Автоматизация работы электрообессоливающей установки (ЭЛОУ)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Выпуск разнообразной продукции на нефтепереработки зависит во многом от качества сырья - нефти. Но немалую роль в качестве получаемых продуктов играет как выбор технологических процессов переработки, так и качество проведения каждого процесса.

Из сырой нефти непосредственно одним процессом нельзя получить ни один товарный нефтепродукт (за исключением газов), все они получаются последовательной обработкой на нескольких установках. Первой в этой цепочке всегда стоит установка ЭЛОУ, поэтому от качества работы этой секции будет зависеть работа всех остальных звеньев технологической цепочки

Одним из основных путей повышения эффективности нефтеперерабатывающего производства является создание автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на базе современных средств автоматизации и вычислительной техники. Управление технологическими процессами с использованием автоматических устройств включает в себя решение следующих основных задач: контроль параметров процессов (температуры и давления в аппаратах, состава и качества жидкостей и газов и т.д.); регулирование параметров (поддержание их в заданных значениях); сигнализацию (оповещение, предупреждение) об отклонениях значений параметров за допускаемые пределы; блокировку (запрещение) неправильного включения оборудования; защиту оборудования в аварийных ситуациях (выключение, перевод на безопасный режим).

Темой моего курсового проекта является автоматизация работы электрообессоливающей установки (ЭЛОУ). Такие установки в основном и обеспечивают обессоливание и обезвоживание сырой нефти, а значит качество нефти. Моей целью является создание автоматизированной системы регулирования и контроля технологических параметров ЭЛОУ с наибольшей эффективностью.

Технические и технологические преимущества, которые влечет за собой модернизация системы, заключается в следующем:

- замена морально и физически устаревшего оборудования на шкафы управления, построенные на базе современных средств автоматизации;

- уменьшение энергопотребления и повышение эффективности процесса;

- статистическое накопление данных о работе оборудования с целью прогнозирования планово-предупредительных ремонтов;

- увеличение ресурса технологических агрегатов;

- повышение качества ведения технологии за счет использования развитых инструментов просмотра и анализа накопленной технологической информации;

- повышение надежности и ремонтопригодности аппаратуры управления;

- обеспечение развитых средств диагностики для сокращения времени на ремонтные работы;

- обеспечение более удобного управления узлами при проведении наладочных работ.

1. Описание технологического процесса

1.1 Краткое описание действия установок по обессоливанию и обезвоживанию нефти

В настоящее время на наши заводы поступают нефти, содержащие до 2% пластовой воды, а следовательно, 3 - 5 г/л хлористых солей (хлоридов). Для полного удаления солей вся нефть подвергается обессоливанию на специальных электрообессоливающих установках (ЭЛОУ). С этой целью нефть интенсивно смешивается с пресной водой в смесителях или в сырьевых насосах, а образовавшаяся эмульсия воды в нефти разрушается и расслаивается в электродегидраторах. Наиболее быстрое и полное разрушение нефтяных эмульсий достигается при их подогреве с применением эффективных реагентов - деэмульгаторов. Расход деэмульгаторов составляет 20-100 г. на 1 т нефти.

По литературным данным, обессоливанием нефти с 40-50 до 8-10 мг/л можно в 1,5 раза увеличить продолжительность работы установок, а также снизить требования к материалам для изготовления аппаратуры.

Существует несколько типов и конструкций электродегидраторов, отличающихся формой, габаритами и принципом работы. Имеются электродегидраторы вертикальные, шаровые и горизонтальные с электродами разных конструкций и различными системами ввода сырья в электрическое поле. Распространение получили горизонтальные электродегидраторы с нижним вводом сырья.

Независимо от типа электродегидраторов и схемы ЭЛОУ, принцип воздействия переменного электрического поля на нефтяную эмульсию остается одним и тем же. При попадании эмульсии в электрическое поле частицы воды, заряженные отрицательно, передвигаются внутри элементарной капли, придавая ей грушевидную форму, острый конец которой обращен к положительно заряженному электроду. С переменой полярности электродов капля вытягивается острым концом в противоположную сторону. Если частота переменного тока равна 50 Гц, капля будет изменять свою конфигурацию 50 раз в секунду. Под воздействием сил притяжения отдельные капли, стремящиеся к положительному электроду, сталкиваются друг с другом, и при достаточно высоком потенциале заряда происходит пробой диэлектрической оболочки капель, чему способствует деэмульгатор, постепенно размывающий эту оболочку. В результате мелкие водяные капли сливаются и укрупняются, что способствует их осаждению в электродегидраторе. Вода выводится снизу, а обезвоженная нефть - сверху электродегидратора. Обычно между электродами напряжение составляет 27, 30 или 33 кВ.

В электродегидраторах совмещены два процесса - обработка эмульсии в электрическом поле и отстой воды от нефти. За последнее время наметилась тенденция к совмещению с ними еще одного процесса - подогрева нефтяной эмульсии.

Для достижения минимального содержания остаточных солей в обессоленной нефти (не более 3 мг/л) нефть промывают несколько раз на ЭЛОУ, состоящих из двух-трех последовательно соединенных ступеней электродегидраторов.

От полноты выделения воды в электродегидраторах зависит глубина обезвоживания и степень обессоливания нефти в них. Поэтому электродегидраторы являются важнейшим элементом технологической схемы электрообессоливающих установок (ЭЛОУ). [1]

1.2. Технология обезвоживания и обессоливания нефти. Схема современной ЭЛОУ

Современная электрообессоливающая установка (ЭЛОУ) может быть как автономной, так и блоком в комплексе с установкой дистилляции нефти. Последний вариант является наиболее распространенным и показан на рис. 1. [3]

Сырьевым насосом 1 нефть прокачивается через группу рекуперативных теплообменников 11, где за счет тепла дистиллятов, получаемых из нефти, нагревается до 130 - 140°С и под давлением 1,4 - 1,5 МПа через смесительный клапан 9 входит через маточник в электродегидратор первой ступени 5. Перед смесительным клапаном в поток нефти подаются деэмульгатор и промывная вода, рециркулирующая со второй ступени ВЦ2-1 и на первой ступени ВЦ1. Оба этих потока воды в заданном количестве подаются насосами 3 и 4 из емкостей отстойников 8 и 7.

Спуск воды из электродегидратора 5 осуществляется через регулирующий клапан 10 по уровню раздела фаз вода - нефть. После первой ступени нефть направляется также через смесительный клапан в электродегидратор второй ступени 6. На вход смесителя этой ступени подается насосом 2 свежая пресная вода и рециркулирующая вода этой ступени BЦ2.

После второй ступени обессоливания нефть проходит группу высокотемпературных теплообменников 12, где нагревается до 200 - 230°С, и поступает в первую дистилляционную колонну.

Вместе с водой в емкости 7 и 8 попадает нефть (эмульсия «нефть в воде»), которая в этих емкостях отстаивается и периодически откачивается на прием насоса 1.

Дренажная вода IV после отстоя в течение 1 ч в емкости 7 сбрасывается в промышленную канализацию и поступает на очистку.



Рис. 1. Схема современной ЭЛОУ: 1-4 - насосы; 5, 6 - электродегидраторы; 7, 8 - промежуточные емкости-отстойники, 9-смесительные устройства; 10 - регулирующие клапаны; 11, 12 - теплообменники, 13 - дозатор; I, II - сырая и обезвоженная нефть; III - свежая пресная вода; IV - дренажная соленая вода, V - раствор деэмульгатора

Основные виды электрообессоливающих установок

Главным аппаратом установки является электродегидратор - емкость, снабженная электродами, к которым подводится переменный ток высокого напряжения. В эксплуатации на промысловых и заводских установках ЭЛОУ находятся электродегидраторы различных конструкций: вертикальные, шаровые и горизонтальные.

Вертикальный электродегидратор (рис. 2) представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 3 м, высотой 5 м и объемом 30 м³. Внутри находятся электроды - металлические пластины, подвешенные на фарфоровых изоляторах. Ток подается к электродам от двух повышающих трансформаторов мощностью по 5 ква (киловольтампер) каждый. Напряжение между электродами от 15 до 33 кв.

Сырье вводится в электродегидратор через вертикальную, вмонтированную по оси аппарата трубу, которая на половине высоты дегидратора заканчивается распределительной головкой. Головка устроена так, что через ее узкую кольцевую щель эмульсия нефти и воды вводится в виде тонкой веерообразной горизонтальной струи. Обработанная нефть выводится в центре верхнего днища электродегидратора, а отстоявшаяся вода - через нижнее днище.

Недостатком вертикальных электродегидраторов, приведшим к их вытеснению более современными конструкциями, является низкая производительность, недостаточно высокая температура обессоливания. Из-за низкой производительности на установках ЭЛОУ приходилось соединять параллельно 6-12 аппаратов. [2]



Рис. 3. Схема устройства электродегидратора 2ЭГ-160 (поперечное сечение): 1 - корпус, 2 - маточник ввода нефти; 3 - решетчатые электроды; 4 - подвески электродов; 5 - проходной высоковольтный изолятор; 6 - коллектор для вывода нефти; I-II - сырая обезвоженная нефть; III - дренажная вода

Наиболее эффективной и получившей наибольшее распространение конструкцией стали горизонтальные электродегидраторы ВНИИнефтемаш типа 2ЭГ-160 (рис. 3). Они имеют диаметр 3,4 м, длину около 18 м, рассчитаны на давление 1,8 МПа и включают два решетчатых электрода, подвешенных через изоляторы к корпусу аппарата.

Электроды представляют собой горизонтальные решетки, сваренные из металлических прутков диаметром 15-18 мм, с окном решетки 150 х 150 мм или 200 х 200 мм. Одна из решеток соединена с корпусом аппарата (нулевой электрод), а к другому подведено высокое напряжение (20 - 30 кВ).

Устройство электродегидраторов, используемых при промысловой подготовке нефти (обезвоживании), несколько иное и также отличается большим разнообразием. Схема одной из современных конструкций показана на рис. 4



Рис. 4. Промысловый элсктродегидратор нефти: 1 - корпус; 2 - огневая нагревательная труба; 3 - электроды; 4 - пакет коалесцирующих пластин; 5 - карман отвода обезвоженной нефти; 6 и 7 - перегородки; I - водный слой; II - нефть; III - газовая подушка

В аппарате совмещены три зоны, слева от перегородки 6 - термическая, где нефть нагревается и крупные капли оседают, между перегородками б и 7, где для коалесценции капель используется электрическое поле, и справа от перегородки 7 - зона механической коалесценции за счет фильтрации нефти через пакеты гофрированных пластин из полистирола (гофры под углом 30 - 60° расположены поперечно у смежных пакетов) Сочетание этих зон дает большой эффект как по производительности аппарата, так и по глубине обезвоживания Температура нефти после зоны нагрева обычно 65 - 70°С При начальной обводненности нефти 9 - 10%(мас) на выходе из такого аппарата содержание воды составляет не более 0,3% [обычно 0,1 - 0,25%(мас)] Размеры аппарата диаметр - 2,4 м, длина - 7,6 м

Технологический режим глубокого обезвоживания и обессоливания нефти на ЭЛОУ (см. рис. 1) зависит от конкретной нефти и для нескольких различных по составу нефтей приведен в табл. 1. Температура и давление процесса обессоливания во многом зависят от конструкции аппарата. Большое значение имеют свойства обессоливаемой нефти. Многие нефти хорошо обессоливаются при 70-90°С. Однако для таких нефтей, как ромашкинская, особенно в тех случаях, когда они поступают с промыслов плохо подготовленными, приходится повышать температуру обессоливания до ПО-160°С. Повышение температуры обессоливания увеличивает электрическую проводимость и силу тока, усложняет условия работы изоляторов.

Если нефть содержит большое количество органических кислот, то в нефть (после ЭЛОУ или на ее последнюю ступень) подают раствор щелочи обычно в количестве 1 - 5 г/т (из расчета обеспечения рН 5,5 - 7,0).

Важным элементом технологии установок ЭЛОУ является промывная вода. Для того чтобы сократить или свести до нуля использование пресной воды из внешних источников (водопровода, реки), в качестве свежей воды на ЭЛОУ подают технологические конденсаты водяного пара, образующиеся на установке перегонки нефти, в состав которой входит блок ЭЛОУ, а также конденсаты с других технологических установок (каталитического крекинга, гидроочистки и др.). Конденсат с установки перегонки нефти используют обычно без специальной обработки, конденсаты с других установок часто содержат сульфиды и гидросульфиды аммония, которые при нагревании распадаются на сероводород и аммиак. Такие конденсаты перед подачей на ЭЛОУ продувают водяным паром для отдувки сероводорода и аммиака. [3]

2. Составление структуры АСУ ТП ЭЛОУ

В АСУ ТП используется обычно четырехуровневая организация системы контроля и управления.

1) Уровень возникновения информации - по оборудованию это, в основном, датчики (первичные преобразователи), исполнительные механизмы. На этом уровне формируется первичная информация, поступающая в систему АСУ ТП, на этот уровень адресуются управляющие воздействия.

2) Уровень контроля и управления технологическим процессом. Данный уровень предлагается как достаточно автономный, который при отсутствии связи с верхним уровнем способен работать достаточное время без потери информации и осуществлять автономное управление - в обычном режиме и в аварийном. В качестве оборудования, здесь программируемые логические контроллеры, в качестве программного обеспечения - средства программирования этих контроллеров. На этом уровне, возможно, также производить переконфигурирование контроллеров и получать локальное отображение хода технологического процесса на специальные устройства вывода.

3) Уровень человеко-машинных интерфейсов (Man-Machine Interface - MMI) и операторского контроля и межпроцессового взаимодействия (это так называемые SCADA-системы - Supervisory Control And Data Acquisition - операторский контроль и представление данных). На этом уровне в качестве оборудования используются рабочие станции оператора на RISC- или Intel-платформе, в зависимости от информационной нагруженности и требуемой надежности данного узла. Программное обеспечение представлено специальными продуктами для написания и конструирования SCADA-систем.

4) Последний, четвертый уровень - уровень информации необходимой для управления предприятием. Это уровень интегрированной информационной системы предприятия, корпоративной базы данных и крупных финансовых предложений. По оборудованию этот уровень представлен файл-сервером, сервером базы данных, клиентскими компьютерами пользователей. Программными обеспечениями этого уровня являются СУБД архитектуры «клиент-сервер», большие финансовые приложения, корпоративная база данных предприятия. Данные с нижних уровней поступают сюда в предварительно обработанном виде. Взаимодействие уровней 3 и 4 обеспечивает организацию общего информационного пространства, объединение промышленных сетей сбора данных и информационных сетей общего назначения. [4]

В данном курсовом проекте применяются только первые 3 уровня АСУ ТП.

Технологический объект управления установка ЭЛОУ является взрывоопасным объектом, поэтому при проектировании системы автоматизации следует учитывать требования безопасности для опасных объектов данного типа. Структура системы автоматизации с учетом требований безопасности приведена на рис. 5

Рис. 5. Барьеры искрозащиты располагаются в отдельной стойке

3. Выбор аппаратно-программных средств

Разработанная схема АСУ ТП выглядит следующим образом (рис. 6)

Рис. 6. Profibus PA протокол полевой шины Profibus

Использует уровни модели OSI:

· 1 - физический уровень - отвечает за характеристики физической передачи

· 2 - Канальный уровень - определяет протокол доступа к шине

· 3 - уровень представления - отвечает за прикладные функции

Данная сеть была спроектирована для высокоскоростной передачи данных между устройствами. В данной сети центральные контроллеры (программируемые логические контроллеры и PC) связаны с их распределенными полевыми устройствами через высоко скоростную последовательную связь. Большинство передач данных осуществляется циклическим способом.

В качестве ведущего устройства могут использоваться контроллеры. Как ведомые устройства, могут использоваться различные приводы, клапаны.

С помощью Profibus PA могут быть реализованы Mono и MultiMaster системы. Основной принцип работы заключается в следующем: центральный контроллер (ведущее устройство) циклически считывает входную информацию с ведомых устройств и циклически записывает на них выходную информацию. При этом время цикла шины должно быть короче, чем время цикла программы контроллера, которое для большинства приложений составляет приблизительно 10 мсек. В дополнение к циклической передаче пользовательских данных Profibus PA предоставляет мощные функции по диагностике и конфигурированию. Коммуникационные данные отображаются специальными функциями как со стороны ведущего, так и со стороны ведомого устройства.

В отличае от Profibus DP, Profibus PA искробезопасн и способн по одним и тем же проводам передавать как данные, так и электропитание для подключенных к сети устройств, что позволяет использовать его во взрывоопасных зонах.

Сетевой коммутатор или свитч, свич (от англ. switch - переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Свич работает на канальном уровне модели OSI.

Ethernйt (этернет, от лат. aether - эфир) - пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3.

3.1 Выбор программных средств

обессоливание нефть обезвоживание управление

Из всех программных средств представленных на рынке я выбрала SCADA КРУГ-2000 версия 4.0 из за ряда преимуществ:

1. Российские производители обычно продают всё одним пакетом, в свою очередь многие импортные SCADA\HMI - пакеты разбиты на отдельные продукты которые обычно продаются отдельно т.е. например - отдельно программа для «рисования экранов» мнемосхем, отдельно СУБД для хранения технологических параметров, отдельно ПО для программирования контроллеров, отдельно ПО для организации периодических процессов и т.п. предполагается что потребитель сам купит то что ему нужно. Однако для более менее нормальной работы необходимо приобретать всё (или почти всё).

2. Применение в проектировании и производстве однородных программно-технических средств, адаптированных к российским условиям, позволяет существенно снизить совокупную стоимость владения и обеспечить высокий экономический эффект от внедрения продукции.

3. Обеспечение более высокой надежности управления и точности передачи измеряемых величин в распределенных системах управления с сохранением высокой производительности обработки данных.

4. Повышение надежности системы. Улучшен алгоритм работы «Сервиса перезапуска» и новой платы перезапуска «WatchDog-USB 2.0 (WD-U 2.0)». Это обеспечивает более надёжный механизм запуска / останова / перезапуска процессов автоматизированной системы при «выходе» ресурсов за допустимые границы.

5. Мастер создания базы данных. Мастер создания базы данных значительно экономит время и превращает процесс создания базы данных в последовательность шагов, понятных и удобных для разработчика автоматизированной системы.

6. Событийные тренды и хранение архива событий на контроллере. Усовершенствованный механизм ведения трендов. Функция хранения трендов в контроллере позволяет гарантировать сохранность данных при обрывах связи между УСО и SCADA, регистрировать и передавать в SCADA реальные временные метки изменения параметров в контроллере, значительно уменьшить нагрузку на сеть за счёт асинхронного режима передачи данных. При регистрации событий, связанных с изменением значений физических переменных, используется именно время непосредственного изменения переменной, а не время регистрации данного события в автоматизированной системе.

SCADA КРУГ-2000 - это программный продукт для создания систем мониторинга, управления и сбора данных (Supervisory, Control And Data Acquisition), функционирующих на базе компьютеров, совместимых с IBM PC, под управлением операционной системы Windows.

Программное обеспечение (ПО) SCADA КРУГ-2000 имеет мощную базу данных, удобный и простой графический интерфейс, среду разработки программ пользователя КРУГОЛ, модульную среду исполнения и современные средства экспорта / импорта данных. [5]

Базовые функции:

· Контроль, в том числе виброконтроль и контроль температур

· Авторегулирование

· Технологические защиты и технологические блокировки

· Регистрация аварийных ситуаций

· Логическое управление

· Визуализация информации

· Архивирование данных

· Резервирование станций операторов, серверов и сетей

· Связь с устройствами «третьих» фирм

· Связь с системами управления предприятием (MES, ERP)

· Диагностика

· Синхронизация системного времени

· Конфигурирование и настройка on-line и off-line

· Интеграция с АСУЭ и АСКУЭ

Функции сервера SCADA КРУГ-2000:

· Загрузка, ведение БД и предоставление доступа к ней клиентским приложениям.

· Опрос УСО и обработка полученных значений.

· Диагностика каналов связи и сетей.

· Регистрация событий системы и ведение протокола событий.

· Ведение трендов.

· Зеркализация данных и резервирование серверов БД.

· Резервирование сетей связи с УСО.

· Хранения и обработка архивов трендов, протоколов событий и печатных документов.

3.2 Выбор контроллеров

Выбор контроллеров для распределенной системы управления обусловлен большим числом разнородных факторов, зависящих прежде всего от того, является ли система вновь проектируемой или решаются задачи модернизации существующей системы.

Среди требований к техническому обеспечению выделим основные требования к контроллерам с учетом специфики и тенденций развития ПЛК.

Технические характеристики контроллера, соответствующие требованиям проекта. К наиболее важным характеристикам относятся параметры процессорного модуля (тип и быстродействие процессора, объем памяти и пр.), наличие сопроцессора, время выполнения логической команды, наличие сторожевого таймера, часов реального времени, число встроенных и наращиваемых входов-выходов, наличие в контроллере необходимого числа модулей (ввода-вывода, специальных, коммуникационных), среда программирования контроллера (удобство и простота программирования). Ряд фирм поставляют программные пакеты для конфигурирования, программирования и отладки ПО контроллеров (например, Concept фирмы Schneider Electric, STEP7 фирмы Siemens, NAIS Control 1131 фирмы Matsushita, «Полигон» фирмы Промавтоматика и т.д.).

Также важным показателем контроллера является возможность резервирования модулей и плат, диагностика состояния контроллера и др. факторы (светодиодная индикация каналов и режимов работы, наличие панели визуализации и клавиатуры, гальваническая изоляция по входам и выходам, степень защиты контроллера и др.).

Модульность структуры контроллера. После расчета каналов ввода-вывода (аналоговых и дискретных) следует сделать выбор типа контроллера - моноблочный, модульный, PC-base контроллер. Моноблочный контроллер, имеющий, как правило, небольшое число встроенных дискретных входов-выходов и от одного до четырех аналоговых входов-выходов, может использоваться автономно или с дополнительными модулями ввода-вывода сигналов, с организацией обмена данными с контроллером по внутреннему интерфейсу (MPI и др.) или через коммуникационный порт по сети. При выборе модульного контроллера обеспечивается большее число каналов ввода-вывода, повышается функциональная надежность контроллера за счет функций самодиагностики, упрощается обслуживание контроллера, допускающее в ряде случаев «горячую» замену модулей (без выключения питания) и ряд др. При выборе PC-base контроллера значительно повышается за счет возможностей ПО многофункциональность контроллера, удобство программирования, снижается его стоимость. Однако при этом снижается надежность системы и ее способность к дальнейшему расширению.

Модульность контроллера с использованием мезонинных модулей ввода-вывода по стандартам Industry Pack и ModPack, специальных модулей различного назначения, является одной из тенденций развития контроллеров.

В случае модернизации существующей системы управления может быть рекомендована замена существующего контроллера на его новые модификации, которые, как правило, бывают полностью совместимы.

Соответствие Международным стандартам. Имеется ввиду выбор контроллера, соответствующего Международному стандарту качества ISO 9001, стандартам шинной архитектуры контроллера (VME, PCI, CompactPCI, MicroPC, PC/104 и др.), стандартным протоколам связи промышленных сетей (Profibus, Modbus, Interbus, CAN, Bitbus и др.), стандартам связи с полевыми приборами (HART-протокол, AS-интерфейс, Fieldbus Foundation, RS-485 и др.), стандартам на ОС РВ (QNX, OS 9000, VxWorks и др.), стандартам на программное обеспечение контроллеров (IEC 61131-3), стандартам на степень защиты корпуса (IEC 529), на габаритные размеры (IEC 297 - 19» - конструктивы, Евромеханика и IEC 917 - метрические конструктивы), на ударо- и вибропрочность (IEC 68-2) и др. В ряде случаев допускается соответствие отдельных показателей (например, габаритных размеров, показателей электропитания и др.) отраслевым стандартам (ТУ, ГОСТ).

В случае использования разработок на территории России необходимы сертификаты соответствия Госстандарта России на соответствие требованиям ГОСТ и разрешение Госгортехнадзора на применение в составе систем автоматизации на поднадзорных объектах.

Связь контроллера с верхним уровнем РСУ по интерфейсу Ethernet. Интерфейс Ethernet получил широкое распространение как интерфейс связи средств автоматизации от нижнего до верхнего уровней системы управления. Этот интерфейс обеспечивает высокую скорость передачи данных, низкую стоимость, поддерживается подавляющим большинством производителей программного и аппаратного обеспечения. Через сеть Ethernet серверы и операторские станции верхнего уровня управления предприятием получают непосредственный доступ к данным параметров технологического процесса. При наличии SCADA-системы, установленной на операторской станции, используется клиент - серверная архитектура связи, при которой SCADA-клиент получает прямой доступ к данным процесса с помощью ОРС-сервера. Использование, например, протокола на базе технологии Ethernet Modbus/TCP позволяет легко интегрировать контроллеры со SCADA-системами, поддерживающими протокол Modbus (без необходимости дополнительного драйвера для контроллера).

Дальнейшим развитием связи контроллеров с удаленными операторскими станциями является использование сети Internet и GSM - технологии.

PC-base контроллеры со встроенной SCADA-системой. Наличие у PC-base контроллера встроенной SCADA-системы (в настоящее время это Trace Mode и MasterSCADA) позволяет значительно ускорить процесс настройки проекта и повысить эффективность представления информации, снизить затраты на приобретение дорогостоящей SCADA-системы и коммуникационных интерфейсов. К таким контроллерам относятся российские контроллеры Р130 ТМ, Ломиконт ТМ, Лагуна, Теконик и др. При этом следует помнить, что применение PC-base контроллеров оправдано лишь при решении небольших задач, при отсутствии жестких требований к надежности системы, либо при ограниченных финансовых возможностях. При решении задач управления сложными ответственными процессами, характеризующимися множеством контролируемых и управляемых величин и их физической распределенностью в пространстве, с повышенными требованиями к надежности системы управления, следует отдавать предпочтение классическим модульным ПЛК. В этом случае следует сформулировать условия для выбора той или иной SCADA-системы.

Наличие у контроллера режима автонастройки параметров регулятора. Для ускорения процессов ввода в эксплуатацию систем регулирования, особенно в случае автоматизации малоизученных объектов управления, крайне важно в структуре ПО контроллера наличие режима автонастройки параметров ПИД-регулятора - коэффициента усиления, постоянной времени интегрирования Ti (постоянная времени дифференцирования Td, как правило, устанавливается программно в соотношении с полученным значением времени интегрирования, Td = Ti/4,5). Известен ряд методик определения параметров настройки регулятора от классических до оригинальных. Известны режимы настройки параметров адаптивных регуляторов и других алгоритмов управления.

Показатели надежности и экономические показатели. К показателям надежности относятся время наработки на отказ (желательно иметь 100 тыс. часов и более), срок службы (10 лет и более), ремонтопригодность (возможность легкой замены модулей, блоков) и др. Повышение надежности и точности достигается за счет средств диагностики, прогнозирования отказов, режимов безударного переключения, «горячего» резервирования, гальванической развязки, дублирования и троирования аппаратных средств, рестарта ПО и др. методами.

Таким образом, по данной методики выбран модульный контроллер фирмы Advantage Adam-8000.

Основными отличиями контроллеров серии ADAM-8000 (рис. 7) являются возможность работы в сетях Fieldbus MPI, Profibus-PA, DeviceNet, Modbus/TCP и CANopen, а также полная программная совместимость с контроллерами Simatic S7-300 фирмы Siemens.



Рис. 7

В то же время модули ADAM-8000 являются более компактными. Программирование контроллеров возможно как с помощью стандартного пакета Simatic Manager на языке STEP7 фирмы Siemens, так и с помощью пакетов ADAM-WinPLC7 и ADAM-WinNCS. Для визуализации процесса используется программное обеспечение SCADA.

Таким образом, благодаря интеграции с популярными контроллерами Simatic S7-300 и доступным программным обеспечением появляется возможность использования модулей ADAM-8000 в структуре систем на базе контроллеров S7-300, а также возможность создания недорогих распределенных систем сбора данных и управления на всех уровнях автоматизации предприятия.

В состав серии входит 10 типов CPU, совместимых со STEP7, в том числе 3 CPU с памятью (ОЗУ) от 32 до 128 кбайт и интерфейсом MPI, 3 аналогичных CPU с интерфейсом Ethernet, 3 аналогичных CPU с интерфейсом Profibus-PА master со скоростью обмена от 9600 бит/с до 12 Мбит/с и 1 PCI-слот с ОЗУ - 512 кбайт, интерфейсы MPI и Profibus-PA master.

Архитектура PLC-контроллера включает до 32-х модулей ввода-вывода на специальной шине и один модуль CPU с интерфейсом Ethernet. В случае отказа от использования ПО STEP7 возможна реализация PS-base контроллера ADAM-8000.

При этом в качестве CPU используется плата в формате PC-104+, а программирование может осуществляться с помощью ПО Ultralogik.

При установке вместо CPU Profibus-PA Slave-модуля пользователь получает многофункциональную станцию распределенного ввода-вывода, аналогичную станции ЕТ-200 фирмы Siemens.

Помимо модулей CPU серия ADAM-8000 содержит 8 типов коммуникационных модулей (Profibus-PA Master, Profibus-PA Slave, CANopen Master, CANopen Slave, DeviceNet Slave, Modbus), 8 модулей дискретного ввода, 6 модулей дискретного вывода, 3 выходных релейных модуля, 3 модуля аналогового ввода, 1 модуль аналогового вывода, 1 модуль аналогового ввода-вывода и 1 модуль счетчика. В таблице 2 представлены характеристики модулей ввода-вывода ADAM-8000.

Таблица 2. Характеристики модулей ввода-вывода серии ADAM-8000

Тип модуля	Наименование	Характеристика сигналов	Число каналов	Напряжение изоляции, В	Дополнительные функции
		Вход	Выход
ADAM 8221-1FD00	Модуль дискретного ввода	90…230 VAC/ VDC	-	4	500	Быстродействие-25 мс; Размер поля вх. данных 1 байт
ADAM 8221-1BF00	Модуль дискретного ввода	24 VDC	-	8	500	Быстродействие-25 мс; Размер поля вх. данных 1 байт
ADAM 8221-1BH10	Модуль дискретного ввода	24 VDC	-	16	500	Быстродействие-25 мс; Размер поля вх. данных 2 байта
ADAM 8221-2BL10	Модуль дискретного ввода	24 VDC		32	500	Быстродействие-3 мс; Размер поля вх. данных 4 байта
ADAM 8222-1HD10	Выходной релейный модуль	-	Нагрузка: 230 VAC/ 30 VDC	4	500	Размер поля вых. данных 1 байт
ADAM 8222-1BF00	Модуль дискретного вывода	-	Нагрузка: 24 VDC, 1 А/канал	8	500	Размер поля вх. данных 1 байт
ADAM 8222-1BH10	Модуль дискретного вывода	-	Нагрузка: 24 VDC, 1 А/канал	16	500	Размер поля вх. данных 2 байта
ADAM 8222-2BL10	Модуль дискретного вывода	-	Нагрузка: 24 VDC, 1 А/канал	32	500	Размер поля вх. данных 4 байта
ADAM 8231-1BD52	Модуль аналогового ввода	± 10 В, ± 4 В, ±400 мВ, 0/4…20мА, ±20 мА; Термопары, PtlOO, PtlOOO NilOO	-	4	-	Размер поля вх. дан ных 8 байт, разряд ность АЦП - 12/16 бит
ADAM 8231-1BD60	Модуль аналогового ввода	0/4…20мА	-	4	-	Размер поля вх. дан-ных 8 байт, разряд-ность АЦП - 12 бит
ADAM 8232-1BD50	Модуль аналогового вывода	-	0…10 В, ±10 В, 1…5 В, 0/4…20мА±20 мА	4		Размер поля вых. данных 8 байт, раз-рядность АЦП - 12 бит

Данный контроллер выбран для управления нефтегазосепараторами, дренажными емкостями, резервуарами, подачей деэмульсатора, печами нагрева. Как правило, при проектировании интегрированных систем, количество входов / выходов контроллера берётся на 15% больше реального количества входов / выходов объекта управления для возможной модернизации. Поэтому для каждого из перечисленных объектов выбирается контроллер ADAM-8000, два модуля аналоговых входов ADAM 8231-1BD52, два модуля дискретных выходов ADAM 8221-1BF00, коммуникационный модуль Profibus-PA Slave

Список литературы

1. Пахомов Е.В. Электрообессоливание нефти. М.:Госкомтехиздат., 1955

2. Левченко Д.Н., Берг-штейн Н.В., Николаева Н.М., Технология обессоливания нефтей на нефтеперерабатывающих предприятиях, М., 1985

3. Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа, М.:Химия, 2001

4. Андреев Е.Б., Ключников А.И. Автоматизация технологического процесса добычи и подготовки нефти и газа: учебное пособие для вузов, М, 2008

Размещено на Allbest.ru

...