Введение 6
1 Техническое задание 8
1.1 Основная характеристика объекта автоматизации 8
1.2 Цели разработки системы 9
1.3 Требования к АСУ ТП ГРС 9
1.4 Требования к техническому обеспечению 10
1.5 Требования к метрологическому обеспечению 11
2 Описание предметной области 12
2.1. Газораспределительная станция 12
2.2 Основные функции и технологические узлы ГРС 13
2.2.1 Узел переключения 13
2.2.2 Узел очистки 14
2.2.3 Узел редуцирования 14
2.2.4 Узел учета 15
2.2.5 Узел подогрева газа 15
2.2.6 Узел одоризации 16
2.3 Анализ разработанности проблемы по внедрению автоматизированных ГРС 16
2.3.1 Патентный поиск 16
2.3.2 Итог проведенного поиска 17
3 Описание практической реализации 20
3.1 Разработка принципиальной схемы ГРС 20
3.2 Разработка архитектуры АСУ ТП 25
4 Выбор основных технических средств автоматизации 27
4.1 Подбор технических средств нижнего уровня 27
4.1.1 Выбор датчика избыточного давления 27
4.1.2 Выбор датчика температуры 29
4.1.3 Выбор датчика уровня 30
4.1.4 Выбор датчика перепада давления 31
4.1.5 Выбор регулятора давления 32
4.2 Подбор технических средств среднего уровня 34
4.2.1 Сравнительный анализ программируемых контроллеров 34
4.2.2 Подбор модуля аналогового ввода 37
4.2.3 Подбор модуля аналогово вывода 38
4.2.4 Подбор модуля дискретного ввода 39
4.2.5 Подбор модуля дискретного вывода 39
4.3 Подбор технических средств верхнего уровня 40
4.3.1 Прикладное программное обеспечение 40
4.3.2 Анализ и подбор SCADA-пакета 40
4.4 Разработка функциональной схемы ГРС 43
4.5 Разработка мнемосхемы ГРС в SCADA-системе WinCC 49
4.6 Технологическая связь для ГРС 54
4.6.1 Анализ проблемы 54
4.6.2 Типы систем передачи данных 56
4.6.3 Выбор сетей связи 58
5 Описание принятых технических решений 59
Заключение 63
Список используемой литературы 65
Приложение 1 69
Приложение 2 72
Современный уровень развития газотранспортной промышленности, рост потребности в голубом топливе сопровождается развитием и усовершенствованием газораспределительных станций (ГРС), которые должны обеспечивать безотказную подачу газа заказчику с определенным давлением.
В наше время, разумеется, без автоматизации процесса невозможно справится с данной задачей. Необходима такая автоматизированная система, которая обеспечивала бы отличную производительность для обработки большого объема информации, а также целостность передаваемых данных. На газовых предприятиях автоматизированная система управления (АСУ) является не просто технологией, а уже инструментов для достижения результативности процессов при снабжение газом потребителей. Поэтому настоящая работа посвящена теме автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУ ТП) и входящей в нее разделу телемеханики.
Главная целью магистерской диссертации заключается в том, чтобы разработать усовершенствованную АСУ ТП газораспределительной станции путем исключения человеческого фактора, влияющего отрицательным образом на надёжность и безопасность технологического процесса, протекающего на объекте автоматизации.
Для достижения этой цели решаются следующие задачи:
1. Провести анализ разработанных решений по модернизации системы с уменьшением численности персонала;
2. Изучить технологический процесс ГРС и разработать принципиальную схему станции;
3. Объяснить нормы построения и разработать структуру АСУ газораспределительной станции вместе с функциональной схемой автоматизации;
4. Провести анализ и подбор технических средств;
5. Аргументировать и разработать схему связи газораспределительной станции;
6. Смоделировать работу системы с помощью SCADA.
Актуальность данной работы обусловлена тем, на производствах часто происходит утечка газа в связи с низким уровнем автоматизации подобных станция. Поэтому данная работа направлена на усовершенствование автоматизированной системы управления ГРС, что позволит устранить проблему ошибок операторов, влекущие за собой чрезвычайно опасные ситуации, а также снизит экономические потери от неучтенного объема газа, переданного потребителям. Кроме того, безлюдное производство экономически выгодно.
В процессе работы над магистерской диссертацией было выявлено следующее:
1. С учетом надежного и безопасного функционирования каждого узла и систем ГРС гарантируется бесперебойная подача газа потребителям, так как данная ст. является одной из основных объектов газотранспортной системы.
2. Для достижения высокого уровня надежности и безопасности работы ГРС целесообразно использовать автоматизацию и автоматические устр. контроля состояния и работоспособности оборудования станции.
3. На данный момент актуальной проблемой является перевод станций с полноценной автоматизацией всех элементов системы и уменьшения количества персонала.
Автоматизированная система управления и контроля на газораспределительной ст. должна совмещать в себе две функции, такие как: обеспечение безаварийной работы, также проведение сбора данных об измеряемых параметров станции. Для повышения надежности управления и контроля на ГРС необходимо внедрение интеллектуальных, высокоточных и современных датчиков, приборов и системы, а также подбор наиболее приемлемой технологии передачи данных на большие расстояния.
В диссертационной работе представлена разработка автоматизированной системы управления и контроля над ГРС, отвечающая поставленным перед ней техническим заданием. Отличительной особенностью является решение усовершенствования ГРС с целью исключения человеческого фактора.
В процессе работы над магистерской диссертаций была разработана схема связи ГРС, отражающая взаимодействие объекта контроля, безлюдной станции (операторной) и диспетчерского центра. Для лучшего понимания технолог. процесса была спроектирована принципиальная схема ст., состоящая из 6 основных узлов: переключения, очистки, одоризации, редуцирования, подогрева и учета. Кроме того, была разработана архитектура автоматизированной системы и после чего функциональная схема автоматизация, которая графически указывает на функции и взаимодействия оборудования. Затем подобраны основные устр. на каждом уровне АСУ ТП ГРС.
В диссертационной работой была проведен сравнительный анализ технических средств среднего уровня, а именно контроллеров ControlLogix 1769 (Allen-Bradley), I-8000 (!СР DAS) и Simatic S7-400H (Siemens), после которого был выбран SimaticS7-400H (Siemens). Подобраны модули ввода/вывода аналогового и дискретного типа исходя из перечня контролируемых параметров на ГРС. Кроме того, был представлен обзор SCADA-пакетов и выбран наиболее подходящий, а именно WinCC. И после чего были рассмотрены методы передачи информации в ГРС с учетом проблематики внедрения и в конечном итоге выбраны сети связи, удовлетворяющие требованиям системы такие как: радиоканал и GPRS.
