Table Of ContentМинистерство образования и науки Российской Федерации
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
НЕФТИ И ГАЗА имени И. М. ГУБКИНА
Кафедра автоматизированных систем управления
Л.И. ГРИГОРЬЕВ, А.В. ПИРОГОВ,
Д.Р. МУСАВЕРОВ, И.Р. МУСАВЕРОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
НА БАЗЕ PSI CONTROL
Компьютерный практикум по курсу
«Проектирование и эксплуатация АСДУ в нефтегазовом комплексе»
Москва, 2012
1
УДК 658.52
Рецензент:
к.т.н., А.А. Ковалев
ГригорьевЛ.И.,ПироговА.В., МусаверовД.Р.,Мусаверов И.Р.
Проектирование автоматизированных систем диспетчерского
-
управления на базе PSI Control; Компьютерный практикум. М.:
Издательский центр РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина,
2012. – 93 с.
Компьютерный практикум предназначен для изучения основ проекти-
рования автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ)
в нефтегазовом комплексе на базе программного продукта PSI Control
компании PSI AG. Рассмотрены теоретические вопросы проектирования
АСДУ, вопросы проектирования объектной модели, разработки мнемосхем
в графическом редакторе PSI Control, создания графических элементов на
основе символов замены. Приведены задания для самостоятельной работы
и вопросы для самоконтроля.
Практикум рекомендуется студентам кафедры АСУ (обучающимся по
магистерским программам) при изучении курса «Проектирование и экс-
плуатация АСДУ в нефтегазовом комплексе».
(cid:211)
Григорьев Л.И., Пирогов А.В.,
Мусаверов Д.Р., Мусаверов И.Р., 2012
(cid:211)
РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина,
2012
2
Введение
Практикум содержит практические задания по курсу «Проектиро-
вание и эксплуатация АСДУ в нефтегазовом комплексе». Выполне-
ние предложенных заданий поможет студенту:
•
закрепить знания, полученные при изучении курса;
•
ознакомится с теоретическими основами проектирования авто-
матизированных систем диспетчерского управления в нефтегазовом
комплексе;
•
ознакомиться с продуктами компании PSI AG и в частности про-
граммным продуктом PSI Control;
•
выработать навыки проектирования АСДУ на базе PSI Control.
Кафедра автоматизированных систем управления, в лице авторов,
выражает искреннюю благодарность за помощь в организации курса
«Проектирование и эксплуатация АСДУ в НГК» и подготовке данно-
го методического пособия профессору, доктору технических наук,
генеральному директору ООО «ПСИ» Б. Бёме, к.т.н., директору де-
партамента нефти и газа ООО «ПСИ» А.А. Ковалеву, а также инже-
неру по автоматизации ООО «ПСИ» П.Н. Кламбоцкому. Также авто-
ры выражают благодарность компании «B&R» за предоставленный
программный контроллер.
Особую благодарность авторы выражают Р.Я. Берману, заведую-
щему филиалом кафедры автоматизации технологических процессов
Российского государственного университета нефти и газа имени
И.М. Губкина.
Отдельнуюблагодарностьза многолетнее успешное сотрудничест-
во Российский государственный университет нефти и газа имени
И.М.Губкинавыражает компании ОАО «Газпром автоматизация»: ге-
неральному директору Ю.В. Раушкину, заместителю генерального ди-
ректора по информационно-управляющим системам Э.Ш. Джураеву,
заместителю начальника Управления ИТ-проектов И.Ф. Жагфарову.
Российский государственный университет нефти и газа имени
И.М. Губкина надеется на продолжение и укрепление дальнейшего
долговременного сотрудничества в рамках развития автоматизации
диспетчерского управления нефтяной и газовой промышленности.
3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ В НЕФТЕГАЗОВОМ
КОМПЛЕКСЕ
1.1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ
АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТОВ НЕФТЯНОЙ
И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
1.1.1. Некоторые особенности производственных
процессов нефтяной и газовой промышленности
Для объектов нефтяной и газовой промышленности характерны
производственные процессы, представленные на рис. 1.
Рис. 1. Основные производственные процессы
Процессы добычи нефти или газа направлены на извлечение угле-
водородов из продуктивных пластов и дальнейшую подготовку для
последующего транспорта. Процессы переработки нефти и газа пред-
назначены для очистки углеводородного сырья от вредных примесей,
извлечения ценных компонентов, получения различных товарных
продуктов.
Процессы транспорта нефти и газа предназначены для доставки
углеводородов от источников их добычи к потребителям. Для газовой
отрасли процессы транспорта реализуются на основе трубопроводно-
го транспорта. Процессы хранения нефти и газа предназначены для
регулирования и выравнивания неравномерности потребления угле-
4
водородов. Процессы транспорта и хранения продукции на предприя-
тиях газовой и в некоторых случаях нефтяной отрасли являются ос-
новными, что является отличительной особенностью от других от-
раслей промышленности, в которых они являются вспомогательными
[7].
Процессы распределения предназначены для доставки нефти и га-
за конечным потребителям. Выполнение основной цели, а именно по-
ставка нефти и газа от источника до конечного потребителя, невоз-
можна без скоординированного управления таким широким разнооб-
разием технологических процессов.
Представленные выше производственные процессы, в силу осо-
бенностей и свойств продукта, имеют непрерывный характер, кото-
рый приводит к необходимости работы в едином режиме всех объек-
тов, вовлеченных в эти процессы, и к реализации непрерывного про-
цесса управления данными объектами.
Территориальная распределенность источников и потребителей
нефти и газа привело к появлению большого количества промежуточ-
ных объектов, необходимых для выполнения процессов транспорта.
Увеличение количества объектов управления, создание предприя-
тий по территориальному признаку сформировало иерархическую си-
стему оперативного управления производственными процессами. Со-
зданная в СССР и эксплуатируемая в настоящее время в России Еди-
ная система газоснабжения (ЕСГ РФ) образует сложную иерархиче-
скую структуру оперативного управления, разделенную на четыре
уровня:
•
уровень центрального производственно-диспетчерского депар-
тамента (ЦПДД);
•
уровень производственно-диспетчерских служб дочерних об-
ществ (ПДС ДО);
•
уровень линейно-производственных управлений (ЛПУ МГ);
•
уровень цехов компрессорных станций (КС).
5
1.1.2. Характеристика диспетчерского управления
производственными процессами промышленных предприятий
Для безопасного функционирования технологического оборудо-
вания добычи, транспорта, хранения и распределения нефти и газа,
своевременного решения производственных задач организуется дис-
петчерское управление, которое является одним из важнейших видов
деятельности предприятий нефтегазового комплекса. Диспетчерское
управление реализуется на основе взаимосвязанных процессов пла-
нирования, контроля и учета, прогнозирования, анализа и оператив-
ного управления.
Планирование включает оперативно-календарное и сменно-суточ-
ное планирование и предназначено для: обеспечения потребности
всех видов ресурсов к началу оперативно-планового периода, согла-
сования графиков запуска-выпуска товарной продукции, сравнения
отклонений уровней потребности от нормативов регулирования [1].
Контроля и учет определяют фактическое состояние управляемых
производственных процессов в единицах измерения, местонахожде-
ния и времени и используют определенные методы планирования и
заданные учетно-плановые единицы.
Анализа производственного процесса предназначен для выявле-
ния причин, параметров и факторов нарушения управляемых произ-
водственных процессов в целях последующей корректировки.
Прогнозирование предназначено для выработки мероприятий,
направленных на совершенствование структуры управления, техни-
ко-экономических показателей производственных процессов.
Фактическое управление производством на уровне материальных
потоков, предметов труда обеспечивается с помощью совокупности
взаимосвязанных процессов диспетчеризации. Диспетчеризация —
это координация управления, централизация и концентрация опера-
тивного контроля и регулирования производственными процессами
[7].
6
Целями координации управления производственными процессами
являются привязка плановых заданий и показателей к фактическому
состоянию производства, маневрирование и перераспределение ре-
сурсов, согласованное выполнение функций контроля и регулирова-
ния. Оперативный контроль включает сопровождение производ-
ственных процессов, обнаружение отклонений и информацию для ре-
гулирования. Регулирование предусматривает проведение мероприя-
тий по компенсации отклонений и поддержанию заданного производ-
ственного процесса.
Основной целью диспетчерского управления газовой отрасли яв-
ляется обеспечение эффективного и надежного газоснабжения потре-
бителей РФ и выполнение контрактов по экспорту газа, обеспечение
безопасности населения, окружающей среды и оборудования ЕСГ.
Для достижения поставленной цели в диспетчерском управлении
газовой отрасли решаются следующие задачи (обобщенно):
•
формированиеи контрользавыполнениемпланатранспорта газа;
•
бесперебойное газоснабжение потребителей и оперативный учет
газа, транспортируемого по газопроводам;
•
контроль режимов работы и, по возможности, оптимизация ре-
жимов по выбранным критериям (как правило, минимум энергетиче-
ских затрат);
•
разработка оперативных графиков подачи газа потребителям в
соответствии с установленным планом и с учетом сезонной и суточ-
ной неравномерности потребления газа;
•
формирование заявок на ремонтные работы и оперативный кон-
троль за выполнением графиков ремонтных работ технологического
оборудования;
•
координация режимов работы с подземными хранилищами газа.
Диспетчерское управление в нефтегазовой отрасли формирова-
лось в течение нескольких десятков лет. Выделяют следующие ос-
новные этапы развития диспетчерского управления [4].
7
Первый этап является наиболее простой формой диспетчеризации,
которая заключается в координации дежурным диспетчером действий
местного обслуживающего персонала при помощи телефонной связи.
Контроль над параметрами объекта ведется на основе данных, пере-
даваемых местным обслуживающим персоналом. Исполнительными
механизмами в этом случае управляет местный обслуживающий пер-
сонал по командам, передаваемым по телефону.
Второй этап характеризуется ростом объемов добываемых и
транспортируемых нефти и газа и, как следствие, увеличением коли-
чества объектов диспетчерского управления. Одновременно с этим
развиваются вычислительные системы и появляется возможность
компьютерной обработки информации. Происходит образование дис-
петчерских служб и вырабатывается иерархическая система управле-
ния.
На третьем этапе происходит автоматизация и телемеханизация
отдельных задач диспетчерского управления путем использования
компактных систем автоматизация на базе транзисторов и интеграль-
ных мнемосхем. Применяются системы сбора и передачи информа-
ции о состоянии оборудования на местный диспетчерский пункт. Ре-
шаются задачи программного управления пуском газоперекачиваю-
щего агрегата (ГПА). Основной режим работы магистральных трубо-
-
проводов на данном этапе телемеханический. Управление процес-
сами перекачки продукта производится из диспетчерских пунктов.
На четвертом этапе появляется ЭВМ современной архитектуры, а
также сети передачи данных и баз данных. Развитие программных
продуктов, расширение вычислительных возможностей привело к
возможности автоматизации большинства задач оперативно-диспет-
черского управления. Системы приобретают черты современных
диспетчерских комплексов, формируется базовая архитектура систем
диспетчерского управления и сбора данных (англ. Supervisory Control
And Data Acquisition, англ. сокр. SCADA), функционирующих в ре-
жиме реального времени.
8
На пятом этапе появляются интегрированные управляющие си-
стемы (там же терминология MES и другие). Дальнейшее развитие
ЭВМ и программных систем и средств интеграции различных про-
граммных продуктов и вычислительных комплексов позволило обес-
печить автоматизацию практически всех из перечисленных выше за-
дач диспетчерского управления, реализовав полную вертикальную и
горизонтальную интеграцию информации.
1.1.3. Особенности проектирования и эксплуатации АСДУ
в нефтегазовом комплексе
Рассмотрим подробнее вопросы построения автоматизированных
-
систем диспетчерского управления (АСДУ) [1 9].
-
Среди различных определений понятия АСДУ [1 6] наиболее
полным видится следующее:
АСДУ – это неоднородная (человеко-машинная) система управ-
ления технологическим процессом, интегрирующая профессиональ-
ные знания диспетчера с информационно-управляющей системой,
обеспечивающей сбор, передачу и отображение информации, а также
автоматизирующей требуемые расчетные процедуры и выполнение
управляющих воздействий для достижения поставленной цели в со-
ответствии с заданными критериями.
В общем случае, современная АСДУ состоит из следующих функ-
циональных подсистем: планирования, контроля, управления, моде-
лирования, оптимизации, учета.
Связи функциональных подсистем АСДУ представлены на
рис. 2.
Основой АСДУ являются SCADA-системы, которые позволяют
реализовать функциональные подсистемы контроля и управления
технологическим процессом в режиме реального времени. Такие си-
стемы позволяют решать следующие задачи:
9
Рис. 2. Функциональные подсистемы АСДУ
•
сбор информации о ходе технологического процесса в режиме
реального времени;
•
обработка информации о ходе технологического процесса в ре-
жиме реального времени или по запросу/команде пользователя;
•
хранение собранной и обработанной информации в базе данных
реального времени;
•
логическое управление технологическим процессом реального
времени на основе уставок и подпрограмм;
•
отображение информации о ходе технологического процесса в
режиме реального времени в удобной для диспетчера форме в виде
мнемосхем, таблиц и графиков;
•
сигнализация диспетчеру о выходе технологического процесса
за границы уставок;
•
непосредственное удаленное управление диспетчером исполни-
тельными механизмами;
•
формирование отчетности;
•
обеспечение связи со смежными подсистемами АСДУ;
•
разработка мнемосхем, таблиц, графиков, трендов и подпро-
грамм.
В настоящее время на рынке программного обеспечения пред-
10
