Проектирование и монтаж автоматизированных систем управления (АСУ)

Одним из ведущих направлений предприятия ТОО "Современные технологии Казахстана" является разработка, внедрение и аттестация программно-технических средств автоматизированных систем управления технологическими процессами и промышленными объектами (ПТС АСУ ТП и ПО). Многолетний опыт успешной работы на рынке автоматизации промышленных объектов позволяет в кратчайшие сроки и на высоком уровне разрабатывать и внедрять надёжные и высокотехнологичные АСУ ТП любой сложности. Предприятие ТОО "Современные технологии Казахстана" предлагает выполнение полного перечня работ по созданию АСУ ТП, а именно таких как: предпроектное обследование объекта автоматизации; разработка технического задания; разработка рабочего проекта; разработка, производство и поставка комплексов программно-технических средств для автоматизированных систем управления; монтажные и пусконаладочные работы; обучение обслуживающего персонала и должностных лиц Заказчика; сопровождение и обслуживание комплекса программно-технических средств АСУ ТП; гарантийное и постгарантийное обслуживание АСУ ТП. В процессе проведения работ по созданию АСУ ТП, наши специалисты детально изучат технологический процесс предприятия Заказчика, состояние технологического оборудования и предложат методы по оптимизации работы предприятия и снижению ресурсозатрат на его функционирование. При условии существования на предприятии Заказчика автоматизированной системы управления ТП мы всесторонне изучим данную систему и идеологически и технически интегрируем нашу систему в существующую. При создании АСУ ТП мы предлагаем также и вариант поэтапной автоматизации, которая предусматривает полную (как вертикальную, так и горизонтальную) интеграцию с планируемыми и существующими системами управления. Такой вариант автоматизации позволит в будущем снизить затраты на проведение следующих этапов автоматизации. По окончанию всего цикла работ по созданию АСУ ТП Заказчик получает единый информационный управляющий комплекс предприятия, который базируется на открытых решениях и протоколах, которые могут использовать другие подрядчики. Высокое качество, надёжность и максимальная открытость – основные принципы разрабатываемых нами систем управления. Это достигается за счёт применения высоконадёжного оборудования ведущих мировых производителей и жестким выполнением требований международных стандартов. Применение принципов открытости, высокого качества и надёжности при разработке систем позволяет Заказчикам выполнять их безотказную эксплуатацию и производить необходимые доработки согласно требованиям к АСУ ТП. Надёжность и высокое качество комплекса ПТС автоматизированных систем управления ТП достигается за счёт: применения высоконадежных и производительных PLC ведущих фирм мира GE Fanuc, Siemens и др.; применения серийно выпускаемого оборудования, предназначенного для использования в системах управления ТП, ведущих мировых компаний таких, как Siemens, Weidmuller, Rittal , Schroff, MTL, Vicor и других; выполнения требований международных отраслевых и государственных стандартов. САУ ГПА серии «КМ» Система автоматического управления газоперекачивающим агрегатом (далее САУ ГПА) предназначена для автоматического управления и защиты газоперекачивающего агрегата. Система предусматривает как автономный режим работы, так и во взаимодействии с цеховой информационно-управляющей системой (далее АСУ ТП КЦ). САУ ГПА имеет двухуровневую структуру : – 1-й – это уровень автоматизированных рабочих мест (АРМ) (организация человеко-машинного интерфейса, протоколирование технологического процесса); – 2-й – это уровень технологических ПЛК (сбор данных, преобразование данных, программно-логическое управление). Выполняемые функции: – непосредственное управление ГПА; – непрерывный контроль и измерение технологических параметров ГПА; – расчет косвенных технологических параметров ГПА; – контроль позиционных сигналов состояния оборудования ГПА; – контроль и отображение информации о состоянии технологического процесса и оборудования ГПА; – автоматический контроль технологических параметров с сигнализацией в случае их отклонения от заданных значений; – регистрация и хранение информации о состоянии и технологических параметрах оборудования; – регистрация и хранение действий оператора; – защита узлов и механизмов ГПА во всех режимах работы, в том числе проверка условий готовности ГПА к пуску; – автоматическая антипомпажная защита нагнетателя; – блокировка однозначно ошибочных команд оператора; – пусконаладочные процедуры уточнения расчета удаленности от зоны помпажа нагнетателя (помпажный тест); – полуавтоматическая проверка каналов защит с помощью контрольно-поверочной аппаратуры и тестовых программ; – фоновая самодиагностика состояния технических и программных средств САУ ГПА; – оценка достоверности результатов измерений технологических параметров вторичными преобразователями (при условии возможности задания критерия достоверности); – контроль целостности наиболее критичных цепей; – контроль работоспособности модулей ПЛК; – контроль исправности каналов связи; – контроль системы питания. САУ ГПА обеспечивает вычисление следующих параметров: – степень сжатия; – удаленность от зоны помпажа нагнетателя; – расход топливного газа (мгновенный, часовой, суточный, месячный); – объемный расход через нагнетатель; – мощность на валу нагнетателя; – КПД ГТД; – политропный КПД нагнетателя; – время выбега роторов турбины высокого давления (ТВД) и турбины низкого давления (ТНД) после остановки ГПА; – расход газа при стравливании контура нагнетателя; – среднюю температуру за ТНД; – перекос температурного поля за ТНД. САУ ГПА является распределенной отказоустойчивой системой управления реального времени. Оптимальное соотношение надежности системы и ее стоимости достигается за счет применения рациональной структуры системы, т. е. оптимального резервирования элементов и средств технической диагностики: – независимое выполнение каждым из трех серверов всех функций организации человеко-машинного интерфейса и протоколирования технологического процесса; – наличие физических кнопок управления основными режимами работы; – дублированные цифровые каналы связи между серверами и ПЛК; – организация гарантированного электропитания без использования UPS; – дублирование блоков питания и агрегатов бесперебойного питания; – наличие блока экстренного аварийного останова (БЭАО), выполняющего экстренную аварийную остановку при критических неисправностях САУ ГПА или по команде; – полное дублирование подсистем защиты ГПА по превышению максимальных оборотов роторов и температуры за ТНД; – дублирование датчиков и измерительных каналов для наиболее важных технологических параметров; – возможность замены любого модуля пульта оператора (для обслуживания или в случае неисправности) без прекращения выполнения им функций организации человеко-машинного интерфейса и протоколирования технологического процесса. Структура САУ ГПА Антипомпажная защита При проектировании систем управления газоперекачивающим агрегатом, имеющим в своём составе центробежный нагнетатель, одной из основных проблем является не допустить явление помпажа, которое может привести к разрушению агрегата (Явлением помпажа называют резкие колебания давления в системе «нагнетатель-сеть». При помпаже расход и потребляемая мощность могут изменяться от нуля до номинала). На рисунке 1 показан типичный вид газодинамических характеристик центробежного нагнетателя. Рис.1 Газодинамические характеристики центробежного нагнетателя Рис. 2 Газодинамические характеристики центробежного нагнетателя при применении байпасного крана Центробежный нагнетатель имеет ограниченный диапазон производительности. Если поток газа через нагнетатель меньше определённой величины, то вращающиеся лопасти рабочего колеса не могут захватить газ и устойчивая работа нагнетателя нарушается. Для избежания помпажных явлений можно при помощи регулируемого байпасного крана направлять часть газа с выхода нагнетателя на его вход. На рисунке 2 видно, что открытие байпасного крана уменьшает нагрузку на нагнетатель и таким образом обеспечивает его устойчивою работу. Системы антипомпажной защиты, полностью открывающие байпасный кран при падении расхода газа через нагнетатель ниже определённого порога известны давно и свою защитную функцию они эффективно выполняют, однако имеют один существенный недостаток – это сужение диапазона производительности нагнетателя, так как во многих случаях требуется длительная работа агрегата вблизи помпажной зоны. Для устранения этого недостатка в своих САУ ГПА ТОО "Современные технологии Казахстана" применяет байпасные краны с аналоговым управлением, которые обеспечивают регулирование потока обратной связи путём точного открывания на заданную величину. Для управления таким байпасным краном система рассчитывает удаленность от зоны помпажа нагнетателя и вырабатывает соответствующий управляющий сигнал. Системы защиты от вибрации и регулирование по температуре В процессе эксплуатации газоперекачивающего агрегата одними из важных контролируемых параметров являются: - вибрация двигателя; - вибрация нагнетателя; - осевой сдвиг нагнетателя; - температура выхлопа двигателя. Учитывая важность измерения вибрации, так как превышение вибрации может привести к физическому разрушению агрегата, для конроля этого параметра в САУ ГПА производства ТОО "Современные технологии Казахстана" применяется оборудование (датчики и преобразователи) ведущих мировых производителей, зарекомендовавших себя долговременной и безотказной работой, таких как: Bently Nevada, SHINKAWA, CEC и др. Для предотвращения выхода из строя ГПА при превышении вибрации САУ ГПА производства ТОО "Современные технологии Казахстана" выполняет защитные действия от предупреждения оператора о повышенной вибрации до автоматического останова ГПА. Температура выхлопа двигателя ГПА является одним из основных факторов, влияющих на его стабильную и долговременную работу. САУ ГПА производства ТОО "Современные технологии Казахстана" производит контроль этой температуры и осуществляет регулирование максимальной отдаваемой мощности. АСУ ТП КС Автоматизация объектов газотранспортной системы, в частности компрессорных станций, занимает особую нишу в деятельности ТОО "Современные технологии Казахстана". Коллектив ТОО "Современные технологии Казахстана" за продолжительное время работы в данном направлении не только накопил множество типовых решений стандартных проблем, но и приобрел большой опыт в решении нетривиальных задач. Автоматизированная система управления компрессорной станцией предназначена для управления непрерывным процессом транспортировки газа с целью обеспечения заданных технологических параметров поставки газа с минимальными энергетическими затратами, автоматического контроля технологических параметров и состояния технологического оборудования КС, автоматического выполнения технологических алгоритмов запуска, функционирования и остановки КС при аварийных ситуациях с соблюдением защит технологического оборудования. К технологическому оборудованию, входящему в состав системы управления, относятся: газоперекачивающие агрегаты, краны цеховой обвязки узла подключения и охранные краны, блок подготовки топливного и пускового газа, подогреватели газа, блок осушки импульсного газа, блок подготовки газа на собственные нужды, система очистки газа, котельная, АНПУ, аварийные турбогенераторы, электротехническое оборудование, оборудование отопления и вентиляции. АСУ ТП КС так же как и САУ ГПА имеет двухуровневую структуру: – 1-й – это уровень автоматизированных рабочих мест (АРМ) (организация человеко-машинного интерфейса, протоколирование технологического процесса); – 2-й – это уровень технологических ПЛК (сбор данных, преобразование данных, программно-логическое управление). В результате многолетней деятельности в этом направлении был разработан многоуровневый масштабируемый информационный управляющий комплекс (ИУК) КС серии «КМ»(«Комплекс-мастер»), который предназначен для контроля и управления технологическим оборудованием компрессорной станцией. Ниже перечислены основные функции каждого уровня ИУК: АСУ ТП КС (компрессорная станция): управление технологическим оборудованием КС; защита технологического оборудования КС; контроль состояния и планирование ресурсов КС; экспертная система по управлению оборудованием КС. АСУ ТП КЦ (компрессорный цех): регулирования режима КЦ; распределения нагрузки между ГПА; управление технологическим оборудованием КЦ; защита технологического оборудования КЦ. САУ локальными объектами: управление технологическим оборудованием локального объекта; защита технологического оборудования локального объекта. АСУ ТП КС разрабатывается на базе программируемых логических контроллеров GE Fanuc и Siemens. В качестве компонентов системы применяется серийно выпускаемое оборудование, предназначенное для использования в системах управления ответственными технологическими процессами, фирм Weidmuller, Schroff, Rittal, Vicor, MTL и других ведущих европейских и американских производителей. По желанию Заказчика для соблюдения единообразия парка ПЛК возможно преобразование САУ под любую из существующих платформ ПЛК (Mitsubishi, Modicon и т.п.). В качестве автоматизированного рабочего места сменного инженера применяються сервера начального и среднего уровня фирм Hewlet Packard, Dell, Fujitsu Siemens с установленным программным обеспечением SCADA-cистемы (Cimplicity Plant Edition, Wonderware InTouch, WinCC) Для обеспечения надежности комплекса программно-технических средств САУ (АСУ) мы используем следующие технические решения: дублирование физических сред передачи данных между ПЛК и АРМ СИ; дублирование средств хранения и отображения информации; применение контроллеров экстренной остановки; применение контроллеров противоаварийной защиты. Структура АСУ ТП КЦ САУ и АСУ входящие в состав ИУК реализует системотехнические решения, позволяющие многократно расширять её функциональные возможности и объем автоматизации. Открытость и расширяемость архитектуры позволит выполнить данное развитие без останова работы комплекса и нарушения текущего производственного процесса, равно как и реализовать комплексные алгоритмы управления и оптимального регулирования режимами работы станции. Открытость комплекса программно-технических средств позволяет адаптировать системы к любым условиям эксплуатации. АСУ УПХГ Очередным этапом развития ТОО "Современные технологии Казахстана" стала разработка и внедрение распределенного информационного управляющего комплекса подземного хранилища газа (ПХГ). Наш опыт проектирования САУ показал, что ПХГ должно рассматриваться и автоматизироваться как единый целостный технологический объект. Комплекс должен не только автоматизировать процессы контроля и управления объектами и технологическими установками, но и оптимизировать технологические процессы с целью повышения эффективности работы оборудования, повышения производительности СПХГ в целом и минимизации затрат. В состав разработанного нами комплекса входят системы автоматического управления следующими технологическими объектами ПХГ: компрессорный цех на базе газомотокомпрессоров ГМК-8М; турбодетандерная холодильная установка; аппараты воздушного охлаждения газа; аппараты воздушного охлаждения воды; циркуляционная насосная станция; компрессорная сжатого воздуха. Сбор и обработка данных полученных от перечисленных систем производится с помощью информационных технологических серверов, установленных в пульте оператора. Специалисты нашего предприятия готовы рассмотреть и предложить варианты внедрения отдельных систем входящих в состав комплекса и интеграции их в существующую АСУ ПХГ. Мы готовы предложить отработанные решения по интеграции в состав комплекса следующих систем и функций: система раннего выявления чрезвычайных ситуаций; система автоматического пожаротушения; система учета и контроля параметров природного газа на газовых скважинах и исследовательских коллекторах; подсистемы оптимизации и моделирование работы УПХГ.