Система управления газоперекачивающим агрегатом

Полезная модель относится к области автоматизации управления технологическими процессами и может быть применена на магистральных газопроводах, дожимных и линейных компрессорных станциях, в энергетике и на предприятиях промышленности.
Известна система контроля и управления газоперекачивающими агрегатами (ГПА) с газотурбинным приводом для компрессорных станций магистральных газопроводов 1, предназначенная для автоматизированного управления, контроля, регулирования, протоколирования режимов работы агрегата в процессе его функционирования, а также для реализации взаимодействия с комплексами управления вышестоящего уровня.
Недостатками данной системы управления являются:
-отсутствие резервирования контроллеров, обеспечивающих контроль и управление газоперекачивающим агрегатом;
-отсутствие резервирования цепей связи с исполнительными механизмами;
-отсутствие резервирования цепей сбора информации о состоянии агрегата. Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является система автоматического
управления газоперекачивающим агрегатом (ГПА) 2, состоящая из пульта управления (ПКУ), устройства управления (УУ) и устройства регулирования (УР), устройства связи с объектом (УСО).
Пульт управления представляет собой комплекс технических средств, позволяющих осуществить экстренный останов ГПА в случае отказа системы управления или по команде оператора.
Устройство управления состоит из набора процессорной платы, платы распшрения, модулей аналогового ввода/вывода, модулей дискретного ввода/вывода, адаптера, объединенных в одном конструктиве, модулей нормализаторов сигнала с гальванической развязкой.
блока коммутаторов, вторичного источника питания. Устройство управления реализует основной объем задач, решаемых системой управления ГПА с циклом 250 мс.
Устройство регулирования состоит из набора процессорной платы, платы расширения, модулей аналогового ввода/вывода, модуля частотного ввода, объединенных в одном конструктиве, модулей нормализаторов сигнала с гальванической развязкой, усилителя формирователя, вторичного источника питания. Устройство регулирования реализует задачи быстропротекающих процессов, решаемък системой управления ГПА с циклом 10 мс.
Устройства связи с объектом представляют собой программно-технические средства, обеспечивающие непосредственную реализацию алгоритмов работы системы управления ГПА.
Все контроллеры устройства управления, устройства регулирования и устройства связи с объектом объединены через локальную вычислительную сеть.
В системе управления ГПА используется два независимых УСО для связи с объектом. При отказе любого из УСО работоспособность системы сохраняется, так как все жизненно важные сигналы подключаются к обоим УСО.
При отказе устройства управления останов газоперекачивающего агрегата вьшолняется контроллерами УСО или по команде с ПКУ.
При отказе канала связи устройства управления с одним из УСО реализуется ретрансляция данных через другое УСО.
В качестве модулей нормализаторов сигналов от датчиковой аппаратуры используются модули фирмы Analog Devices, преобразующие аналоговые сигналы датчиков в аналоговые сигналы 0...5В, которые затем через блок коммутаторов поступают на входы модулей аналогового ввода/вывода контроллеров управления и регулирования.
Вся аппаратура системы управления ГПА размещена в блок-боксе в непосредственной близости от газоперекачивающего агрегата.
-отказ устройства управления или устройства регулирования приводит к отказу системы в целом и необходимости аварийного останова ГПА;
-большое число узлов, имеющих метрологические характеристики, в цепочке преобразования аналоговых сигналов, и влияющих на точность измерения (модуль нормализатор сигнала, блок коммутаторов, модуль аналогового ввода/вывода);
-большое число и больщая протяженность измерительных линий связи, критичных к внешним наводкам и помехам;
-ограниченность контроля вибропараметров газоперекачивающего агрегата. Техническим результатом полезной модели являются:
-повышение надежности системы управления ГПА;
-повьппение точности измерения контролируемых параметров газоперекачивающего агрегата и повьппение помехозащищенности каналов измерения контролируемых параметров;
-расширение функциональных возможностей системы управления ГПА за счет введения подсистем вибродиагностики и экологического мониторинга, как следствие этого, улучшение надежности эксплуатации ГПА и снижение аварийности его работы;
-архивирование информации о контроле и управлении ГПА.
Технический результат достигается тем, что в системе управления газоперекачиваюшим агрегатом, состоящей из пульта управления, микропроцессорных контроллеров управления, обьединенных через локальную вычислительную сеть, устройств связи с объектом, модулей ввода/вывода, микропроцессорные контроллеры управления подключены по схеме тройного резервирования (троирования), микропроцессорные контроллеры управления подключены к устройствам связи с объектом через полевую шину Fieldbus, введен контроллер связи и архивирования, соединенный с микропроцессорными контроллерами управления через локальную вычислительную сеть, введены автоматизированная система контроля выброса загрязняющих веществ, виброизмерительный преобразователь, соединенные с контроллером связи и архивирования через модули преобразователи, введена плата экстренного останова, соединенная с пультом управления, введена персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) оператора, соединенная с локальной вычислительной сетью через оптоволоконную линию связи.
На фиг. 1 показана общая структурная схема построения системы управления ГПА.
Три микропроцессорных контроллера управления (МПКУ) 1, контроллер связи и архивирования (ЛС) 2 и персональная электронно-вычислительная машина оператора (ПЭВМО) 3 объединены локальной вычислительной сетью (ЛВС) 4. ПЭВМО 3 соединена с ЛВС 4 через оптоволоконную линию связи 5. Подключение МПКУ1, ЛС2 и ПЭВМО 3 к ЛВС 4 выполнено через концентратор (HUB) 6. К ЛС 2 через модули преобразователи (ADAM) 7 подключены автоматизированная система контроля выбросов загрязняющих веществ (АСУ ЗВ) 8, виброизмерительный преобразователь (MB) 9, позволяющий подключиться к цеховому серверу вибродиагностики 10, а также через ADAM 7 возможно подключение к системе управления компрессорным цехом (СУ КЦ) 11. Пульт контроля и управления (ПКУ) 12 через модули преобразователи (ADAM) 13 подключен ко всем МПКУ 1, а также к блоку экстренного останова (БЭО) 14. МПКУ 1 через полевую шину Fieldbus 15 подключены к устройствам связи с объектом (УСО) 16, УСО 17, УСО 18, УСО 19, УСО 20, УСО 21, УСО 22, УСО 23. УСО 16-У СО 23 подсоединены к датчикам и сигнализаторам (ДС) 24 и исполнительным механизмам (ИМ) 25. Часть ДС 24 подсоединяются к УСО 16-УСО 23 через устройство искробезопасности (ИБ) 26. Часть ИМ 25 подсоединяются к УСО 16-УСО 23 через устройство контроля целостности цепей (КЦЦ) 27. Объектом управления является ГПА 28. УСО 16-УСО 23 состоят из контроллеров узла сети (КУС) 29 и модулей ввода/вывода (МВВ) 30.
Система управления ГПА работает следующим образом. Основной частью системы управления ГПА 28 являются три МПКУ 1. МПКУ 1 имеют идентичное программноаппаратную реализацию, которая нозволяет:
-организовать обмен но полевой шине Fieldbus 15с У СО 16-У СО 23;
-обрабатывать и анализировать входную информацию, полученную либо по полевой шине Fieldbus 15, либо по ЛВС 4;
-формировать последовательности команд зшравления в соответствии с заданными алгоритмами и приоритетами в реальном масштабе времени;
-решать в реальном масштабе времени задачи цифрового топливного антипомпажного регулирования;
-организовать обмен по ЛВС 4;
-осуществить самодиагностику и проверку правильности функционирования основных устройств системы с выдачей информации о неисправности до уровня функционального блока;
-хранить уставки аварийной и предупредительной сигнализации, константы для расчета вьшисляемых значений технологических параметров.
В системе управления ГПА 28 использован принцип мажоритарного резервирования МПКУ 1, т.е. из трех МПКУ 1 в конкретный момент времени только один является ведуп ;им (активным), а два других МПКУ 1 непрерывно отслеживают работу ведущего и осуществляют смену последнего, если его действия не совпадают с действиями двух остальных МПКУ 1. При отказе одного из трех МПКУ 1 система переходит в режим резервирования оставшихся МПКУ 1.
В системе управления ГПА 28 реализована ЛВС 4, абонентами которой являются МПКУ 1, Л С 2, ПЭВМО 3. В качестве концентратора сети используется HUB 6.
ЛС 2 предназначен для связи с MB 9, АСК ЗВ 8 и СУ КЦ 11. В ЛС 2 также осуществляется архивирование текущей информации о контроле и управлении процессом.
МПКУ 1 и ЛС 2 построены по магистрально-модульному принципу: связь и обмен информацией внутри контроллера осуществляется через единую магистраль - восьми разрядную шину ISA.
ПЭВМО 3 , расположенная в операторной компрессорного цеха, представляет собой ПЭВМ в промьшшенном исполнении и является при отсутствии СУ КЦ 11 основным постом управления ГПА 28, на котором происходит визуализация процесса управления. Здесь же выполняется документирование хода технологического процесса путем печати соответствующих протоколов. ПЭВМ 3 связана с МПКУ 1 с помощью оптоволоконной линии связи 5.
МПКУ 1 по полевой щине Fieldbus 15 связаны с восемью У СО 16-У СО 23, которые представляют собой контроллеры узла сети 29 и модули ввода/вьюода 30. УСО 16-У СО 23 вьшолняют функцию сбора информации от датчиков и сигнализаторов 24, преобразования этой информации в цифровое значение и передачи информации в цифровом виде во все МПКУ 1 по запросу от ведущего МПКУ 1, а также вьщачу управляющих команд и сигналов регулирования на исполнительные механизмы (ИМ) 25 по команде от ведущего МПКУ 1.
Для интегрирования АСУ ЗВ 8, MB 9 и СУ КЦ 11с различными типами интерфейсов, в системе управления ГПА используются модули преобразователи ADAM 7.
Подключение ДС 24 и ИМ 25, расположенных во взрывоопасной зоне, осуществляется через ИБ 26, которое обеспечивает безопасное подключение ДС 24, не имеющих взрывозащиты вида взрывонепроницаемая оболочка, к МВВ 30.
Система управления ГПА обеспечивает автоматический контроль целостности цепей связи с ИМ 25, функционирующими в режиме аварийного и экстренного останова, с помощью КЦЦ 27.
МПКУ 1 связаны также с ПКУ 12, на алфавитно-цифровой дисплей которого вьтодятся наиболее важные параметры, характеризующие работу ГПА 28. ПКУ 12 является резервным постом управления. Оператор с ПКУ 12 может изменить основные режимы работы ГПА 28, выполнить аварийный либо, при отказах системы управления с потерей контроля над ГПА 28, экстренный останов ГПА 28. При экстренном останове ГПА 28 сигнал с ПКУ 12, минуя МПКУ 1, поступает на БЭО 14, который по определенному алгоритму формирует соответствующие команды, реализующие экстренный останов ГПА 28.
MB 9 представляет собой микроконтроллер, который служит для сбора данных, их спектральной обработки и выдачи предупредительной и аварийной сигнализации с использованием системы программируемых уставок и имеет выход на цеховой сервер вибродиагностики 10.
АСК ЗВ 8 обеспечивает поканальный отбор проб многокомпонентных газовых смесей дымовых газов, подготовку их для анализа, автоматическое проведение анализа содержания кислорода, окиси углерода, двуокиси углерода (расчетное значение), окиси азота, двуокиси азота, а также измерение температуры в зоне отбора пробы и представление результатов анализа по каждому из каналов на ПЭВМО 3 для обработки и регистрации.
Питание системы управления ГПА 28 осуществляется от двух источников питания:
-основного - от сети переменного тока;
-резервного - от аккумуляторной батареи.
При отключении основного или резервного источника питания системы формируется предупредительный сигнал, при этом система управления ГПА 28 сохраняет свои функции в полном объеме.
При одновременном пропадании основного и резервного источников питания, система управления ГПА 28 не формирует ложных команд управления, создающих аварийную ситуацию.
После появления напряжения питания система управления ГПА 28 автоматически восстанавливает свои функции (рестарт системы) в полном объеме без ущерба для технологического оборудования и без его останова, при этом архивные файлы и работоспособность программного обеспечения сохраняются.
Источники информации:
1.Аристова Н. И., Корнеева А. И. Промышленные программно-аппаратные средства на российском рынке АСУ ТП // ООО Издательство НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ, Москва, 2001г.
2.С. Продовиков, А. Макаров, В. Бунин, А. Черников. Статья Опыт автоматизации сложных промышленных объектов на примере газокомпрессорных станций // журнал Современные технологии автоматизации, №2,1999г., стр.16 (прототип).
// С/ Первый заместитель директора. Главный конструктор НИИИС
Авторы:
В. А. Рязанцев
В. Н. Лотов
Б. Л. Четвериков
В. В. Бибиков  Н. Е. Юртаев К. В. Бахтин
А. П. Данилов ,О. А. Странатко
yvx. irс. г. Корнилов