Рис. №2
1.2. Обзор и анализ действующих контроллеров в системах АСУ ТП компрессорных станций газопроводов.
В настоящее время системы управления газоперекачивающими агрегатами (ГПА), компрессорными цехами (КЦ) и компрессорными станциями (КС) укомплектованы следующими импортными контроллерами:
Контроллеры GE Fanuc Automation (серии 90-30,90-70, Versa Max)
Имеют коммутационные процессоры для связи по сетям Ethernet и Genius. Программный пакет - (Scada- система) -Cimplicity Software.
Имеют сертификат Госстандарта РФ № 2342 от 11.07.98г. и использовались в САУ ГПА на основе газовых турбин, имеющих мощность до 10 МВт.
САУ ГПА на базе GE - Fanuc 90-70 прошли межведомственные испытания и рекомендованы к применению. Выпускаются САУ ГПА и системы централизованного контроля и управления компрессорным цехом для «Газпрома» и «Укргазпрома».
Контроллеры Series 3 Plus,Series 4 и Series 5, выпускаемые фирмой ССС (Компрессор Контроллер Корпорейшн – США)
Реализуют специальные функции регулирования за счет наличия запатентованных алгоритмов, позволяющих компенсировать отрицательное взаимовлияние между контурами, контролирующими давление и расход. Имеются высокоскоростные каналы цифровой последовательной связи для обмена информацией, по которым реализуются алгоритмы координации работы всей системы и передаются сигналы компенсирующих связей между контурами регулирования.
Контроллеры, помимо противопомпажного регулирования компрессоров, осуществляют логическое управление целой группой турбоагрегатов, образующих сложную, многоагрегатную параллельно - последовательную сеть. Предоставляется возможность автоматизированного многократного пуска и останова агрегатов.
ПТК Series 3 Plus представляет собой блочные конструкции с постоянным составом компонентов с фиксированным функциональным наполнением, постоянным набором входных/выходных сигналов для каждого типа блоков.
ПТК Series 4 выполнены как модульные, проектно-компонуемые конструкции, имеющие гибкие, перепрограммируемые функциональные возможности, переменный состав модулей, варьируемое число и различные виды входных/выходных сигналов.
ПТК Series 5 представляет собой интегрированное семейство модульных информационных и управляющих программируемых устройств. Этот комплекс является продолжением и дальнейшим развитием линии систем автоматического управления и регулирования, начиная с Series 3+ и Series 4. ПТК Series 5 отличается использованием самой современной надежной элементной базы, оригинальными передовыми решениями в части компоновки, расширенными функциональными возможностями, повышенной скоростью информационного обмена и выдачи решений, усовершенствованным интерфейсом оператора. Программное обеспечение Series 5, реализующее алгоритмы управления и регулирования, полностью отвечает нормам и требованиям Стандарта IEC 1131-3.
Одной из важнейших функций систем регулирования является функция прямого цифрового регулирования частоты вращения турбоагрегата. С этой целью фирмой разработаны сервоприводы с прямым цифровым управлением, которые используются для перемещения топливных клапанов газовых турбин и органов парораспределения паротурбинных установок.
Системы автоматического управления и противопомпажного регулирования турбоагрегатов фирмы ССС введены в эксплуатацию на многих объектах «Газпрома», наиболее крупные из них:
- КС «Павловка» «Самаратрансгаз» РАО ГАЗПРОМ, 1994 г.:
8 агрегатов типа ГТК-10
суммарная мощность агрегатов 80,000 кВТ.
- КС «Сызрань» «Самаратрансгаз» РАО ГАЗПРОМ, 1994 г.:
22 агрегата типа ГТК-10 и ГПА-Ц-16
суммарная мощность агрегатов 276,000 кВТ.
- КС «Вуктыл» «Севергазпром» РАО ГАЗПРОМ, 1994 г.:
8 агрегатов типа ГТК-10-4
суммарная мощность агрегатов 80,000 кВТ.
- КС «Острогожская» «Мострансгаз» РАО ГАЗПРОМ, 1993/94 г.г.:
12 агрегатов типа ГТ-750-6
1 агрегат типа Дон-2
суммарная мощность агрегатов 78,000 кВТ.
- КС «Курская» «Мострансгаз» РАО ГАЗПРОМ, 1994 г.:
3 агрегата типа ГТ-750-6
5 агрегатов типа ГПА-Ц-16
суммарная мощность агрегатов 155,000 кВТ.
- КС «Ныдинская» «Тюментрансгаз» РАО ГАЗПРОМ 1995 г.:
5 агрегатов типа ГПА-Ц-16
суммарная мощность агрегатов 96,000 кВТ.
Рис. №3
Известна разработка ЗАО РТСофт и ОАО «Газавтоматика» программно-технического комплекса (ПТК) цеховой системы контроля и управления технологическим оборудованием газоперекачивающих компрессорных станций «Поток».
ПТК «Поток» использует исключительно дорогостоящие импортные контроллеры и программное обеспечение:
промышленные контроллеры серий VME-9000, IUC-9000, SMART I/O производства фирмы PEP Modular Computers GmBH (Германия) на базе семейства процессоров 68К фирмы Motorola в конструктивах международного стандарта «Евромеханика» (IEC297);
модули объектного ввода/вывода ModPack фирмы PEP;
специализированные монтажные шкафы фирмы RITTAL (Германия);
встроенные операционные системы реального времени OS-9;
программный комплекс отображения технологической информации InTouch фирмы Wonderware (США);
систему программирования логических контроллеров Isa-GRAF.
ПТК «Поток» проходит опытную эксплуатацию в составе системы контроля и управления компрессорной станции «Несвиж» магистрального газопровода ЯМАЛ-ЕВРОПА (г. Несвиж, Белоруссия).
Осуществляется внедрение ПТК «Поток» на других компрессорных станциях газопровода ЯМАЛ-ЕВРОПА.
ПТК «Поток» является многоуровневой иерархической территориально - распределенной системой управления основным и вспомогательным технологическим оборудованием газоперекачивающих компрессорных станций и выполняет следующие функции:
сбор и обработка информации о состоянии объектов управления и текущих значений параметров;
телеуправление исполнительными органами объектов;
регулирование газоперекачивающих агрегатов;
обмен оперативной технологической информацией с верхними уровнями управления (рабочее место сменного инженера, диспетчерский пункт компрессорной станции);
отображение состояния крановой обвязки на светодиодных мнемосхемах;
тестирование и диагностика каналов связи и оборудования;
обеспечение экстренного аварийного останова технологического оборудования с резервного пульта управления;
ведение архивов и сохранение аварийных трендов на сменном носителе;
обеспечение требований взрывоопасности и полное резервирование всех элементов особо ответственных узлов.
Взаимодействие программируемых контроллеров, обеспечивающих управление основным и вспомогательным технологическим оборудованием, агрегатной автоматикой, запорной арматурой, осуществляется по промышленной сети PROFIBUS (DIN 19245, EN50 170). В состав ПТК «Поток» входят:
контроллер узла подключения, обеспечивающий выполнение функций по управлению;
контроллер АВО газа;
контроллер общецеховых кранов и замеров;
контроллер ПЭБ;
контроллер автоматики артскважин;
контроллер автоматики водоснабжения;
контроллер автоматики котельной;
контроллер автоматики склада ГСН;
контроллер автоматики склада метанола;
контроллер автоматики площадки КОС;
АРМ сменного инженера;
пульт экстренного аварийного останова при возникновении аварийной ситуации;
коммуникационный сервер для передачи данных между локальными контроллерами и общецеховой сетью Ethernet.
ПТК «Поток» (рис. 4-5) является типовым решением для проекта САУ газоперекачивающей станции с использованием лучших достижений западных производителей (поставщиков).
Рис. №4
Рис. №5
Российские разработчики систем управления и регулирования газоперекачивающих станций в последнее время все чаще используют в своих проектах контроллеры SIMATIC фирмы Сименс.
Эта известная фирма поставляет целый ряд контроллеров, различных по своим характеристикам и предполагаемому назначению.
Семейство контроллеров SIMATIC S7-200
Эти контроллеры позволяют создавать как автономные системы управления, так и системы, работающие в общей информационной сети.
Область применения простирается от простейших задач автоматизации, для решения которых в прошлом использовались простые реле и контакторы, до задач комплексной автоматизации, для которых в прошлом из соображений экономии необходимо было разрабатывать специальные электронные модули.
Основные характеристики семейства контроллеров SIMATIC S7-200 приведены в табл.№1:
Таблица №1
Наименование
|
Характеристики
|
Цены евро
(Германия)
|
Процессоры CPU - 222
|
2 К слов, 8DI-DC, 6DO-DC
|
221
|
Процессоры CPU - 224
|
4 К слов, 14DI-DC, 10DO-DC
|
303
|
Процессоры CPU – 226 XM
|
8 К слов, 24DI-DC, 16DO-DC
|
612
|
Модуль цифровых входов ЕМ-221
|
8DI – 24VDC (230V AC)
|
145
|
Модуль цифровых входов/выходов ЕМ-223
|
8DО – 24VDC, 16DO-24VDC, 0,75А
|
272
|
Модуль цифровых выходов ЕМ-222
|
8DI – 24VDC (230V AC, 0,5А)
|
165
|
Модуль аналоговых входов ЕМ231
|
4AI +/-10VDC, 12bit
|
175
|
Модуль аналоговых выходов ЕМ232
|
2AO, 12bit
|
190
|
Модуль аналоговых входов/выходов ЕМ235
|
4AI, 1AO, +/-10VDC, 12bit
|
231
|
Модуль PROFIBUS-DP Slave
|
9,6КВ – 12 МВ
|
221
|
Модуль AS-i Master
|
AS-Interface
|
275
|
Все CPU поддерживают алгоритмы ПИД-регулирования. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 имеют сертификат Госстандарта России № РОСС DE.ME20.B00818 на соответствие требованиям стандартов ГОСТ Р50377-92 и ГОСТ 29216-91.
Большими возможностями при построении децентрализованных систем управления обладают контроллеры семейства SIMATIC S7-300.
Наличие в семействе шести различных по мощности центральных процессорных устройств и широкого спектра специализированных модулей с разнообразными функциональными возможностями позволяют выбрать именно те компоненты, которые в наибольшей степени удовлетворят требованиям задач автоматизации газоперекачивающих станций.
Модульная структура контроллеров SIMATIC S7-300 обеспечивает возможность последующего наращивания и модернизации системы управления путем добавления дополнительных модулей.
Семейство контроллеров SIMATIC S7-300 обеспечивает возможность эксплуатации без принудительного охлаждения.
В рамках семейства предлагаются ЦПУ с различными мощностными характеристиками:
CPU-313 – для автоматизации установок с повышенными требованиями к объему программы управления;
CPU-314 IFM – компактный центральный процессорный модуль со встроенными входами и выходами для автоматизации процессов, предъявляющих высокие требования к объему программы управления и скорости ее обработки.
CPU-315 – для решения сложных задач автоматизации с большим объемом программы управления и для построения систем управления с децентрализованной структурой на базе PROFIBUS.
Основные характеристики контроллеров семейства SIMATIC S7-300 приведены в табл.№2
Таблица №2
Наименование
|
Характеристики
|
Цены евро
(Германия)
|
CPU-313
|
Программная память 12Кб. DI/DO встроенные 10/6. Расширение 8 модулей/1 ряд
|
336
|
CPU-314
|
Программная память 32Кб. DI/DO 20/16. AI/AO 4/1. Расширение 32 модуля/4 ряда
|
808
|
CPU-315
|
Программная память 64Кб. DI/DO max 1024. AI/AO max 128. Расширение 32 модуля/4 ряда PROFIBUS DP
|
1273
|
Цифровой вход SM321
|
32хDC 24B
|
282
|
Цифровой вход SM321
|
16xAC 230B
|
255
|
Цифровой выход SM322
|
32хDC 24B, 0,5A
|
391
|
Цифровой выход SM322
|
16xAC 230B, 0,5A
|
298
|
Цифровой вход/выход SM323
|
16xDC24B/16xDC24B, 0,5A
|
366
|
Аналоговый вход SM331
|
8 х I.U.(15 бит)
|
506
|
Аналоговый выход SM332
|
4 х I.U.(15 бит)
|
557
|
Аналоговый вход/выход SM3314
|
4 х I.U.(8 бит)/ 2 х I.U.(8 бит)
|
332
|
Коммуникационный прцессор
|
СР 342-2 для AS-i
|
495
|
Коммуникационный прцессор
|
CP 342-5 для PROFIBUS-DP
|
690
|
Программируемые логические контроллеры высшего класса представлены семейством SIMATIC S7-400
Модульные контроллеры SIMATIC S7-400 предназначены для решения сложных задач автоматизации технологических процессов во всех отраслях промышленности.
Наличие большого перечня модулей (носителей, центральных процессов, коммуникационных процессоров, функциональных модулей, сигнальных модулей) позволяет выбрать оптимальную по показателю производительность/стоимость конфигурацию контроллера.
Для программирования применяются полнофункциональный язык программирования STEP7 и дополнительные инжиниринговые пакеты.
ПК S7-400FH (модификация) являются резервированной системой безопасного управления, в которой технологические аварийные ситуации сопровождаются переводом оборудования в безопасном состоянии даже в случае отказа ЦПУ, путем перевода функций безопасного управления и безопасного останова с отказавшего на резервный ПК.
В системах, построенных на основе ПК S7-400FH, допускается комбинированное применение компонентов отказоустойчивых систем с компонентами стандартного исполнения. Это позволяет создавать системы автоматического управления нефтегазоперерабатывающих предприятий, выполняющих функции стандартного управления по отношению к одной функции безопасного управления по отношению к другой части технологического оборудования.
Система включает в свой состав 2 центральных процессора CPU 41х-41 с runtime лицензиями,2 линии PROFIBUS –DP, дублированные станции распределительного ввода-вывода ET 200М, сигнальные модули отказоустойчивых систем SM3261336.
Каждая станция ЕТ 200М комплектуется двумя резервными интерфейсными модулями IM 153-2
Основные характеристики контроллеров семейства SIMATIC S7-400 приведены в табл. №3
Таблица №3
Наименования
Процессоры
|
Характеристики
|
Цена Евро (Германия)
|
CPU 412-2
|
Объем памяти 2х72кб Кол-во периферии D1/D0 – 32768
A1/A0 –2048 интерфейсы MPI/DP
|
1968
|
CPU-416-3
|
Объем памяти 2х1,6 Мгб Кол-во периферии D1/D0 – 131072 A1/A0 –8192 интерфейсы MPI/DP + 2хDP
|
8565
|
CPU 417-44
|
ОЗУ 4 Мгб/до 20 Мгб D1/D0 131072/131072 A1/A0 8192/8192
|
11190
|
Дискретный ввод SM –421
|
32х24VDC 32х120VAC
|
245/446
|
Дискретный SM –431
|
32х24VDC / 0,5A 16х230VAC/5A
|
360/411
|
Аналоговый ввод SM – 431
|
16х15 бит
|
1599
|
Аналоговый выход SM 432
|
8х0-10V-20mA, 13 бит
|
799
|
Коммуникационный процессор
|
IM 467 для PROFIBUS-DP
|
950
|
Многофункциональные станции распределенного ввода-вывода SIMATIC-ET 200M/S/ используются для систем SIMATIC S7 – 300(400) с интерфейсом PROFIBUS-DP.
Центральный контроллер способен обращаться по сети PROFIBUS-DP к входам и выходам станции ЕТ-200 точно так же, как и к входам–выходам своих собственных модулей ввода-вывода.
Обширный спектр модулей различного назначения позволяет оптимальным образом адаптировать станции ЕТ-200для решения широкого круга задач автоматического управления.
Станция позволяет размещать до 64 модулей различного назначения с общим адресным пространством ввода-вывода 128 байт. Скорость передачи информации по сети PROFIBUS-DP – 12 Мбит/сек.
Интерфейсный модуль IM151 используется для подключения станций ЕТ200S к сети PROFIBUS-DP. Он позволяет организовать обмен данными с ведущим сетевым устройством.
В составе станций распределенного ввода/вывода ЕТ-200 используются пускатели стандартного исполнения с автоматическим выключателем и контактором для коммутации нагрузки мощностью до 5,5 кВт.
Недостатком при покупке контроллеров SIMATIC является их высокая стоимость (к цене прибавляются таможенные издержки и НДС), отсутствие русифицированной документации, сложности при программировании и эксплуатации на предприятиях в регионах России.
|
