Обобщенная схема системы управления нефтегазовыми объектами

Для рассредоточенных объектов, таких, как нефтяные и газовые промыслы, а также для объектов транспорта нефти и газа применяют системы, построенные на базе PLC и программного обеспечения SCADA. Задачей таких систем является обеспечение автоматического дистанционного наблюдения и дискретного управления функциями большого количества распределенных устройств (часто находящихся на большом расстоянии друг от друга и от диспетчерского пункта). Количество возможных устройств, работающих под управлением систем диспетчерского контроля и управления, велико и может достигать нескольких сотен. Для этих систем наиболее характерной задачей является сбор и передача данных, которая реализуется дистанционно расположенными (удаленными) терминальными устройствами (RTU).

На рис. 8.4 представлена архитектура многоуровневой системы управления, обобщающая многочисленные применения таких систем для управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности.

Рисунок 8.4 - Обобщенная структурная схема системы управления

Как правило, это двухуровневые системы, и именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно - аппаратной платформой.

· Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики (измерительные преобразователи) для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные устройства для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным контроллерам (PLC), которые могут обеспечить реализацию следующих функций: сбор, первичная обработка и хранение информации о состоянии оборудования и параметрах технологического процесса; автоматическое логическое управление и регулирование; исполнение команд с пункта управления; самодиагностика работы программного обеспечения и состояния самого контроллера; - обмен информацией с пунктами управления.

· Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных. На верхнем уровне могут быть организованы рабочие места (компьютеры) для специалистов, в том числе и для инженера по автоматизации (инжиниринговые станции). Часто в качестве рабочих станций используются ПЭВМ типа IBM PC различных конфигураций.

3. Распределенные системы управления (DCS-системы)

Для автоматизации непрерывных технологических процессов переработки нефти и газа, а также нефтехимических процессов наиболее адаптированы DCS-системы. Характерная черта управляющих процессоров (контроллеров) DCS-систем - способность поддерживать большое количество контуров ПИД-регулирования. Распределенной системой управления (РСУ или DCS - Distributed Control Systems) принято называть большую систему управления, поставляемую в полном комплекте одним производителем. При этом в комплект системы всегда входят контроллеры (управляющие процессоры), платы и модули ввода/вывода, сетевое оборудование, рабочие станции, программное обеспечение - все от одного производителя. РСУ обычно разрабатывались (и сейчас разрабатываются) для автоматизации непрерывных технологических процессов - это то, что называют АСУТП.

Функционально РСУ отличались (и до сих пор отличаются) от систем PLC+SCADA следующими свойствами:

- база данных распределена между контроллерами, но выглядит единой с точки зрения инженера. Именно это свойство и заложено в название "РСУ";

- операторский интерфейс тесно интегрирован в систему. Это не ПО SCADA, которое нужно "привязывать" к аппаратным средствам (железу). Здесь все работает сразу после включения питания и без какой-либо настройки;

- интенсивная и обширная обработка тревог (алармов) и событий реализуется также без каких-либо усилий со стороны разработчика;

- возможность вести разработку конфигурации и вносить изменения он-лайн, (то есть, не останавливая процесса управления);

- возможность менять отказавшее оборудование и расширять систему (добавлять новые узлы и платы) без отключения питания;

- глубокая диагностика от уровня операторского интерфейса до отдельного канала ввода/вывода без какой-либо настройки;

- возможность резервирования любого компонента системы (контроллер, модуль ввода/вывода, операторские станции) на аппаратном уровне и без какой-либо настройки программного обеспечения.

Все это, разумеется, делает начальную цену РСУ более высокой по сравнению с PLC+SCADA, но на порядок снижает время разработки и внедрения.

Контрольные вопросы

1. Основные объекты промысловой технологии и их взаимодействие

2. Упрощенная схема добычи и подготовки газа

3. Каков объем автоматизации кустов газовых скважин

4. Особенности объектов управления нефтегазовой отрасли, определяющие различные подходы к автоматизации (на примере объектов нефтепромысловой технологии).

5. Особенности объектов управления нефтегазовой отрасли, определяющие различные подходы к автоматизации (на примере объектов добычи, подготовки и транспорта газа).

6. Обобщенная архитектура многоуровневой системы управления. Компоненты системы и их функции.

7. Характерная черта управляющих процессоров (контроллеров) DCS-систем

8. Два подхода к выбору программно-аппаратных средств автоматизации для объектов нефтегазовой отрасли. Сравнительная характеристика.

9. Функциональное отличие РСУ от систем PLC+SCADA

Список рекомендуемой литературы

Основная учебная литература:

1. Чипига, А. Ф. (СевКавГТУ). Многоканальные измерительные системы для мониторинга безопасности объектов : учеб. пособие / А. Ф. Чипига, В. В. Федоренко, И. В. Федоренко ; ФБГОУ Сев.-Кав. гос. техн. ун-т. - Ставрополь : Издательство СевКавГТУ, 2012. - 126 с.

2. Автоматизация технологических процессов добычи и подготовки нефти и газа : учеб. пособие для вузов / Е. Б. Андреев [и др.] ; под ред. В. Е. Попадько ; [РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина]. - М. : Недра, 2008. - 400 с.

Дополнительная литература:

3. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: Учебник для вузов / Под ред. В.И. Нефедова. – М.: Высшая школа, 2001.

4. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 800 с.