ОПИСАНИЕ КОМПРЕССОРА НА БАЗЕ ПРОМЫШЛЕННОГО КОНТРОЛЛЕРА МК-500 НА ОБЪЕКТЕ НЕФТЕГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 Структура и параметры выбора SCADA-системы 9
2 Описание модулей ПЛК МК-500 13
2.1 Модуль центрального процессора МК-501-022 13
2.2 Модуль аналогового ввода МК-513-016 14
2.3 Модуль аналогового вывода МК-514-008 А 14
2.4 Модуль дискретного ввода МК-521-032 15
2.5 Модуль дискретного вывода МК-531-032 15
2.6 Модуль питания МК-550-024 16
3 Технологический процесс на объекте дожимной насосной станции 17
3.1 Отстаивание нефти в горизонтальных отстойниках 17
3.2 Компрессорная станция 18
3.2.1 Устройство работы центробежного насоса 18
3.2.2 Автоматическое управление пуском и торможением асинхронного двигателя 19
3.2.3 Автоматизация насосных агрегатов 20
4 Программирование на Visual Basic for Applications в Microsoft Office Excel 22
4.1 Основные объекты VBA в Excel 22
4.1.1 Объект Application 22
4.1.2 Объект Workbook 23
4.1.3 Объект Range. Связь объекта Range и свойства Cells 23
4.1.4 Другие функции 24
4.2 Работа с базой данных при помощи ActiveX Data Object (ADO) 24
4.3 База данных Microsoft SQL Server 25
4.4 OPC-сервер 26
5 Создание единой архитектуры для работы SCADA-системы 28
5.1 Реализация мнемосхемы объекта ДНС 28
5.2 Создание программного кода на базе ISaGRAF 6.50 33
5.3 Коммутация ПЛК и мнемосхемы с помощью OPC-сервера 34
5.4 Создание таблиц сводных данных 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 42
ПРИЛОЖЕНИЕ А Программный код для работы верхнего уровня 45
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Программный код реализации протокола ModBus TCP 49
ПРИЛОЖЕНИЕ В Программный код описания аналоговых сигналов и задания аварийных значений насосного агрегата 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Реализация автоматического и ручного режимов запуска насосного агрегата, в том числе описание логики работы насосного агрегата на стандартизированном языке Ladder Diagram («LD», англ. релейная (лестничная) логика) 53
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Программный код на языке Visual Basic for Applications в средстве записи макроса для автоматизации формирования сводных данных
1 Структура и параметры выбора SCADA-системы 9
2 Описание модулей ПЛК МК-500 13
2.1 Модуль центрального процессора МК-501-022 13
2.2 Модуль аналогового ввода МК-513-016 14
2.3 Модуль аналогового вывода МК-514-008 А 14
2.4 Модуль дискретного ввода МК-521-032 15
2.5 Модуль дискретного вывода МК-531-032 15
2.6 Модуль питания МК-550-024 16
3 Технологический процесс на объекте дожимной насосной станции 17
3.1 Отстаивание нефти в горизонтальных отстойниках 17
3.2 Компрессорная станция 18
3.2.1 Устройство работы центробежного насоса 18
3.2.2 Автоматическое управление пуском и торможением асинхронного двигателя 19
3.2.3 Автоматизация насосных агрегатов 20
4 Программирование на Visual Basic for Applications в Microsoft Office Excel 22
4.1 Основные объекты VBA в Excel 22
4.1.1 Объект Application 22
4.1.2 Объект Workbook 23
4.1.3 Объект Range. Связь объекта Range и свойства Cells 23
4.1.4 Другие функции 24
4.2 Работа с базой данных при помощи ActiveX Data Object (ADO) 24
4.3 База данных Microsoft SQL Server 25
4.4 OPC-сервер 26
5 Создание единой архитектуры для работы SCADA-системы 28
5.1 Реализация мнемосхемы объекта ДНС 28
5.2 Создание программного кода на базе ISaGRAF 6.50 33
5.3 Коммутация ПЛК и мнемосхемы с помощью OPC-сервера 34
5.4 Создание таблиц сводных данных 35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 42
ПРИЛОЖЕНИЕ А Программный код для работы верхнего уровня 45
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Программный код реализации протокола ModBus TCP 49
ПРИЛОЖЕНИЕ В Программный код описания аналоговых сигналов и задания аварийных значений насосного агрегата 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Реализация автоматического и ручного режимов запуска насосного агрегата, в том числе описание логики работы насосного агрегата на стандартизированном языке Ladder Diagram («LD», англ. релейная (лестничная) логика) 53
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Программный код на языке Visual Basic for Applications в средстве записи макроса для автоматизации формирования сводных данных
В настоящее время актуальной является автоматизация в нефтегазовой промышленности. Отрасли нефтедобычи и транспорта подготовленной нефти динамично развиваются и являются благоприятными к внедрению новых технологий, в том числе в области управления и контроля. Оцифровка, автоматизация и новые технологии предоставляют операторам и техническим специалистам немедленный доступ к важной информации об оборудовании, такой как характеристики, состояние и технические параметры. Наличие такого рода важных данных под рукой ускоряет принятие решений, устранение неполадок и повышает производительность.
Также с помощью современных систем автоматизации можно легко организовать удаленный доступ к объекту для профессионального анализа информации, получаемой от технологического оборудования. «Безлюдные технологии» в том числе являются вариантом решения, помогающего освоить труднодоступные месторождения нефти.
Процесс добычи нефти из скважин, ее хранение и последующая транспортировка до мест ее отчистки и обработки, контроль качества продукции и, в том числе, выдача сообщений об авариях и аварийных ситуациях может контролироваться с помощью SCADA-систем.
SCADA(англ. Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. Работа в режиме реального времени позволяет оптимизировано управлять предприятием, делая его работу непрерывной, без простоев, сбоев и возможных аварийных ситуаций.
Актуальность работы: автоматизация в нефтегазовой промышленности, в том числе переход на отечественное промышленное оборудование в виде промышленного контроллера МК-500.
Цель работы: разработка алгоритма работы компрессора на объекте нефтегазовой добычи.
Задачи: описание компрессора на нижнем (программном) и верхнем (визуализация в SCADA-системе, мнемосхема) уровнях, условий готовности к запуску компрессора, в том числе условий аварийной остановки.
В качестве коммутатора между SCADA-системой и ПЛК МК-500 выступает KEPServerEX - модульный ОРС-сервер, который обеспечивает связь с более чем 150 драйверами для различных контроллеров, приводами и программными модулями. Также может выполнять функцию записи в базу данных MS SQL. KEPServerEX поддерживает последовательные и Ethernet-соединения с ПЛК.
OPC(англ. Open Platform Communications - коммуникации на открытой платформе) - промышленный стандарт, описывающий интерфейс обмена данными между устройствами управления технологическими процессами. Главной целью его создания было предоставить разработчикам систем диспетчеризации некоторую независимость от конкретного типа контроллеров и устройств ввода-вывода.
В данной работе в качестве SCADA-системы выступает Wonderware InTouch 14 - наиболее быстрое и удобное средство для создания приложений человеко-машинного интерфейса (англ. HMI - human-machine interface) в операционной системе Microsoft Windows. Программное обеспечение InTouch состоит из трех основных модулей: Проводник приложений, WindowMaker и WindowViewer. InTouch содержит также диагностическую программу Wonderware Logger.
Базой данных служит Microsoft SQL Server (MS SQL) - система управления базами данных, в работе с которой используется язык программирования SQL. СУБД SQL Server используются для создания, размещения, хранения и управления реляционными (табличными) базами данных на специальных серверах. Специфика работы сервера базы данных SQL server заключается в транзакционной обработке данных. Это означает, что по каждому запросу от СУБД обрабатывается и сохраняется небольшое количество информации. Применение SQL server позволяет автоматизировать решение различных бизнес-задач, поддерживать проведение аналитики данных в режиме онлайн, отслеживать направление ресурсов СУБД, управлять транзакциями (операциями по обработке данных).
Модуль центрального процессора MK-501-022 предназначен для централизованного сбора данных от модулей ввода-вывода, обработки и выполнения алгоритмов контроля и управления механизмами и технологическим оборудованием, а также информационного обмена со смежными системами. Модулю центрального процессора МК-501-022 в среде разработки ACP Workbench ISaGRAF 6.50 соответствует модуль изделия cpu501, имеющий в своём составе канал данных модуля CPU. Данный канал имеет одну переменную- структуру типа CPUDiag. Модуль CPU имеет в своём составе порты RS485 и Ethernet.
Корзина ПЛК МК-500 представлена модулями центрального процессора МК-501- 022, аналогового ввода МК-513-016 и вывода МК-514-008 А, дискретного ввода МК-521- 032 и вывода МК-531-032 и питания МК-550-024.
Для измерения показаний горизонтального отстойника и компрессорного агрегата используются аналоговые токовые датчики, предназначенные для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности и обеспечивающие непрерывное преобразование измеряемых величин.
Для измерения температуры нефтегазоводяной эмульсии применяется температурный датчик Метран-274-08 (-50.+100°С), для измерения ее уровня - преобразователь уровня буйковый Сапфир-22МП-ДУ (0.4 м), ее давления и давления на приеме и выкидной линии компрессорного агрегата - Метран-75 (0.40 МПа). Для измерения силы тока компрессорного агрегата применяется датчик измерения перемененного тока ДТТ-03Т (0.300 А).
Также с помощью современных систем автоматизации можно легко организовать удаленный доступ к объекту для профессионального анализа информации, получаемой от технологического оборудования. «Безлюдные технологии» в том числе являются вариантом решения, помогающего освоить труднодоступные месторождения нефти.
Процесс добычи нефти из скважин, ее хранение и последующая транспортировка до мест ее отчистки и обработки, контроль качества продукции и, в том числе, выдача сообщений об авариях и аварийных ситуациях может контролироваться с помощью SCADA-систем.
SCADA(англ. Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) - программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. Работа в режиме реального времени позволяет оптимизировано управлять предприятием, делая его работу непрерывной, без простоев, сбоев и возможных аварийных ситуаций.
Актуальность работы: автоматизация в нефтегазовой промышленности, в том числе переход на отечественное промышленное оборудование в виде промышленного контроллера МК-500.
Цель работы: разработка алгоритма работы компрессора на объекте нефтегазовой добычи.
Задачи: описание компрессора на нижнем (программном) и верхнем (визуализация в SCADA-системе, мнемосхема) уровнях, условий готовности к запуску компрессора, в том числе условий аварийной остановки.
В качестве коммутатора между SCADA-системой и ПЛК МК-500 выступает KEPServerEX - модульный ОРС-сервер, который обеспечивает связь с более чем 150 драйверами для различных контроллеров, приводами и программными модулями. Также может выполнять функцию записи в базу данных MS SQL. KEPServerEX поддерживает последовательные и Ethernet-соединения с ПЛК.
OPC(англ. Open Platform Communications - коммуникации на открытой платформе) - промышленный стандарт, описывающий интерфейс обмена данными между устройствами управления технологическими процессами. Главной целью его создания было предоставить разработчикам систем диспетчеризации некоторую независимость от конкретного типа контроллеров и устройств ввода-вывода.
В данной работе в качестве SCADA-системы выступает Wonderware InTouch 14 - наиболее быстрое и удобное средство для создания приложений человеко-машинного интерфейса (англ. HMI - human-machine interface) в операционной системе Microsoft Windows. Программное обеспечение InTouch состоит из трех основных модулей: Проводник приложений, WindowMaker и WindowViewer. InTouch содержит также диагностическую программу Wonderware Logger.
Базой данных служит Microsoft SQL Server (MS SQL) - система управления базами данных, в работе с которой используется язык программирования SQL. СУБД SQL Server используются для создания, размещения, хранения и управления реляционными (табличными) базами данных на специальных серверах. Специфика работы сервера базы данных SQL server заключается в транзакционной обработке данных. Это означает, что по каждому запросу от СУБД обрабатывается и сохраняется небольшое количество информации. Применение SQL server позволяет автоматизировать решение различных бизнес-задач, поддерживать проведение аналитики данных в режиме онлайн, отслеживать направление ресурсов СУБД, управлять транзакциями (операциями по обработке данных).
Модуль центрального процессора MK-501-022 предназначен для централизованного сбора данных от модулей ввода-вывода, обработки и выполнения алгоритмов контроля и управления механизмами и технологическим оборудованием, а также информационного обмена со смежными системами. Модулю центрального процессора МК-501-022 в среде разработки ACP Workbench ISaGRAF 6.50 соответствует модуль изделия cpu501, имеющий в своём составе канал данных модуля CPU. Данный канал имеет одну переменную- структуру типа CPUDiag. Модуль CPU имеет в своём составе порты RS485 и Ethernet.
Корзина ПЛК МК-500 представлена модулями центрального процессора МК-501- 022, аналогового ввода МК-513-016 и вывода МК-514-008 А, дискретного ввода МК-521- 032 и вывода МК-531-032 и питания МК-550-024.
Для измерения показаний горизонтального отстойника и компрессорного агрегата используются аналоговые токовые датчики, предназначенные для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности и обеспечивающие непрерывное преобразование измеряемых величин.
Для измерения температуры нефтегазоводяной эмульсии применяется температурный датчик Метран-274-08 (-50.+100°С), для измерения ее уровня - преобразователь уровня буйковый Сапфир-22МП-ДУ (0.4 м), ее давления и давления на приеме и выкидной линии компрессорного агрегата - Метран-75 (0.40 МПа). Для измерения силы тока компрессорного агрегата применяется датчик измерения перемененного тока ДТТ-03Т (0.300 А).
При исследовании для данной выпускной квалификационной работы бакалавра были решены задачи, связанные с построением единой архитектуры взаимодействия ПЛК МК-500 и OPC-сервера KEPServerEX и системой управления базами данных MS SQL для работы SCADA-системы на реальном объекте нефтегазовой промышленности.
В среде разработки ISaGRAF 6.50 с помощью стандартизированных языков ST и LD была написана программа, задающая логику взаимодействия переменных внутри контроллера путем использования встроенных команд. В том числе, описаны верхние и нижние границы допустимых рабочих показаний температуры, давления и уровня жидкости внутри отстойника; температур передних и задних подшипников компрессорного агрегата и масла на валу электродвигателя, давления на входе и выходе насоса, силы тока на агрегате. Также реализовано выставление автоматического или дистанционного режима управления задвижкой для контроля объема поступающей в отстойник водонефтяной эмульсии, автоматическое и дистанционное управление агрегатом НА-1, в том числе индикация работы в автоматическом режиме нагнетающего маслонасоса Н-1 и тэна нагрева масла в маслоемкости М-1 и их дистанционное управление.
Система управления базами данных MS SQL была отлажена для корректной записи и отображения в SCADA-системе событий и аварий при их регистрации для оперативного контроля и быстрого принятия решений оператором автоматизированного рабочего места.
Создание взаимодействия базы данных MSSQL и Microsoft Excel позволяет автоматизировать процесс сбора данных о динамике параметров технологического процесса компрессорного агрегата и составлять соответствующие отчеты для анализа производственных показателей с удобным отслеживанием нужного периода времени или динамики в конкретную дату.
Был отлажен OPC-сервер KEPServerEX, который опрашивает контроллер и связывает SCADA-систему и ПЛК по протоколу Modbus TCP, для управления, контроля с верхнего уровня и визуализации процесса.
Благодаря данной работе ДНС предприятия может регулировать объем подтоварной нефти, близкий к максимально допустимым выработкам производства. Тот аспект, что выбранный промышленный контроллер является продуктом отечественного производства, позволяет внедрять его в качестве импортозамещения на различные объекты, не только нефтегазовой отрасли.
В среде разработки ISaGRAF 6.50 с помощью стандартизированных языков ST и LD была написана программа, задающая логику взаимодействия переменных внутри контроллера путем использования встроенных команд. В том числе, описаны верхние и нижние границы допустимых рабочих показаний температуры, давления и уровня жидкости внутри отстойника; температур передних и задних подшипников компрессорного агрегата и масла на валу электродвигателя, давления на входе и выходе насоса, силы тока на агрегате. Также реализовано выставление автоматического или дистанционного режима управления задвижкой для контроля объема поступающей в отстойник водонефтяной эмульсии, автоматическое и дистанционное управление агрегатом НА-1, в том числе индикация работы в автоматическом режиме нагнетающего маслонасоса Н-1 и тэна нагрева масла в маслоемкости М-1 и их дистанционное управление.
Система управления базами данных MS SQL была отлажена для корректной записи и отображения в SCADA-системе событий и аварий при их регистрации для оперативного контроля и быстрого принятия решений оператором автоматизированного рабочего места.
Создание взаимодействия базы данных MSSQL и Microsoft Excel позволяет автоматизировать процесс сбора данных о динамике параметров технологического процесса компрессорного агрегата и составлять соответствующие отчеты для анализа производственных показателей с удобным отслеживанием нужного периода времени или динамики в конкретную дату.
Был отлажен OPC-сервер KEPServerEX, который опрашивает контроллер и связывает SCADA-систему и ПЛК по протоколу Modbus TCP, для управления, контроля с верхнего уровня и визуализации процесса.
Благодаря данной работе ДНС предприятия может регулировать объем подтоварной нефти, близкий к максимально допустимым выработкам производства. Тот аспект, что выбранный промышленный контроллер является продуктом отечественного производства, позволяет внедрять его в качестве импортозамещения на различные объекты, не только нефтегазовой отрасли.