Проект "Надымгазпром"

Рассмотрена АСУ ТП "Промысел-1" на базе ПЛК GE Fanuc series 90-30 для УКПГ. АСУ ТП реализована в виде распределенной системы с двухуровневой структурой. Для особо ответственных технологических участков применено горячее резервирование контроллеров. Реализовано подключение многопараметрических датчиков по протоколу HART. Система прошла межведомственные испытания.

Важным звеном в технологической цепочке бесперебойного газоснабжения потребителей природным газом является его подготовка к транспорту.

В конце 2000 года на газовом месторождении "Юбилейное" ООО "Надымгазпром" ОАО "Газпром" введена в эксплуатацию установка комплексной подготовки газа (УКПГ), обеспечивающая очистку газа от примесей и его осушку триэтиленгликолем (ТЭГ).

Юбилейное газовое месторождение расположено на востоке Ямало-Ненецкого автономного округа. Климат района резко континентальный с коротким прохладным летом и продолжительной холодной зимой. Территория месторождения находится в зоне вечной мерзлоты.

На площадке УКПГ расположены следующие технологические объекты:

• здание переключающей запорной арматуры (ЗПА);
• технологический корпус подготовки газа (ТКПГ);
• установка регенерации триэтиленгликоля (КРТ);
• здание печей теплоносителя и подогрева ТЭГ (ЗП);
• пункт хозрасчетного замера газа (в составе ТКПГ);
• склад ТЭГ и ГСМ;
• склад и насосная метанола;
• аварийные и дренажные емкости;
• служебно-эксплуатационный блок (СЭБ) с операторной;
• объекты жизнеобеспечения;

Для автоматизированного управления основными и вспомогательными технологическими процессами подготовки газа специалистами ОАО "Газавтоматика" ОАО "Газпром" при участии ООО "Advantek Engineering" разработана автоматизированная система управления технологическим процессами установки комплексной подготовки газа (АСУ ТП УКПГ) “Промысел-1”.

АСУ ТП "Промысел-1" территориально распределена по площадке технологического объекта и имеет два уровня управления:

• уровень систем автоматического управления (САУ);
• уровень оперативно-производственной службы (ОПС).

Связь между уровнями САУ и ОПС обеспечивает коммуникационная подсистема.

Стандартное программное обеспечение и технические средства АСУ ТП "Промысел-1" уровня ОПС обеспечивают выполнение следующих функций:

• сбор и контроль технологической информации от технических средств САУ основных и вспомогательных объектов (служб) УКПГ;
• сбор и контроль технологической информации от внешних систем управления;
• сигнализацию об отклонениях технологических параметров от регламентных норм;
• ведение базы данных реального времени;
• формирование и отображение видеокадров (мнемосхемы, тренды);
• формирование и отображение сводок и режимных листов;
• формирование и отображение протокола событий;
• формирование и выдачу выходных документов и протоколов событий на печать;
• протоколирование действий оперативного персонала;
• вычисление суммарных (интегральных) и средних (час/два часа) расходов газа;
• учет расхода газа по узлам входа шлейфов и технологическим линиям;
• учет расхода газа на собственные нужды и воды;
• учет расхода химреагентов;
• формирование и выдачу команд дистанционного управления;
• контроль выполнения команд управления;
• выдача уставок регуляторам.

• организация интерфейса "человек – машина";
• связь с нижним уровнем системы (прием технологической информации с уровня САУ, передача команд управления на уровень САУ);
• обмен информацией с уровнем диспетчерского управления.
• назначение (разграничение) прав для различных групп пользователей на доступ к информации и к функциям управления;
• регистрация пользователей в системе по индивидуальному идентификатору пользователя с введением пароля;
• ведение протокола регистрации пользователей и их наиболее ответственных действий с указанием реального времени и информации об этих действиях;

• ведение и вывод по запросу протоколов событий, происходящих в системе (действия по управлению, изменение конфигурации, системные события);
• непрерывный контроль работоспособности технических средств и обеспечение обнаружения отказа и причины отказа, с выдачей звуковой и визуальной сигнализации оператору ОПС, с занесением информации об отказе в протокол событий.

Стандартное программное обеспечение и технические средства АСУ ТП "Промысел-1" на уровне САУ обеспечивают выполнение следующих функций:

• сбор и контроль технологической информации с основных и вспомогательных технологических объектов УКПГ-1С;
• сбор и контроль технологической информации от внешних систем управления;
• формирование и ведение базы данных значений параметров;
• реализация законов автоматического регулирования (ПИД);
• выполнение алгоритмов автоматического управления, технологических блокировок;
• выполнение алгоритмов противоаварийной защиты;
• отработка команд дистанционного управления (выдачу управляющих воздействий на ИМ в соответствии с командами, принятыми с верхнего уровня);

• связь с уровнем ОПС УКПГ (передача технологической информации, прием команд).
• непрерывный контроль работоспособности технических средств и определение отказавших единиц;

В состав уровня ОПС входят:

• Резервированный SCADA-сервер на базе пакета HMI iFIX;
• Две двухмониторные станциями операторов, станция инженера-технолога на базе пакетов iClient iFIX;
• Станция системного инженера с установленными пакетами iClient iFIX и Versa Pro.

Операционной системой основного и резервного серверов является Windows NT 4.0 Server, операционной системой рабочих станций — Windows NT 4.0 Workstation. В дальнейшем возможен переход на операционные системы семейства Windows 2000. Сервера и рабочие станции имеют промышленное исполнение и размещены в 19" конструктивах пульта операторной технологического объекта и снабжены манипуляторами типа "мышь" или "трекбол" и стандартными клавиатурами. Мониторы рабочих станций имеют размер по диагонали 21", серверов — 17". Питание оборудования уровня ОПС обеспечивается источником бесперебойного питания мощностью 3 кВА с дополнительной батареей, размещённым в конструктиве пульта операторной. Уровень САУ построен с использованием ПЛК серии 90-30 фирмы GE Fanuc на базе процессорного модуля IC693CPU364, имеющего встроенный интерфейс Ethernet 10Base-T. Кроме процессорного модуля на базовой плате контроллера размещены:

• Коммуникационные модули — для связи с интеллектуальными датчиками и внешними микропроцессорными системами;
• Контроллеры шины Genius Bus — для связи с УСО Field Control и уровнем ОПС;

Ввод-вывод системы построен на базе УСО Field Control. Такое решение позволяет построить гибкую масштабируемую систему ввода-вывода, упростить конструкцию шкафов ПТК. Каждая станция УСО Field Control состоит из:

• интерфейсного блока шины Genius Bus, обеспечивающего связь с контроллером и возможность конфигурирования модулей ввода/вывода, подключаемых к нему;
• до 4 базовых плат ввода-вывода, на каждой из которых может размещаться до 2 модулей ввода-вывода;
• модулей ввода-вывода.

Связь станций Field Control с контроллерами осуществляется с использованием нерезервированной шины Genius Bus. Для автоматизации наиболее ответственных технологических участков УКПГ применена система с горячим резервированием контроллеров. Реализованы алгоритмы синхронизации контроллеров и безударного перехода с основного контроллера на резервный и обратно. Для технологического учёта газа на УКПГ применены интеллектуальные многопараметрические датчики 3095MV фирмы Fisher-Rosemount, связанные с АСУ ТП по HART-протоколу. В системе предусмотрена возможность подключения расходомеров коммерческого учета газа SuperFlow-II. Контроллер ЗПА оснащен операторской панелью Quickpanel производства GE Fanuc. Панель с цветным сенсорным экраном обеспечивает отображение состояния технологического объекта управления на графических мнемосхемах и выдачу в систему управления команд оператора. Применение панелей семейства Quickpanel позволяет повысить оперативность управления процессом. Для коммутации цепей управления 24В, 110В постоянного тока и 220В переменного тока, приёма дискретных сигналов 110В постоянного тока и 220В переменного тока использованы малогабаритные промышленные реле, размещаемые на панельках, предназначенных для монтажа на DIN-рейку.Питание компонентов системы от сети переменного тока осуществляется через источники бесперебойного питания мощностью 2000 кВА с дополнительными батареями, встроенные в шкафы управления. Такое решение позволяет увеличить надёжность системы. Оборудование размещается в шкафах размерами 1800 мм х 600 мм х 600 мм. Количество шкафов в каждой аппаратной от 2 до 4. Пример шкафа приведен на рис. 2.

Для автоматизации объектов жизнеобеспечения разработаны автономные удалённые УСО в шкафах размерами 1200 мм х 800 мм х 400 мм.

Коммуникационная подсистема состоит из:

• Резервированной системной шины Genius Bus для связи цеховых контроллеров уровня САУ с резервированным контроллером концентратором на основе ПЛК серии 90-30 фирмы GE Fanuc, обеспечивающий объединение сегментов (не используется, если общая длина Genius Bus не превышает 1100 м);
• Сети Fast Ethernet для связи SCADA-серверов с коммуникационным контроллером и станциями операторов, обеспечивающей обмен 10/100 Мбит/с в зависимости от типа подключаемого к сети порта Ethernet. Кроме того, по этой сети осуществляется удалённое конфигурирование контроллеров уровня САУ. Сеть строится на базе коммутатора, позволяющего исключить влияние недетерминированности сети Ethetnet на надёжность доставки технологической информации в режиме реального времени.

АСУ ТП УКПГ Юбилейного ГМ обеспечивает полный объём автоматизированного управления и противоаварийной защиты объектов основной технологии и жизнеобеспечения УКПГ. Предполагается дальнейшее развитие АСУ ТП УКПГ Юбилейного ГМ с целью интеграции в единую систему управления газовым промыслом системы телемеханики кустов газовых скважин, площадки ПАЭС-2500 и вахтового жилого комплекса. Система сдана в опытно-промышленную эксплуатацию 15 января 2001 года. Межведомственные испытания проведены в период с 19 по 21 апреля 2001 года. По результатам межведомственных испытаний АСУ ТП УКПГ Юбилейного ГМ принята в промышленную эксплуатацию, ПТК "Промысел-1" рекомендован к серийному производству и тиражированию для создания АСУ ТП объектов добычи и подземного хранения газа ОАО "Газпром".