Система управления газоперекачивающим агрегатом

Полезная модель относится к области автоматизации управления технологическими процессами и может быть применена на магистральных газопроводах, дожимных компрессорных станциях, в энергетике и на предприятиях промышленности. Известна система контроля и управления газоперекачивающими агрегатами (ГГТА) 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 является: отсутствие резервирования контроллеров, обеспечивающих контроль и управление агрегатом; отсутствие резервирования исполнительных цепей; отсутствие резервирования цепей сбора информации о состоянии агрегата; отсутствие резервирования физических каналов связи между составньши частями системы управления; облегченные требования к климатическим условиям в блоке автоматики, где располагаются стойки микропроцессорной системы контроля и управления (МСКУ). Наиболее близким к заявляемой полезной модели является система управления ГНА на базе программно технического комплекса 2, состоящая из автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора, цифрового вычислительного комплекса (ЦВК), релейного коммутатора нагрузки (РКН). АРМ оператора представляет собой комплекс программно-технических средств, состоящий из персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), пульта управления, источника бесперебойного питания от сетей постоянного и переменного напряжения 220В.
ЦБК представляет собой стойку, в которой располагаются два контроллера, представляющие собой пабор процессорной платы и плат расширения, модули аналогового ввода-вывода, устройства нормализации сигналов от датчиков частоты вращения, модули дискретного ввода-вывода, модули аналогового ввода, барьеры искробезопасности, модуль гальванической развязки, вторичные источники питания.
В стойке ЦБК расположены два контроллера, один из которых решает задачи, требующие высокого быстродействия, другой - задачи, не требующие высокого быстродействия.
РКН представляет собой стойку, в которой располагаются реле для дискретного вывода сигналов напряжением 220 Б постоянного тока, реле коммутации цепей с пиропатронами, клеммные соединители для подключения кабелей, двухсетевые источники питания от сети постоянного тока 220 Б и сети переменного тока 220 Б.
Недостатками данной системы являются:
отсутствие резервирования контроллеров и модулей ввода/вывода; отсутствие резервирования каналов связи контроллеров и модулей ввода/вывода;
система не допускает замены контроллеров и модулей ввода/вьтода без снятия напряжения питания.
Техническим результатом полезной модели является повьнпение надежности системы и возможность замены узлов и модулей без снятия напряжения питания с части системы или системы в целом.
Технический результат достигается тем, что в систему управления ГПА, состоящую из пульта управления, микропроцессорных контроллеров, модулей ввода/вывода, блоков исполнительных реле введены резервированные носледовательные каналы связи, соединенные через разделительные трансформаторы с резервированными моду.11ями ввода/вьшода, микропроцессорными контроллерами, резервированными аналого-цифровыми преобразоваvтелями, микропроцессорные контролеры соединены между собой через локальную сеть по схеме тройного резервирования (троирования), микропроцессорные контролеры подключены к адаптерам через локальную сеть, микропроцессорные контролеры подключены к резервированным модулям ввода/вывода и резервированным аналого-цифровым преобразователям через резервированные последовательные каналы связи, каждый микропроцессорный контроллер, каждый резервированный модуль ввода/вывода, каждый адаптер, кажд резервированный аналого-цифровой преобразователь, каждый блок исполнительных, реле подключен к дв)пм независимым источникам питания. В микропроцессорные контроллеры введены внутренние вторичные источники питания. В адаптеры введены внутренние вторичные источники питания. В резервированные модули ввода/вывода введены внутренние вторичные источники питания. В резервированные аналого-цифровые преобразователи введены внутренние вторичные источники питания. В блоки исполнительных реле введены внутренние вторичные источники питания. На фиг. 1 представлена функциональная схема системы управления ГПА. Три микропроцессорных контроллера (МПК) 1 и адаптеры (АЛС) 2, 3 объединены локальной сетью (ЛС) 4. Адаптер 2 подключен к системе управления компрессорным цехом (СУ КЦ). Адаптер 3 подключен к ПЭВМ 5. Три контроллера 1, соединенные между собой локальной сетью 4, соединены через резервированные последовательные каналы связи (К) 6 с резервированными модулями ввода/вывода (МВВ) 7, 8, 9, 10, резервированными аналогоцифровыми преобразователями (АЦП) 11. Резервированные МВВ 7 подключены к пульту контроля и управления (ПКУ) 12, резервированные МВВ 8 подключены к блокам исполнительных реле (ВИР) 13, которые подключены к исполнительным устройствам (ИУ) 14 ГПА 15. Резервированные МВВ 9 подключены к дискретным сигнализаторам (ДС) 16 ГПА 15. Резервированные АЦП 11 подключены через нормирующий преобразователь (НП) 17 к аналоговым датчикам (АД) 18 ГПА 15. Резервированные МВВ 10 подключены к блокам питания (БП) 19. Устройства 1, 7, 8, 9, 10, 11 подключены к резервированному последовательному каналу связн 6 через разделительные трансформаторы (РТ) 20.
Система управления ГПА работает следующим образом. Три МПК 1 параллельно решают одну и туже задачу по управлению, регулированию, защите и контролю за работой ГПА. Синхронизация работы МПК 1 достигается за счет информационного взаимодействия через локальную сеть 4. Три МПК 1 подключены к резервированному последовательному каналу связи 6 с исполнительными устройствами 14, но только один из них является активным МПК 1 и посылает в канал связи командные слова. Два остальных МПК 1 прослеживают работу активного МПК 1. И если его действия не совпадают с действиями двух остальных МПК 1, то через взаимодействие по локальной сети 4 осуществляется смена активного МПК 1, при этом назначается новый активный МПК 1. После чего бывщий активный МПК 1 повторно стартует и входит в синхронизм с квуия оставшимися МПК 1. Прием ответных, информационных и командных слов из резервированного последовательного канала связи 6 и их обработку осуществляют все три МПК 1. Тем самым обеспечивается децентрализация системы управления и мажоритарная обработка информации по принципу два из трех. Это обеспечивает высокую отказоустойчивость системы управления ГПА.
МВБ 7, 8, 9, 10, АЦП 11, БИР 13 зарезервированы, т.е. резервированные, при этом параметры МВБ 7, 8, 9, 10, АЦП 11, БИР 13 взяты на контроль МПК 1 системы управления ГПА. БИР управляются каждый от своего МББ 8. К одному МББ 8 можно подключить до восьми БИР 13.
Выходной сигнал каждого датчика АД 18 поступает на входы двух АЦП 11, то есть каждый датчик АД 18 контролируется двумя АЦП 11. Аналогично обрабатываются сигналы ДС16.
Резервирование электропитания системы унравления ГПА обеспечивается следующим образом. Б качестве первичных источников электроэнергии используется промьппленная сеть переменного тока частотой 50Гц, напряжением 220Б и аккумуляторы напряжением
220В постоянного тока. Блоки питания 19 осуществляют преобразование напряжения от первичных источников электроэнергии в напряжение 27В постоянного тока. Блоки питания 19 резервирз отся.
МВВ 7, 8, 9, 10 и АЦП 11 системы управления ГПА имеют двухканальные встроенные вторичные источники питания. При такой организации электропитания отказ любого одного блока питания 19 не приводит к отказу системы управления ГПА.
Возможность замены устройств 1, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 19 без снятия напряжения питания с части системы или системы в целом достигается также и за счет того, что система строится из функционально и конструктивно законченных устройств 1, 7, 8, 9, 10, 11, 13, 19, обеспечивающих возможность их замены без необходимости снятия питания с системы управления ГПА в целом.
Разделительные трансформаторы 20 снижают влияние отказов устройств 1, 7, 8, 9, 10, 11 на работоспособность резервированных последовательных каналов связи 6.
Для отображения параметров технологического процесса предназначена ПЭВМ 5, подключенная к трем МПК 1 через АЛС 3 и ЛС 4, объединяющую МПК 1. В случае автономного использования система управления ГПА может быть укомплектовано еще одной ПЭВМ, что обеспечивает дополнительное резервирование.
Для передачи информации на СУ КЦ предназначен адаптер 2, подключенный к локальной сети 4.
Для обеспечения передачи на технологическое оборудование ГПА команд управления и отображения информации о состоянии ГПА предназначен пульт контроля и управления 12.
Функционирование системы управления ГПА происходит следующим образом. После включения питания системы управления ГПА определяется ведущий МПК 1, который начинает поочередный опрос ДС 16 и АД 18. Полученная от ДС 16 и АД 18 информация помещается в информационные массивы трех МПК 1. Далее происходит первичная обра ,
ботка информации на достоверность полученных данных. На основании данных, полученных после опроса и прошедших первичную обработку, происходит формирование управляющих воздействий в соответствии с алгоритмами регулирования и управления и передача управляющих воздействий через МВБ 8 и ВИР 13 на ГПА 15. На этом один цикл управления заканчивается и начинается следующий.
Улучшение надежностных характеристик системы управления ГНА вследствие введения резервирования МВБ 7, 8, 9, 10, АЦН 11, ВИР 13 и тройного резервирования (троирования) МНК 1, а также обеспечение возможности замены отказавших узлов без снятия напряжения питания со всей системы позволяет добиться нормальной работа системы управления ГПА в рамках регламентов технического обсл)гживания и профилактических ремонтов, предусмотренных в нефтяной и газовой промышленности.
Источники информации:
1.Аристова Н.И., Корнеева А.И. Промышленные программно-аппаратные средства на российском рынке АСУ ТП // ООО Издательство НАУЧТЕХЛИТИЗДАТ, Москва, 2001Г
2.Кровоносов А., Харитонов А., Гуличев Б. Система управления газоперекачивающими агрегатами // журнал Современные технологии автоматизации, №2, 1997 г. стр.66 (прототип).
Первый замес /Главный ко:
Б. А. Рязанцев Авторы: toll J   - Лотов -Ь:. A. И. Анисимов /V -/ЪШ Б. Л. Четвериков В. В. Бибиков Н. Е. Юртаев К. В. Бахтин Е. Ф. Мещерин Е. А. Шеронов О. А. Странатко . Г. Корнилов