Дипломная работа: Разработка автоматизированной системы управления магистральной насосной станции

Содержание

Введение
1 Общие сведения
1.1 Нефтеперекачивающие станции
1.2 Автоматизированная система управления технологическим
процессом
1.3 Описание общей структуры АСУ ТП
1.4 Современная SCADA-система в автоматизации технологических
процессов
1.5 Система технологического программирования Control Builder F
2 Основная часть
2.1 Краткая характеристика НПС «Барсенгир»
2.2 Задачи и функции НПС «Барсенгир»
2.3 Технологический процесс НПС «Барсенгир»
2.4 Состав основного и вспомогательного оборудования
магистральной
насосной станции НПС «Барсенгир»
2.5 Достоинства и недостатки НПС «Барсенгир»
2.6 Постановка задачи
3 Разработка автоматизированной системы управления и контроля
магистральной насосной станции
3.1 Анализ макро и микро структуры ТП НПС «Барсенгир»
3.2 Организационная структура системы автоматизации МНС
3.3 Выбор технических средств измерения
3.4 Выбор программируемого логического контроллера
3.5 Разработка программного обеспечения МНС
3.6 Структура программного обеспечения
4 Безопасность жизнедеятельности
4.1 Общее понятие вентиляции
4.2 Анализ опасных и вредных факторов
4.3 Опасные производственные факторы и мероприятия по технике
безопасности
4.4 Вредные производственные факторы и мероприятия по гигиене
труда и
производственной санитарии
4.5 Пожаро и взрывобезопасность
4.6 Расчет тепловых показателей для приточно-вытяжной установки
5 Технико-экономическое обоснование приточно-вытяжной системы
5.2 Описание приточно-вытяжной системы
5.3 Маркетинговое исследование
5.4 Экономический расчет
Заключение
Перечень сокращений
Список литературы
1 Общие сведения

1.1 Нефтеперекачивающие станции
К системам и приборам перекачки нефти по магистральным
трубопроводам относятся насосы, компрессионные установки, системы
контроля за давлением и расходом и т.п.
Основным элементом магистрального нефтепровода с помощью
которой транспортируется нефть, является нефтеперекачивающая станция
(НПС). НПС выполняет функцию передачи энергии потоку нефти для его
перемещения к конечному пункту трубопровода. Нефтеперекачивающие
станции являются структурными подразделениями магистрального
нефтепровода и представляют комплекс сооружений, установок и
оборудования, предназначенных для обеспечения транспорта нефти по
трубопроводу. НПС подразделяются на головные и промежуточные.
На головных НПС осуществляется прием нефти от цехов
нефтегазодобывающих промыслов или магистральных трубопроводов.
Основными технологическими сооружениями головной НПС являются
магистральная насосная станция (МНС), подпорная насосная, резервуарный
парк, технологические трубопроводы с задвижками и фильтрами, узел
регулирующих устройств, узел приема и пуска скребка.
Промежуточные НПС располагаются по трассе трубопровода, и
предназначены для повышения давления перекачивающей системы, чтобы
компенсировать потери напора в трубопроводе на трение. В состав основных
технологических сооружений промежуточной станции входит:
магистральная насосная станция, технологические трубопроводы с
задвижками и фильтрами, узел регуляторов давления, узел приема и пуска
скребка. В отдельных случаях по технологическим соображениям на
промежуточных станциях могут устанавливаться небольшие резервуарные
парки. При этом устанавливаются подпорные насосы.
Насосы на НПС относятся к основному оборудованию и
подразделяются на основные и подпорные.
К основным насосам, т.е. магистральным насосным агрегатам (МНА),
перекачивающим нефть по магистральному трубопроводу, предъявляются
следующие требования: экономичность, надежность, и долговечность
непрерывной работы, простота в конструкции, компактность. Поскольку
этим требованиям наилучшим образом отвечают центробежные насосы, они
и получили преимущественное распространение на нефтеперекачивающих
станциях. Поршневые насосы применяются весьма редко, в основном для
перекачки высоковязких жидкостей. Магистральные центробежные насосы,
используемые в настоящие время, имеют частоту вращения вала, как
правило, 3000 об/мин.
Подпорные насосы применяются для обеспечения хорошей
всасывающей способности. Подпорные насосы эксплуатируются при
сравнительно низкой частоте вращения вала (730- 1450 об/мин), они имеют
одно рабочее колесо с двухсторонним подводом жидкости. Приводом
подпорных насосов служат низковольтные и высоковольтные
электродвигатели. Наиболее совершенной конструкцией подпорных насосов
являются вертикального типа. Насосы этого типа можно устанавливать
непосредственно в резервуарном парке, что значительно сокращает потери на
трение во всасывающих трубопроводах.
В качестве привода к основным насосам используются асинхронные и
синхронные электродвигатели высокого напряжения.

1.2 Автоматизированная система управления технологическим
процессо
Информационные технологии охватывают всю вычислительну
технику, технику связи, промышленную электронику и все в большей
степени бытовую электронику, телевидение и радиовещание. Она находит
применение в промышленности, торговле, управлении, образовании,
медицине и науке.
Благодаря прогрессу многопроцессорной техники сегодня происходят
качественные преобразования не только в области настольной компьютерной
техники и сетевых технологий, но и в сфере компьютеризации управления
техногенными организационными структурами, технологическими
процессами и промышленными изделиями. В этой сфере широко
применяются многочисленные локальные и распределенны
специализированные микропроцессорные системы сбора, регистрации,
обработки и отображения информации, управления сложными
динамическими объектами и процессами. Архитектура и программное
обеспечение таких систем являются оригинальными, так как в каждом случае
определяются содержанием и параметрами решаемых задач. Создаются эти
системы на основе встроенных микропроцессоров, микрокомпьютеров и
микроконтроллеров отечественного и зарубежного производства.
Автоматизированная система управления технологическим процессом
(АСУ ТП)–это комплекс программных и технических средств,
предназначенный для автоматизации управления технологическим
оборудованием на предприятиях. Под АСУ ТП обычно понимается
комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных
технологических операций на производстве в целом или каком-то его
участке, выпускающем относительно завершенный продукт.
Термин «автоматизированный»в отличие от термина«автоматический»
подчеркивает возможность участия человека в отдельных операциях, как в
целях сохранения человеческого контроля над процессом, так и в связи со
сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций.
Составными частями АСУ ТП могут быть отдельные системы
автоматического управления и автоматизированные устройства, связанные в
единый комплекс. Как правило, АСУ ТП имеет единую систему
операторского управления технологическим процессом в виде одного или
нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования
информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики,
контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи всех
подсистем используются промышленные сети.
АСУТПприменяется тогда, когда необходимо объединить
разобщённые или территориально рассредоточенные объекты управления в
единый производственный комплекс, либо когда присутствие человека на
объекте управления нежелательно (например, в атомной промышленности,
на химических предприятиях).
Обработка данных, полученных по информационным каналам (
датчиков),на ЭВМ позволяет значительно улучшить контроль за
технологическим процессом и упростить управление. В англоязычных
источниках аналогом понятия «АСУТП» является сокращение SCADA —
Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор
данных, в которое вкладывается, по сути, тот же смысл.
В современной АСУТП большое внимание уделяется программному
обеспечению, системы и интеграции с действующими системами и
программными комплексами. Стандартом стало графическое представление
схем контролируемого процесса (мнемосхем) с "живым" отображением
текущего состояния, управление объектом с кадров мнемосхем. В
программном обеспечении наблюдается тенденция к стандартизации
программных интерфейсов систем сбора данных и обрабатывающих
программ (технология OPC), возрастает потребность экспорта собранных
данных в специализированные программы (расчета режимов, планирования,
аналитические, АРМ специалистов). В условиях усложнения систем
повышается роль средств диагностики и отладки.
С технической стороны в системах всё чаще используются
современные скоростные каналы связи (оптоволокно,Ethernet) и
беспроводные технологии. Вместе с тем сохраняется потребность стыковки с
морально (а иногда и физически) устаревшими "унаследованными"
системами, с сохранением их протоколов связи. На контролируемых
объектах всё чаще возникает необходимость стыковки с локальными
технологическими системами.

1.2.1 Общие принципы построения систем АСУТП
Построение системы АСУТП зависит от применяемых технических
средств и поставленных задач. При модернизации уже существующей
системы важно сохранить обмен информацией по существующим каналам.
При построении системы требуется учитывать интерфейсы распределенных
устройств сбора информации, таких как счетчики, токовые защиты,
сумматоры и так далее.
Учитывая большое количество различных комбинаций используемого
оборудования и каналов связи, можно сделать вывод, что проектирование
каждой системы индивидуально и универсального решения нет.

При решении вопроса о необходимости объединения локальных
автоматизированных систем строится многоуровневая система, в которой
может быть 3, 4 и более уровней, в зависимости от иерархической
сложности.
При построении многоуровневой системы следует учитывать
следующие факторы:
1. Ограниченную пропускную способность каналов связи. При
передаче данных на более верхний уровень необходимо отбирать те
параметры, которые действительно необходимы для контроля. При передаче
больших потоков данных может увеличиться время реакции системы на
изменения.
2. Увеличение времени выполнения команд из-за задержек, которые
тем больше, чем больше межуровневых каналов связи.

1.3 Описание общей структуры АСУ ТП
1.3.1 Пункт управления в АСУТП

Пункт Управления (ПУ) — это место размещения диспетчерского
(оперативного) персонала, аппаратуры для приема и обработки информации
от контролируемых пунктов . Часто под термином ПУ подразумевают
контроллеры , непосредственно выполняющие прием и первичную обработку
данных от контролируемых пунктов (КП). Для реализации полного набора
перечисленных функций контроллеры ПУ оснащают микропроцессорами и
соответствующим программным обеспечением. Перенастройка
программного обеспечения позволяет гибко изменять конфигурацию
системы, протоколы обмена и алгоритмы обработки данных в процессе
эксплуатации системы. Для настройки ПУ используют специальные
программы-конфигураторы, функционирующие на ПЛК. В современных ПУ
программы и настройки хранят во внутренней FLASH- памяти контроллеров,
что обеспечивает быстрый запуск системы и восстановление в случае сбоев.

1.3.2 Автоматизированное рабочее место
АРМ
—рабочее место специалиста в предметной области,
оборудованное компьютером и специальным программным обеспечением,
помогающее решать задачи в рамках деятельности этого специалиста
(например, АРМ диспетчера, АРМ технолога и т.п.). АРМ может быть
оснащен дополнительным нестандартным оборудованием и программным
обеспечением, например, АРМ телемеханика оснащают программатором
микросхем, отладочным комплектом и пр. Часто под термином АРМ
понимают исключительно программный продукт для автоматизации труда
специалиста. При этом подразумевается, что компьютер на рабочем месте
уже имеется.
1.3.3 Контролируемый пункт
Контролируемый пункт (КП) - это место размещения объектов
контроля и управления, а также аппаратура, выполняющая функции контроля
и управления, обычно называемая контроллером КП. Часто под термином
КП подразумевают контроллер , установленный на контролируемом объекте.
Контроллер КП выполняет непосредственный сбор данных с объекта
(посредством опроса датчиков и преобразователей) и передачу их на ПУ
(реализуя функци телесигнализации и телеизмерения ),а такж
непосредственно выполняет команды телеуправления.
В настоящее время практически все контроллеры КП оснащены
микропроцессорами и работают по заданной программе. Программное
обеспечение решает задачи сбора данных (фильтрует дребезг контактов ТС и
ослабляет сетевые наводки на цепи ТИ), выполняет буферизацию событий
перед выдачей в канал связи. Современные контроллеры КП вместе с
базовыми функциями (ТС, ТИ, ТУ) обеспечивают интеграцию в систему
различных электронных устройств: приборов учета энергии, автоматических
защит и проч. Например, контроллеры КП снимают показания электронных
счётчиков, расходомеров и передают их для обработки на ПУ по единому
телемеханическому каналу связи.
1.4 Современные SCADA-системы в автоматизации
технологических процессов
Современные системы автоматического управления технологическими
процессами не мыслимы без визуального контроля и управления на базе
программируемых логических контроллеров (PLC). Еще совсем недавно
визуальный контроль технологического процесса на предприятиях со
сложной архитектурой управления осуществлялся при помощи мнемосхем и
пультов управления с многочисленной коммутационной и сигнальной
аппаратурой.
Это оборудование, в настоящее время, заменяется системами
визуализации нового поколения, так называемыми SCADА – системами
(Supervisory Control and Data Acquisition – централизованный контроль и сбор
данных).
SCADA относятся к системам человеко-машинного интерфейса (HMI).
На сегодня все передовые фирмы, производящие оборудование для
автоматизации технологического процесса, предлагают ту или иную SCADА-
систему. Большинство их выполнены на базе персональных компьютеров под
управлением операционных систем Windows 95/ 98/ NT 4.0/ 2000, ХР и
предоставляют широкие функциональные возможности для построения
систем управления различного назначения.
Преимущество современных систем визуализации состоит в том, что
они не только отображают статическое состояние объекта, но также
позволяют:
- наблюдать технологический процесс в динамике;
- архивировать переменные процесса, с последующим выводом их на
печать в форме отчета;
- управлять процессом с экрана персонального компьютера РС или
операторской панели посредством мышки и клавиатуры;
- выводить на печать бланки отчётов и заданий;
- изменять параметры процесса через РС или операторской панели;
- вносить изменения в задания на производство продукции;
- сохранять в памяти РС режимы и рецепты производства;
- выдавать сообщения по заданным событиям;
-контролировать ошибочные действия оператора, исключая
субъективные факторы, приводящие к выпуску некачественной продукции
или аварийным ситуациям;
- автоматически формировать и выдавать на печать отчёты, взамен
ручного заполнение бланков и оперативных журналов, исключая ошибки и
приписки оператора.
Все SCADА- системы имеют примерно одинаковую конфигурацию.
Рассмотрим архитектуру построения SCADА- системы фирмы Siemens (см.
рисунок 1.1) Simatic WinCC, которая, как и ряд других, состоит из:
- персонального компьютера, с программным пакетом визуализации
Simatic WinCC;
- программируемого логического контроллера фирмы Siemens или
контроллера любого другого производителя.
Связь между PC и PLС может осуществляться по протоколу MPI,
PROFIBUS-DP, Industrial Ethernet.....