Описание структурной схемы АС

Структурные схемы разрабатывают на стадиях, предшествующих разработке схем других типов, и пользуются ими для общего ознакомления с АС управления технологическим процессом.

Объектами управления в технологических процессах промысла и транспорта нефти и газа являются насосные и компрессорные агрегаты, резервуары, вспомогательное оборудование, а также линейные участки нефте- и газопроводов, газораспределительные станции и т. п. Для этих объектов характерны контроль параметров, сигнализация отклонений и дискретное управление клапанами и задвижками. Объекты управления удалены от пунктов управления на значительные расстояния. Для таких объектов используется централизованное управление [2].

В дополнение к этим функциям при управлении процессами нефтехимической переработки реализуются функции стабилизации технологических параметров в режиме с обратной связью (непрерывное управление). Управление такими процессами требует применения более сложных алгоритмов (каскадные системы, системы с компенсацией возмущений, системы с взаимозависимыми параметрами, адаптивные системы, системы оптимального управления).

Исходя из этих особенностей объектов автоматизации нефтегазовой отрасли, выдвигаются и соответствующие требования к структуре, а также аппаратным и программным средствам АС, которая реализуется в виде следующих вариантов.

Вариант 1. Управление непрерывными технологическими процессами подготовки нефти и газа их транспортирования, заводскими процессами переработки нефти и газа реализуются с использованием распределенных АС структур (DCS-систем). В таких системах все известные функции автоматизации распределены между различными аппаратными средствами системы управления. Каждый компонент системы узко специализирован и «занимается своим делом». Управление технологическим процессом в целом сводится к централизованному диспетчерскому управлению оборудованием. Централизованное управление реализуется командами открыть, закрыть, включить, выключить, остановить, запустить (дискретное управление). Управление на полевом уровне сводится к автоматическому регулированию технологических параметров. Широко развиты функции контроля, сигнализации аварийных ситуаций, блокировок.

Вариант 2. Диспетчерское управление реализуется с помощью SCADA-систем. Задачей таких систем является обеспечение автоматического дистанционного наблюдения и дискретного управления функциями большого количества распределенных устройств (часто находящихся на большом расстоянии друг от друга и от диспетчерского пункта). Количество возможных устройств, работающих под управлением систем диспетчерского контроля и управления, велико и может достигать нескольких сотен. Для этих систем наиболее характерной задачей является сбор и передача данных, которая реализуется дистанционно расположенными терминальными устройствами.

На рисунке 3–5 представлены структурные схемы представлений комплекса технических средств многоуровневой системы управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности с различных точек зрения: с точки зрения коммуникационных особенностей; иерархии автоматизированного оборудования и задач, решаемых АС. Как правило, это двух- или трехуровневые системы. На этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно – аппаратной платформой. В общем случае:

Нижний уровень (полевой) состоит из первичных датчиков (измерительных преобразователей), осуществляющих сбор информации о ходе технологического процесса, приводов и исполнительных устройств, реализующих регулирующие и управляющие воздействия, кабельных соединений, клеммников и нормирующих преобразователей.

Рисунок 3. Обобщенная структура системы управления

Средний уровень (контроллерный) состоит из контроллеров и прочих устройств аналого-цифрового, цифро-аналового, дискретного, импульсного и т. д. преобразования и устройств для сопряжения с верхним уровнем (шлюзов). Отдельные контроллеры могут быть объединены друг с другом при помощи контроллерных сетей. Контроллерные сети строятся на базе интерфейсов RS-232, RS-485 или же (при использовании соответствующих контроллеров) Profibus, HART, CAN и других совместимых с серверами OPC- и SCADA-систем.

Верхний уровень (информационно-вычислительный) состоит из компьютеров, объединенных в локальную сеть Fast Ethernet (возможно Ethernet) с использованием в качестве передающей среды медной витой пары или (при больших расстояниях) оптоволокна. Протокол передачи данных – для удаленных подключений TCP IP.

Датчики с нижнего уровня поставляют информацию среднему уровню управления локальным контроллерам (ПЛК), которые могут обеспечить реализацию следующих функций:

• сбор, первичную обработку и хранение информации о состоянии оборудования и параметрах технологического процесса;

• автоматическое логическое управление и регулирование;

• исполнение команд с пункта управления;

• самодиагностику работы программного обеспечения и состояния самого контроллера;

• обмен информацией с пунктами управления.

Рисунок 4. Трехуровневая структура АС

Т.к. информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи.

ПЛК-контроллеры обычно исполняют роль ОРС-серверов в клиент-серверной технологии обмена со SCADA-системой.

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через коммуникационные контроллеры верхнего уровня. В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции (рисунок 5). Некоторые из них перечислены ниже:

• сбор данных с локальных контроллеров;

• обработка данных, включая масштабирование;

• поддержание единого времени в системе;

• синхронизация работы подсистем;

• организация архивов по выбранным параметрам;

• обмен информацией между локальными контроллерами и верх-

ним уровнем;

• работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним

уровнем;

• резервирование каналов передачи данных и др.

Рисунок 5. Функции трехуровневой структуры управления

Верхний уровень – диспетчерский пункт (ДП) – включает одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть установлен сервер базы данных. На верхнем уровне могут быть организованы рабочие места (компьютеры) для специалистов, в том числе и для инженера по автоматизации (инжиниринговые станции). Часто в качестве рабочих станций используются компьютеры типа IBM PC различных конфигураций.

Компьютерные экраны диспетчера предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призвано решать прикладное программное обеспечение SCADA, ориентированное на разработку и поддержание интерфейса между диспетчером/оператором и системой управления, а также на обеспечение взаимодействия с внешним миром.

Все аппаратные средства системы управления объединены между собой каналами связи. На нижнем уровне контроллеры взаимодействуют с датчиками и исполнительными устройствами, а также с блоками удаленного и распределенного ввода/вывода с помощью специализированных сетей удаленного ввода/вывода и полевых шин.

Связующим звеном между локальными контроллерами и контроллерами верхнего уровня, а часто и пультами оператора являются управляющие сети.

Связь различных автоматизированных рабочих мест оперативного персонала между собой, с контроллерами верхнего уровня, а также с вышестоящим уровнем осуществляется посредством Ethernet-информационных сетей.

Пример описания раздела структурной схемы.

АС реализована в виде трехуровневой структуры смешанного типа (распределенное управление и диспетчерский контроль). Нижний полевой уровень реализуется на основе измерительных устройств аналогового и дискретного типов. Для передачи данных о параметрах технологического процесса используются цифровые каналы на основе интерфейса RS-232. Для управления исполнительными устройствами типа задвижка и электрический клапан используются аналоговые унифицированные токовые сигналы 4-20мА.

Средний уровень реализован на основе ПЛК. Для связи ПЛК с верхним (диспетчерским) уровнем используются витые пары Ethernet. SCADA реализована на компьютере АРМ диспетчера….

Задание по описанию структурных схем

Результатом выполнения этого раздела должны быть несколько структурных схем автоматизации при «рассечении» АС по уровням управления, уровням обмена информацией, коммуникационному уровню и их описание в ТЗ. Примеры таких схем приведены на рисунках 3–5.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: