Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОТЧЕТ

о научно-исследовательской работе

«Использование комплексной информационной модели технологического объекта для проектирования систем контроля и автоматизации»

Уфа 2019



Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Этапы реализации поставленной задачи

2.1 Создание библиотеки символов

2.2 Создание программы формирования отчетов

2.2.1 Опросные листы КИПиА

2.2.2 Задание на монтаж КИПиА (форма 51)

3. Опробование созданных средств автоматизации проектирования

Заключение

Список использованных источников



Введение

Одной из первостепенных задач при проектировании объектов переработки нефти и газа является разработка монтажно-технологических схем с КИПиА (так называемых P&ID схем) и опросных листов на средства контроля и автоматизации. При этом требуется слаженное взаимодействие специалистов разного профиля, в первую очередь технологов и инженеров по автоматизации.

В сложившейся практике проектирования исходные данные передаются технологом в виде заданий по специально установленной табличной форме, далее инженер по автоматизации обрабатывает эти данные и переносит их на монтажно-технологические схемы и в опросные листы. Указанная работа выполняется вручную, причем, для технологически сложных установок нефтегазопереработки объем заданий (их информационная емкость) настолько велики, что неизбежно возникают ошибки при передаче данных и изменении технологических параметров. Результатом являются многократная корректировка документации (в первую очередь опросных листов), ошибки при выборе оборудования, временные и материальные издержки проектной организации, страдает качество проектов[2].

В настоящее время существует ряд программных продуктов, позволяющих автоматизировать процедуру разработки проектов, обмена и согласования заданий между отделами, и, соответственно, решить указанную проблему, однако все они, в силу специфики применения, требуют большого объема подготовительных работ по созданию баз данных и типовых элементов, адаптации стандартов и спецификации проектной организации под конкретный программный продукт [1].



1. Постановка задачи

Ставится задача использования комплексной информационной модели технологического объекта для проектирования систем контроля и автоматизации, а именно:

o Разработки монтажно-технологических схем с КИПиА

o Передачи заданий от отдела автоматизации в смежные отделы

o Автоматизированного заполнения опросных листов КИПиА

Цель - сокращение времени по выполнению документации в части автоматизации технологических процессов, уменьшение числа проектных ошибок.

Из ряда программных продуктов, обзор которых был проведен в предыдущем отчете [3], позволяющих автоматизировать процедуру разработки документации, было принято решение использовать AVEVA Diagrams как наиболее предпочтительный.

Для реализации поставленных задач необходимо создать новую библиотеку символов средств КИПиА. Сформировать определенный набор атрибутов (функциональных, технологических и инструментальных) для каждого символа, который будет отображать параметры датчиков и исполнительных механизмов.

А также необходимо автоматизировать процедуры создание задания по определенной форме (шаблону) и заполнения опросных листов на КИП и А. Для этого необходимо разработать макросы в среде AVEVA Diagrams.

Макрос - это программа, которая выбирает необходимые данные, для решения конкретной задачи, из базы данных, хранящихся в информационной модели технологического объекта.

автоматизация задание контрольный измерительный



2. Этапы реализации поставленной задачи

2.1 Создание библиотеки символов

Каждый символ создается средствами Visio, в окне вспомогательной микропрограммы ShapeShit на языке программирования VBA.

Символ для улучшения функционала создается многослойным. Так изображение манометра (рисунок 2.1.1) является трёхслойным, и состоит из так называемой “головы” датчика, типового узла присоединения и динами-ческого коннектора.

Рисунок - 2.1.1

«Голова» датчика по ГОСТ 21.208-2013 [6] имеет в диаметре 10 мм, однако, основные буквенные обозначения измеряемых величин и функциональных признаков приборов не должны выходить за границы символа. Исходя из этих соображений в ячейке ширина (Width) добавляется команда:

…

GUARD(IF(TEXTWIDTH(TheText)> 10 mm,TEXTWIDTI l(TheText)-0 mm, 10 mm))

…

Что означает: если длина текста больше 10 мм, то ширина фигуры ав-томатически увеличивается.

В соответствии с ГОСТ 21.208-2013 если длина текста больше 10 мм, то можно использовать допустимое обозначение длиной 15 мм, исходя из этого текст программы изменится на:

…

GUARD(IF(TEXTWIDTH(TheText)>10 mm, 15 mm, 10 mm))

…

Типовой узел присоединения в отличии от «Головы» датчика не имеет текстовой строки. Нормативных требований по отображению узла присоединения на монтажно-технологических схемах нет. Отображение типового узла присоединения показано на рисунке 2.1.1.

Динамический коннектор необходим для соединения датчика/узла присоединения с ме-стом отбора. Так как его длина может изменяться, то координаты начала бу-дут зафиксированы в центре фигуры, а координаты конца задаются точкой присоединения:

…

BeginX: GUARD(Sheet.N!Width*0.5)

BeginY: GUARD(Sheet.N!Height*0)

EndX: GUARD(Sheet.N!Controls. Attach)

EndY: GUARD(Sheet.N!Controls. Attach. Y)

…

где N- номер фигуры.

По такому принципу создаются все фигуры, за исключением диафрагм, расходомеров, регулирующих и запорных клапанов, которые при установке на трубопровод разрывают его в точке присоединения.

Ниже приведена библиотека для отображения средств измерения давления (рисунок-2.1.2).



Рисунок - 2.1.2

Все символы средств КИПиА (датчиков, узлов присоединения) в библиотеке обладают набором уникальных атрибутов, описывающих технические характеристики, такие как: присоединительные размеры, способ установки, монтажные габариты и т.п. Существует два способа ввода этих данных: автоматический и ручной.

Все атрибуты создаются в модуле AVEVA Lexicon ( см. рисунок 2.1.3) и автоматически присваивается каждому символу, а атрибуты не участвующие в описании прибора скрываются, для более удобного использования.

Рисунок - 2.1.3

Процедура создания атрибутов в модуле Lexicon:

o Указывается принадлежность атрибута определенной библиотеке;

o Присваивается имя атрибуту;

o Добавляются правила заполнения.

Правила заполнения могут быть разными, например выпадающее меню с возможностью выбора (Исполнения уплотнительных поверхностей фланцев по ГОСТ 33259--2015 имеет выпадающее меню, где выбирается буква исполнения) или выбор по набору правил (если Ду трубы меньше 80 мм, автоматически заполняется атрибут «использовать местный расширитель»).

На рисунке 2.1.4 приведен пример атрибутов для КИПиА как видит его пользователь.

Рисунок - 2.1.4

Атрибуты для приборов, присоединяемых к трубопроводу через динамический конектор (датчики температуры, уровнемеры, анализаторы, датчики давления):

· Присоединение к процессу: ";Фланцевое;Резьбовое"

· PN фланцевой задвижки, МПа : ";0,6;1,0;1,6;2,5;4,0;6,3;10,0;16,0"

· DN фланцевой задвижки, мм : ";20;25;32;40;50;65;80;100;150;200"

· Поверхность по ГОСТ 12815-80: ";исп.1;исп.2;исп.3;исп.4;исп.5;исп.6;исп.7"

· Тип резьбы: ";M20x1,5;M27x2;M8x1;1/2NPT;3/4NPT;NPT"

· Местный расширитель Dy-80 мм: ";Да;Нет"

· Шифр типового узла присоединения манометра

· Резьба задвижки (внутр): ";Rc1/2;Rp1/2;1/2NPT;M20x1,5"

· Материал задвижки: ";Углеродистая сталь;Нержавеющая сталь;по материалу трубопровода"

· Тип обогрева: ";Электрический;Паровой/водяной"

· Промывка: ";Периодическая;Постоянная"

· Присоединительная резьба промывки (внутр): ";Rc1/2;Rp1/2;1/2NPT;M20x1,5;1/4NPT"

· Максимальное расстояние от точки отбора давления до прибора, м: ";1;2;3;4;5;6;7;8;9;10;11;12;13;14;15"

· Габаритные размеры под установку прибора, мм: "LxWxH"

· Шифр чертежа установки прибора

· Дренажная задвижка: ";Муфтовая Dy15мм;Фланцевая"

· Резьба дренажной задвижки (внутр): ";Rc1/2;Rp1/2;1/2NPT;M20x1,5"

· PN дренажной задвижки, МПа : ";0,6;1,0;1,6;2,5;4,0;6,3;10,0;16,0"

· DN дренажной задвижки, мм : ";20;25;32;40;50;65;80"

· Поверхность по ГОСТ 12815-80 дренажной задвижки: ";исп.1;исп.2;исп.3;исп.4;исп.5;исп.6;исп.7"

· Материал дренажной задвижки: ";Углеродистая сталь;Нержавеющая сталь;по материалу трубопровода"

· Тип шкафа: ";шпт-80;шпт-80Т;шпт-130;шпт-160;шпт-160Т;шпт-65;шпт-100;шпт-30;шпт-45"

· Совместная установка: ";Да;Нет"

· Совместная установка с позицией…

· Шифр чертежа установки шкафа

· Габариты опоры под установку прибора

· PN фланца уровнемера, МПа : ";0,6;1,0;1,6;2,5;4,0;6,3;10,0;16,0"

· DN фланца уровнемера, мм : ";50;65;80;100;150;200;250"

· Поверхность по ГОСТ 12815-80 фланца уровнемера: ";исп.1;исп.2;исп.3;исп.4;исп.5;исп.6;исп.7"

· Шифр типовой камеры уровнемера

· Тип резьбы: ";G1/2A;G3/4A;G1A;1/2NPT;3/4NPT;1NPT;M20x1,5"

· Вылет штуцера, мм: ";100;110;120;130;140;150;160;170;180;190;200;250"

· PN дренажа (фланец), МПа : ";0,6;1,0;1,6;2,5;4,0;6,3;10,0;16,0"

· DN дренажа (фланец), мм : ";20;25;32;40;50;65;80"

· Поверхность по ГОСТ 12815-80 дренажа: ";исп.1;исп.2;исп.3;исп.4;исп.5;исп.6;исп.7"

· DN фланца, мм : ";25;32;40;50;65;80;100;150;200"

· Тип резьбы: ";G1/2;G3/4;G1;1/2NPT;3/4NPT;1NPT;R1/2;R3/4;R1;M20x1,5;M27x2"

· Присоединение пробоотборной линии : ";Муфтовая Dy15мм;Фланцевая"

· Максимальная длина пробоотборной линии, м: ";5;10;15;20;25;30;35;40;45;50"

· Необходим подвод инертных и вспомогательных сред: ";Азот;Воздух КИП;Водород". Должна быть возможность выбрать несколько сред одновременно

· Резьбы задвижки Dy15мм: ";Rc1/2;Rp1/2;1/2NPT;M20x1,5"

· Шифр чертежа установки кнопки

· Шифр чертежа установки извещателя

· Шифр чертежа установки сирены

· Примечание

Атрибуты для приборов, встраиваемых в трубопровод (клапаны, расходомеры):

· Тип расходомера: ";Массовый;Вихревой;Ультразвуковой;Электромагнитный"

· Ответные фланцы: ";Да;Нет"

· Максимальное расстояние от сенсора до датчика, м: ";1;2;3;4;5;6;7;8;9;10;11;12;13;14;15"

· Габаритные размеры под установку датчика: "LxWxH"

· Шифр чертежа установки сенсора

· Шифр чертежа установки датчика

· Тип шкафа: ";шпт-80;шпт-80Т;шпт-130;шпт-160;шпт-160Т;шпт-65;шпт-100;шпт-30;шпт-45"

· Совместная установка с позицией…

· Шифр чертежа установки шкафа

· Шифр заказа диафрагмы

· Количество пар отбора давления: ";1;2;3"

· Воздух КИП. Задвижки Dy15мм (внутр. резьба): ";Rc1/2;Rp1/2;1/2NPT;M20x1,5"

· Воздух КИП. Материал задвижки: ";Углеродистая сталь;Нержавеющая сталь;по материалу трубопровода"

· Модель клапана

· Модель привода

· Тип расходомера

· Примечание

Для описания функциональной части прибора был введен дополнительный символ, располагающийся над «головой» датчика см. рисунок 2.1.5 и рисунок 2.1.6.

Рисунок - 2.1.5

На рисунке 2.1.4 показан прибор, принадлежащий к системе РСУ.

Рисунок - 2.1.5

На рисунке 2.1.6 показан прибор, принадлежащий к системе ПАЗ.

У этого дополнительного символа есть следующие атрибуты:

· Указание (дистанционный/местный)

· Вид регулирования (нет/регулирование/регулирование (коррекция)

· Учет (да/нет)

· Коррекция измерения (да, нет)

· Действие блокировки по макс. (закрытие/останов/открытие/пуск)

· Действие блокировки по мин. (закрытие/останов/открытие/пуск)

· Номер блокировки ПАЗ макс.

· Номер блокировки ПАЗ мин.

· Номер блокировки РСУ макс.

· Номер блокировки РСУ мин.

При заполнении атрибутов данного символа автоматически формируется графическое и буквенное обозначение контура автоматизации. Для системы РСУ это одинарный квадрат и круг, для системы ПАЗ это двойной квадрат и круг см. рисунки 2.1.4 и 2.1.5.

В ходе оснащения монтажно-технологической схемы любой новый элемент из библиотеки автоматически заносится в иерархию, где ему присваивается уникальное имя. Это позволяет избежать дублирования обозначений на схеме и исключить дальнейшие ошибки в проектировании. При выборе элемента в иерархии, он выделяется на схеме, и наоборот, что особенно важно для работы с большими, насыщенными средствами КИПиА, схемами [2].

На рисунке 2.1.7 показано как выглядят приборы КИПиА в иерархии.

Рисунок - 2.1.7

2.2 Создание программы формирования отчетов

2.2.1 Опросные листы КИПиА

Для автоматического заполнения опросных листов КИПиА была создана программа, написанная на языке С#. Эту программу можно условно разделить на три части. Первая часть программы отвечает за вывод всех атрибутов массива данных (ранее заполненных специалистами). Следующая часть программы отвечает за перенос данных из массива в заранее созданный шаблон. Третья часть программы отвечает за интеллектуальную составляющую, например: подбор шкалы по заданным технологическим параметрам, подбор материалов корпуса прибора в зависимости от агрессивности среды, тип фланцев в зависимости от условного давления.

Шаблонов опросных листов создается столько, сколько видов различных КИПиА было решено использовать в проекте. Примерный перечень возможных видов опросных листов:

Опросный лист
Массовые расходомеры
Ультразвуковые расходомеры
Вихревые расходомеры
Манометры
Датчики давления
Датчики диф. давления
Термометры
Датчики температуры
Многозонные датчики темп
Местные уровнемеры
Буйковые уровнемеры
Радарные уровнемеры
Ротаметры
Сигнализаторы уровня
Сигнализаторы потока
Регулирующи клапаны
Отсечные клапаны

Ниже на рисунке - 2.2.1 приведен пример шаблона опросного листа для расходомера типа Кориолис.

Рисунок - 2.2.1

Поля отмеченные (*) и (**) автоматически заполняются из массива данных. Поля отмеченные (**) при заполнении имеют различные дополнительные условия, например: для всех расходомеров и клапанов расчетное давление вычисляется путем выбора максимального расчетного давления до и после прибора (см. строка 10 рисунок 2.2.1); размерность плотности выбирается исходя из фазы среды: для газожидкостной и жидкой фазы кг/м³, для газа кг/нм³(см. строка 14 рисунок 2.2.1) и т.п.

2.2.2 Задание на монтаж КИПиА (форма 51)

Программа, которая будет автоматически заполнять задание на монтаж КИПиА (форма 51) создается аналогично программе для автоматического заполнения опросных листов. Отличие заключается в шаблоне. Если при выводе опросных листов использовалось несколько шаблонов, то при выводе формы 51 используется только один вид шаблона.

На рисунке 2.2.1 ниже приведен пример формы 51.

Рисунок - 2.2.1

Имя прибора из иерархии автоматически добавляется в 1 столбец формы. Следующие столбцы заполняются по заданным параметрам атрибутов из массива данных. Форму можно разбивать по листам, титулам либо не разбивать на какие-либо части.

Программы по автоматическому заполнению опросных листов и формы 51 необходимо запускать всякий раз, когда требуется выполнить указанную задачу, создав кнопку на панели инструментов либо из выпадающего меню.

Созданные программы по автоматическому заполнению опросных листов и формы 51 позволяют исключить трудоемкую работу по ручному заполнению табличных форм и неизбежно связанные с этим ошибки проектирования.



3. Опробование созданных средств автоматизации проектирования

Опробование разработанной информационной модели проводилось на примере технологической установки регенерации амина и отпарки кислой воды.

При этом процесс проектирования КИПиА в среде AVEVA Diagrams был сведен к следующей многостадийной последовательности:

1) Нанесение контуров автоматизации на монтажно-технологические схемы;

2) Детализация приборной составляющей КИПиА;

3) Заполнение опросных листов на оборудование;

4) Детализация монтажной обвязки КИПиА на схемах;

5) Формирование задания на монтаж средств автоматизации (форма 51).

На первой стадии инженер-технолог при построении монтажно-технологической схемы создает в необходимых местах образ КИПиА, привязывает его к технологическому аппарату или трубопроводу и заполняет набор функциональных атрибутов контура автоматизации (измеряемый параметр, назначение, связь с исполнительным механизмом и т.п.). Отображение позиционного и буквенного обозначения, а также линий функциональных связей происходит автоматически.

Далее на второй стадии к работе подключается инженер по автоматизации, он проверяет корректность отображения контуров автоматизации на схемах и при необходимости вносит изменения, присваивает позиции контурам, добавляет символы средств КИПиА.

Ниже на рисунке 3.1 приведен фрагмент функциональной схемы автоматизации в среде AVEVA Diagrams.

Рисунок - 3.1

При переходе к третьей стадии разработки инженером технологом должны быть занесены в базу данных Diagrams режимные параметры трубопроводов и оборудования, а так же все необходимые дополнительные технологические атрибуты (скорость коррозии, материал, плотность, вязкость среды и др. ). Далее автоматически формируется отчетная форма (аналог традиционной формы 11 - задание на автоматизацию). При этом КИПиА наследуют свойства, заполненные для трубопроводов и аппаратов на которых они установлены.

Далее инженер по автоматизации продолжает свою работу опираясь на полученное задание. В его функции входит уточнение типов и технических характеристик КИПиА, заполнение специфических инструментальных атрибутов оборудования. Далее все атрибуты КИПиА автоматически переносятся в формы опросных листов MS Excel, выполненные в формате документов по ГОСТ.

Таким образом, основная часть взаимодействия смежных специалистов осуществляется на первой-третьей стадиях, и сводится к совместному построению схем и заполнению атрибутов оборудования. Вся выходная документация формируется автоматически, при этом ведется электронный архив событий. В случае изменения технологических решений или характеристик КИПиА корректировки также автоматически переносятся в отчетные формы с фиксацией параметров проделанных изменений. Рутинная ручная работа и ошибки проектирования сведены к минимуму.

Завершающие (четвертая и пятая) стадия рассматриваемого процесса выполняются после выбора и согласования конкретных моделей оборудования. При этом монтажно-технологические схемы дополняются монтажной составляющей КИПиА, наглядно отображающей способ установки средств автоматизации на технологических трубопроводах и аппаратах, что необходимо для формирования задания на монтаж средств автоматизации (форма 51) и перехода к последующим этапам разработки документации с использованием AVEVA PDMS.

1.2 

Заключение

Была использована комплексная информационная модель технологического объекта - установки регенерации амина и отпарки кислой воды для проектирования систем контроля и автоматизации в среде AVEVA Diagrams.

Для этого была создана новая библиотека символов КИПиА, также были написаны специальные макросы, позволяющие ретранслировать данные в табличные формы MS Exсel.

В результате разработки монтажно-технологические схем с КИПиА с использованием стандартных библиотек, сокращается время создания схем. Благодаря использованию атрибутов специалист может, при перемещении по схеме, узнать всю необходимую информацию о приборе, улучшается пользовательский интерфейс проектировщика.

С помощью макросов было автоматизировано формирование заданий смежным отделам и автоматизировано заполнение опросных листов КИПиА.

Автоматизированное формирование отчетных форм документов исключает этапы ручной рутинной работы и неизбежно связанные с этим ошибки проектирования.



Список использованных источников

1. Евгеньев, Г.Б. Интеллектуальные системы проектирования / Г.Б. Евгеньев. - М.: МГТУ , 2012. - 334 c.

2. Ермоленко, А.Д. Автоматизация процессов нефтепереработки / А.Д. Ермоленко, О.Н. Кашин, Н.В. Лисицын и др. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2012. - 304 c.

3. ГОСТ 21.208-2013. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. -М.: Стандартинформ, 2015.

Размещено на Allbest.ru

...