Распределенная система управления процессом приготовления топлив в потоке (по результатам внедрения в ООО «КИНЕФ» АСУТП парка смешения топлив)

Характеристики объекта автоматизации

Возрастающие экономические, экологические, эксплуатационные требования, совершенствование автомобильных конструкций приводят к постоянному повышению требований к потребительским свойствам моторных топлив. Удовлетворение данных требований является одной из первоочередных задач, стоящих перед нефтеперерабатывающими заводами, в условиях современного рынка, который представлен довольно обширным ассортиментом продуктов отечественных и зарубежных нефтехимических компаний и фирм.

Подобные задачи стоят и перед одним из крупнейших НПЗ России - ООО "КИНЕФ", которым разработан план приведения работы установок к новым требованиям. Одним из этапов этой работы является внедрение в 2007 г. полностью автоматизированного узла ввода присадок в дизельные топлива на ПСТ-1 (парк смешения светлых нефтепродуктов). Помимо упомянутого узла, ПСТ-1 включает в себя несколько резервуарных парков, два узла смешения бензинов и узел смешения дизельных топлив.

Планомерные работы по созданию распределённой системы управления на данной установке ведутся с 1999 г., когда была внедрена система управления узлом смешения дизельных топлив. Система строилась на базе ПТК "КРУГ-2000", включающего два шкафа управления и четыре станции оператора. По результатам эксплуатации АСУТП узла смешения дизельных топлив было принято решение о её расширении за счёт автоматизации процессов управления узлом смешения бензинов. В 2002 г. система была дополнена ещё тремя шкафами управления с контроллерами. Для реализации функций отображения и архивирования значений уровней и плотностей нефтепродуктов в резервуарах была налажена связь с системой Valcom.

Цели и задачи создания системы

Основные цели создания АСУТП ПСТ-1:

• получение топлив самого высокого качества
• внедрение системы управления узлом ввода присадок в дизельное топливо как части единой системы управления
• обеспечение высокой надежности и отказоустойчивости системы контроля и управления
• организация связи с АСУП завода
• улучшение условий труда обслуживающего установку персонала.

 

Поставленные цели определили следующие задачи автоматизации:

• интеграция в единый управляющий комплекс вновь поставляемого ПТК "КРУГ-2000" и уже существующих комплексов оборудования контроля и управления
• расширение информационной мощности системы за счет сигналов от вновь устанавливаемых приборов и оборудования
• реконфигурация системы в связи с изменением состава сигналов существующих контроллеров и алгоритмов
• организация каналов связи с новым оборудованием, в частности, с вариаторами фирмы ABB, для построения супервизорной системы регулирования частоты вращения дозирующих насосов
• реализация алгоритмов управления, обеспечивающих безопасную эксплуатацию установки, безаварийные пуск и останов агрегатов, повышение качества производимой продукции
• передача данных в АСУП завода
• использование Intranet-технологии для реализации возможности удаленного просмотра информации по системе (мнемосхемы, протокол сообщений, тренды и т.д.) для оперативного принятия решений.

 

Особенность внедрения АСУТП связана с невозможностью остановки технологического оборудования даже на относительно небольшое время. В связи с имеющимся накопленным опытом подобных работ, в частности, на данной установке, было принято решение о выполнении поставленных задач на работающем оборудовании.

 

Автоматизируемые функции

АСУТП ПСТ-1 является полномасштабной системой управления и включает информационную подсистему, подсистему противоаварийных защит и блокировок (ПАЗ), подсистему автоматического регулирования и дистанционного управления, подсистемы сбора, визуализации и архивирования данных и т.д. Функции подсистем перечислены ниже.

Информационные функции:

• контроль и измерение технологических параметров
• сигнализация отклонений параметров от установленных границ
• сигнализация нарушений состояния оборудования
• ручной ввод данных
• формирование и выдача данных оперативному персоналу в форматах протокола сообщений, режимных листов и протоколов аварийных ситуаций
• ведение архивов
• обмен информацией с имеющимися сторонними системами управления
• передача информации в АСУП завода
• передача технологической и диагностической информации с использованием Web-технологий.

 

Управляющие функции:

• дистанционное управление технологическим оборудованием
• дистанционное управление исполнительными механизмами в режиме ручного управления
• выполнение алгоритмов защит и блокировок
• автоматическое регулирование.

 

Функции самодиагностики:

• контроль прохождения команд управления в контроллер
• контроль срабатывания блокировок и защит
• программно-аппаратная самодиагностика контроллеров с выводом информации на индикаторы плат и на верхний уровень
• контроль обрыва линий связи с УСО
• вывод диагностической информации на станции оператора и станцию инжиниринга.

 

Вспомогательные функции:

• автоматический перезапуск ПК при срабатывании WatchDog
• оперативная перенастройка системы и реконфигурация программного обеспечения
• поддержка единства системного времени
• осуществление переходов "зима-лето" и "лето-зима"
• регистрация лица, осуществляющего управление объектом, и протоколирование всех его действий.

 

Архитектура

АСУТП ПСТ-1 представляет собой двухуровневую распределенную систему управления с использованием клиент-серверной архитектуры (уровень датчиков и исполнительных механизмов в данной статье не рассматривается). Структурная схема АСУТП ПСТ-1 изображена на рис. 1

В 1й (нижний) уровень системы входят: микропроцессорные контроллеры подсистемы ПАЗ, автоматического регулирования, дистанционного управления и информационной подсистемы. Контроллеры включают процессорные блоки и выносные УСО. Процессорные блоки служат для обработки измеряемых параметров по заданным технологическим алгоритмам и для формирования управляющих воздействий в виде цифровых кодов. В системе применяется 100% "горячее" резервирование процессорных частей контроллера. УСО выполняют функции автоматического сбора и "оцифровки" измеряемых параметров, приема управляющих воздействий от процессорных блоков и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы (ИМ). Процессорные модули и модули УСО контроллеров размещены в шкафах RITTAL. Пять шкафов управления (ШУ) установлено в помещении аппаратной. В связи с недостатком свободного места в помещении операторной, а также в целях экономии кабельной продукции, удешевления стоимости и уменьшения сроков монтажа четыре вновь поставляемых шкафа управления были размещены в помещении аппаратной, расположенном в 150 м от операторной. Обмен данными с контроллерами, установленными в данных ШУ, осуществляется посредством оптической линии связи.

Во 2-й (верхний) уровень системы входят:

• средства для вычислительной обработки информации, реализуемые на двух серверах БД, оснащенных двухпроцессорными серверными платами на базе процессоров Xeon в корпусах промышленного исполнения
• средства отображения и диалога оператора с системой, реализуемые с помощью АРМ оператора
• web-сервер
• заводской коммуникационный сервер
• средства печати.

 

Серверы БД предназначены для сбора, обработки оперативных данных от контроллеров и других абонентов системы, хранения и отображения архивной информации по заданным параметрам, ее предоставления станциям оператора в режиме клиент-сервер. Серверы БД являются резервируемыми (100 % "горячее" резервирование) и выполняют зеркализацию данных для безударного перехода из режима "Резервный" в режим "Основной".

Станции оператора (всего четыре) предназначены для отображения оперативных данных от абонентов системы, архивной информации, хранящейся на серверах БД, и работают в режиме клиент-сервер с серверами БД. Две станции оператора совмещены с серверами БД. Станции оператора размещены в пультовой конструкции (рис.2). Пример видеокадра станции оператора приведён на рис.3.

Рис.1. Структурная схема АСУТП ПСТ-1

Рис.2. Пульт управления ПСТ-1

Рис. 3. АСУТП ПСТ. Пример видеокадра.

На станциях оператора реализуются следующие функции:

• индикация параметров ТП, отображающих состояние определенных зон технологического объекта
• индикация на экране и звуковая сигнализация выхода параметров за технологические и аварийные пределы, сигнализация аварийных ситуаций
• дистанционное управление исполнительными механизмами и приводами
• дистанционное управление регуляторами
• резервирование и диагностика локальных вычислительных сетей связи с серверами
• коррекция собственного системного времени при получении команды от серверов БД
• разграничение доступа к средствам системы управления по паролю
• просмотр в журналах системы следующей информации:
• сообщений о нарушениях и других событиях на объекте и в системе управления
• сообщений о действиях операторов-технологов
• сообщений о работе комплекса технических средств контроля и управления
• просмотр истории параметров процесса на экране дисплея в виде графиков и таблиц и распечатки на принтере в табличном виде или как копии экрана
• просмотр архивов печатных документов на экране дисплея и распечатки на принтере.

 

Для связи с абонентами системы были использованы различные способы обмена данными, такие как

• технология ОРС (для передачи данных в АСУП завода)
• протокол ModBus (для связи по интерфейсу RS-485 с вариаторами скорости дозирующих насосов),
• файлобмен (для обмена данными с системой измерения параметров нефтепродуктов в резервуарах)
• внутренний протокол ПТК "КРУГ-2000" и др.

 

Связь с контроллерами производится посредством локальной вычислительной сети Ethernet 100 Мбит/с (100 % "горячее" резервирование). Кроме контроллеров, абонентом сети нижнего уровня является ПК фирмы Valcom.

Связь серверов БД и станций оператора обеспечивается посредством локальной вычислительной сети на основе технологий Gigabit Ethernet по схеме 100 % "горячего" резервирования.

Web-сервер предоставляет возможность удаленно просматривать с использованием Internet-технологий технологическую и диагностическую информацию об установке, что существенно помогает в принятии оперативных решений.

Заводской коммуникационный сервер обеспечивает передачу значений технологических параметров в АСУП завода, что позволяет более совершенно и оперативно решать задачи планирования производства.

Средства печати включают принт-серверы, подключенные к локальной вычислительной сети Ethernet. На принтеры может быть выведена информация от любого абонента верхнего уровня системы.

Оборудование

В АСУТП ГФУ используются:

• микропроцессорные контроллеры серии TREI-5B (100 % "горячее" резервирование процессорной части) - 7 шт.
• серверы базы данных с функциями архивирования и горячим резервированием, совмещённые с АРМ оператора - 2 шт.
• АРМ оператора (чистые клиенты) - 2 шт.
• web-сервер
• заводской коммуникационный сервер
• сетевой принтер
• пультовые конструкции.

 

Программное обеспечение

 

• Модульная интегрированная SCADA "КРУГ-2000" для ОС Windows 2000XP.
• Система реального времени контроллера (СРВК) для ОС QNX.

 

Информационная мощность

База данных
Количество переменных	6800
Количество переменных, получаемых по каналам связи
Входные аналоговые (без учёта резервных переменных)	896
Входные дискретные (без учёта резервных переменных)	2555
Выходные дискретные (без учёта резервных переменных)	1282
Контуры регулирования (без учёта резервных переменных)	179
Тренды
Оперативные	896 параметров
Исторические (архивируемые - минутные, часовые, сменные, суточные)	1632 параметров
Абоненты системы
Количество абонентов	17
Графический интерфейс
Количество мнемосхем	184
Количество мнемосхем шаблонов и приборов управления	192

Временные характеристики

Контроллеры
Период опроса и выполнения программ, мс	200
Серверы БД
Период опроса каналов (УСО), с	До 2
Время передачи команд управления в УСО, мс	Не более 200
Глубина хранения архивов	Определяется размером диска
АРМ операторов
Время вызова видеокадров, с	От 1 до 1,5

Применение особенностей SCADA

 

• Модульное построение SCADA "КРУГ-2000"
• Клиент-серверная архитектура
• Интегрированная среда разработки
• Свободно компонуемые видеокадры групп данных
• Передача данных на верхний уровень АСУП завода
• Набор готовых драйверов для связи со сторонними устройствами.

 

Модульное построение SCADA "КРУГ-2000" (возможность выбрать только те программные модули, которые необходимы) обеспечило оптимизацию затрат для заказчика на программное обеспечение. Использование резервированных структур и средств графического интерфейса SCADA "КРУГ-2000" позволило эффективно решить задачи обеспечения надежности и оперативного отображения состояния технологического процесса.

Организация работ

Проекты информационного и технического обеспечения, а также наладка КИП и А выполнены компанией "СПИК СЗМА". Проекты шкафов управления, инжиниринговые работы, а также наладка АСУТП выполнены НПФ "КРУГ".

Выводы

Результатом внедрения АСУТП ПСТ явилось существенное повышение качества готовых топлив. Значительно расширились функциональные возможности системы, повысился уровень надежности технологического оборудования и средств автоматизации. Программное обеспечение и технические средства ПТК "КРУГ-2000" позволили интегрировать в единый управляющий комплекс вновь поставляемое и уже существующее оборудование контроля и управления. Важной особенностью данного комплекса является возможность наращивания функций и масштаба системы "на ходу" - без останова технологического процесса.

Использование Intranet-технологии позволяет менеджерам и обслуживающему персоналу со своих рабочих мест, в соответствии с установленными правами доступа, осуществлять мониторинг технологической и диагностической информации, что значительно облегчает принятие оперативных решений.

В процессе опытной эксплуатации система продемонстрировала стабильность, высокую точность измерения и регулирования, удобство управления технологическим процессом, обусловленное гибкостью настроек и возможностью создания сложных алгоритмов.