Помощь студентам в учебе
Модернизация системы управления установки моторных топлив
|
ВВЕДЕНИЕ 15
1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 20
1.1. Стадии перегонки нефти 20
1.2. Описание технологического процесса 22
1.3. Анализ существующей системы управления 25
1.4. Анализ функций и задач, реализуемых системой автоматизации ... 25
1.5. Анализ функциональной схемы автоматизации 27
2. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ
УСТАНОВКИ 34
2.1. Выбор программно-технического комплекса 34
2.2. Программно-технический комплекс на базе ПЛК 750-881 компании
WAGO. Общие сведения 39
2.3. Выбор датчиков аналоговых сигналов 48
3. РАЗРАБОТКА СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ УПН 63
3.1. Структурная схема системы автоматизации 63
3.2. Схема системы электропитания 65
4. РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕЙСА ОПЕРАТОРА УПН 67
4.1. Выбор архитектуры системы 67
4.2. ОРС - сервер 68
4.3. SCADA - системы 71
4.3.1. MasterSCADA 71
4.3.2. FreeSCADA 72
4.3.3. SoloSCADA 73
4.3.4. OpenSCADA 74
4.4. Выбор SCADA системы 75
4.5. Разработка экранных форм 76
5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 80
5.1. Программно-технический комплекс УПН 80
5.2. Структура проекта 81
5.3. Описание программ решения задач 83
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 87
6.1. Потенциальные потребители результатов исследования 87
6.2. Анализ конкурентных технических решений 88
6.3. SWOT-анализ 90
6.4. Организационная структура проекта 93
6.5. Планирование управления научно-техническим проектом .... 93
6.5.1. План проекта 93
6.5.2. Разработка графика проведения научного исследования 99
6.6. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта 105
6.7. Оценка сравнительной эффективности исследования 107
7. Социальная ответственность 109
7.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 112
7.2. Производственная безопасность 113
7.2.1. Анализ потенциально вредных и опасных факторов, которые
могут возникнуть на рабочем месте при проведении исследований. ... 113
7.2.2. Анализ опасных факторов 121
7.2.3. Обоснование мероприятий по снижению уровней
воздействия опасных и вредных факторов на работника 122
7.3. Экологическая безопасность 124
7.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 126
7.5. Выводы по главе «Социальная ответственность» 129
Заключение 131
Conclusion 132
ЛИТЕРАТУРА 133
Приложение A 136
Приложение B 150
1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 20
1.1. Стадии перегонки нефти 20
1.2. Описание технологического процесса 22
1.3. Анализ существующей системы управления 25
1.4. Анализ функций и задач, реализуемых системой автоматизации ... 25
1.5. Анализ функциональной схемы автоматизации 27
2. ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ПЕРЕВООРУЖЕНИЮ
УСТАНОВКИ 34
2.1. Выбор программно-технического комплекса 34
2.2. Программно-технический комплекс на базе ПЛК 750-881 компании
WAGO. Общие сведения 39
2.3. Выбор датчиков аналоговых сигналов 48
3. РАЗРАБОТКА СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ УПН 63
3.1. Структурная схема системы автоматизации 63
3.2. Схема системы электропитания 65
4. РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕЙСА ОПЕРАТОРА УПН 67
4.1. Выбор архитектуры системы 67
4.2. ОРС - сервер 68
4.3. SCADA - системы 71
4.3.1. MasterSCADA 71
4.3.2. FreeSCADA 72
4.3.3. SoloSCADA 73
4.3.4. OpenSCADA 74
4.4. Выбор SCADA системы 75
4.5. Разработка экранных форм 76
5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ 80
5.1. Программно-технический комплекс УПН 80
5.2. Структура проекта 81
5.3. Описание программ решения задач 83
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 87
6.1. Потенциальные потребители результатов исследования 87
6.2. Анализ конкурентных технических решений 88
6.3. SWOT-анализ 90
6.4. Организационная структура проекта 93
6.5. Планирование управления научно-техническим проектом .... 93
6.5.1. План проекта 93
6.5.2. Разработка графика проведения научного исследования 99
6.6. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта 105
6.7. Оценка сравнительной эффективности исследования 107
7. Социальная ответственность 109
7.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 112
7.2. Производственная безопасность 113
7.2.1. Анализ потенциально вредных и опасных факторов, которые
могут возникнуть на рабочем месте при проведении исследований. ... 113
7.2.2. Анализ опасных факторов 121
7.2.3. Обоснование мероприятий по снижению уровней
воздействия опасных и вредных факторов на работника 122
7.3. Экологическая безопасность 124
7.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 126
7.5. Выводы по главе «Социальная ответственность» 129
Заключение 131
Conclusion 132
ЛИТЕРАТУРА 133
Приложение A 136
Приложение B 150
В настоящее время нефть остаётся одним из самых востребованных источников энергии. Невзирая на заявления экологических организаций и правительств отдельных государств о желании слезть с «нефтяной иглы», потребление нефти в мире неуклонно растёт. Бизнес по продаже нефти и нефтепродуктов очень выгодный, когда цена нефти высокая при высокой рентабельности (отношению себестоимости продукции к его цене при продаже должно быть как можно меньше). Стремясь получить максимальную прибыль, производители увеличивают добычу и сталкиваются с переизбытком предложения нефти. В силу вступают рыночные механизмы, цена падает, предложение естественно уменьшается, что является поводом для последующего повышения цены. Этот процесс периодический с интервалом 7...10 лет.
Для того чтобы этот процесс хоть каким-то образом был управляем 10 - 14 сентября 1960 на конференции в столице Ирака Багдаде была создана Организация стран — экспортёров нефти (The Organization of the Petroleum Exporting Countries; сокращённо OPEC). OPEC (в русской транскрипции ОПЕК) это международная межправительственная организация, часто рассматриваемая как «картель», созданная для контроля квот добычи нефти.
Поводом для создания такой организации явился переизбыток нефти на мировых рынках в это время и, как следствие, низкие цены, которые отрицательно влияли на экономику нефтедобывающих стран. Целью образования организации являлось стремление нефтедобывающих стран ограничить предложение нефти и предотвратить дальнейшее падение цен на неё.
Первоначально ОПЕК составляли пять развивающихся, обладающих большими запасами нефти, стран: Иран, Ирак, Кувейт, Саудовская Аравия и Венесуэла, а в 2020 году организация насчитывала уже 13 членов. К выше указанным странам присоединились следующие: Габон, Алжир, Ангола, Конго, Ливия, Объединённые Арабские Эмираты, Экваториальная Гвинея, Нигерия.
Возглавляет организацию Генеральный секретарь, штаб-квартира организации расположена в столице Австрии Вене.
Страны - члены ОПЕК занимают доминирующее положение на рынке добычи, переработки и экспорта нефти и нефтепродуктов. Эти страны контролируют 2/3 мировых запасов нефти. С момента образования и до настоящего времени состав участников картеля постоянно меняется, но «костяк» , определяющий политику, остаётся неизменным.
С 1998 года в качестве наблюдателя в деятельности ОПЕК принимает Россия. Россия и ОПЕК коррелируют свои действия на международном рынке нефти. В 2016 году был сформирован неофициальный формат ОПЕК+, как результат недовольства некоторых нефтедобывающих стран положением на рынке нефти, а именно низкими ценами. В рамках картеля ОПЕК+ к странам, входящие в ОПЕК, присоединились Бруней, Казахстан, Малайзия, Мексика, Азербайджан, Бахрейн, Судан, Южный Судан, Россия, Оман. Ключевым участником этой группы является Россия с 14% мировой добычи нефти.
Процесс добычи нефти в России достаточно сложный по ряду причин, а именно:
■ сложные климатические условия в местах добычи;
■ глубокое залегание нефтеносных пластов и как следствие энергозатратные методы добычи;
■ сложные и длинные пути транспортировки до мест переработки и покупателей (если покупатель за границей России), и т.д.
В результате этого себестоимость российской нефти в 2.. .3 раза выше, чем в арабских странах, например, Саудовской Аравии.
Крупные нефтедобывающие компании, на долю которых приходится основная доля поставляемой на мировой рынок нефти, по своей сути являются транснациональными, т.е. владеющими подразделениями во многих странах. Их деятельность подчинена сложным системам налогообложения тех стран, в которых они добывают нефть и в тех где зарегистрированы.
Нефтеперерабатывающие компании по своим размерам значительно меньше нефтедобывающих, но их значительно больше. Они расположены, как правило, в местах потребления производимой ими продукции: около населённых пунктов, городов, железнодорожных станций, и т.д. или магистральных нефтепроводов, которых в стране достаточно большое количество.
Простая логика подсказывает, что продавать готовую продукцию значительно выгоднее, чем сырьё. Продавать готовую продукцию это означает создавать прибавочную стоимость, рабочие места, развивать и содействовать развитию сопутствующей промышленности, мест проживания трудящихся и т.д. Это означает, что доля сырой нефти в продажах за рубеж должна сокращаться и заменять продажей готовой либо частично переработанной продукцией. Но этот процесс достаточно длительный и сложный по ряду причин. Одна из них и самая главная это стремление покупать сырьё по низкой стоимости, и самостоятельно производить конечную продукцию, преследуя ту же цель - создание прибавочной стоимости.
Согласно информации из официальных источников (ТАСС) доходы российских компаний от экспорта нефтепродуктов в 2020 году составили $45,3 млрд., доходы от продажи сырой нефти - $72,4 млрд.
К качеству нефтепродуктов предъявляются достаточно жесткие требования, изложенные в межгосударственном стандарте ГОСТ 34396-2018 [1], также других нормативных документах [2-4]. Поэтому повышение качества продукции это одно из приоритетных направлений деятельности практически всех нефтеперерабатывающих предприятий.
Повышение качества достигается решением множества взаимосвязанных задач, а именно:
■ совершенствование технологии производства;
■ повышение уровня автоматизации технологических процессов;
■ повышение квалификации производственного персонала;
■ совершенствование структуры управления производством, и т. д.
Постановка задачи исследований ВКР
Одним из решений задачи повышения качества производимой продукции не только в нефтеперерабатывающих предприятиях, а в целом, является внедрение систем автоматизированного управления, с максимальным отстранением оператора от процесса управления и принятия решений. Как правило такие системы строятся на базе высокопроизводительных программируемых логических контроллеров с применением SCADA систем на станциях оператора.
Целью или конечным результатом выполнения ВКР является техническое перевооружение системы управления установкой переработки нефти (УПН), связанное с переходом на новые способы управления процессом на базе программируемых логических контроллеров.
Для достижения поставленной цели необходимо решить определённый перечень задач:
■ провести анализ существующей системы управления и выявить её недостатки;
■ провести анализ функций и задач системы, выявить задачи, решение которых в существующей системе невозможно;
■ выбрать оборудование для системы автоматизации с учетом особенностей объекта, а именно взрыво- и пожароопасность;
■ разработать структурную и доработать функциональную схему автоматизации в связи с появлением новых функций системы;
■ проработать основные технические решения по подключению датчиков и исполнительных механизмов;
■ разработать основные алгоритмы и программы решения задач;
■ разработать основной «кадр» для станции оператора и настроить связь контроллера со SCADA - системой.
Для того чтобы этот процесс хоть каким-то образом был управляем 10 - 14 сентября 1960 на конференции в столице Ирака Багдаде была создана Организация стран — экспортёров нефти (The Organization of the Petroleum Exporting Countries; сокращённо OPEC). OPEC (в русской транскрипции ОПЕК) это международная межправительственная организация, часто рассматриваемая как «картель», созданная для контроля квот добычи нефти.
Поводом для создания такой организации явился переизбыток нефти на мировых рынках в это время и, как следствие, низкие цены, которые отрицательно влияли на экономику нефтедобывающих стран. Целью образования организации являлось стремление нефтедобывающих стран ограничить предложение нефти и предотвратить дальнейшее падение цен на неё.
Первоначально ОПЕК составляли пять развивающихся, обладающих большими запасами нефти, стран: Иран, Ирак, Кувейт, Саудовская Аравия и Венесуэла, а в 2020 году организация насчитывала уже 13 членов. К выше указанным странам присоединились следующие: Габон, Алжир, Ангола, Конго, Ливия, Объединённые Арабские Эмираты, Экваториальная Гвинея, Нигерия.
Возглавляет организацию Генеральный секретарь, штаб-квартира организации расположена в столице Австрии Вене.
Страны - члены ОПЕК занимают доминирующее положение на рынке добычи, переработки и экспорта нефти и нефтепродуктов. Эти страны контролируют 2/3 мировых запасов нефти. С момента образования и до настоящего времени состав участников картеля постоянно меняется, но «костяк» , определяющий политику, остаётся неизменным.
С 1998 года в качестве наблюдателя в деятельности ОПЕК принимает Россия. Россия и ОПЕК коррелируют свои действия на международном рынке нефти. В 2016 году был сформирован неофициальный формат ОПЕК+, как результат недовольства некоторых нефтедобывающих стран положением на рынке нефти, а именно низкими ценами. В рамках картеля ОПЕК+ к странам, входящие в ОПЕК, присоединились Бруней, Казахстан, Малайзия, Мексика, Азербайджан, Бахрейн, Судан, Южный Судан, Россия, Оман. Ключевым участником этой группы является Россия с 14% мировой добычи нефти.
Процесс добычи нефти в России достаточно сложный по ряду причин, а именно:
■ сложные климатические условия в местах добычи;
■ глубокое залегание нефтеносных пластов и как следствие энергозатратные методы добычи;
■ сложные и длинные пути транспортировки до мест переработки и покупателей (если покупатель за границей России), и т.д.
В результате этого себестоимость российской нефти в 2.. .3 раза выше, чем в арабских странах, например, Саудовской Аравии.
Крупные нефтедобывающие компании, на долю которых приходится основная доля поставляемой на мировой рынок нефти, по своей сути являются транснациональными, т.е. владеющими подразделениями во многих странах. Их деятельность подчинена сложным системам налогообложения тех стран, в которых они добывают нефть и в тех где зарегистрированы.
Нефтеперерабатывающие компании по своим размерам значительно меньше нефтедобывающих, но их значительно больше. Они расположены, как правило, в местах потребления производимой ими продукции: около населённых пунктов, городов, железнодорожных станций, и т.д. или магистральных нефтепроводов, которых в стране достаточно большое количество.
Простая логика подсказывает, что продавать готовую продукцию значительно выгоднее, чем сырьё. Продавать готовую продукцию это означает создавать прибавочную стоимость, рабочие места, развивать и содействовать развитию сопутствующей промышленности, мест проживания трудящихся и т.д. Это означает, что доля сырой нефти в продажах за рубеж должна сокращаться и заменять продажей готовой либо частично переработанной продукцией. Но этот процесс достаточно длительный и сложный по ряду причин. Одна из них и самая главная это стремление покупать сырьё по низкой стоимости, и самостоятельно производить конечную продукцию, преследуя ту же цель - создание прибавочной стоимости.
Согласно информации из официальных источников (ТАСС) доходы российских компаний от экспорта нефтепродуктов в 2020 году составили $45,3 млрд., доходы от продажи сырой нефти - $72,4 млрд.
К качеству нефтепродуктов предъявляются достаточно жесткие требования, изложенные в межгосударственном стандарте ГОСТ 34396-2018 [1], также других нормативных документах [2-4]. Поэтому повышение качества продукции это одно из приоритетных направлений деятельности практически всех нефтеперерабатывающих предприятий.
Повышение качества достигается решением множества взаимосвязанных задач, а именно:
■ совершенствование технологии производства;
■ повышение уровня автоматизации технологических процессов;
■ повышение квалификации производственного персонала;
■ совершенствование структуры управления производством, и т. д.
Постановка задачи исследований ВКР
Одним из решений задачи повышения качества производимой продукции не только в нефтеперерабатывающих предприятиях, а в целом, является внедрение систем автоматизированного управления, с максимальным отстранением оператора от процесса управления и принятия решений. Как правило такие системы строятся на базе высокопроизводительных программируемых логических контроллеров с применением SCADA систем на станциях оператора.
Целью или конечным результатом выполнения ВКР является техническое перевооружение системы управления установкой переработки нефти (УПН), связанное с переходом на новые способы управления процессом на базе программируемых логических контроллеров.
Для достижения поставленной цели необходимо решить определённый перечень задач:
■ провести анализ существующей системы управления и выявить её недостатки;
■ провести анализ функций и задач системы, выявить задачи, решение которых в существующей системе невозможно;
■ выбрать оборудование для системы автоматизации с учетом особенностей объекта, а именно взрыво- и пожароопасность;
■ разработать структурную и доработать функциональную схему автоматизации в связи с появлением новых функций системы;
■ проработать основные технические решения по подключению датчиков и исполнительных механизмов;
■ разработать основные алгоритмы и программы решения задач;
■ разработать основной «кадр» для станции оператора и настроить связь контроллера со SCADA - системой.
Результатом выполнения выпускной квалификационной работы является полнофункциональная система управления блоком установки атмосферной перегонки нефти.
В ходе выполнения работы были подробно изучены процессы, протекающие при переработке, изучена технологическая схема блока УПН, предложены технические решения, позволяющие усовершенствовать процесс перегонки и повысить качество конечного продукта.
В результате проделанной работы были разработаны трехуровневая структурная схема АСУ ТП, функциональная и структурная схемы автоматизации.
Произведен сравнительный анализ не дорогих ПЛК отечественного и иностранного производства. Сделан выбор в пользу контроллера WAGO-I/O- SYSTEM-750 WAGO-I/O-PRO. Проведён выбор средств КИПиА, насосов, частотных преобразователей.
Проведен сравнительный анализ бесплатных и низкобюджетных (не дорогих) SCADA-систем. Разработана полнофункциональная мнемосхема процесса на базе MasterSCADA.
В работе представлены программы решения основных задач автоматизации: измерение, преобразование и проверка достоверности входных сигналов и регулирование. Задачи решены на языке СFC (последовательных функциональных схем).
Предложенный вариант системы автоматизации имеет высокую гибкость и возможность дальнейшего развития и по праву может считаться очередным шагом в направлении дальнейшего совершенствования АСУ ТП .
В ходе выполнения работы были подробно изучены процессы, протекающие при переработке, изучена технологическая схема блока УПН, предложены технические решения, позволяющие усовершенствовать процесс перегонки и повысить качество конечного продукта.
В результате проделанной работы были разработаны трехуровневая структурная схема АСУ ТП, функциональная и структурная схемы автоматизации.
Произведен сравнительный анализ не дорогих ПЛК отечественного и иностранного производства. Сделан выбор в пользу контроллера WAGO-I/O- SYSTEM-750 WAGO-I/O-PRO. Проведён выбор средств КИПиА, насосов, частотных преобразователей.
Проведен сравнительный анализ бесплатных и низкобюджетных (не дорогих) SCADA-систем. Разработана полнофункциональная мнемосхема процесса на базе MasterSCADA.
В работе представлены программы решения основных задач автоматизации: измерение, преобразование и проверка достоверности входных сигналов и регулирование. Задачи решены на языке СFC (последовательных функциональных схем).
Предложенный вариант системы автоматизации имеет высокую гибкость и возможность дальнейшего развития и по праву может считаться очередным шагом в направлении дальнейшего совершенствования АСУ ТП .