автоматизация линейной части магистрального газопровода

В нашей стране подача газа на значительные расстояния осуществляется по магистральным газопроводам больших диаметров, представляющих собой сложную систему сооружений, включающую линейные сооружения, компрессорные и газораспределительные станции, установки для подготовки газа, лупинги, отводы, свечи, конденсатосборники, линии связи и предназначенных для подачи газа на дальние расстояния.
Магистральный газопровод характеризует высокое давление (до 10 МПа), поддерживаемое в системе, большой диаметр труб (1020, 1220, 1420 мм) и значительная протяженность (сотни и тысячи километров).
По характеру линейной части различают следующие магистральные газопроводы: простые с постоянным диаметром труб от головных сооружений до конечной газораспределительной станции (ГРС), без отводов к попутным потр ...

Введение 9
Глава 1. Технологическая часть 10
Характеристика объекта автоматизации 10
1.1 Общая характеристика объекта 10
1.2 Характеристика технологического оборудования 14
1.2.1 Охранный кран 14
1.2.2 Линейный кран 15
1.2.3 Станция катодной защиты 17
1.3 Цель и постановка задач дипломной работы 19
Глава 2. Основная часть 20
Разработка автоматизированной системы управления линейной части магистрального газопровода 20
2.1 Выбор микропроцессорного оборудования 20
2.2 Функциональная схема автоматизации линейной части магистрального газопровода 34
2.2.1 Характеристика функциональной схемы автоматизации 38
2.3 Математическая модель технологического процесса 44
Глава 3. Экономическая часть 49
3.1 Оценка инвестиционного проекта 49
3.2 Определение срока окупаемости 55
Глава 4. Безопасность жизнедеятельности 57
4.1 Расчет искусственного освещения 58
4.2 Кондиционирование 63
Заключение 69
Список литературы 70
Перечень сокращений 71
Приложение А 72
Приложение Б 73

В данном дипломном проекте рассматриваются вопросы системы автоматизации линейной части магистрального газопровода. Разработана функциональная схема автоматизации линейной части магистрального газопровода. Составлена математическая модель процесса транспортировки газа по линейной части газопровода.
Проведен расчет экономической эффективности от внедрения автоматизированной системы. По безопасности жизнедеятельности рассчитывается искусственное освещение местного диспетчерского пункта и систем кондиционирования.

Особенности промышленных контроллеров серии FX:возможность расширения от 10 до 384 входов/выходов;компактное исполнение;обширные коммуникационные возможности;простота установки.Базовый модуль любой из серий MELSEC FX представляет собой полнофункциональный программируемый контроллер (процессор, источник питания, встроенные входы/выходы), способный функционировать автономно.Предусмотрены модели с источниками питания 100–230 V AC или 12 V DC (только для FX1N) и 24 V DC, с релейными или транзисторными выходами. Сравнительные характеристики контроллеров серии FX представлены в таблице 2.2.Т а б л и ц а 2.2 - Сравнительные характеристики контроллеров серии FXХарактеристикиFX1SFX1NFX2N/FX2NCFX3UКол-во точек ввода/выводадо 30до 128до 256до 384Размер программной памяти2K шагов, EEPROM4K шагов, EEPROM8K шагов, RAM64K шагов, RAMВремя выполнения базовой инструкции0,55–0,7 мксек0,55–1,0 мксек0,08 мксек0.065 мксекПоддержка числа с п. т.нетнетдаДаИнтегр. однофазный счетчик6-60 кГц6-60 кГц6-60 кГц6-60 кГц2-10 кГцИнтегр. двухфазный счетчик2-30 кГц2-30 кГц2-30 кГц2-50 кГцКонтроллеры Allen-Bradley. Контроллеры серии Logiх.Logix - самая мощная серия контроллеров, оснащённая революционными возможностями, которых никогда не было у промышленных программируемых контроллеров, упрощает разработку, интеграцию и эксплуатацию всех приложений по управлению, начиная с простых специализированных устройств управления и заканчивая большими многопроцессорными архитектурами с тысячами управляемых точек (см. рисунок 2.10).248602582550Рисунок 2.10 - Контроллеры LogixControlLogix - самая мощная платформа управления Модульная, высокоэффективная платформа управления для периодических и непрерывных процессов управления. С помощью SynchLink можно синхронизировать большое количество шасси с несколькими процессорами в каждом (с точностью до микросекунды). ввод/вывод - 128'000 дискретных или 4'000 аналоговых сигналов память - до 8Mб;коммуникации - EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet, Universal Remote I/O, DF1 / DH-485, DH+, RS-232 и другие.Контроллеры серии GuardLogix.GuardLogix – это тот же контроллер ControlLogix, только с повышенной степенью надёжности, удовлетворяющей требованиям SIL3, где 2-х процессорная архитектура. Не требует дополнительной настройки или конфигурации и встраивается в платформу ControlLogix.Контроллеры серии CompactLogix.CompactLogix – это небольшой контроллер, имеет ту же вычислительную мощность, что и процессор ControlLogix, может выполнять приложения по управлению с высокой производительностью (см. рисунок 2.11). Он идеально подходит для системы специализированного управления любого рода, и легко интегрируется в большие архитектуры управления. 205105098425Рисунок 2.11- Контроллер CompactLogixввод/вывод - поддержка до 30 модулей Compact I/O;память - до 1.5Mб;коммуникации - RS-232, EtherNet/IP, DeviceNet и DH-485.Контроллер семейства Flex I/O.FlexLogix сочетает в себе преимущества механизма управления Logix с компактной системой ввода/вывода DIN-реечного монтажа. Будучи очень мощным специализированным контроллером, FlexLogix также предназначен для использования в приложениях распределенного управления. ввод/вывод - до 16320 дискретных и 1116 аналоговых сигналов;до 8 модулей FLEX I/O на процессор;8 дополнительно через встроенный порт расширения;память - 64Kб или 512Kб;коммуникации - связь через ControlNet или EtherNet/IP.Контроллеры серии SLC.Семейство SLC предоставляет мощность и гибкость для реализации завершенных решений задач управления. Мощный набор инструкций процессора, развитые инструментальные средства программирования, а также обширные возможности данных продуктов дают веские основания для выбора данных продуктов для ваших приложений в области автоматизации. Популярное решение для расширяемых приложений автоматизации. Экономичные и лёгкие в использовании процессоры с большими возможностями. Обладает расширенной системой команд с косвенной адресацией, широкими математическими возможностями и вычислением выражений. ввод/вывод - 4'096 + 4'096 (вход+выход) дискретных ;480 аналоговых сигналов ;память - до 64К слов ;коммуникации - EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet, RIO, DH+, DH-485.Контроллеры серии MicroLogix 1000.Компактные контроллеры MicroLogix 1000 обладают высокой производительностью и экономичностью (см. рисунок 2.12). Обладает мощной системой команд, обеспечивает высокую скорость и гибкость коммуникаций в тех случаях, когда требуется компактное и недорогое решение вопросов управления. 2419985272415Рисунок 2.12 - Контроллеры MicroLogixввод/вывод - 32 дискретных и 5 аналоговых сигналов; память - до 1К слов; коммуникации -DH-485. Контроллеры серии MicroLogix 1100/1200.Для решения широкого класса прикладных задач контроллеры MicroLogix 1200 предоставляют более широкие вычислительные возможности и большую гибкость ввода/вывода, чем контроллеры MicroLogix 1000.Модифицируемая в рабочих условиях операционная система во флэш-памяти гарантирует, что вы всегда будете на уровне самых последних достижений без необходимости замены оборудования. ввод/вывод - 128 сигналов; память - до 6К слов;коммуникации - EtherNet/IP, DeviceNet, DH-485.2.2 Функциональная схема автоматизации линейной части магистрального газопроводаЭлементы функциональной структуры.Система автоматизации линейной части магистрального газопровода имеет три уровня иерархии. Каждый уровень несет свою логическую и функциональную нагрузку. Межуровневая информационная связь организовывается распределенными подсистемами сбора и передачи информации, которые являются общими для элементов смежных уровней. Верхний уровень обеспечивает человеко-машинный интерфейс необходимый для информационной связи оператора с системой. Средний уровень формирует решения по управлению ТОУ на основе полученной технологической информации от верхнего и нижнего уровней. Нижний уровень выступает как ретранслятор управляющих воздействий и состояния датчиков между системами среднего уровня и комплекса измерительно-исполнительного оборудования. Схема автоматизации приведена в приложении А.Верхний уровень.Верхний уровень решает комплекс задач связанных с обработкой, архивированием, администрированием и визуализацией информации. Одной из главных задач элементов данного уровня является обеспечение оператора необходимым и достаточным количеством информации о ТОУ на основе которой, оператор может принять корректное решение в тех или иных ситуациях. Подсистемы верхнего уровня имеют равный приоритет и выполняют взаимодополняемые функции. Однако каждая подсистема решает свои уникальные задачи которые в своей совокупности обеспечивают корректное и устойчивое функционирование элементов ТОУ.Верхний уровень составляют подсистемы:администрирования и доступа;визуализации и выдачи сообщений;архивирования;обработки информации ручного ввода;распределенная подсистема сбора и передачи информации между верхним и средним уровнем.Подсистема администрирования служит для защиты баз данных от несанкционированного редактирования или считывания информации. Защита информации реализуется не только на уровне кодовых паролей, но и на уровне локализации доступа по рабочим станциям. В целях минимизации вероятности потери данных система включает в себя новейшие программы проверки целостности данных.Подсистема визуализации обеспечивает непрерывный мониторинг значений технологических переменных ТОУ и своевременную выдачу сообщений по технологическим событиям. Основную часть подсистемы составляет человеко-машинный интерфейс, который предназначен для непосредственной связи оператора с системой управления. Состав и набор полей выдаваемой информации может задаваться оператором при наличии специального доступа и должны соответствовать формам архивных баз данных.Подсистема архивирования осуществляет электронное складирование информации и формирование баз данных. Данная подсистема обеспечивает возможность конфигурации состава данных и периодов архивов, что позволяет достигнуть высокой эффективности и информативности регистрируемых событий и параметров ТОУ. Порядок и доступ к формам баз данных регламентируется подсистемой администрирования.Подсистема обработки информации ручного ввода предназначена для сопровождения оператора в процессе ввода данных с целью обеспечения корректности и своевременности введенной информации. Следует учитывать, что данная подсистема не обеспечивает контроль команд оператора на нарушение технологических требований по защите оборудования и объекта в целом, а только проверяет введенные команды на возможность их выполнения. Проверка распоряжений оператора на нарушение технологии осуществляется в подсистеме защиты описанной ниже. Подсистемы сбора и передачи информации осуществляют прием, форматирование и передачу данных в необходимой форме между смежными функциональными уровнями.Средний уровень.Данный уровень обеспечивает безопасность и устойчивость работы объектов ТОУ. Средний уровень получает информацию от модулей как верхнего, так и нижнего уровня. Данные верхнего уровня содержат информацию о командах оператора и исторических значениях технологических переменных. Данные нижнего уровня определяют состояние объектов ТОУ. На основе полученной информации подсистемы вырабатывают управляющие воздействия на ТОУ с целью поддержания функционирования станции в надежном рабочем режиме с высокой технико-экономической эффективностью.Средний уровень составляют подсистемы:защиты оборудования газопровода;диагностики состояния оборудования;управления оборудованием;распределенного сбора и передачи информации между верхним и средним уровнем;распределенного сбора и передачи информации между средним и нижним уровнем.Подсистема защиты оборудования обеспечивает безопасное функционирование, как технологического объекта управления, так и его элементов. Данная подсистема реализует двухступенчатую защиту объекта по аналоговым параметрам. Производится защита системы автоматизации по потере информации при обрыве оптоволоконного канала и переключение на резервный, спутниковый канал. Осуществляется защита оборудования от некорректных команд оператора с точки зрения нарушения технологической безопасности объекта и его оборудования. Кроме того, подсистема дает возможность квитировать и маскировать аварийные сигналы и события, что обеспечивает гибкость и эффективность функционирования системы защиты станции.Подсистемы защиты обладают равным приоритетом, но формируемые команды не могут быть взаимоисключающими. Такой подход предполагает функционирование подсистем как единого блока защиты ТОУ с учетом взаимовлияния и единства целей. Приоритет систем защиты является более высоким, чем у подсистемы управления, что необходимо для полной и гарантированной защиты объекта.Подсистема диагностики состояния оборудования осуществляет оперативный контроль и анализ работоспособности технологических элементов объекта. В качестве основной функции данной подсистемы выступает обнаружение потери связи через основную магистраль. Выявление неисправности линейных кранов, в состоянии покоя, производится на программном уровне, через контроль позиционных сигналов на взаимоисключение, что с большой вероятностью указывает на неработоспособность крана. Диагностика состояния датчиков осуществляется на анализе значений измеряемых параметров на достоверность. Подсистема управления оборудованием обеспечивает дистанционное управление линейными и охранными кранами. Кроме того, данная подсистема автоматически управляет защитным потенциалом, с целью стабилизации его значения на заданном уровне. Распределенная подсистема сбора и передачи информации между средним и нижним уровнем необходима для транзита межуровневых данных и команд.Нижний уровень.Подсистемы нижнего уровня предназначены для опроса измерительных приборов технологических переменных, параметров состояния оборудования и передачи полученной информации на системы верхнего уровня. Подсистема нижнего уровня служит для передачи управляющих воздействий от систем среднего уровня к приводам исполнительных механизмов агрегатов ТОУ. Кроме того, данная подсистема производит проверку измерений на достоверность. Нижний уровень составляют:подсистема опроса датчиков;подсистема выдачи управляющего воздействия;распределенная подсистема сбора и передачи информации между средним и нижним уровнем.Подсистема опроса датчиков производит непрерывный контроль показаний измерительных приборов и подготовку снятых данных к последующей передаче на средний уровень и первичную обработку сигналов.Подсистема выдачи управляющего воздействия осуществляет подачу сигналов на исполнительные механизмы ТОУ в целях реализации управляющих решений сформированных в подсистемах среднего уровня.Описание информационных связей.Информационные связи между элементами системы обеспечиваются путем использования общих глобальных переменных и внутренних программно-логических сигналов. Межуровневые связи обеспечиваются распределенной подсистемой сбора и передачи информации.Элементы верхнего уровня имеют информационную связь с оператором-технологом посредством устройств ввода-вывода.Подсистема администрирования, доступа и защиты информации имеет прямую и обратную связь с оператором. Прямая связь выражена контролем системы уровня доступа оператора и выдачей административных сообщений. Обратная связь проявляется при запросе оператора на ввод пароля или другой информации. Кроме того, подсистема доступа имеет косвенную связь с подсистемами визуализации и архивирования на уровне ограничения доступа оператора к информационным ресурсам данных подсистем.Подсистема визуализации и выдачи сообщений обладает информационными связями с оператором и подсистемой доступа. Связь с оператором реализуется человеко-машинным интерфейсом, где выводятся различные тренды состояния ТОУ и сообщения событий технологического характера. Связь с подсистемой доступа вступает в силу при запросе системы разрешения на визуализацию показаний того или иного канала измерения.Подсистема архивирования связана с оператором на уровне конфигурации состава и размеров архивов.Подсистема обработки информации ручного ввода обеспечивает обратную связь с оператором посредством устройства ввода информации.Информационные связи подсистем нижнего уровня с измерительно-исполнительным оборудованием описаны в разделах входных и выходных сигналов информационного обеспечения. 2.2.1 Характеристика функциональной схемы автоматизации линейной части магистрального газопроводаФункциональная структура системы автоматизации отражает функции, выполняемые ее подсистемами, и показывает взаимосвязи подсистем.Функции СА ЛЧ МГ подразделяются на:информационные;управляющие;вспомогательные;функции по защите оборудования.Информационные функции включают:сбор и обработку информации;представление информации;архивирование (регистрация) информации;протоколирование информации.Предусмотрено выполнение следующих управляющих функций:дистанционное управление кранами и СКЗ;автоматический остановка работы оборудования при выходе контролируемых параметров за допустимые пределы;местное управление.Функции по защите:контроль команд оператора на корректность;технологическая сигнализация по сбою оборудования.К вспомогательным функциям относятся:контроль состояния крановых площадок и СКЗ;программная диагностика ПЛК и измерительных устройств на исправность;ведение базы данных СА ЛЧ МГ. Характеристика информационных функций.Сбор и обработка информации.Сбор информации заключается в периодическом опросе датчиков и формировании сигналов о значениях технологических параметров.Цикл опроса датчиков:- аналоговых – от 200 до 5000 ms; - дискретных – от 200 до 1000 ms.Цикл опроса входных аналоговых и дискретных сигналов устанавливается в зависимости от скорости изменения технологических параметров. Например, для температуры устанавливается большее время цикла, а для давления газа - меньшее.После опроса датчика сигналу присваивается метка времени, с которой сигнал передается далее в подсистему обработки информации и хранится в подсистеме архивирования.Первичная обработка информации от аналоговых датчиков выполняется в следующей последовательности:проверка запрета опроса. Если инженером диспетчерской станции установлен запрет опроса УСО, то входной сигнал УСО заменяется на постоянный сигнал, который задает инженер. Далее этот сигнал обрабатывается в ПОИ-А и передается в другие подсистемы. Естественно, данный сигнал не является достоверным;проверка на зашкаливание или обрыв. Например, для сигнала 4-20 мА выход из данного диапазона означает зашкаливание или обрыв;линеаризация характеристик датчиков или модулей УСО;линеаризация характеристики, присущей методу измерения, а также приведение численного значения сигнала к величине, имеющей размерность технологического параметра. Линеаризация необходима, например, для сигналов от термометров сопротивления, от термопар, от датчиков расхода при измерении методом переменного перепада давлений. В том случае, когда линеаризация выполняется аппаратно в модуле УСО, программная линеаризация не используется;внесение статической поправки, связанной с установкой датчика или по другим причинам;фильтрация (демпфирование) пульсаций, присущих некоторым технологическим параметрам. Фильтрация осуществляется апериодическим звеном первого порядка;проверка сигнала на существенность изменений и проверка на длительное отсутствие изменений. Если сигнал изменился на величину более заданной, то он передается далее через локальную сеть в другие подсистемы. Длительное отсутствие изменений («замораживание») говорит о возможной недостоверности сигнала;проверка на наличие пульсаций. Некоторым технологическим параметрам присущи пульсации и их отсутствие указывает на возможную недостоверность сигнала;сравнение с дублирующими сигналами (при их наличии). Расхождение с дублирующими сигналами явно указывает на недостоверность одного из сигналов;проверка нахождения параметра в пределах рабочего диапазона, который обычно несколько уже пределов измерения датчика;анализ достоверности сигнала. Признак достоверности является атрибутом сигнала и записывается в архиве вместе со значением аналогового параметра. Признак достоверности принимает следующие значения: параметр достоверен; параметр возможно недостоверен; параметр недостоверен.Характеристика управляющих функций.Технологическая защита.Технологическая защита обеспечивает автоматическое выполнение операций по отключению оборудования при аварийном отклонении параметров от нормальных значений и возникновении аварийных ситуаций.Защиты подразделяются на :защиту линейных кранов при открытии через баипасирование;защиту линейных кранов от не корректных команд оператора. Действие защиты сопровождается аварийной звуковой (ревун) и световой сигнализацией. Звуковая сигнализация выполняется в операторной и на территории МДП. Сообщения о срабатывании защиты выводятся на экраны СО в первоочередном порядке и выделяются красным цветом.Обеспечивается предупредительная сигнализация о приближении аналоговых параметров к аварийным значениям. Обеспечивается возможность настройки программным путем уставок защиты по аналоговым сигналам и задержек времени. Действие защиты не может быть прервано оператором до полного окончания всех ее операций.Действие защиты прекращается после выполнения следующих трех условий: выполнены все операции (действия) защиты; исчезли все сигналы, вызывающие срабатывание защиты, и аналоговые параметры достигли уставок деблокировки; оператор деблокировал действие защиты.Защиты ТОУ должны быть постоянно введены. В случае неисправности датчиков, линий связи или УСО отдельные защиты могут быть выведены из работы по распоряжению руководства МДП. Операции по выводу отдельных защит выполняет персонал, имеющий соответствующий допуск. Дежурный оператор-технолог не имеет допуска на вывод защиты.Защиты, препятствующие пуску оборудования, автоматически временно выводятся из работы при пуске или останове оборудования.