Автоматизация линейной части магистральных нефтепроводов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Технологическая часть

3.1. Описание структуры КТС

Структура комплекса технических средств АСУ ТП соответствует магистрально-модульному принципу построения с сетевой организацией обмена информацией между устройствами.

Для обеспечения надёжности работы системы, на каждой из станций предусмотрено резервирование контроллера и питания. В конфигурации каждого из контроллеров определены область и объём передаваемых данных и информации о состоянии между обоими контроллерами.

Для системы предусматривается схема ввода/вывода повышенной надёжности. Схема ввода /вывода предусматривает двойную сеть, предохраняющую систему от последствий выхода из строя одной из них.

Система автоматизации линейной части магистрального нефтепровода  имеет трехуровневую структуру – нижний, средний и верхний уровни.

Рисунок.2 - Общая схема телеметрического устройства

К нижнему уровню системы автоматизации относятся:

• датчики технологических параметров;
• исполнительные механизмы;
• система автоматического регулирования;
• показывающие приборы, устанавливаемые по месту.

К нижнему уровню следует также отнести блок ручного управления  аварийных защит (БРУАЗ), который размещается в операторной и имеет в своем составе сигнализацию непосредственно от датчиков сигналов и кнопки управления, воздействующие непосредственно на магнитные пускатели или соленоиды масляных выключателей.

К среднему уровню системы автоматизации относятся программно-аппаратные модули (блоки) управления узлов и агрегатов НПС на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Контроллеры обеспечивают:

• сбор информации от датчиков, устанавливаемых по месту;
• обработку и передачу информации о состоянии объектов на верхний уровень системы автоматизации НПС;
• автоматическое управление технологическим оборудованием станции и контроль его работы;
• прием информации с верхнего уровня системы автоматизации и формирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы.
• передача сигналов телемеханики;
• связи с системой автоматического регулирования давления
• связь с системой автоматического пожаротушения.

Верхний уровень системы автоматизации:

• АРМ оператора-технолога реализован на базе двух персональных компьютеров.
• инженерная станция реализована на базе портативного персонального компьютера. С помощью инженерной станции обеспечивается проектирование и выполнение таких задач, как конфигурирование, документирование и поиск неисправностей. Полностью поддерживаются как проектирование в режиме off-line, так и конфигурирование в режиме on-line.
• компьютеры из состава АРМ оператора-технолога работают независимо друг от друга и связаны с контроллерами среднего уровня по собственным независимым полевым шинам. Выполнение инженерных функций реализуется на одной из операторских станций.

Верхний уровень системы автоматизации обеспечивает:

• прием информации о состоянии объекта;
• мониторинг технологического процесса и получение трендов измеряемых технологических параметров;
• контроль нормативных параметров согласно регламента;
• оперативное управление технологическим процессом;
• архивацию событий нижнего уровня, действий оператора и команд РДП;
• формирование базы данных.

На принтер АРМ оператора-технолога выводится информация:

• таблицы, отображаемые на видеомониторе;
• периодические отчеты о работе НПС;
• перечни аварийных ситуаций за сутки, неделю, месяц;
• перечни неисправностей с указанием времени их возникновения;
• иная информация, формируемая АРМ оператора-технолога.

 

3.1.1. Система автоматического регулирования давления «Вектор»

Система «Вектор» предназначена для:

• реализации функций ПИД-регулятора, контроля, управления и защиты в составе систем  автоматического регулирования (САР);
• управления асинхронными электродвигателями мощностью от 0,75 до 160 кВт;
• измерения параметров (давление) от датчиков или преобразователей, расположенных во взрывоопасных зонах;
• визуального наблюдения измеренных параметров;
• хранения в запоминающем устройстве измеренных параметров.

«Вектор» может применяться автономно, в составе САР или АСУ ТП предприятия, объединенных в сеть интерфейсом RS-485 по протоколу Modbus RTU.

В состав системы «Вектор» входят следующие модули: модуль токовых входов и регулирования (ТВР), модуль дискретного ввода вывода, модуль репитера транскодера (РТК), электронный самописец.

Основным модулем является модуль ТВР.

Модуль ТВР предназначен для выполнения функций ввода-вывода и измерения электрических величин, получаемых от датчиков или преобразователей.

Блок ТВР обеспечивает работу в стандартных диапазонах сигналов постоянного тока и напряжения 0-5 мА, 0-20 мА, 4-20 мА, 0-5 В.

Каждый вход программируется пользователем на выбранный диапазон измерения. Количество входов – 4.

Входное сопротивление: для сигналов тока не более 250 кОм, для сигналов напряжения, не менее 10 кОм.

Принцип действия ТВР основан на аналого-цифровом преобразовании сигналов от различных источников постоянного тока и напряжения и вводе-выводе данных по интерфейсу RS-485.

В состав ТВР входит микроконтроллер, энергонезависимое ПЗУ и 4 канала шестнадцатибитных АЦП с последовательным доступом. ТВР имеет 4 гальванически развязанных искробезопасных входа, гальванически развязанный интерфейс RS-485, а также токовый выход для обеспечения функции ПИД-регулятора.

Все настройки и данные калибровки хранятся в энергонезависимом ПЗУ – EEPROM.

Входной ток преобразуется в напряжение 0..2,5 В и поступает на вход АЦП.

АЦП имеет последовательный интерфейс для связи с микроконтроллером. Сигналы управления, идущие к АЦП, гальванически развязаны от микроконтроллера.

Микроконтроллер управляет работой и обеспечивает чтение данных АЦП, чтение/запись данных в EEPROM, обработку и ввод-вывод данных по интерфейсу RS-485. В качестве микроконтроллера применена микросхема PIC17C44.

Входной токовый сигнал представляется в качестве значения, лежащего в пределах [Z1,Z2], где значение Z1 соответствует минимальному входному току, Z2 – максимальному входному току.

Значения Z1, Z2 программируются через меню настройки в пределах                  [-9999,9999].

Для точной работы АЦП должны быть откалиброваны. Калибровка производится через меню настройки.

Данные калибровки АЦП, значения Z1, Z2 записываются в EEPROM.

Микроконтроллер передает данные гальванически развязанный интерфейс RS-485. Скорость передачи данных программируется через меню настройки.

При включении ТВР микроконтроллер проводит внутренний тест, проверяет данные в EEPROM. При искажении информации в EEPROM или другой неисправности микроконтроллер выводит сообщение об ошибке.

Микроконтроллер одновременно обрабатывает информацию 4 каналов АЦП. При сбое работы одной из микросхем АЦП, в течение 200 мс происходит ожидание готовности микросхемы, после чего происходит перезапуск АЦП. Перезапуск заключается в снятии напряжения питания с АЦП. Питание на АЦП поступает через нормально замкнутые контакты реле, которые размыкаются под управлением микроконтроллера. После снятия питания с АЦП отрабатывается пауза 1с, после чего питание снова подается. При неисправности микросхемы АЦП, несколько раз проводится перезапуск, после чего канал с неисправной микросхемой отключается и выдается сообщение об ошибке.

АЦП гальванически развязаны от микроконтроллера через модуль U1. Модуль U1 обеспечивает развязку 4 каналов АЦП от микроконтроллера, обеспечивает питание микросхем АЦП, двухстороннюю передачу данных от микроконтроллера к АЦП и обратно через оптронную развязку.

 

3.1.2. Прибор контроля вибрации «Аргус-М»

Прибор контроля вибрации «АРГУС-М» предназначен для контроля технического состояния технологического  оборудования.

Прибор для внутренней установки по ГОСТ Р 51330.0 с видом взрывозащиты "искробезопасная электрическая цепь" соответствует требованиям ГОСТ Р 51330.10 и ГОСТ Р 51330.0, требованиям безопасности ГОСТ 12.2.003 и ГОСТ 12.2.007.0 и общим требованиям пожарной безопасности ГОСТ 12.1.004.

По каналу контроля вибрации прибор обеспечивает:

• контроль виброскорости объекта в диапазоне 0-12,0 мм/с и выдачу сигнала виброускорения в  диапазоне 0-50 м/с2.
• основная   приведенная   погрешность   прибора   на   частоте   80   Гц ≤ 5%, дополнительная погрешность при изменении температуры среды, окружающей прибор, от +10 до +400С и питающего напряжения от 187 до 242 В   не   превышает   0,5   предела основной приведенной погрешности.

Общие характеристики прибора:

• аварийные сигналы, выдаваемые прибором формируются реле, обеспечивающими коммутацию токов до 0,2 А при напряжении до 220 В, 50 Гц;
• каждый канал прибора обеспечивает оперативное задание двух контрольных значений, при достижении которых выдаются аварийные сигналы и индикация на переднюю панель прибора;
• каждый модуль прибора имеет функционально законченный конструктив для оперативной замены канальных модулей;
• в конструкции прибора заложена возможность связи с внешними абонентами по интерфейсу RS 485.

Принцип действия прибора основан на измерении электрических параметров датчиков, преобразовании их в цифровое значение и сравнении его с двумя задаваемыми опорными напряжениями. Каждый измерительный модуль состоит из трех функциональных частей – платы нормирующих усилителей, цифровой схемы управления и платы контроллера и индикации. Аналоговая часть модуля обеспечивает усиление, фильтрацию и другие необходимые преобразования входных сигналов, а также искробезопасность входных цепей. С выхода платы нормированный сигнал поступает на плату контроллера и индикации. Блок питания обеспечивает модули необходимыми питающими напряжениями. Модуль имеет графический ЖКИ дисплей, что позволяет выводить информацию с достаточной точностью.

На передней панели модулей расположены трёхцветные светодиоды по количеству каналов в модуле. В нормальном режиме светодиоды горят зелёным цветом. При превышении предупредительной уставки, соответствующие светодиоды горят жёлтым светом, а после истечения времени задержки (если все это время сигнал непрерывно превышал уровень уставки) включается предупредительное реле, прерывистая звуковая сигнализация и соответствующие светодиоды мигают жёлтым светом. После нажатия кнопки «квитирование» звуковой и предупредительный сигнал прекращаются, а светодиод горит непрерывно. Если уровень сигнала стал меньше уровня уставки до нажатия кнопки «квитирование», звуковой и предупредительный сигналы снимаются, а светодиод горит мигающим зелёным светом. После нажатия на кнопку «квитирование» мигание светодиода прекращается.

Канал контроля виброскорости, в общем случае, состоит из датчика вибрации, устройства связи с объектом УСО MV-6 и модуля контроля MV-6.

В качестве датчиков вибрации используются пьезоэлектрические однокоординатные датчики НИЦ-6.

Модуль контроля вибрации  MV- 6  предназначен для усиления, фильтрации и преобразования сигнала, выдаваемого УСО, в мгновенное значение виброускорения и среднеквадратичное   значение  (СКЗ)   виброскорости, оцифровывания этого  значения и сравнения в цифровом виде с контрольными уставками предупредительной и аварийной сигнализации. Он обеспечивает индикацию принимаемых значений и состояния каждого канала, а также выдает управляющие сигналы на цепи внешней автоматики и сигналы на включение предупредительной или аварийной звуковой сигнализации.

В состав каждого из шести каналов аналоговой части модуля входят:

• входной буферный усилитель на элементе ID 1.1 (для первого канала);
• узел формирования СКЗ виброскорости, состоящий из интегратора, полосового фильтра 10 Гц - 1 кГц (1D2.1 и 1D2.4) и детектора среднеквадратичного значения 1D3, с выхода которого  сигнал  постоянного  тока  после  усиления  на   1D2.3  поступает  через аналоговый коммутатор D6 на АЦП процессора;
• узел формирования сигнала виброускорения на активных фильтрах 1D1.2 и  1D2.2, с которых снимается нормализованный сигнал в полосе частот 3 Гц – 5 кГц и действующим значением до 5 В, при коэффициенте преобразования 1 В= 10 м/с2.