Автоматизация пункта редуцирования газа газораспределительной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизация пункта редуцирования газа газораспределительной сети

1. Функции автоматизированной системы управления газоснабжением

В функции АСУТП могут входить:

- получение, первичная обработка и выдача дежурному персоналу информации о состоянии контролируемых параметров;

- предупредительная и аварийная сигнализация об отклонении параметров от заданных значений и о состоянии технологического оборудования, в том числе и технических средств АСУТП;

- контроль режимов газопотребления;

- расчет на модели системы газоснабжения оптимальных параметров технологического процесса (например, давления);

- выдача рекомендаций по ликвидации аварийных ситуаций;

- формирование и распечатка различных сведений о функционировании системы газоснабжения;

- дистанционное управление технологическим процессом.

Команда исполнительным механизмам о выполнении рекомендаций ЭВМ дается обслуживающим персоналом с пульта АСУТП.

Этот же персонал может в любой момент получить исчерпывающие данные о параметрах среды в интересующей его точке (зоне) системы и внести при необходимости соответствующие коррективы. Таким образом, АСУТП представляет собой человеко-машинный комплекс, включающий технические средства, которые обеспечивают замену физического умственного труда человека работой машин для сбора, переработки и вывода информации. Однако в отличие от автоматической системы АСУТП требует также затрат труда операторов на принятие решения и его реализацию, а также на контроль и обслуживание системы. Какие бы функции ни поручались АСУТП газоснабжения, выполнение их возможно только при взаимодействии ее составных частей, присущих любой АСУ: оперативного персонала и организационного, информационного, программного и технического обеспечений (ГОСТ 16084-75).

Передача информации в АСУТП газоснабжения осуществляется с помощью телемеханических устройств, принципиально и конструктивно состоящих из трех частей: полукомплекта пункта управления (ПУ), полукомплектов контролируемых пунктов (КП) и устройств связи полукомплектов между собой. В качестве последних обычно используют каналы телефонной сети.

В функции телемеханических устройств входят:

- телеизмерение (ТИ) - передача значений контролируемых величин;

- телесигнализация (ТС) - передача данных о состоянии и отклонениях режимов работы оборудования на КП;

- телеуправление (ТУ) - дистанционное изменение режимов работы оборудования;

- телефонная связь (ТФ).

В средства управления и регулирования АСУТП газоснабжения входят исполнительные механизмы, управляющие запорными устройствами -- задвижками с электроприводом или предохранительными клапанами с дистанционным управлением, а также устройства дистанционного управления настройкой регуляторов давления.

Важную роль в эффективности и жизнеспособности АСУТП играет управляющий вычислительный комплекс (УВК), являющийся центром обработки информации, поступающей от большого числа датчиков. УВК должен иметь большой объем оперативной и внешней памяти, решать большое число разнообразных задач по указаниям оператора, обладая высоким быстродействием.

Обмен информацией между оперативным персоналом и УВК осуществляется с помощью средств представления информации, которые преобразуют машинные сигналы в форму, воспринимаемую человеком и исполнительным механизмом. В качестве этих средств используют специализированные пульты с клавиатурой и средствами отображения информации -- дисплеями, знакосинтезирующими индикаторами, мнемосхемами, устройствами быстрой печати и т.п.

АСУТП должна охватывать наиболее важные элементы системы газоснабжения, которые оборудуются КП. В число этих элементов входят: все ГРС или точки газопроводов на выходе из ГРС; все ГРП, питающие сети высокого и среднего давления, а также тупиковые сети низкого давления; отдельные ГРП низкого давления, оказывающие значительное влияние на распределение потоков газа в сети; ГРП (ГРУ) промышленных, энергетических и коммунально-бытовых предприятий с расходом газа более 1000 м/ч, а также предприятий с особыми режимами работы или имеющих резервное топливное хозяйство.

Основным источником информации и объектом управления в АСУТП газоснабжения являются КП, которыми оборудуются ГРП и ГРУ.

2. Пример системы телеметрического контроля газорегуляторного пункта

Система телеметрического контроля газораспределительных пунктов (СТК ГРП) - это многоуровневая иерархическая информационно- измерительная система, созданная на базе программно-технического комплекса ПТК «Молния-100», включающая в свой состав систему датчиков и первичных преобразователей (СДПП), установленных на технологическом оборудовании ГРП, шкаф телеизмерений и телесигнализации (ШТТ), установленный в аппаратном помещении ГРП, сервер телемеханики (СТ) и комплекс серверных программных средств (КСПС), установленных в диспетчерской газораспределительного предприятия.

Архитектура СТК ГРП в общем виде реализована на основе нижнего и верхнего уровней, взаимодействующих на основе средств связи.

Нижний уровень реализован на основе аппаратно-программной части СДПП и ШТТ, а верхний - на основе аппаратно-программной части СТ и КСПС.

Совокупность способов и средств связи между компонентами СТТ ГРП обеспечивает как горизонтальный, так и вертикальный обмен данными между отдельными ее составляющими. Горизонтальный обмен обеспечивает передачу данных внутри и между составляющими одного уровня, а вертикальный обмен - между составляющими различных уровней. Связь между нижним и верхним уровнем реализуется на основе GPRS-канала GSM 900/1800 с использованием протокола транспортного уровня TCP/IP.

Территориально СДПП и ШТТ устанавливаются непосредственно на объекте, т.е. на ГРП, а СТ с КСПС - в диспетчерской (пульте управления) газораспределительного предприятия.

В состав СТТ ГРП входят следующие компоненты: нижний уровень; верхний уровень.

Нижний уровень состоит из:

- система датчиков и первичных преобразователей СДПП;

- шкаф телеизмерений и телесигнализации ШТТ.

Важнейшей составляющей ШТТ, реализующей основные функции, является контроллер телесигнализации (КТС).

Верхний уровень состоит из:

- сервер телемеханики СТ;

- комплекс серверных программных средств КСПС.

Составляющие КСПС: подпрограмма приемопередачи данных и подпрограмма их визуализации.

Контроллер КТС является одним из компонентов Программно-технического комплекса "Молния-100", внесённого в Государственный реестр средств измерений под номером 27756-04.

Функциональная схема системы телеметрического контроля указана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Телеметрия ГРП [29]

3. Система телеметрического контроля пункта редуцирования микрорайона Янаул

Для обеспечения безаварийной, бесперебойной подачи газа на газоиспользующие установки газораспределительной сети на пункты редуцирования газа (ПГБ микрорайона Янаул Альшеевского района) устанавливается система телеметрии ПТК «Скат-4».

Внедрение телемеханических систем позволяет сократить численность обслуживающего персонала, уменьшает простои оборудования, освобождает человека от работы во вредных для здоровья условиях.

Телеметрия на ПГБ предназначается для контроля параметров и предотвращения аварий на газораспределительных пунктах.

Система телеметрии ПГБ производит измерения на удалённых расстояниях и собирает информацию для предоставления в диспетчерский пункт. Система телеметрии отображает состояние объекта в реальном времени и передает всю имеющуюся информацию оператору.

Система телеметрии ПГБ может контролировать:

- входное давление;

- перепад давления на фильтрах;

- температуру газа на входе;

- температуру в технологическом помещении;

- температуру в вспомогательном помещении (АОГВ);

- открытие входных дверей «сухой контакт» (в случае отсутствия охранной сигнализации);

- возгорание в помещении «сухой контакт» (в случае наличия пожарной сигнализации);

- загазованность вспомогательного помещения «сухой контакт с отключением газа на отопитель».

Система телеметрии ПГБ передает информацию в диспетчерский пункт через GSM канал (непрерывная передача через GSM модем).

Аппаратура телеметрии (обычно называемая контроллером) на КП собирает информацию об объекте посредством датчиков и преобразователей.

Аппаратура размещается во вспомогательном помещении ПГБ. Пример размещения аппаратуры указан на рисунке 2.

Рисунок 2 - Размещение системы телеметрии во вспомогательном помещении ПГБ [30]

Датчиками являются простые двухпозиционные переключатели, состояние которых изменяется при изменении состояния объекта (включен/выключен, норма/авария и т.п.). Контроллер КП следит за состоянием датчиков и при изменении хотя бы одного из них передает на ПУ посылку, которую называют ТелеСигналом (ТС). Контроллер ПУ, получив ТС, передает его на ЭВМ и контроллер щита. Программа на ЭВМ изменяет состояние изображения контролируемого объекта на схеме и предупреждает диспетчера звуковым сигналом. Контроллер щита зажигает на щите соответствующий индикатор.

Для количественной оценки состояния объекта на КП применены преобразователи, которые преобразуют физические параметры (температура, давление, напряжение, ток) в нормированные электрические сигналы. Контроллер КП измеряет значения этих сигналов и передает их на ПУ в цифровом виде в посылках ТелеИзмерений (ТИ). Аналогично ТС, ТИ поступают на ЭВМ и щит для отображения. Программа для ЭВМ отслеживает уровни приходящих измерений и сигнализировать, например, о превышении критического порога (уставки).

При необходимости вмешательства в ход контролируемого процесса оператор посредством ЭВМ выдает в систему команду Телеуправления (ТУ). C ЭВМ команда поступает на контроллер ПУ, который передает его нужному КП. Контроллер КП при получении команды проверяет ее достоверность, выдает электрический сигнал для включения исполнительного механизма (например, запуск электродвигателя), передает на ПУ квитанцию о выполнении команды. Команды ТУ обычно двухпозиционные: ТУ Включить и ТУ Отключить.

Для стыковки с микропроцессорными устройствами применен интерфейс RS-485. Информационный обмен идет с использованием протокола Modbus.

Структурная схема системы телеметрии ПТК «Скат-4» приведена на рисунке 3.

автоматизированный газораспределительный телеметрический контроль

Рисунок 3 - Структурная схема системы телеметрии ПТК «Скат-4» и диспетчерского пункта контроля

Контролируемые параметры с использованием датчиков преобразования и параметры настройки телеметрии ПТК «Скат-4» указаны в таблице 1.

Таблица 1

Параметры телеметрии ПГБ микрорайона Янаул

4. Сигнализатор загазованности Seitron SGYME0V4ND

Внешний вид сигнализатора Seitron SGYME0V4ND представлен на рисунке 4.4.

Рисунок 4 - Внешний вид Seitron SGYME0V4ND [31]

Внешний сенсор загазованности на природный газ SGYME0V4ND представляет собой трехпроводной передатчик с токовым выходным сигналом 4-20 мА.

Прибор имеет прочный металлический корпус со степенью взрывозащиты EExd, в который встроены электрическая плата и чувствительный элемент, надежно защищенный фильтром, расположенным в нижней части корпуса (согласно инструкции по установке).

Прибор измеряет концентрацию метана в диапазоне, на который он откалиброван, и конвертирует ее в токовый сигнал от 4-20 мА, что соответствует распространенному промышленному стандарту.

В сенсоре применяется чувствительный элемент каталитического принципа действия. При загазованности ниже НКПР (Нижний концентрационный предел распространения) чувствительный элемент такого типа обладает хорошей надежностью и стабильностью. Кроме того, он имеет низкую чувствительность к другим параметрам окружающей среды, таким как температура и влажность.

Так как датчик может воспринимать несколько типов углеводородов одновременно, необходимо обязательно учитывать эту чувствительность к другим газам.

После подачи напряжения прибор готов к работе через 30 секунд предварительного прогрева, но максимальная стабильность достигается после 48 часов работы.

Таблица 2

Технические характеристики сигнализатора загазованности Seitron SGYME0V4ND [31]

5. Датчик-газоанализатор ДАХ-М-03

Внешний вид датчика - газоанализатора ДАХ-М представлен на рисунке 4.5.

В основу принципа действия газоанализаторов положен электрохимический метод.

Рисунок 4.5 - Внешний вид датчика-газоанализатора ДАХ-М [32]

При проникновении детектируемого газа через пористую мембрану, ЭХЯ формирует токовый сигнал (либо сигнал постоянного напряжения для кислорода), пропорциональный концентрации измеряемого компонента в воздухе.

ЭХЯ содержит плату первичного преобразователя, на которой имеется схема включения ЭХЯ, схему электронной регулировки потенциала, схему нормирования сигнала и энергонезависимую память для хранения температурной коррекции ЭХЯ. Аналоговый выходной сигнал с платы первичного преобразователя поступает транзитом через плату клавиатуры и индикации на плату центрального процессора. Центральный процессор по этому сигналу рассчитывает значение концентрации c учетом температурной коррекции из энергонезависимой памяти. Плата центрального процессора также, в зависимости от исполнения газоанализатора, содержит схему формирования цифрового сигнала, наложенного на токовый сигнал. Плата преобразователя питания искробезопасных исполнений газоанализатора

ДАХ-М-03 содержит напряжения для питания схем газоанализатора и элементы искрозащиты.

ЭХЯ включает в себя чувствительный элемент - сенсор и плату, на которой расположены терморезистивные цепи, индивидуальные для каждого типа ЭХЯ и обеспечивающие, совместно с корректирующим усилителем, компенсацию температурных изменений фонового тока и чувствительности сенсора.

Токовый сигнал с ЭХЯ поступает на преобразователь токнапряжение, далее на корректирующий усилитель (компенсирует температурный дрейф фоновых токов). Скомпенсированный сигнал поступает на нормирующий усилитель (обеспечивает регулировку нуля и чувствительности) и далее преобразуется в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА.

Газоанализаторы предназначены для непрерывного измерения концентрации токсичных газов (CO, H2S, SO2, HCL, Cl2, NO2, NH3) и объемной доли кислорода (O2) в воздухе рабочей зоны помещений и открытых площадок.

Область применения - контроль параметров воздуха рабочей зоны, в том числе во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок в качестве самостоятельного изделия или в составе многоканальных систем контроля атмосферы промышленных объектов при их подключении к блокам питания контроллеров сбора данных (например DRAЕGER, EMERSON, YOKOGAWA ELECTRIC, SIEMENS, ALLEN BRADLEY, Круг, Гамма-11 фирмы Альбатрос, МФК фирмы Текон), обеспечивающим параметры питания согласно требованиям настоящего РЭ.

Газоанализаторы работают в составе с ДАХ-М-03 - взрывозащищенным блоком местной сигнализации (БМС), предназначенным для выдачи световой и звуковой сигнализации о достижении концентрацией контролируемого компонента фиксированного порога срабатывания и сигнализации БПС-21М, предназначенным для питания и обработки информации от блоков датчиков с унифицированным выходным сигналом (4 - 20) мА и выдачи аварийной световой и звуковой сигнализации при превышении/принижении заданного уровня сигнала, включения/выключения исполнительных устройств посредством контактов реле для предотвращения возможных аварийных ситуаций.

Газоанализаторы также работают с аналогичными блоками питания и сигнализации и контроллерами во взрывозащищенном исполнении.

Принцип действия газоанализаторов - электрохимический.

Тип газоанализаторов - стационарный, одноканальный.

Способ забора пробы - диффузионный.

Режим работы - непрерывный.

Конструктивно газоанализаторы представляют собой одноблочный прибор.

Газоанализаторы относятся к взрывозащищенному электрооборудованию группы IIС по ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98).

Газоанализаторы имеют взрывобезопасный уровень (1) по ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98), обеспечиваемый видами: «искробезопасная электрическая цепь» (ib) по ГОСТ Р 51330.10-99 (МЭК 60079-11-99), «взрывонепроницаемая оболочка» (d) по ГОСТ Р 51330.1-99 (МЭК60079-1-98).

Газоанализатор ДАХ-М-03 имеет низкую степень опасности механических повреждений по ГОСТ Р 51330.0-99 (МЭК 60079-0-98), работа с пультом и персональным компьютером разрешается вне взрывоопасной зоны, либо при отсутствии в воздухе рабочей зоны взрывоопасных концентраций газов и паров в ходе наладки оборудования, о чем свидетельствует знак «Х» в маркировке взрывозащиты, указывающий на специальные условия для обеспечения безопасности при эксплуатации.

Газоанализаторы ДАХ-М работают с пультом контроля ИБЯЛ.422411.005, предназначенным для индикации выходного сигнала вне взрывоопасной зоны, либо при отсутствии в воздухе рабочей зоны взрывоопасных концентраций газов и паров в ходе наладки оборудования.

Электрическое питание газоанализаторов ДАХ-М-03 осуществляется от внешней искробезопасной цепи уровня «ib» с электрическими параметрами, соответствующими электрооборудованию подгруппы IIС с напряжением постоянного тока от 10 до 24 В.

Степень защиты газоанализаторов от доступа к опасным частям, от попадания внешних твердых предметов и от проникновения воды по ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89): ДАХ-М-03- IP54.

По устойчивости к воздействию климатических факторов газоанализаторы соответствуют климатическому исполнению УХЛ 1 по ГОСТ 15150-69.

Условия эксплуатации газоанализаторов:

1) диапазон температуры окружающей среды от минус 40 до плюс 50°С (для исполнений ДАХ-М-ХХ-О2-30 - от минус 20°С);

2) диапазон атмосферного давления от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.);

3) диапазон относительной влажности воздуха от 30 до 98% при температуре 25°С;

4) содержание пыли не более 10-2 г/м3;

5) производственная вибрация с частотой от 10 до 55 Гц и амплитудой не более 0,15 мм;

6) напряженность внешнего однородного переменного магнитного поля не более 400 А/м;

7) напряженность внешнего однородного переменного электрического поля не более 10 кВ/м.

8) содержание вредных веществ не должно превышать ПДК согласно ГОСТ 12.1.005-88. Допускается кратковременное (не более 10 мин) превышение 5ПДК содержания вредных веществ.

Газоанализаторы обеспечивают выполнение следующих функций:

1) выдачу токового сигнала, пропорционального значению концентрации контролируемых компонентов;

4) выдачу световой сигнализации «ПОРОГ» - постоянное свечение красного индикатора единичного, свидетельствующую о превышении концентрацией определяемого компонента (кроме кислорода) установленного порогового значения или понижении концентрации определяемого компонента кислорода ниже установленного порогового значения (для газоанализаторов ДАХ-М-03).Размещено на Allbest.ru