Проектирование автоматизированной системы блока обессоливания и обезвоживания Карабашкой УКПН

     Подготовка  нефти может производиться только на блоке обезвоживания и обессоливания  без стабилизации нефти. В этом случае обессоленная нефть после промежуточных емкостей Б-1,2 направляется насосом Н-102/1,2 в печь П-201 и далее через теплообменники Т-101/ А¸F и Т-108/ А¸F в товарный парк, минуя теплообменники Т-106/1¸4 и колонну К-101. При этом регулирующий клапан поз.400д. регулятора уровня колонны К-101 регулирует давление на выходе теплообменников Т-108/ А¸F от регулятора давления поз. 202б.

2. Формирование  требований пользователя к АС

     По  итогам исследования объекта автоматизации  были сформулированы следующие требования к АС:

1. Осуществлять в режиме реального времени оперативный мониторинг производственных и технологических процессов;
2. Исходя из изменения производственной ситуации и вышестоящего уровня; управления, производить управление материальными и энергетическими потоками;
3. Производить контроль и управление качеством продукции;
4. Осуществлять прогнозирование сбоев, отказов и аварийных ситуации в производственном процессе;
5. Создать возможность автоматизированного накопления и хранения информации, полученной из производственного процесса;
6. Повысить безопасность работы персонала, путем обнаружения отклонений режимных параметров оборудования;
7. Увеличить эффективность работы персонала осуществляющего сбор и анализ информации;
8. Увеличить надежность блока обессоливания и обезвоживания нефти.

2. Разработка  концепции АС

     Эта стадия включает в себя следующие  этапы работ:

1. Изучение объекта;
2. Проведение необходимых научно-исследовательских работ;
3. Разработка вариантов концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователя
4. Оформление отчета о выполненной работе.

     На  этапах «Изучение объекта» и «Проведение  необходимых научно-исследовательских  работа» проводится детальное изучение объекта автоматизации и необходимые научно-исследовательские работы (НИР), связанные с поиском путей и оценкой возможности реализации требований пользователя, оформляют и утверждают отчеты о НИР.

     Так как производство в блоке обессоливания и обезвоживания непосредственного связано с подготовкой нефти, при организации работ по автоматизации следует учитывать данный факт. В частности стоить выделить, что при подготовке нефти из нее выделяется токсичный пластовый газ; также при производстве применяются химические вещества. Исходя из этого, следует принимать во внимание при автоматизации производства охрану труда персонала (средства блокировки, сигнализации и т.д).

     Второй  этап заключается в разработке вариантов  концепции АС и выборе варианта концепции  АС, удовлетворяющего требованиям пользователя. В общем случае, проводят разработку альтернативных вариантов концепции  создаваемой АС и планов их реализации; оценку необходимых ресурсов на их реализацию и обеспечение функционирования; оценку преимущества и недостатков  каждого варианта; определение порядка оценки качества и условий приемки системы; оценку эффектов, получаемых от системы.

     Для осуществления контроля и мониторинга  предпочтение отдалось ПО SimaticWinCC. Критерием выбора системы служили следующее преимущества:

• Единая среда разработки АСУ ТП
• Раздельное конфигурирование структуры АСУ ТП
• Открытость и следование стандартам
• Неограниченная гибкость вычислительных возможностей

Совместно для работы с ПО SimaticWinCCбыли выбраны контроллерыSIMATIC S7-400.  контроллер предназначен для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности, имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке.

     Итоговым  этапом является оформление отчета о  выполненной работе, содержащий описание выполненных работ на стадии описания и обоснования предлагаемого варианта концепции системы.

3. Техническое задание

Разработка  ТЗ включает в себя подготовку специального документа с аналогичным названием. В Техническом задании обязательно должны быть описаны:

• ограничения, риски, критические факторы, влияющие на успешность проекта, например время реакции системы на запрос является заданным ограничением, а не желательным фактором;
• совокупность условий, при которых предполагается эксплуатировать будущую систему: архитектура системы, аппаратные и программные ресурсы, предоставляемые системе, внешние условия её функционирования, состав людей и работ, которые обеспечивают бесперебойное функционирование системы;
• сроки завершения отдельных этапов, форма сдачи работ, ресурсы, привлекаемые в процессе разработки проекта, меры по защите информации;
• описание выполняемых системой функций;
• будущие требования к системе в случае её развития, например возможность работы пользователя с системой с помощью Интернета и т.п.;
• сущности, необходимые для выполнения функций системы;
• интерфейсы и распределение функций между человеком и системой;
• требования к программным и информационным компонентам ПО, требования к СУБД. Если проект предполагается реализовывать для нескольких СУБД, то требования к каждой из них, или общие требования к абстрактной (например, распределённой) СУБД и список рекомендуемых для данного проекта СУБД, которые удовлетворяют заданным условиям;
• что не будет реализовано в рамках проекта.

     Целью создания системы является:

1. Замена физически и морально устаревших средств автоматизации с производственного процесса;
2. Получение более достоверной информации о технологическом процессе;
3. Оперативный мониторинг и управление процессами в производстве;
4. Увеличение надежности и работоспособности технологических процессов;
5. Обеспечение безопасности рабочего персонала;
6. Оптимизация работы технологических процессов;
7. Снижение выбросов в окружающее среду.

     Функции системы:

1. Управление исполнительными механизмами;
2. Прием, обработка и отображение параметров технологических процессоров от датчиков;
3. Архивирование и передача производственной информации в единый центр;
4. Автоматическое поддержание технологических параметров задаваемых оператором;
5. Автоматическая сигнализация при нарушении каких-либо производственных параметров;
6. Автоматический останов при аварии;
7. Полное отображение данных о параметрах производственного процесса в диспетчерском пункте.

    На разрабатываемую систему налагается ряд существенных дополнительных требований:

1. Высокая надежность АС;
2. Дистанционный режим функционирования системы;
3. Наличие группы специалистов (операторы, наладчики и системный инженер) для обслуживания системы;
4. Приспособленность системы к изменению процессов и методов управления;
5. Эргономичность системы с технической точки зрения;
6. Низкая стоимость введения в эксплуатацию системы.

     Утверждение ТЗ наАС осуществляют руководители предприятий разработчика и заказчика системы.

4. Эскизный  проект

1. Разработка  предварительных проектных решений  по системе и ее частям

     Эскизный  проект (draftdesign) включает разработку принципиальные конструкторские и схемные решения объекта разработки, а также данные, определяющие его назначение и основные параметры. Он включает основные положения Технического задания и подразумевает разработку предварительных или упрощённых с точки зрения требований предъявляемых к проектированию, используемых в Техническом и Техно-рабочем проектах, проектных решений по системе и её частям, а также разработку документации на АС и её части. В первом случае его используют для предварительного проектирования крупных организаций и систем, а во втором – для небольших, а также средних типовых систем и организаций.

     Для крупных организаций и систем по результатам, полученным в Эскизном проекте, первоначально целесообразно  выполнение пилотного проекта. Пилотный проект подразумевает первоначальное реальное использование ИС в предназначенной для этого реальной среде и обычно связан с приобретением относительно небольшого количества устройств, лицензий и другого, а также обучением узкого круга специалистов. Он должен включать большинство характеристик реальных проектов, для которых предназначено данное средство.

     Наиболее  рациональном вариантом проектирования эскизного и технического проекта является использование CASE систем и CALS технологий.

     CASE-системы  предназначены для поддержания  процесса создания и сопровождение ИС, включая анали и формулировку требований, проектирование прикладного ПО и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процесы. CASE-средсвтва вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду раброаботки ИС. CASE-технология представялет собой методологию проектирования ИС, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную область, анализироватьэту модель на всех этапах разработки и сопровождение ИС и разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей. Большинство существующих CASE-средст основано на методологиях структурного или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамки поведения системы и архитектуры программных средств.

     CALS-технологии  — современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия. За счет непрерывной информационной поддержки обеспечиваются единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Информационная поддержка реализуется в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.

     Применение CALS-технологий позволяет существенно  сократить объёмы проектных работ, так как описания многих составных  частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.

     Создаваемая АС должна обладать следующими функциями:

• выдачи управляющего воздействия - возможность выдачи сигналов управления на ИМ оператором;
• сигнализация - автоматическая проверка показаний приборов с заранее заданными величинами, которая сопровождается световой индикацией;
• сбор и измерение данных от датчиков;
• индикация всех параметров в АРМ оператора;
• конфигурирование и обслуживание системы. Предназначено для адаптации системы к изменяющимся условиям технологического процесса, а также для настройки системы в процессе пусконаладочных работ;

     Нижний  полевой уровень обеспечивает сбор данных о параметрах технологического процесса и состояния оборудования, реализует управляющие воздействия. Основными техническими средствами нижнего уровня являются датчики и исполнительные устройства, станции распределенного ввода/вывода, пускатели, концевые выключатели, преобразователи частоты.

     Средний уровень (уровень контроллеров) состоит из программируемых логических контроллеров(ПЛК). Он принимает полевые данные и выдает команды управления на нижний уровень. Управление в ПЛК осуществляется по заранее разработанному алгоритму, который исполняется циклически (прием данных - обработка - выдача управляющих команд).

     Верхний уровень – это уровень визуализации, диспетчеризации и сбора данных. На этом уровне задействован человек. За распределенной системой машин, механизмов и агрегатов осуществляет контроль оператор. Для таких систем применяют SCADA. Верхний уровень АСУ ТП обеспечивает сбор, а также архивацию важнейших данных от ПЛК, их визуализацию. При получении данных система самостоятельно сравнивает их с граничными параметрами и п при выходе за границы уведомляет оператора с помощью тревог.