8, 4, 5, 6 автоматического управления. Оператор АРМ 14 с помощью системы 4 автоматического управления кранами 23 газовых коммуникаций цеха производит подключение цеха к магистральному газопроводу, продувку трубопроводов технологическим газом до полного вытеснения из них воздуха, закрытие свечных кранов и заполнение трубопровода газом до рабочего давления. В соответствии с установленным диспетчерской службой режимом работы компрессорного цеха, система 11 автоматического управления цехом производит расчет оптимального режима функционирования ГПА 7 цеха по численному значению одного из задаваемых параметров регулирования F=(Q, Р, Е),

где:

Q - производительности цеха млн. м³/сут,

Р - давления газа на выходе цеха, МПа,

Е - степени повышения давления газа в компрессорном цехе.

Система 11, с учетом располагаемой мощности ГПА 7 и параметров потока газа на входе цеха, производит расчет оптимального распределения нагрузки Q_i между агрегатами и определяет численные значения «уставок» оборотов компрессоров ГПА 7, требуемые для выполнения заданного

режима. Значения «уставок» автоматически вводятся в системы управления ГПА 7. «Уставка» численного значения температуры газа, требуемой на выходе цеха, вводится оператором в систему 5 автоматического управления установкой 26 охлаждения газа.

Оператор посредством системы 4 автоматического управления кранами 23 производит сборку групп ГПА 7 технологической схемы компримирования газа и последовательный их запуск.

Для этого оператор с АРМ 14 по поступающей из системы 11 информации производит контроль предпусковых условий ГПА 7 и, при их наличии, производит пуск агрегата. При этом система выдает команду на подачу пускового газа на турбодетандер ГПА 7. Пуск ГПА 7 производится автоматически по установленной для типа агрегата программе. Под давлением пускового газа начинает вращение вал турбодетандера ГПА 7. Турбодетандер производит разгон вала осевого компрессора и турбины ГПА 7 до оборотов, обеспечивающих требуемую подачу воздуха для запуска камер сгорания, после чего производится поджиг газа в камерах сгорания турбины, отключение турбодетандера и дальнейший разгон указанных валов до заданных оборотов центробежного нагнетателя ГПА 7. Второй ГПА 7 сформированной группы запускается аналогичным образом, после чего последовательно работающие ГПА 7 по команде оператора переводятся из контура холодной рециркуляции в трассу магистрального газопровода.

Оставшиеся группы ГПА 7 цеха запускаются и вводятся в режим газопровода аналогичным способом.

Дальнейшее функционирование технологического оборудования 7, 23, 26, 29 компрессорного цеха производится автоматически под управлением систем 8, 4, 5, 6. Автоматический контроль соответствия технологической схемы компримирования газа и режима, заданного системой 11, производится по сигналам положения кранов 23

внутриплощадочных газопроводов и текущим параметрам оборудования технологических объектов 7, 23, 26 и 29 путем циклического их опроса через системы 8, 4, 5 и 6 и сопоставления с установленными значениями.

Автоматическая стабилизация заданного цеху режима компримирования газа производится по значению регулируемого параметра F и поддерживается системами 8 путем стабилизации оборотов n_тнд газовых турбин ГПА 7 в функции давления, температуры и объемного расхода газа на входе компрессора, располагаемой мощности турбины N _e, плотности газа, P_a - давления и t_a - температуры окружающего воздуха:

Регулирование режима компрессорного цеха оборотами турбин ГПА 7 производится в границах области допустимых режимов (ОДР), установленных значениями предупредительных и аварийных параметров: n_тнд и n_твд - оборотов валов турбин низкого и высокого давления (ТВД), t _твд - температурой рабочего тела перед ТВД, t _подш - температурой подшипников скольжения турбины и компрессора, Рм-г - перепадом давления масло-газ и расчетным минимально допустимым значением Qn расхода газа через компрессор по соображениям защиты от помпажа.

В случае изменения состояния оборудования 7, 23, 26, 29 или достижения любым из его параметров порогового значения (предупредительного уровня) соответствующие системы 8, 4, 5, 6 автоматически извещают оператора о происшедшем событии экстренным текстовым сообщением, поступающим на АРМ 14 и звуковым сигналом, а в случае аварийного значения - автоматически производят остановку соответствующего ГПА 7.

Защита центробежных нагнетателей ГПА 7 и цеха от помпажа производится специальными программами антипомпажного регулирования

и защиты в системах 8 и 11, поддерживающими значения текущих расходов газа через центробежные нагнетатели ГПА 7 выше границы помпажа.

Ввод резервного ГПА 7 взамен выведенного из режима по аварии производится по схеме аналогичной его запуску.

В случае выявленных нарушений в работе каналов системы 2 связи или систем управления 8, 4, 5, 6 оператор АРМ 14 имеет возможность производить контроль текущего режима ГПА 7 по значениям его основных параметров на устройстве 16 и, в случае необходимости - произвести экстренную его остановку, используя устройство 16 пульта 10 управления.

Аварийная остановка компрессорного цеха производится по команде оператора с устройства 15 в случаях пожара, разрывов трубопроводов и т.п. и предусматривает экстренный останов всего оборудования, отключение цеха от магистрального газопровода, перевод цеха в режим работы на «проход» и выпуск газа из внутриплощадочных трубопроводов. Технический надзор за работой оборудования ГПА 7 цеха производится дистанционно машинистом технологических компрессоров по текущим значениям параметров ГПА 7, представляемых на экране монитора автоматизированного рабочего места 14 по его требованию, что способствует повышению эффективности контроля и сокращению времени пребывания персонала в опасной зоне работающих ГПА 7.

Текущие значения параметров режимов оборудования цеха, а также действия оператора регистрируются системой 11 и передаются на сервер 17 через блок 12 коммутаторов 13 для архивирования и составления отчетов диспетчерских смен.

Отчеты диспетчерских смен и другие документы операторов распечатываются принтером 18.

Полезная модель цехового комплекса контроля и управления компрессорным цехом «РИУС» разработана на уровне промышленного образца.

Испытания образца агрегатно-цехового комплекса показали возможность решение поставленной задачи и достижение заявленного технического результата, в частности:

- производительность компрессорного цеха повысилась на 0,05%;

- потребление топливного газа снизилось на - 0,05%;

- надежность и безопасность управления цехом повысилась до проектного уровня;

- стоимость оборудования комплекса снизилась на 15%;

- потребность в кабельной продукции снизилось в 1,8 раза;

- объемы и затраты строительно-монтажных работ снизились на 70%, а пуско-наладочные - на 60%;

- сроки ввода в эксплуатацию комплекса сократились в 1,5 раза.

1. Цеховой комплекс контроля и управления, характеризующийся тем, что он содержит систему дистанционного управления цехом, систему автоматического управления газоперекачивающим оборудованием, систему автоматического управления кранами газовых коммуникаций цеха, систему автоматического управления установкой воздушного охлаждения газа, систему автоматического управления установкой подготовки пускового и топливного газа, соединенные с системой дистанционного управления цехом системой связи, при этом каждая система автоматического управления установлена на промышленной площадке цеха, непосредственно у соответствующего технологического объекта управления, и соединена с его датчиками и исполнительными механизмами проводными линиями связи, а система дистанционного управления установлена в операторной цеха, удаленной на безопасное расстояние от его промышленной площадки.

2. Цеховой комплекс по п.1, отличающийся тем, что система дистанционного управления компрессорным цехом содержит пульт дистанционного управления, систему автоматического управления компрессорным цехом, соединенные между собой через блок цифровых коммутаторов.

3. Цеховой комплекс по п.2, отличающийся тем, что пульт дистанционного управления компрессорным цехом содержит не менее трех автоматизированных рабочих мест, устройство экстренного управления цехом, устройства дистанционного экстренного аварийного управления газоперекачивающими агрегатами, сервер долговременных архивов и устройство печати.

4. Цеховой комплекс по п.2, отличающийся тем, что система автоматического управления компрессорным цехом выполнена с возможностью программного управления технологическим процессом компримирования газа и содержит блок программируемых логических контроллеров с вычислительными устройствами и устройствами ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов и поддержки цифровых каналов Ethernet и RS 422.

5. Цеховой комплекс по п.1, отличающийся тем, что система автоматического управления газоперекачивающим оборудованием содержит не менее восьми систем автоматического управления газоперекачивающими агрегатами, каждая их которых установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и устройство управления газоперекачивающим аппаратом, соединенное проводными линиями связи с датчиками и исполнительными механизмами последнего.

6. Цеховой комплекс по п.1, отличающийся тем, что система автоматического управления кранами установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, устройства управления кранами, соединенных проводными линиями связи с датчиками параметров потока газа и исполнительными механизмами управления перестановкой запорной арматуры кранов.

7. Цеховой комплекс по п.1, отличающийся тем, что система автоматического управления установкой воздушного охлаждения газа установлена в индивидуальном блок-боксе и содержит последовательно соединенные блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и блок электромеханических устройств формирования команд пуска-останова асинхронных электроприводов воздушных вентиляторов, выход которого соединен проводными линиями с блоками магнитных пускателей электропривода.

8. Цеховой комплекс по п.1, отличающийся тем, что система автоматического управления установкой подготовки пускового и топливного газа содержит блок программируемых логических контроллеров с устройствами ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, блок устройств управления кранами и блок электромеханических устройств формирования команд управления, соединенных проводными линиями связи с датчиками и исполнительными механизмами установки.

9. Цеховой комплекс по п.1, отличающийся тем, что конструктивно системы автоматического управления выполнены с открытым доступом к оборудованию, расположенному планарно на вертикальных панелях, установленных в индивидуальных блок-боксах, оснащенных средствами обогрева и вентиляции.

10. Цеховой комплекс по п.1, отличающийся тем, что система связи содержит основные и резервные каналы цифровой связи, а также дублирующие проводные линии экстренного и аварийного управления.