Автоматизация склада ГСМ

В статье описана автоматизированная система управления технологическими процессами склада ГСМ, внедрённая на нефтеперерабатывающем предприятии ООО «ВПК-Ойл» в рабочем посёлке Коченёво Новосибирской области. Приведены сведения о структуре и характеристиках АСУ ТП, описаны основные функции и технические решения, которые были реализованы при создании системы.


Введение

Коченёвский НПЗ в настоящее время находится в процессе масштабной модернизации. Это современное и динамично развивающееся предприятие, в структуре которого имеются все подразделения, обеспечивающие производственную деятельность на высоком технологическом и экологическом уровне. На заводе происходит непрерывное совершенствование производственных технологий, повышается безопасность труда.

В соответствии с инвестиционным планом развития предприятия в 2013 году руководством было принято решение о проектировании и строительстве резервуарного парка светлых и тёмных нефтепродуктов объёмом 31 тыс. м3. Первая очередь резервуарного парка объёмом 19 тыс. м3 введена в промышленную эксплуатацию в сентябре 2014 г., вторая очередь объёмом 12 тыс. м3 в июле 2015 г. В состав резервуарного парка входитследующее основное технологическоеоборудование:

Вид резервуарного парка показан на рис. 1, автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора – на рис. 2.

Вид резервуарного парка

Рис. 1. Вид резервуарного парка.


Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора

Рис. 2. Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора.

Нефть из автомобильных цистерн и с железнодорожной (ж/д) эстакады № 1 поступает в сырьевые резервуары парка, откуда насосами подаётся на установку атмосферно-вакуумной ректификации ЭЛОУ-АВТ-600. Нефтепродукты из этой установки поступают на хранение в резервуары парка. Отгрузка светлых нефтепродуктов выполняется через установки налива в автомобильные цистерны и ж/д эстакаду № 2, отгрузка тёмных нефтепродуктов – через ж/д эстакаду № 1.

В процессе создания АСУ ТП резервуарного парка ООО НТФ «Инкотех» были выполнены следующие работы:


Назначение системы

Созданная АСУ ТП предназначена для выполнения следующих основных функций:


Структура АСУ ТП

АСУ ТП имеет трёхуровневую структуру:

Основой верхнего уровня является АРМ оператора резервуарного парка, реализованное на базе двух промышленных системных блоков ПЭВМ и мониторов.

Структурная схема АСУ ТП приведена на рис. 3.

Структурная схема АСУ ТП
Условные обозначения:
КР – клапан регулирующий, ЭЗ – электрозадвижка, Н – насос, М – мешалка, АСН – автоматизированная
система налива, СПАЗ – система противоаварийной защиты, РСУ – распределённая система управления,
CPU – контроллер, ИМ – исполнительные механизмы, P – давление, T – температура, L – уровень,
Q – концентрация, F – расход, dP – перепад давления.

Рис. 3. Структурная схема АСУ ТП «Склад ГСМ»


Характеристики информационной нагрузки АСУ ТП приведены в табл. 1.

Характеристики информационной нагрузки АСУ ТП


Общее количество каналов ввода/вывода АСУ ТП составляет:

Общее количество исполнительных механизмов, подключённых к АСУ ТП, – 73 шт., включая:


Аппаратное обеспечение

АСУ ТП построена на базе:

Для реализации функций управления и защиты в составе аппаратного обеспечения АСУ ТП предусмотрены две пары контроллеров XP-8х41 – одна для РСУ, другая для СПАЗ.

Контроллеры одной пары являются дублированными и работают в режиме «горячего» резерва, они идентично сконфигурированы, соединены между собой нуль-модемным кабелем и по двум независимым Ethernet-сетям. Исполнение программы управления, а также управление работой модулей ввода/вывода и взаимодействие с подсистемой верхнего уровня выполняет активный контроллер. Активным становится контроллер, который после включения электропитания обоих контроллеров первым принял управление модулями ввода/вывода. При этом второй контроллер становится пассивным, обеспечивая синхронизацию собственных данных на основе информации активного контроллера, а также выполнение мониторинга его работоспособности. При отказе активного контроллера пассивный контроллер становится активным и выполняет функции управления. Переключение управления между контроллерами осуществляется безударно, поскольку резервный контроллер располагает полной актуальной информацией о состоянии каналов ввода/вывода и программных переменных активного контроллера.

Системы РСУ и ПАЗ имеют независимые друг от друга подсистемы ввода/вывода, поэтому работа РСУ не влияет на работу СПАЗ, как в штатном режиме, так и в случае нарушения работоспособности.

Обмен данными между управляющими контроллерами и устройствами ввода/вывода выполняется по интерфейсу RS-485. Для связи с коммуника-ционными процессорами системы R.Stahl используется протокол Modbus RTU, для связи с крейт-контроллерами I-8x10 – протокол DCON.

Все устройства с интерфейсом RS-485 расположенные во взрывоопасных зонах, подключаются к контроллерам через одноканальные барьеры искрозащиты D1061S (GM International). Для подключения используются встроенные COM-порты контроллеров, а также COM-порты плат расширения ICP DAS.

Многозонные датчики температуры в резервуарах парка, измерительная информация из которых вычитывается по протоколу HART, подключаются к модулям шлюза HART/Modbus HRT710 через двухканальные барьеры искрозащиты KFD2-STC4-Ex2 производства компании Pepperl+Fuchs. Модули HRT710 подключаются к контроллерам по интерфейсу RS-485, протокол Modbus RTU.

Для запуска/останова насосов и мешалок используется следующее оборудование:

Для управления электроприводами запорной арматуры использованы реверсивные пусковые сборки Eaton/Moeller

Резервированное питание 24 В постоянного тока в шкафах контроля и управления обеспечивают дублированные источники серий DSP (TDK-Lambda) и QUINT (Phoenix Contact), выходы которых соединены через развязывающие диоды QUINT-DIODE/40.

В состав АРМ оператора входят две рабочие станции на базе промышленных шасси IPC 610-L производства компании Advantech, размещённые в 19” стойке пульта оператора. Рабочие станции укомплектованы 24 TFT-мониторами, клавиатурами и манипуляторами мышь. Для звуковой сигнализации используются акустические колонки. Вывод оперативной и архивной информации на бумажные носители обеспечивается на сетевой лазерный принтер.

Связь рабочих станций АРМ с дублированными контроллерами осуществляется по сети Ethernet, протокол TCP/IP. Для организации сети используются неуправляемые резервированные коммутаторы EDS-316 (MOXA). Внешний вид шкафов управления приведен на рис. 4, 5, 6 .

Шкаф контроллеров РСУ

Шкаф силового управления

Шкаф управления электроприводом запорной арматуры

Рис. 4. Шкаф контроллеров РСУ Рис. 5. Шкаф силового управления Рис. 6. Шкаф управления электроприводом запорной арматуры


Технические решения

При проектировании и внедрении АСУ ТП были применены следующие основные технические решения:


Операторский интерфейс

Резервуары парка разделены на группы по видам нефтепродуктов и сырью.

Для каждой группы резервуаров предусмотрена отдельная мнемосхема, на которой отображаются:

Пример фрагмента мнемосхемы «Резервуары нефти» приведён на рис. 7.

Мнемосхема «Резервуары нефти»

Рис. 7. Мнемосхема «Резервуары нефти»

При щелчке указателем мыши на изображении резервуара на основной мнемосхеме открывается всплывающее окно с детальной информацией по данному резервуару, включая:

Пример окна детальной информации о резервуаре приведён на рис. 8.

Детальная информация о резервуаре

Рис. 8. Детальная информация о резервуаре

Для защиты технологического процесса от несанкционированного вмешательства предусмотрено парольное разграничение прав доступа пользователей к функциям контроля и управления. Для начала работы с системой необходимо ввести пароль – пройти регистрацию. Все действия зарегистрированных пользователей в системе по управлению процессом и изменению настроек фиксируются в протоколе событий. Для незарегистрированных пользователей допускается только просмотр информации

Взаимодействие оператора с системой осуществляется посредством экранных панелей управления. При нажатии кнопкой мыши на изображение параметра или ИМ отображается панель управления, содержащая элементы индикации и управления, соответствующие типу вызванного контура

Используя панели, оператор выполняет все действия по управлению технологическим процессом, в том числе:

На панелях управления ИМ отображается дополнительная контрольная информация, например, температура подшипников насоса, состояние сигнализатора заполнения насоса перекачиваемой жидкостью и др.

Пример панелей управления приведён на рис. 9, 10.

Панель управления насосом с ПЧ

Панель управления насосом с УПП

Рис. 9. Панель управления насосом с ПЧ Рис. 10. Панель управления насосом с УПП

Для удобства работы оператора и обеспечения быстрого доступа к различной информации в системе также предусмотрены следующие вспомогательные мнемосхемы, на которых отображаются:

Информация о нефтепродуктах отображается в суточных балансовых отчётах, а также сменных рапортах, формируемых в формате HTML в результате обработки запросов к архивам технологических параметров и SQLITE-базе наименований хранимых продуктов. Отчёты формируются по запросу оператора и автоматически – по расписанию. Также в системе предусмотрена функция рассылки автоматически сформированных отчётов в виде pdf-файлов по электронной почте заданным адресатам.

Структурные схемы ПАЗ показаны на отдельных мнемосхемах. Пример такой мнемосхемы приведён на рис. 11.

Структурная схема ПАЗ

Рис. 11. Структурная схема ПАЗ

Структурные схемы защиты отображаются в виде таблиц, в которых представлена информация по параметрам системы ПАЗ с указанием их проектных позиций, единиц измерения, значений уставок предупредительной сигнализации и блокировки, текущих значений аналоговых и дискретных параметров. Для установки/снятия блокировочных и деблокировочных ключей, которые предназначены соответственно для отключения опроса измерительных каналов и отключения защит по параметрам (вывода параметров из ПАЗ), предусмотрены специальные элементы управления. В поле «Время задержки проверки ПАЗ» указывается время отсрочки проверки условия срабатывания ПАЗ для параметров, которые блокируют пуск оборудования. Например, используя задержку, оператор может запустить насос, у которого в отключённом состоянии давление нагнетания меньше предаварийной уставки. После включения насоса в работу начинается отсчёт времени, по истечении которого давление нагнетания автоматически включается в список условий срабатывания ПАЗ.

В секции «Функции блокировки» приведены логические условия и структурные связи параметров с ИМ, которые в аварийной ситуации должны переводиться системой ПАЗ в безопасное состояние/положение. Над изображениями линий со стрелками, направленными к ИМ, отображаются надписи с сокращёнными обозначениями команд, подаваемых на ИМ при блокировках: «ОТКЛ», «ВКЛ» для электрооборудования и «ОТКР», «ЗАКР» для арматуры с дистанционным управлением. Зелёный цвет стрелок соответствует работе в штатном режиме. Подача команды на перевод ИМ в безопасное состояние/положение индицируется красным цветом стрелок. При этом специальным индикатором выделяется стрелка напротив условия, явившегося первопричиной срабатывания ПАЗ.

Система ПАЗ резервуарного парка обеспечивает:

В работе системы ПАЗ используется информация о схемах коммутации оборудования (резервуар насос установка налива), заданных оператором. Таким образом, при срабатывании защиты по резервуару или установке налива останавливается только тот насос, который задействован в схеме коммутации. Пример окна, в котором устанавливается коммутация технологического оборудования склада ГСМ, приведён на рис. 12.

Окно коммутации технологического оборудования

Рис. 12. Окно коммутации технологического оборудования


Программное обеспечние

В качестве программного обеспечения АСУ ТП использованы:

Пакеты для программирования контроллеров ТехноСи 2.1 и SCADA ViS@ 7.6 разработаны сотрудниками ООО НТФ «Инкотех» и в течение многих лет успешно используются в работах по созданию АСУ ТП на предприятиях нефтеперерабатывающей, химической и пищевой промышленности, энергетики, строительной индустрии.

Пользовательское программное обеспечение АСУ ТП разработано в двух конфигурациях:

Для комплексного решения задач, связанных с производством и отгрузкой нефтепродуктов, при создании АСУ ТП «Склад ГСМ» были реализованы функции, обеспечивающие её взаимодействие с другими системами, а именно:


Программное обеспечние

Внедрение АСУ ТП «Склад ГСМ» позволило:


Авторы статьи выражают благодарность сотрудникам ООО «ВПК-ОЙЛ»
Умняшкиной О.В. и Горбачёву А.А. за оказанную поддержку и содействие при
создании автоматизированной системы управления резервуарным парком