КРУПНОМАСШТАБНАЯ РАСПРЕДЕЛЕННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОФРАКЦИОНИРУЮЩЕЙ УСТАНОВКИ

     В ноябре 2005 года на одном из крупнейших нефтеперерабатывающих заводов России – ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» (ОАО «Сургутнефтегаз») введена в эксплуатацию АСУТП газофракционирующая установка (ГФУ), созданная на базе программно-технического комплекса (ПТК) «КРУГ-2000».
     ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез» - единственный нефтеперерабатывающий завод на Северо-Западе России. Установленная мощность завода по переработке нефти 17,3 млн. тонн в год.
     Газофракционирующая установка предназначена для переработки газовых бензинов, поступающих с установок переработки нефти, и получения индивидуальных веществ: пропана, бутана, изобутана, и др. В состав установки входят сырьевые парки, узел очистки сырья от сероводородов, блок компримирования, блок ректификации, вспомогательные системы и др.
     В рамках широкомасштабной модернизации завода была осуществлена коренная реконструкция ГФУ с целью повышения надежности оборудования и обеспечения безопасности его эксплуатации. Руководство завода приняло решение оснастить ГФУ современной системой управления. Создание АСУТП информационной мощностью более 12000 сигналов было поручено НПФ «КРУГ».
     Руководство предприятия поддерживает высокий уровень автоматизации технологических установок и завода в целом. Здесь функционируют системы управления на базе программно-технических комплексов с мировым именем, таких как Honeywell, Toshiba, Foxboro и др.
     НПФ «КРУГ» работает на данном предприятии уже второй десяток лет. Первая АСУТП, ещё под операционной системой DOS, была внедрена в 1990 году. С того времени с участием специалистов НПФ «КРУГ» на заводе введены в эксплуатацию несколько десятков систем контроля и управления. Некоторые из них впоследствии были расширены и модернизированы на базе более нового и современного оборудования. Среди последних внедрённых систем – АСУТП платформы смешения дизельных топлив, АСУТП установки Л-35-11/600, АСУТП платформы смешения бензинов, АСУТП ГФУ.

 

     Основными целями создания АСУТП ГФУ стали:

• Приведение технологического процесса переработки нефтепродуктов в соответствие с действующими нормами и правилами
• Обеспечение высокой надёжности и отказоустойчивости системы контроля и управления
• Организация связи с АСУП завода
• Улучшение условий труда обслуживающего установку персонала

     НПФ «КРУГ» ранее уже проводила работы по созданию АСУТП на данной установке.
     В 1997 г. была внедрена АСУТП блока колонн. В состав данной АСУТП были интегрированы контроллеры MIC-2000, MTL8000, TOSHIBA, Ремиконт Р-130, ранее установленные заказчиком.
     В 1999 г., одновременно с модернизацией АСУТП блока колонн, была введена в эксплуатацию АСУТП узла очистки сырья от сероводородов на базе ПТК «КРУГ-2000».
     В 2003 г. АСУТП блока колонн была расширена за счёт введения в эксплуатацию системы управления вариаторами скорости воздушных холодильников. При этом были использованы контроллеры TREI-5B-02, а также контроллеры MTL838 и вариаторы скорости фирм ABB и Schneider Electric. АСУТП выполняла обмен данными с системой вибромониторинга насосного и компрессорного оборудования.
     Таким образом, к 2005 г. на данной установке уже работало несколько систем управления на базе технических и программных средств разных производителей и разных годов выпуска (значительная часть оборудования ещё не выработала свой ресурс), а также имелся большой набор «щитового» оборудования, неэлектрифицированных приводов и приборов, установленных по месту.
     Поставленные цели определили следующие задачи автоматизации:

• Интеграция в единый управляющий комплекс вновь поставляемого ПТК «КРУГ-2000» и разнородных, уже существующих, комплексов оборудования контроля и управления.
• Полная замена щитовой автоматики на современное оборудование распределённой системы управления.
• Расширение информационной мощности системы за счёт сигналов от приборов и оборудования, ранее установленных по месту, а также за счёт сигналов от нового электрифицированного оборудования.
• Организация каналов связи с новым оборудованием, в частности, с хроматографами Vista и Microchrom, для получения данных из этих систем, их визуализации, сигнализации отклонения от установленных границ и архивирования.
• Разработка алгоритмов управления, обеспечивающих безопасную эксплуатацию установки, безаварийные пуск и останов отдельных агрегатов и установки в целом, повышение качества производимой продукции.
• Передача данных в АСУП завода.
• Использование Internet- технологий для реализации возможности удалённого просмотра информации по системе (мнемосхемы, протокол сообщений, тренды и т.д.) для оперативного принятия решений.

 

     АСУТП ГФУ является полномасштабной системой управления и включает в себя такие подсистемы, как информационная подсистема, подсистема противоаварийных защит и блокировок (ПАЗ), подсистема автоматического регулирования, подсистема дистанционного управления, подсистема сбора, визуализации и архивирования данных и т.д. Помимо перечисленных подсистем АСУТП обрабатывает и выдаёт управляющие сигналы в системы пожаротушения и вентиляции. 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.

     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.

     Структурная схема АСУ ТП ГФУ изображена на рисунке 1.

     Автоматизированная система управления технологическим процессом ГФУ представляет собой трёхуровневую распределенную систему управления с использованием клиент-серверной архитектуры (уровень датчиков и исполнительных механизмов в данной статье не рассматривается).
     В 1-й (нижний) уровень системы входят: микропроцессорные контроллеры TREI-5B подсистем ПАЗ, автоматического регулирования, дистанционного управления и информационной подсистемы. Контроллеры включают в себя процессорные блоки, и выносные устройства связи с объектом (УСО). Процессорные блоки служат для обработки измеряемых параметров по заданным технологическим алгоритмам и формирования управляющих воздействий в виде цифровых кодов. 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. Большинство шкафов управления (ШУ) установлено в помещении аппаратной.
     В целях экономии кабельной продукции, удешевления стоимости и уменьшения сроков монтажа два шкафа дистанционного управления исполнительными механизмами размещены в трансформаторных подстанциях. Такая структура дала возможность сократить место, занимаемое АСУТП в помещении аппаратной. В каждом ШУ установлен один контроллер, выполненный по схеме 100%-го «горячего» резервирования контроллеров. Обмен данными с этими подсистемами осуществляется посредством оптической линии связи. Для управления электрифицированной арматурой от алгоритмов защит и блокировок используется межконтроллерный обмен данными между подсистемами ПАЗ и дистанционного управления ИМ.
     Микропроцессорные контроллеры, используемые в подсистемах ПАЗ, выполнены со 100%-ным «горячим» резервированием. Подсистема ПАЗ включает в себя два контроллера. Первый контроллер был поставлен в 1999 г. и выполнял функции подсистемы ПАЗ узла очистки сырья от сероводородов. В связи с тем, что данная подсистема ещё не выработала свой ресурс и работала без сбоев и замечаний, было принято решение интегрировать данную подсистему в состав АСУТП ГФУ. Процессорные части и модули УСО второго контроллера размещены в четырёх шкафах RITTAL и выполняют алгоритмы управления насосным оборудованием, отсечными клапанами, системой вентиляции и пожаротушения, а также алгоритмы аварийного освобождения блока колонн.
     Контроллеры подсистемы автоматического регулирования также все выполнены по схеме 100%-го «горячего» резервирования контроллеров. Как и в случае с подсистемой ПАЗ, один контроллер был поставлен в 1999 г. в составе АСУТП узла очистки сырья от сероводородов. Второй контроллер был поставлен в 2003 г и служит для стабилизации температур продуктов, отбираемых с верха колонн и после компрессоров путём управления скоростью вращения вентиляторов воздушных холодильников. Данные по температурам продуктов принимаются по интерфейсу RS-485 с двух контроллеров MTL838. Задание с регуляторов поступает на 24 вариатора скорости фирм ABB и Schneider Electric. Ещё четыре контроллера подсистемы регулирования были поставлены в 2005 г. Они выполняют алгоритмы стабилизации, давлений, уровней, расходов, температурных режимов колонн и ёмкостей, а также параметров пара, азота и реагентов, поступающих на установку.

Рисунок 1. Структурная схема АСУ ТП ГФУ

     Контроллеры информационной подсистемы выполнены по схеме «горячего» резервирования процессорной части. Особенностью данной подсистемы является обмен данными по интерфейсу RS-485 с контроллером MTL8000.
     Во 2-й (средний) уровень системы входят средства для вычислительной обработки информации, реализуемые на двух серверах БД, оснащённых двухпроцессорными серверными платами на базе процессоров Xeon. Серверы БД и сетевое оборудование размещены в шкафу RITTAL, который располагается в помещении аппаратной. Для удобства работы обслуживающего персонала в этом же шкафу располагаются ЖК монитор, клавиатура и мышь для непосредственного управления режимами работы серверов и оперативного доступа к информации, хранящейся на серверах.
     Серверы БД предназначены для сбора, обработки оперативных данных от контроллеров и других абонентов системы, хранения и отображения архивной информации по заданным параметрам, ее предоставления абонентам верхнего уровня (станциям оператора) в режиме клиент-сервер. Серверы БД являются резервируемыми (100%-ое «горячее» резервирование) и выполняют зеркализацию данных для безударного перехода из режима «Резервный» в режим «Основной».
     Архивированию подлежат тренды, печатные документы (сменные и суточные ведомости, протоколы аварийных ситуаций и т.д.) и протокол сообщений. Архивирование осуществляется на жесткий диск компьютера и на сменные носители информации (магнитооптические диски).
     Связь с контроллерами нижнего уровня осуществляется посредством локальной вычислительной сети Ethernet 10/100 Мб/с (100%-ое «горячее» резервирование). Кроме контроллеров абонентом сети нижнего уровня является ПК системы вибромониторинга насосного и компрессорного оборудования.
     Для связи с абонентами системы были использованы различные способы обмена данными, такие как технология ОРС, протокол MODBUS для связи по интерфейсу RS485, файл-обмен, внутренний протокол ПТК «КРУГ-2000» и др.

     В 3-й (верхний) уровень системы входят:

• Средства отображения и диалога оператора с системой, реализуемые с помощью АРМов оператора,
• Станция инжиниринга,
• Web-сервер,
• Коммуникационный сервер
• Заводской коммуникационный сервер
• Средства печати.

     Связь верхнего и среднего уровня АСУ ТП обеспечивается посредством локальной вычислительной сети на основе технологий Gigabit Ethernet по схеме 100%-го «горячего» резервирования.
     Станции оператора являются двухмониторными, предназначены для отображения оперативных данных от абонентов системы (рис. 2), архивной информации, хранящейся на серверах БД, и работают в режиме клиент-сервер с серверами БД. Станции оператора размещены в пультовой конструкции П-образной формы (рис.3).

Рисунок 2. Мнемосхема «Колонна К1»

     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 САБД
• 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.

Рисунок 3. Операторная ГФУ

     Станция инжиниринга (СИ) предназначена для работы с прикладным программным обеспечением, расширения, перенастройки и адаптации системы к реально существующему оборудованию.
     Web-сервер предоставляет возможность удалённо просматривать с использованием Internet-технологий технологическую и диагностическую информацию об установке, что существенно помогает в принятии оперативных решений.
     Коммуникационный сервер служит для организации связи с хроматографами фирм Vista и Microhrom. На данном ПК работает программный комплекс СЕРВЕР ВВОДА-ВЫВОДА. Для связи с данными устройствами служит выделенная сеть Ethernet 10/100 Мб/сек.
     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.

 

     В АСУ ТП ГФУ используются:

• Микропроцессорные контроллеры серии TREI-5B – 12 шт., в том числе: контроллеры подсистем противоаварийных защит, дистанционного управления оборудованием и автоматического регулирования (100%-ное «горячее» резервирование) – 10 шт., контроллер информационной подсистемы (100% «горячее» резервирование процессорной части) – 1 шт., контроллер информационной подсистемы (без резервирования) – 1 шт.
• Ранее установленные заказчиком контроллеры MTL838, MTL8000, вариаторы скорости фирм ABB и Schneider Electric
• Компьютер системы вибромониторинга
• Хроматографы Vista и Микрохром
• Серверы базы данных с функциями архивирования и горячим резервированием – 2 шт.
• Двухмониторные автоматизированные рабочие места операторов – 6 шт.
• Станция инжиниринга
• WEB-сервер
• Коммуникационный сервер
• Заводской коммуникационный сервер
• Сетевой принтер
• Пультовые конструкции

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

 

База данных
Количество переменных	Более 12000
Количество переменных, получаемых по каналам связи
Входные аналоговые (с учетом резервируемых каналов)	1790
Входные дискретные (с учетом резервируемых каналов)	4980
Выходные дискретные (с учетом резервируемых каналов)	2900
Контуры регулирования (с учетом резервируемых каналов)	более 300
Тренды
Оперативные	1460 параметров
Исторические (архивируемые – минутные, часовые, сменные, суточные)	4800 параметров
Абоненты системы
Количество абонентов	37
Графический интерфейс
Количество мнемосхем	более 350
Количество мнемосхем шаблонов и приборов управления	более 150

 

Контроллеры
Период опроса и выполнения программ	200мсек
Серверы БД
Период опроса каналов (УСО)	До 2 сек
Время передачи команд управления в УСО	не более 200мсек
Глубина хранения архивов	определяется размером диска
АРМ операторов
Время вызова видеокадров	от 1 до 1,5 сек

 

• Модульное построение SCADA «КРУГ-2000»
• Клиент-серверная архитектура
• Интегрированная среда разработки
• Двухмониторный менеджер
• Свободно компонуемые видеокадры групп данных
• Расширенные выборки из протокола событий
• 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.

 

     Проекты информационного и технического обеспечения, а также технологическая наладка выполнены Санкт-Петербургской компанией «СПИК СЗМА». Проекты шкафов управления, инжиниринговые работы, а также наладка АСУТП выполнены НПФ «КРУГ».

 

     В будущем планируется расширение системы за счёт увеличения количества электрифицированной арматуры, а также замена части устаревшего оборудования более современным.

 

     Результатом внедрения АСУТП ГФУ явилось значительное расширение функциональных возможностей системы, повышение уровня надёжности технологического оборудования и средств автоматизации, снижение трудозатрат на техническое обслуживание и ремонт.
     Программное обеспечение и технические средства ПТК «КРУГ-2000» позволили интегрировать в единый управляющий комплекс вновь поставляемое и уже существующее разнородное оборудование контроля и управления.
     Благодаря внедрению данной системы появилась возможность передавать значения технологических параметров в АСУП завода для оптимального планирования производства.
     Использование Internet-технологий позволило руководителям предприятия и обслуживающему персоналу со своих рабочих мест осуществлять мониторинг технологической и диагностической информации, что существенно облегчило 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.