СТАТЬИ ПО ТЕМАМ

 
 

Автоматизация

Коммерческий учет газов и теплоресурсов с использованием ПТК "КРУГ-2000/Г" и "КРУГ-2000/Т"

Промышленные АСУ и Контроллеры, №12, 2002 г.
   

 



Рассматриваются вопросы коммерческого учета газов и теплоресурсов на базе ПТК "КРУГ-2000". Описывается структура, принципы работы, технические и метрологические характеристики и возможности ПТК.
ПТК "КРУГ-2000" - первый на отечественном рынке средств автоматизации открытый сертифицированный ПТК, предназначенный для создания современных систем контроля и управления сосредоточенными и распределенными объектами.

Основные компоненты ПТК "КРУГ-2000" и их особенности
  • Интегрированная SCADA "КРУГ-2000" - полнофункциональный, открытый пакет программ для создания СА (для ОС Windows NT/2000/XP, а некоторые модули также для LINUX и QNX), в том числе среда разработки (генератор БД, графический редактор, технологический язык и др.) и среда исполнения (исполняемые модули станций оператора и контроллеров, модули учета газа и тепла).
  • Контроллеры серии TREI - 5B. Достоинства контролеров - "горячая" замена модулей, непосредственный ввод/вывод более 180 типов сигналов, резервирование вычислительного модуля, индивидуальная гальваническая изоляция входов/выходов.
  • Станции (АРМ) оператора на базе ПК, оснащенные технологическими клавиатурами.
  • Станция инжиниринга на базе ПК представляет собой автоматизированное рабочее место инженера службы АСУТП, позволяющее вести оперативный контроль за работой программно-технических средств системы, техническую диагностику контроллеров, а также настройку программ обработки данных в контроллерах и других абонентах системы.
  • Сетевые средства обмена данными (Ethernet, Fast Ethernet, RS-485).
  • Шкафы монтажные на базе конструктивов RITTAL.
  • Коммуникационные серверы, WWW-сервер, предназначенные для обеспечения связи со смежными системами.
  • Системы бесперебойного питания.
  • Комплект документации, включающий в себя эксплуатационную документацию ( руководство по эксплуатации, формуляр, методики поверки, свидетельства о поверке ПТК), эксплуатационную документацию на технические и программные средства.
Перечисленные выше компоненты ПТК являются общими как для системы коммерческого учета газа (ПТК "КРУГ-2000/Г"), так и для системы коммерческого учета теплоносителей (КРУГ-2000/Т).
Система коммерческого учета газа и его компонентов на базе ПТК "КРУГ-2000/Г"
ПТК "КРУГ-2000/Г" относится к средствам измерений электрических величин по ГОСТ 22261. Он предназначен для создания автоматизированных систем управления, обеспечивающих коммерческий учет и диспетчеризацию добываемого, перерабатываемого, транспортируемого или распределяемого природного газа и его компонентов. ПТК обеспечивает оперативный контроль, архивирование текущих и усредненных значений их технических параметров. ПТК может применяться на предприятиях, осуществляющих добычу, переработку и транспортировку с распределением природного газа и его компонентов, а также любых других газов и их смесей.
Сертификация. На ПТК получены следующие сертификаты и свидетельства:
  • сертификат Госстандарта РФ №5848 от 05.01.1999. Комплексы программно-технические "КРУГ - 2000/Г";
  • разрешение Госгортехнадзора на применение ПТК "КРУГ - 2000/Г";
  • разрешение на применение и аккредитация РАО "ЕЭС России".
Достоинства. Возможность построения систем с распределенной структурой помогает снизить затраты на кабельную продукцию. Компоненты ПТК обладают высоким уровнем самодиагностики и проектируемым выборочным резервированием.

Структура ПТК

ПТК представляет собой интегрированную иерархическую систему, состоящую из аппаратно и программно совместимых технических средств, объединенных средствами передачи данных. Структура ПТК - двухуровневая. Нижний уровень составляют УСО, осуществляющие первичные сбор и обработку информации, а также:

  • расчет параметров физического состояния природного газа и его компонентов;
  • вычисление массы, объема, массового и объемного расходов, природного газа и его компонентов, прошедших в течение заданного интервала времени по газопроводам или узлам учета любой конфигурации;
  • восстановление учетных параметров (массы, объема) после простоя системы с добавлением к их значениям на момент отключения произведения времени простоя (в зависимости от длительности простоя) на договорную константу или значение расхода перед отключением.
В качестве устройств нижнего уровня (УСО) используются контроллеры сер. TREI-5B. Все УСО представляют собой средства измерений утвержденных типов, занесенные в Государственный реестр средств измерений и имеющие нормированные метрологические характеристики. УСО по стандартному интерфейсу Ethernet (RS-232, -485) связаны с устройствами верхнего уровня (станция оператора), к которым относятся средства для вычислительной обработки информации, ее регистрации, архивирования, отображения, документирования и диалога с системой.
Верхний уровень реализован на ПК промышленного или офисного исполнения (с соответствующим ПО) и выполняет визуализацию и заданную обработку информации, поступающей с нижнего уровня.

Основные функции

ПТК "КРУГ-2000/Г" обеспечивает выполнение следующих основных функций:

  • измерение, контроль и преобразование входных электрических сигналов, поступающих от датчиков температуры, давления, перепада давления, преобразователей расхода, установленных на газопроводах и стандартных сужающих устройствах (реализуется в контроллере);
  • расчет параметров физического состояния природного газа и его компонентов (метана, этана, пропана, бутана, азота, диоксида углерода, сероводорода, ацетилена, этилена, пропилена, пентана и др.) по алгоритмам, регламентированным ГОСТ 30319.0, ГОСТ 30319.2 и ГОСТ 30319.3, на основе измеренных или введенных данных;
  • вычисление коэффициента сжимаемости природного газа методами NX19мод, GERG-91мод, AGA8-92DC, ВНИИЦ СМВ (выбор конкретного метода осуществляется при инициализации ПТК);
  • вычисление массы, объема, массового и объемного расхода, природного газа и его компонентов, прошедших в течение заданного интервала времени по трубопроводам или узлам учета любой конфигурации (реализуется либо в контроллере, либо на станции оператора);
  • вычисление массового и объемного расхода контролируемой среды осуществляется по ГОСТ 8.563.2, измеряемого с помощью стандартных сужающих устройств - диафрагм с угловым, фланцевым или трехрадиусным способами отбора, сопел ИСА 1932, сопел и труб Вентури, выполненных в соответствии с ГОСТ 8.563.1;
  • расчет действительного объемного расхода, приведенного к нормальным условиям;
  • восстановление учетных параметров (массы) после простоя системы с добавлением к их значениям на момент отключения произведения времени простоя (в зависимости от длительности простоя) на договорную константу или значение расхода перед отключением (реализуется в контроллере);
  • защита данных и результатов от несанкционированного изменения, архивирование данных, а также сохранения при обесточивании сети питания (суммарное время сохранения информации при обесточивании до 8 лет).
  • возможность вывода оперативной информации оператору (реализуется на станции оператора);
  • формирование и вывод на печать режимного листа, протоколов событий и данных по запросу пользователя (реализуется на станции оператора);
  • выполнение переходов "зима-лето" и "лето-зима";
  • связь с вышестоящими и смежными системами;
  • ручной ввод данных (паспортные данные трубопровода, измерителя расхода) и др.;
  • формирование световой и звуковой сигнализации выхода за регламентированные границы значений любых измеряемых параметров теплоносителей;
  • формирование архивирования и визуализации часовых, сменных и суточных трендов (средних, суммарных, экстремальных и срез значений) любых измеряемых или рассчитываемых параметров теплоносителей по трубопроводам, магистралям и узлам учета.
Система коммерческого учета теплоносителей на базе ПТК "КРУГ-2000/Т"

ПТК "КРУГ-2000/Т" предназначен для создания автоматизированных систем, обеспечивающих коммерческий учет и диспетчеризацию отпускаемой или потребляемой тепловой энергии, массы перегретого и насыщенного пара, горячей и холодной воды в соответствии с "Правилами учета тепловой энергии и теплоносителя". Он также обеспечивает оперативный контроль и архивирование текущих и усредненных значений технических параметров теплоносителей.
ПТК может применяться на объектах теплоэнергетики и промышленных предприятиях с паровыми и водяными закрытыми и открытыми системами теплоснабжения, а также с системами теплопотребления, выполненных по зависимым и независимым схемам подключения.

Сертификация

На ПТК имеются следующие сертификаты и свидетельства:
  • сертификат Госстандарта РФ №9519 от 28.05.2001. Комплексы программно-технические "КРУГ-2000/Т";
  • разрешение Госгортехнадзора на применение ПТК "КРУГ - 2000/Т";
  • разрешение на применение и аккредитация РАО "ЕС России".
Достоинства

Внедрение ПТК позволяет решать задачи учета и контроля на качественно новом уровне за счет реализации более сложных алгоритмов, которые являются дополнением и детализации "Правил учета тепловой энергии и теплоносителей", обеспечивает персонал предприятия оперативной, надежной и учетной информацией о параметрах теплоносителей, а также снижение трудоемкости учета отпуска тепловой энергии и теплоносителей. Кроме того, возможность распределенной структуры обеспечивает снижение затрат на кабельную продукцию.

Структура ПТК

ПТК "КРУГ-2000/Т" представляет собой интегрированную иерархическую систему, состоящую из аппаратно и программно совместимых технических средств, объединенных средствами передачи данных. ПТК обеспечивают агрегатирование с датчиками параметров потоков теплоносителей - с датчиками давления, перепада давления, объемного расхода теплоносителей, обладающими выходными аналоговыми сигналами по ГОСТ 26.011, и с термопреобразователями сопротивлений, обладающими нормированными статическими характеристиками по ГОСТ 6651.
Структура ПТК - двухуровневая. Нижний уровень составляют устройства УСО, верхний уровень - станция оператора (СО). В качестве устройств нижнего уровня (УСО) используются контроллеры TREI-5B-00, TREI-5B-02. Возможно применение в качестве УСО других агрегатных средств аналогичного назначения. При этом базовое ПО ПТК дополняется соответствующими драйверами.
На нижнем уровне выполняется первичный сбор и обработка информации, вычисление массы, объема, массового и объемного расхода, отпускаемой или потребляемой тепловой энергии теплоносителя по трубопроводам или узлам учета любой конфигурации. Верхний уровень (СО) реализован на персональных IBM-совместимых компьютерах (Windows NT/2000) и выполняет визуализацию, архивирование информации, поступающей с нижнего уровня (СО может быть запрограммирована на функции - расчет и восстановление учетных параметров теплоносителя), регистрацию событий, документирование и диалог с системой.

Основные функции
  • Измерение сигналов, поступающих от датчиков объемного расхода теплоносителя.
  • Измерение сигналов от датчиков температуры, давления, перепада давления установленных на стандартных сужающих устройствах по ГОСТ 8.563 или РД 50-213-80, трубках полного напора по ГОСТ 8.361, и преобразование их в эквивалентные значения давления, температуры, тепловой мощности, объемного и массового расхода теплоносителя в трубопроводе.
  • Вычисление массы, тепловой энергии теплоносителя, прошедшего в течение заданного интервала времени по трубопроводу.
  • Вычисление тепловой энергии, массы теплоносителя, отпускаемой или потребляемой в течение заданного интервала времени по магистралям или узлам учета любой конфигурации.
  • Восстановление учетных параметров (массы и тепловой энергии) после простоя системы с добавлением к их значениям на момент отключения произведения времени простоя (в зависимости от длительности простоя) на договорную константу или по значению расхода перед отключением.
  • Формирование и вывод на печать журнала и ведомости учета тепловой энергии и теплоносителя по форме, регламентированной в "Правилах учета тепловой энергии и теплоносителя".
  • Защита данных и результатов вычислений от несанкционированного изменения, сохранение их при обесточивании сети питания.
  • Формирование световой и звуковой сигнализации выхода за регламентированные границы значений любых измеряемых параметров теплоносителей.
  • Формирование архивирования и визуализации часовых, сменных и суточных трендов (средних, суммарных, экстремальных и срез значений) любых измеряемых или рассчитываемых параметров теплоносителей по трубопроводам, магистралям и узлам учета.
  • Выполнение переходов "зима-лето" и "лето-зима".
  • Связь с вышестоящими и смежными системами.
  • Защиты и блокировки.
Объекты внедрения

Коммерческий учет теплоресурсов на базе ПТК "КРУГ-2000/Т" внедрен на ОАО "Крекинг" (г. Саратов), Ново-Салаватской ТЭЦ ОАО Башкирэнерго", Саранской ТЭЦ-2 ОАО "Мордовэнерго" и др.
Общие технические и метрологические характеристики ПТК

Технические характеристики:
  • общее количество групп учета - до 80;
  • количество аналоговых измерительных каналов - до 400;
  • количество аналоговых измерительных каналов для подключения датчиков с одного трубопровода - до 5.
Характеристики надежности:
  • среднее время наработки на отказ УСО не менее 75000 ч;
  • среднее время восстановления работоспособности ПТК не более 1 ч;
  • средний срок службы ПТК не менее 10 лет.
По желанию заказчика может осуществляться 100%-ое "горячее" резервирование вычислительных модулей контроллера, модулей ввода/вывода, станции оператора, а также дублирование всех компонентов локальной вычислительной сети ПТК (сетевые адаптеры, сетевой кабель, концентраторы).

Условия эксплуатации:
  • температура окружающего воздуха - 20+2 °С (для УСО 0:50 °С);
  • относительная влажность воздуха - 55+25 % (для УСО до 85 %);
  • атмосферное давление 630:800 мм рт.ст.
Режим работы ПТК - круглосуточный с остановами на техническое обслуживание при отключениях технологического оборудования.

Метрологические характеристики

ПТК обладает следующими метрологическими характеристиками:
  • пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерительных каналов давления и перепада давления, объемного расхода (по преобразованию сигналов от объемных расходомеров) - 0,025 % (без учета погрешности первичного преобразователя);
  • пределы допускаемой основной абсолютной погрешности измерительных каналов температуры - 0,2 °С (без учета погрешности первичного преобразователя);
  • пределы допускаемой основной относительной погрешности измерительных каналов массового и объемного расхода в нормальных и рабочих условиях в диапазоне 4:100 % шкалы составляют для газов, не содержащих сероводород 0,15 % , для газов, содержащих сероводород 0,25 % (только для ПТК "КРУГ-2000/Г");
  • предел допускаемой основной относительной погрешности составных (многопредельных) измерительных каналов массового расхода в диапазоне от 4 % до 100 % шкалы - 0,2 % (только для ПТК "КРУГ-2000/Т");
  • пределы допускаемой дополнительной температурной погрешности измерительных каналов давления, перепада давления, температуры, расхода не превышают половины основной погрешности на каждые 10 °С;
  • пределы допускаемой основной относительной погрешности вычисления коэффициента сжимаемости природного газа соответствуют ГОСТ 30319.2 (только для ПТК "КРУГ-2000/Г");
  • пределы допускаемой основной относительной погрешности вычисления плотности теплоносителя - 0,03% (только для ПТК "КРУГ-2000/Т");
  • пределы допускаемой основной относительной погрешности вычисления энтальпии теплоносителя - 0,05% (только для ПТК "КРУГ-2000/Т");
  • пределы допускаемой погрешности средних, суммарных и экстремальных значений величин, представляемых в часовых, сменных и суточных трендах равны пределам допускаемой погрешности текущего значения соответствующей величины;
  • пределы допускаемой относительной погрешности измерения времени - 0,01 %.
Метрологические характеристики измерительных каналов давления, перепада давления, объемного расхода и температуры ПТК "КРУГ-2000/Г" нормируются без учета погрешности датчиков и в диапазонах изменения параметров природного газа в соответствии с табл. 1.

Таблица 1
Наименование газовой среды Диапазон изменения абсолютного давления, МПа Температура,°С
Природный газ и его компоненты 0,1...12,0 -23...57

Метрологические характеристики измерительных каналов давления, перепада давления, объемного расхода и температуры ПТК "КРУГ-2000/Т" нормируются без учета погрешности датчиков и в диапазонах изменения параметров теплоносителей, представленных в таблице. 

Таблица 2

Вид теплоносителя Диапазон изменения абсолютного давления, МПа Температура,°С
Вода 0,1...2,5 1...200
Перегретый пар 0,2...30,0 110...600
Сухой насыщенный пар 0,2...2,0 100...210


Услуги: разработка технического задания и проектно-сметной документации, комплектация, обучение на полигоне и объекте заказчика, разработка методик поверки, согласование с местными органами Центра стандартизации и метрологии, метрологическая аттестация измерительных каналов, предварительные испытания на полигоне изготовителя, пусконаладка и ввод в действие, внесение в Госреестр средств измерений, проектирование и поставка, шеф-наладка, гарантийное и сервисное обслуживание.


В.В. ЕРМАКОВ
© 2002 НПФ "КРУГ"