Верхний уровень автоматизированных систем управления объектов нефтегазовой отрасли
Компания «ТМС» предлагает типовые решения верхнего уровня автоматизированных систем управления технологических объектов для нефтегазовой отрасли.
Наши решения создаются на основе проверенных технических и программных средств от ведущих производителей, сертифицированных для работы в условиях опасных производств, отличаются высокой надежностью и предназначены для повышения эффективности технологических процессов, повышения информативности диспетчерского контроля и управления и для снижения экологических и технологических рисков.
Наши решения соответствуют действующим отраслевым стандартам и требованиям руководящих документов.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами объектов нефтегазовой отрасли обеспечивают:
- прием информации о состоянии технологического оборудования;
- мониторинг параметров технологических процессов;
- автоматическую защиту технологического оборудования по аварийным и предельным значениям контролируемых параметров и при отказах вспомогательных систем;
- дистанционное управление технологическими процессами;
- управление и поддержание установленных режимов работы технологического оборудования и нормативных условий эксплуатации оборудования;
- обнаружение отказов оборудования при его работе и при переключениях;
- отображение и регистрацию основных контролируемых технологических параметров и параметров, характеризующих состояние оборудования;
- диагностику и мониторинг состояния технических средств системы автоматики;
- взаимодействие (обмен данными) со смежными системами;
- формирование отчётов и сводок;
- ведение истории изменения технологических параметров, событий и действий оператора.
Системы автоматизации объектов нефтегазовой отрасли имеют иерархическую структуру и состоят из трёх уровней – нижний, средний и верхний уровни.
К нижнему уровню системы относятся:
первичные средства измерения и датчики технологических параметров;
вторичные приборы;
исполнительные механизмы;
аппаратура местного управления и сигнализации.
К среднему уровню относятся шкафы контроля и управления, построенные на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК).
К верхнему уровню относится опорная система передачи данных (ОСПД) и автоматизированные рабочие места специалистов (операторы, диспетчеры, тех. персонал, руководители и др.)
Типовое решение АСУТП для нефтегасовой отрасли
Программно-технический комплекс для систем автоматизации объектов первичной переработки нефти
Программно-технический комплекс (ПТК) представляет набор технических решений, предназначенных для создания объектно-компонуемых систем автоматизации объектов первичной переработки нефти (дожимной насосной станции - ДНС).
Система автоматизации осуществляет:
1. Контроль и управление параметрами технологического процесса в реальном времени:
- Контроль и регулирование уровня жидкости в резервуарах, дренажных емко-стях, сепараторах;
- Контроль уровня раздела фаз в сепараторах;
- Контроль давления жидкости на различных стадиях технологического процес-са;
- Контроль дифференциального давления на фильтрах;
- Первичный учет нефти и газа;
- Пуск и остановка технологического оборудования;
- Контроль положения и управление электрическими задвижками;
- Контроль значений рабочих токов и напряжений насосных агрегатов;
- Контроль уровня вибрации насосных агрегатов;
- Контроль температурного режима насосных агрегатов;
- Осуществление аварийных защит.
2. Функции диспетчерского контроля и управления технологическим процессом:
- Автоматический непрерывный сбор и обработка информации, получаемой от контроллерного оборудования;
- Отображение параметров технологического процесса на его мнемосхеме;
- Формирование отчетной документации;
- Архивирование, длительное и надежное хранение информации;
- Обмен информацией с вышестоящим уровнем управления (АСУП).
В состав системы автоматизации, построенной на базе ПТК, входят:
- Датчики и исполнительные механизмы, осуществляющие сопряжение технологического оборудования с контроллерами (контроллерным оборудованием);
- Контроллерное оборудование обрабатывает сигналы с датчиков, осуществляет алгоритмы локального управления и аварийных защит, выдает сигналы управления исполнительным механизмам. Контроллерное оборудование представляет собой проектно-компонуемые изделия шкафного исполнения (серия САТУРН).
- Программное обеспечение.
В состав программного обеспечения входят:
- Сервер хранения и обработки информации;
- Программное обеспечение автоматизированных рабочих мест (АРМ) специалистов:
- АРМ диспетчера;
- АРМ технолога;
- АРМ инженера КИПиА.
Рис. Структурная схема АСУ ТП для объектов первичной переработки нефти.
Требования к коммуникационному оборудованию верхнего уровня
Проанализировав специфику каждой отрасли, несложно понять, что продукция Industrial Ethernet должна обладать характеристиками, которых нет у обычного оборудования Ethernet, предназначенного для офисного применения. Удаленное базирование промышленных объектов от пункта управления опорными сетями передачи данных, а также нередко жесткие условия окружающей среды (высокие/низкие температуры, влажность и атмосферное давление, ветрено-пылевая активность и др.) предъявляют особые требования к оборудованию.
Большая пропускная способность и скорость передачи данных
Объем трафика напрямую зависит от многих факторов: количества архивируемых и визуализируемых технологических параметров, количества серверов и операторских станций, используемых прикладных приложений и т.д. В отличие от полевых сетей жесткого требования детерминированности у обычного оборудования Ethernet нет: неважно, сколько времени займет передача сообщения от одного узла к другому – 100 мс или 700 мс. Главное, чтобы сеть в целом могла справляться с общим объемом трафика за определенное время.
Отказоустойчивость
В случае выхода из строя Industrial Ethernet-коммутатора или обрыва канала система управления способна в кратчайшие сроки (не более 500 мс) локализовать место отказа, выполнить автоматическую перестройку топологии и перенаправить трафик на резервные маршруты.
Температурный режим
Оборудование упомянутых выше производителей чаще всего предназначено для работы в широком температурном диапазоне. Для российских условий это очень актуально, поскольку многие объекты расположены в Зауралье и Сибирском регионе, где в зимний период длительное время сохраняется низкая температура, в то время как в летние месяцы она может достигать отметок выше среднего. Что касается промышленных коммутаторов Kyland, большая часть продуктовой линейки может работать в диапазоне от –40 до +85°С. Конструкторы с успехом реализовали на своем оборудовании проект мониторинга на железной дороге в условиях тибетского высокогорья, районе с низкой температурой и сильным ветром. Устройства передачи данных установлены как внутри подвижного состава, так и вблизи железнодорожного полотна под открытым небом.
Защита от электромагнитного излучения
Важным фактором безотказной работы оборудования Industrial Ethernet является возможность эксплуатации в условиях повышенного электромагнитного излучения. Требования для работы в этих условиях приведены в международном стандарте IEC61850. В настоящее время в России практически невозможно использовать оборудование Industrial Ethernet в энергетике и ряде других отраслей без соответствия стандарту МЭК61850 (российский аналог IEC61850). Большинство российских дистрибьюторов предполагают аттестовать продукцию Industrial Ethernet на соответствие требованиям данного стандарта. Все оборудование Kyland Technology Co., Ltd. соответствует требованиям IEC61850 с 2007 года (соответствие МЭК61850 указано в сертификате ГОСТ Р, РОСС CN. AB33. H00173).
Система охлаждения
Важной отличительной чертой оборудования Industrial Ethernet является отсутствие вентиляторов. Известно, что наиболее распространенная причина выхода из строя компьютерного оборудования – это неисправность систем охлаждения. Вышедший из строя вентилятор приводит к нестабильной работе коммутатора и его зависанию. Производители промышленного оборудования используют пассивную систему охлаждения. Алюминиевый корпус коммутаторов Kyland имеет гофрированную поверхность, что позволяет максимально рассеивать выделяющееся тепло.
Резервирование связей в промышленных сетях Ethernet
Резервированию в промышленных сетях Ethernet с коммутаторами посвящена серия стандартов IEEE. Однако первоначально они были предназначены только для исключения замкнутых контуров в сетях, поэтому требования к быстродействию алгоритмов учтены не были. В связи с резким ростом спроса на промышленный Ethernet (рост более 50% в год в период c 2004 года) возросли требования ко времени переключения на резерв. Поэтому в 2005 году началась работа над новым стандартом IEC 62439 «High Availability Automation Networks» («Сети промышленной автоматизации с высокой готовностью»), которая была инициирована комиссией IEC по цифровой коммуникации TC65C. Существует несколько методов резервирования промышленного Ethernet: агрегирование линий связи (Link aggregation, trunking) или IEEE 802.3ad – технология объединения нескольких физических каналов в один логический. Это способствует не только значительному увеличению пропускной способности магистральных каналов коммутатор–коммутатор или коммутатор–сервер, но и повышению их надежности. Хотя уже существует стандарт IEEE 802.3ad, многие компании еще используют для своих продуктов патентованные или закрытые технологии; резервирование на основе протоколов STP и RSTP.
Типовые решения ОСПД на базе коммуникационного оборудования Kyland
Система мониторинга нефте/газопровода
Основа транспортировки газа/нефти — система управления трубопроводом. В общей системе управления объединены следующие функции:
- Мониторинг параметров газопровода
- Регулировка давления в газопроводе
- Поддержание давления в газопроводе
- Телеметрия и телекоммуникации
- Обнаружение утечек в газопроводе
- Обеспечение пожаробезопасности и газобезопасности
- Аварийное отключение
Система мониторинга трубопровода для нефти и природного газа предохраняет магистраль и оборудование от повреждений посредством учета давления, скорости потока и температуры в трубопроводе.
Структура системы
Система мониторинга состоит из трех уровней: полевое измерительное оборудование, узлы насосных станций и головной диспетчерский центр. Коммуникационная сеть между полевым оборудованием и насосной станцией может быть организована на базе промышленного Ethernet или CPRS. Сеть между насосными станциями и головным центром чаще всего организована на базе гигабитного промышленного Ethernet.
Требования к сети
Поскольку нефтяные и газовые трубопроводы, как правило, имеют большую протяженность, покрывая тысячи километров, систему мониторинга приходится разворачивать на довольно больших расстояниях. Сетевое оборудование должно соответствовать многим требованиям, в том числе работать в широком температурном диапазоне, иметь высокую степень защиты IP, быть пыле- и влагонепроницаемым.
Реализация
Промышленные коммутаторы SICOM3024 и SICOM6224 применяются в коммуникационной сети в насосных станциях. Промышленные коммутаторы SICOM3000, KIEN6000 и KIEN5000 располагаются в коммуникационных сетях между тормозными станциями.
Система контроля процессов переработки нефти и природного газа
Структура системы
Система контроля нефтегазоперерабатывающих процессов подразделяется на уровень исполняющего полевого оборудования, уровень контролирующего полевого оборудования (удаленный ввод / вывод сигнала, данных или распределенная система управления), уровень мониторинга и управления и коммуникационные сети. Коммуникационная сеть соединяет между собой многие функциональные модули, в том числе обработку нефти, хранение, последующую очистку воды, инъекцию воды и головной контроль.
Требования к сети
Есть возможность легко перейти на сеть с открытым стандартом и расширить ее. Сеть промышленного Ethernet имеет ряд преимуществ: к ней можно легко подключиться, она поддерживает множество протоколов, например MODBUS-TCP/IP, обладает высокой электромагнитной совместимостью, класс защиты IP40 и может работать в широком температурном диапазоне.
Реализация
Промышленные коммутаторы SICOM3000, SICOM3024 и SICOM4000 применяются в точках сбора данных на нефтяных скважинах.
Система мониторинга энергоснабжения на нефтегазоперерабатывающих объектах
Структура системы
Система переработки нефти и природного газа это типичная для отрасли система, расположенная на больших расстояниях, и являющаяся основополагающей нефтегазовой промышленности. Автоматизированная система мониторинга отслеживает процесс переработки, энергетическую систему и коммуникационную сеть.
Коммуникационная сеть состоит из двух частей: головной сети между станциями переработки и диспетчерским центром, и внутренней сети каждой отдельной перерабатывающей станции.
Требования к сетевому оборудованию
- должно обладать высокой электромагнитной совместимостью в соответствии со спецификацией промышленного стандарта IEC61850-3.
- должно соответствовать разделам IEC61850-8-1, IEC61850-7-1, IEC61850-7-2 в части передачи контрольной датаграммы.
должно работать в широком температурном диапазоне.
- должно быть защищено от проникновения пыли и влаги.
- должно иметь функции самодиагностики и оповещения.
- должно иметь защищенные каналы с резервированием.
- должно гарантировать безопасную работу, поддерживать открытую сеть и быть совместимым с оборудованием других вендоров.
Реализация
Промышленные коммутаторы SICOM4000 и SICOM6424 применяются в центрах мониторинга. Промышленные коммутаторы SICOM3000 и SICOM3024 располагаются в точках сбора данных систем переработки, транспортировки и хранения нефти/газа.
Система мониторинга городского газопровода
Структура системы
Система мониторинга городского газопровода представляет собой головную контролирующую, диспетчерскую и распределительную систему на основе сети Ethernet. Система состоит из головного контрольного центра, коммуникационной сети (включая сеть Industrial Ethernet и беспроводную сеть), удаленные конечные станции (которых могут быть сотни, в зависимости от величины города).
У данной системы есть ряд преимуществ, таких как высокая надежность, возможность централизованного управления, контроля отдельных участков, удобный компьютерный интерфейс, графические и видео технологии. Все удаленные конечные станции объединены в систему с помощью сети промышленного Ethernet.
Требования к сети
В зависимости от условий расположения узлов системы, ее архитектура может быть цепной, кольцевой или звездообразной. Требования к сетевому оборудованию следующие:
- должно работать в широком температурном диапазоне, не менее -35 +75С
- должен иметь мультисервисный доступ, включая порты Ethernet, RS232 и RS485 интерфейсы.
- должно обладать высокой электромагнитной совместимостью и быть устойчивым к грозовой активности и высокому электромагнитному излучению.
- должно быть защищено от проникновения пыли и влаги.
Реализация
Промышленные коммутаторы KIEN2032, KIEN6000, SICOM3000 и SICOM3016 применяются в коммуникационных сетях.
