Автоматизация

Системы противоаварийных защит объектов нефтегазопереработки


Приборы и системы управления, НПФ "КРУГ", 2002
   

 



Анализ основных требований, предъявляемых в настоящее время к автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП) в области переработки нефти и газа, позволяет сформулировать две основные основные цели автоматизации:

  • повышение уровня безопасности 
  • снижение затрат на процессинг. 

В данной статье мы рассмотрим пути решения первой из указанных целей автоматизации. Необходимость повышения безопасности эксплуатации технологических установок обусловлено, в основном, усилением степени контроля инспектирующих органов за соблюдением действующих нормативных документов. Основными нормативными документами в этой области являются: Федеральный закон "О промышленной безопасности опасных производственных объектов" №116-ФЗ от 21.07.97, "Общие правила взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств ПБ 09-170-97 (ОПВБ)", "Правила устройства электроустановок", приказы Федерального горного и промышленного надзора России (Госгортехнадзор РФ). 

При этом ОПВБ прямо регламентируют необходимость применения средств микропроцессорной техники для систем противоаварийной защиты (ПАЗ) для объектов 1 категории взрывоопасности. Это означает, что в течение достаточно небольшого времени существующие на многих установках средства ПАЗ на базе аналоговой и релейной техники должны быть заменены на современные микропроцессорные системы.
Для объектов 2-ой и 3-ей категории такого жесткого инструктивного требования не существует. Однако, необходимо учесть следующие обстоятельства. Усилились требования по сложности и количеству защит и блокировок. 

Например, необходимость соблюдения требований поблочного останова, увеличения количества отсечных клапанов на установке, необходимость введения разумных выдержек времени приводит к тому, что реализация этих требований на традиционной аналоговой и релейной технике или практически невозможна, в т.ч. и по массогабаритным параметрам, или экономически не оправдана. И для этих категорий производств также технически и экономически целесообразна реализация подсистемы ПАЗ на микропроцессорной технике. 

Однако, из практики эксплуатации технологических установок известно, что бездумное соблюдение требований нормативных документов в области ПАЗ приводит к неизбежному увеличению количества ложных остановов. А это означает существенное снижение экономических показателей работы установки за счет потерь от простоя, повторного пуска и вывода на режим. И в этом случае менеджмент среднего звена сталкивается с непростым выбором: или издать распоряжение о снятии "нехорошей" блокировки, что рискует делать все меньше и меньшее количество менеджеров в связи с усилением упоминавшегося выше контроля государственных органов, или потребовать от поставщика системы ПАЗ резкого повышения ее "интеллекта". Последнее, в действительности, возможно за счет усложнения алгоритмов работы системы ПАЗ. Усложнение алгоритмов связано с необходимостью предварительного анализа достоверности сигналов всех датчиков, участвующих в блокировке, в т.ч. на обрыв кабеля, по скорости изменения и др., учета одновременного поведения нескольких сигналов, учета временных факторов (выдержек времени), возможностью реализации не полного останова всей установки, а частичного останова, а также реализации таких режимов, как перевод на циркуляцию и т.п. 

Микропроцессорные средства предоставляют возможность реализации таких "умных" систем ПАЗ. Но это только необходимое условие, но не достаточное. Для создания действительно "интеллектуальной" системы ПАЗ от ее поставщика требуется:

  • глубокое знание технологии 
  • умение тесно работать с эксплуатационным персоналом, разработчиками оборудования и проектантами 
  • умение, что немаловажно, квалифицированно защитить и утвердить проект системы ПАЗ, в т.ч. "умные" алгоритмы, в Госгортехнадзоре. 

Только такой подход обеспечит создание системы ПАЗ, одновременно удовлетворяющей как действующим нормам и правилам в области безопасности так и требованию экономической эффективности. 

Более того, практика показывает, что после внедрения "интеллектуальной" системы ПАЗ и создания ее потенциальных возможностей наиболее "продвинутые" технологи начинают ставить новые задачи, выходящие за рамки "классических" ПАЗ. Такими задачами, в частности являются: автоматизация многих действий по планам ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС), которые в настоящее время выполняются вручную оперативным персоналом, а также частичная автоматизация режимов "холодного" и "горячего" пусков, смены режимов и т.п. При этом, дополнительные затраты на реализацию вышеуказанных задач невелики, т.к. технические и программные средства системы ПАЗ, датчики клапана, отсекатели уже закуплены в составе действующей системы ПАЗ. Необходимо только, как правило, выполнить дополнительные инжиниринговые работы. 

Требования к системам ПАЗ 

К большому сожалению, в настоящее время отсутствуют какие-либо нормативные документы, в которых были бы сформулированы детальные технические требования к ПТК для систем ПАЗ для объектов нефте-, газопереработки. Поэтому мы попытаемся кратко сформулировать основные, на наш взгляд, требования к программно-техническим комплексам для систем ПАЗ. 

  1. Обязательное наличие разрешения Госгортехнадзора РФ на применение в системах ПАЗ. В соответствии с его приказом № 221 от 19 декабря 1997 г. с 01.02.98 г. введены в действие "Методические указания по организации и осуществлению надзора за конструированием и изготовлением оборудования для опасных производственных объектов в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности" РД-09-167-97. В перечень поднадзорного Госгортехнадзору РФ технологического оборудования химических, нефтехимических, нефтеперерабатывающих и других взрыво-, пожаро- и химически опасных производств и объектов входят согласно приложения 1 - ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ, ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ. Для их применения на поднадзорных Госгортехнадзору объектах необходимо иметь РАЗРЕШЕНИЕ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ПТК, выдаваемое Госгортехнадзором России.
  2. Регистрация ПТК как средства измерения в Госреестре средств измерений, т.к. в состав ПТК должны входить аналоговые каналы
  3. Взрывобезопасное исполнение ПТК, например с видом защиты "искробезопасная электрическая цепь", что должно быть подтверждено соответствующим сертификатом Госгортехнадзора 
  4. Гибкость при реализации различных схем резервирования. ПТК должен обеспечивать, как минимум, возможность выбора следующих схем резервирования:
    • 100% "горячее" резервирование (дублирование) контроллеров ПАЗ
    • 100% "горячее" резервирование вычислительных модулей контроллера без дублирования модулей ввода-вывода
    • 100% "горячее" резервирование вычислительных модулей и 100% "горячее" резервирование наиболее ответственных каналов ввода-вывода
    • троирование (для особо опасных производств, для объектов нефте-газопереработки практически не применяется).
    Принятие окончательного решения об уровне структурной избыточности системы ПАЗ зависит от следующих факторов:
    • категория взрывоопасности объекта
    • уровень надежности отдельных компонентов ПТК и всего ПТК в целом
    • размер экономического ущерба от ложных остановов и др.
  5. Масштабируемость. ПТК должен быть рассчитан на применение как для небольших технологических агрегатов (ЭЛОУ, печь и т.п.), так и для сложных комбинированных установок. 
  6. Модульность. Номенклатура модулей ввода-вывода должна охватывать практически все типы входных-выходных сигналов (от мВ до 220 В переменного тока), желательно, без промежуточных преобразователей. 
  7. Гальваническая изоляция всех входных и выходных цепей, в т.ч. межканальная. Желательный уровень изоляции - не менее 1000 В. 
  8. Использование высоконадежных операционных систем (ОС) "жесткого" реального времени.
  9. Наличие гибких программных средств настройки и программирования прикладных задач ПАЗ, в т.ч. наличие простого "технологического" языка (структурный текст) и/или языка функционально-блочных диаграмм, желательно, соответствующих требованиям международного стандарта IEC-61131-3. 
  10. Наличие в ПТК развитой функции регистрации всех событий с привязкой к меткам астрономического времени с погрешностью не хуже 10 мсек. 
  11. Наличие в ПТК функций протоколирования предаварийных и послеаварийных ситуаций в виде последовательности временных срезов (трендов) наиболее важных параметров с циклом записи не хуже 1 сек.
  12. Наличие в ПТК развитых функций архивирования событий, действий операторов, протоколов предаварийного и послеаварийного состояний и т.п., в т.ч. на резервные носители информации.
  13. Наличие программных и технических средств защиты от несанкционированного доступа к функциям ПАЗ. 
  14. Простота и прозрачность интеграции с другими подсистемами АСУ ТП (регулирования, информационная и др.) 
  15. Наличие развитых средств самодиагностики
  16. Возможность передачи информации от системы ПАЗ в смежные или вышестоящие системы управления, желательно с использованием международных стандартов в области программных и сетевых технологий (TCP/IP, Ethernet, OPC, ODBC и т.д.). Примеры реализации НПФ "КРУГ" много лет занимается разработкой и поставкой АСУ ТП для объектов ТЭК, и накоплен значительный опыт, в том числе по системам ПАЗ. 
    Приведем перечень лишь некоторых успешных проектов систем ПАЗ, выполненных нашей фирмой и удовлетворяющих всем вышеперечисленным требованиям:
    • Системы контроля, управления и ПАЗ установок первичной переработки нефти (ОАО "Роснфеть-Туапсинский НПЗ", АО "Кемойл", АО "МОТО")
    • Системы управления и ПАЗ блока печей установок получения масел ( "Новокуйбышевский завод масел и присадок")
    • Система управления и ПАЗ блока стабилизации установки риформинга (ОАО "Роснефть - Туапсинский НПЗ")
    • Системы управления и ПАЗ установок производства масел ("Ярославский НПЗ им. Д.И.Менделеева")
    • Система управления и ПАЗ блока очистки сырья ГФУ от сероводородов (Киришский НПЗ)
    • Системы управления и ПАЗ приготовлением в потоке светлых и темных нефтепродуктов (Киришский НПЗ)
    • Система управления и ПАЗ установки гидроочистки (Астраханский ГПЗ).
    По результатам промышленной эксплуатации этих и других систем Заказчики зафиксировали достижение следующих результатов:
    • Существенно увеличилась надежность системы ПАЗ
    • Существенно снизились эксплуатационные затраты на систему ПАЗ, в том числе за счет резкого уменьшения количества единиц оборудования
    • Существенно сократилось количество ложных остановов
    • Повысилась технологическая дисциплина, в том числе благодаря протоколированию действий персонала.
    Не на всех из вышеперечисленных объектов была финансовая возможность осуществить разработку и поставку полномасштабной АСУ ТП в один прием. Поэтому в таких случаях ввод в эксплуатацию осуществлялся поэтапно в течение трех-четырех лет. В первую очередь были введены в эксплуатацию наиболее критичные для Заказчика системы ПАЗ, затем по мере появления средств были установлены подсистемы информационные и регулирования. Но так как все подсистемы были реализованы на компонентах универсального программно-технического комплекса ПТК "КРУГ-2000", поэтому поэтапное наращивание функциональной и информационной мощности АСУ ТП осуществлялось безболезненно во время проведения плановых ремонтов установок и, что очень важно, при этом полностью обеспечивалась защита ранее сделанных инвестиций. Краткая информация о ПТК "КРУГ-2000" Ниже приводятся краткие характеристики и преимущества программно-технического комплекса. 

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ

  • Более 110 действующих АСУ ТП, в т.ч. в особо в опасных отраслях 
  • ПТК установлен на лучших предприятиях СНГ и за рубежом 

ПРИНЦИПЫ 
Комплексность решений 

  • от контроллеров и SCADA 
  • до проектов "под ключ" Надежность 
  • технических средств 
  • программных средств 
  • структур Гарантии Открытость 

ПРЕИМУЩЕСТВА 

  • Надежность (наработка на отказ от 75000 до 150000 часов) 
  • Масштабируемость 
  • Открытость
  • Модульность 
  • Глубокая интеграция SCADA и среды программирования контроллеров 
  • Локализация 
  • Сертифицировано Госстандартом 
  • Сертифицировано Госгортехнадзором 
  • Поддержка отраслевых стандартов 
  • Наличие модулей коммерческого учета теплоресурсов, газов, нефти, нефтепродуктов
  • Горячий и теплый перезапуск
  • Горячая замена модулей ввода-вывода 
  • Гальваническая изоляция всех входных и выходных сигналов не менее 1500 В 
  • Наличие искробезопасного исполнения модулей ввода-вывода 
  • Питание датчиков - от системы 

Возможности резервирования: 

  • Сети - 100 % 
  • Сервера, рабочие станции - 100 % 
  • Контроллеры -100 % 
  • Процессорные модули в контроллерах с дублированной вычислительной частью - 100 % 
  • Открытость 
  • Поддержка стандартов Ethernet, RS 485, CAN, Device Net, TCP/IP, UDP, Modbus и т.д. 
  • COM, DCOM 
  • API для опытных пользователей 
  • OPC, ODBC 
  • Обмен с цеховым, заводским файл-сервером 
  • Конверторы данных в Excel, Access, XML 
  • Система единого времени 
  • Синхронизация таймеров всех устройств АСУ ТП (серверы, станции, контроллеры) 
  • Резервирование функций коррекции системного времени 
  • Переходы "зима-лето", "лето-зима" 
  • Локализация 
  • Все системные надписи и сообщения на русском языке 
  • Вся документация на русском языке 
  • Простота конфигурирования локализованных версий 
  • Производство ПТК и АСУ ТП сертифицировано на соответствие ISO 9001 в системах сертификации DAR TGA и ГОСТ Р. 

ФУНКЦИИ ПТК 

  • Контроль
  • Регулирование 
  • Противоаварийные защиты 
  • Логическое управление 
  • Представление информации 
  • Архивирование данных 
  • Связь с устройствами "третьих" фирм 
  • Связь с вышестоящими системами 
  • Диагностика 
  • Синхронизация системного времени 
  • Конфигурирование и настройка on-line и off-line 

АРХИТЕКТУРА 

  • Локальная АСУ ТП установки 
  • Локальная сеть цеха 
  • Глобальная сеть управления предприятием 
  • АСОДУ 

Варианты структур: с выделенным сервером, без выделенного сервера, одноранговая сеть, двухранговая сеть. 

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ. Технические средства 

  • Контроллеры 
  • Станция (АРМ) оператора 
  • Станция инжиниринга 
  • Архивная станция 
  • Сетевые средства (ETHERNET, Fast ETHERNET, RS485) 
  • Коммуникационные серверы 
  • WWW-сервер 

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ. Интегрированная SCADA 

ДОСТОИНСТВА 

  • Однократный набор базы данных (БД) 
  • Целостность БД 
  • Сетевая загрузка ПО контроллера 
  • Наилучшие динамические характеристики 
  • On-line диагностика 
  • Распределенная обработка данных 
  • Техническая поддержка "из одних рук" 
  • On-line диагностика 
  • Совместимость версий
  • Заказные версии ПО для корпоративных Заказчиков 
  • Поддержка Internet/Intranet 
  • Интеграция с существующими на предприятии системами 
  • Полная русификация 
  • Функциональная полнота (от малых объектов до АСОДУ предприятия) 

Системное ПО 

  • QNX, LINUX, DOS (32-разряд., с диспетчером задач реального времени реального времени) - для контроллеров 
  • Верхний уровень: WINDOWS NT/2000/XP - для станций верхнего уровня 

СОСТАВ ПАКЕТА ПРОГРАММ 

Среда разработки 

  • Генератор базы данных 
  • Генератор динамики 
  • Среда разработки программ пользователя на технологическом языке "КРУГОЛ-61131" (ФБД и СТ) Среда исполнения (Run-time модули) 
  • Сервер БД (с сервером событий) 
  • Сервер ввода - вывода 
  • Сервер АБД (архивный) 
  • Графический интерфейс 
  • "Зеркализация" БД 
  • "Зеркализация" АБД 
  • Аппаратный перезапуск 
  • Сервис печати 
  • "Файл - обмен" 
  • Резервирование сетей 
  • 2-х мониторный менеджер Run-time комплексы (состоят из определенного набора Run-time модулей) 
  • Сервер БД (СРВ - система реального времени) 
  • Станция оператора-сервер БД 
  • Станция оператора-клиент БД 
  • Станция мониторинга-сервер БД 
  • Станция мониторинга-клиент БД 
  • Станция архивирования-сервер 
  • Станция архивирования-клиент 
  • Станция оператора/архивирования - сервер 
  • Станция оператора/архивирования - клиент 

Дополнительное ПО 

  • Система РВ коммуникационного сервера 
  • WEB - КОНТРОЛЬ 
  • Архивный центр 

Драйверы устройств "третьих фирм": Bailey, Ремиконт, Ломиконт, ТК-301, Ш-711, Solartron, MTL, Toshiba, VEGA и многие другие.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 

  • Информационная мощность: от 30 до 64 000 вх/вых
  • Количество типов входных выходных модулей - более 180 
  • Максимальный период опроса в контроллере: 
  • 100 мксек - дискретный вход 
  • 1 мсек - аналоговый вход Интерфейс 
  • Объектно-ориентированный графический редактор 
  • Библиотека стандартных графических символов
  • Техника "перенести и вставить" 
  • Библиотека сложных графических объектов 
  • Возможность работы с трендами 
  • Анимация 
  • Система отчетов 
  • Встроенный генератор отчетов 
  • Печать и архивация отчетов Тренды 
  • Архивация / тренды 
  • Дискретизация - от 100 мсек 
  • Емкость архива - ограничений нет 
  • Масштабирование трендов 
  • Максимальное число кривых в тренде - Ограничений нет 
  • Максимальное число трендов в окне - Ограничений нет 
  • Одновременный вывод трендов РВ и исторических 
  • Выбор перьев: он-лайн, предварительный 
  • Вывод значения в точке курсора Алармы (Сигнализации) 
  • Уровни приоритетов - 9
  • Группировка 
  • Онлайновая фильтрация 
  • Сигнализации по скорости изменения 
  • Сигнализации по отклонению 

СВЕДЕНИЯ О ФИРМЕ ВИДЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И СТРУКТУРА

Научно-производственная фирма "КРУГ" - инжиниринговая и производственная компания, разрабатывающая и поставляющая системы и средства автоматизации технологических процессов. За последние 10 лет на базе программных и технических решений фирмы введено в эксплуатацию более 110 систем, в основном, потенциально опасными процессами и агрегатами. Общая численность составляет более 120 человек. Филиалы и представительства действуют в Тамбове, Новочеркасске, Россоши, Москве. Основные структурные единицы: департаменты АСУТП, отдел систем учета, департамент проектирования и производства, отделы программирования, группы тестирования, технической поддержки, технического обеспечения. Мы гордимся высокой квалификацией своих сотрудников, при этом ряд специалистов имеет 10-20-летний опыт разработки, пусконаладки и эксплуатации распределенных АСУ ТП. 

ФИЛОСОФИЯ ФИРМЫ

В основании деятельности фирмы лежат 4 главных "кита": 

  • Надежность 
  • Гарантии 
  • Качество 
  • Поставка технических решений 

Надежность - это значит, что мы применяем только надежные, апробированные технические средства. Мы никогда не идем на компромиссы по снижению надежности и качества в угоду снижения стоимости. Программное обеспечение - один из важнейших элементов АСУ ТП, поэтому мы делаем свои программные продукты таким образом, чтобы они не сбоили, не "зависали" и не "зацикливались". 

Гарантии. Это означает, что мы всегда предоставляем гарантию на системы, разработанные на базе программных и технических средств, поставляемых нами. Мы гордимся тем, что многие Заказчики, особенно корпоративные, считают одним из важных преимуществ нашей фирмы быструю и эффективную работу по техническому сопровождению уже действующих систем, независимо от расстояний. 

Качество. НПФ "КРУГ" является одной из первых в стране фирм, которая сертифицирована на соответствие требованиям стандарта ISO9000 системы качества применительно к проектированию, разработке и производству программно-технических комплексов для АСУ ТП (Сертификат №TGA-ZM-28-97-00.026 в международной системе DAR и сертификат № РОСС RU.ИС42.К00045 в системе ГОСТ Р). 

Поставка технических решений. Мы не торгуем "россыпью" - мы предоставляем Заказчику комплексные технические решения проблем автоматизации. На фирме поддерживается специализация разработчиков АСУТП по отраслям. Глубокие знания технологии плюс опыт работы в пусконаладочных организациях позволяет нам детально вникать в проблемы Заказчиков и предлагать им, как правило, не одно, а несколько вариантов решения проблем. Окончательный выбор, естественно, остается за Заказчиком. Если же по какой-либо отрасли у нас нет специалистов, то мы прибегаем к помощи специализированных организаций или непосредственно к службам КИП и АСУ ТП Заказчика. Мы выполнили ряд очень сложных проектов практически "под ключ", начиная от разработки ПСД, поставки средств КИПиА, кабеля, монтажных и кроссовых шкафов, шкафов с контроллерами и заканчивая вводом системы в эксплуатацию и метрологической аттестации АСУТП. 

ПРОДУКЦИЯ И УСЛУГИ 

Основные виды продукции 

  • Программно-технический комплекс "КРУГ-2000". ПТК "КРУГ-2000" - первый на отечественном рынке средств автоматизации открытый сертифицированный ПТК, предназначенный для создания современных систем контроля и управления сосредоточенными и распределенными объектами. Кроме того, выпускаются модификации ПТК "КРУГ-2000/Т" и " КРУГ - 2000/Г " для коммерческого учета теплоресурсов и газов, а также для интеграции с учетом электроэнергии 
  • Интегрированная SCADA "КРУГ-2000" - полнофункциональный, открытый пакет программ для создания систем автоматизации (для ОС WINDOWS NT/2000/XP, а некоторые модули также для LINUX и QNX). 
  • АСУ ТП "под ключ" - Цифровой пневмоэлектропреобразователь ППМ 
  • Пультовые конструкции - оборудование для создания пультов оператора. 

Услуги: обследование объекта и разработка ТЗ; разработка проектной документации; разработка заказного программного обеспечения; комплектация средствами КИПиА; инжиниринговые, шеф-монтажные и пусконаладочные работы; шеф-инжиниринговые и шеф- наладочные работы (для фирм-системных интеграторов); метрологическая аттестация; обучение персонала Заказчика; сопровождение систем. 

СЕРТИФИКАТЫ И ЛИЦЕНЗИИ 

НПФ "КРУГ" обладает коллекцией из более чем 20 сертификатов, лицензий, разрешений на продукцию и услуги. 
Вот лишь некоторые из них: 

  • сертификаты Госстандарта РФ на ПТК "КРУГ-2000", "КРУГ-2000/Т", "КРУГ-2000/Г", на ППМ как средство измерения 
  • сертификаты соответствия Госстандарта РФ на всю выпускаемую продукцию 
  • разрешение Госгортехнадзора РФ на применение ПТК "КРУГ-2000" для автоматизации взрыво-пожароопасных производств, в том числе для систем противоаварийных защит и блокировок 
  • лицензии Госгортехнадзора РФ на проектирование, изготовление, монтаж и наладку систем автоматизации 
  • свидетельства об аккредитации фирмы в качестве поставщика РАО "ЕЭС России" и разрешение на применение. 
  • сертификаты на систему качества в системах сертификации DAR/TGA и ГОСТ Р.

© 2002 НПФ "КРУГ"