АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО ОПЕРАТОРА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩИХ ПРОМЫСЛОВ

Полезная модель относится к управляющим и регулирующим системам управления общего назначения и может быть использована для управления технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов.
Морские объекты нефтегазодобывающих промыслов включают подводный добычный комплекс и технологическое судна, обеспечивающие полный технологический цикл добычи, очистки, хранения и отгрузки конечного продукта.
Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора предназначено для использования в автоматизированной системе управления (АСУ) технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов.
По патенту на полезную модель (RU №108162 U1, МПК G05B 19/00, опубл. 10.09.2011) известно автоматизированное рабочее место оператора автоматизированной системы управления технологическими процессами установки комплексной подготовки газа по патенту на полезную модель RU №108162, МПК G05B 19/00, опубл. 10.09.2011. Известное АРМ имеет ограниченные функциональные возможности по визуализации, так как на мониторе АРМ технологическое оборудование и состояние исполнительных механизмов отображается схематично в виде мнемосхем и таблиц.
Известно устройство визуализации технологического процесса по патенту на полезную модель RU №98610, МПК G06F 17/50, опубл. 20.10.2010, которое содержит, по крайней мере, одно автоматизированное рабочее место, связанное через модуль сопряжения с модулем визуализации, при этом модуль визуализации состоит из модуля отображения информации, модуля встроенного редактора и модуля ввода/вывода данных. Одной из задач, на решение которой направлено известное устройство, является визуализация последовательности выполнения технологической операции, в том числе по переходам, установкам и проходам. Однако известное устройство визуализации не обеспечивает подачу управляющих воздействий и контроль устранения неисправности объектов управления.
Известны автоматизированные рабочие места, входящие в состав аппаратно-программного комплекса (АПК) автоматизации, управления, визуализации и мониторинга технологических процессов по патенту на полезную модель RU №90588, МПК G05B 15/00, G05B 19/418, опубл. 10.01.2010. Функциональные модули АПК служат для физического воздействия на входы устройств управления технологическими процессами, снятия показаний с датчиков контроля технологических процессов и передачи информации о состоянии входов/выходов устройств управления на главнее управляющее устройство. Автоматизированное рабочее место с клиентским программным обеспечением предназначено для визуализации, мониторинга и диспетчерского управления функциональными модулями, отображает состояние систем и процессов и предоставляет интерфейс для управления ими; дает возможность оператору назначать последовательность автоматически выполняемых системой задач, а также вести автоматическую запись журнала изменений параметров технологических процессов. Однако известное АРМ не обеспечивает формирование на одном экране на различных уровнях представления сигналов аварийно-предупредительной сигнализации, подачу управляющих воздействий и контроль устранения неисправности объектов управления.
Известна система визуализации и управления параметрами разветвленной сети сложной топологии по патенту RU №2389062, МПК G06F 3/14, G06F 17/00, G06T 11/80, опубл. 10.05.2010, которая обеспечивает формирование на одном экране на различных уровнях представления сигналов аварийно-предупредительной сигнализации, подачу управляющих воздействий и контроль устранения неисправности объектов управления, что повышает надежность и достоверность представления данных о топологии сети и входящих в ее состав объектов с одновременным решением задачи управления в сети. Однако известная система имеет ограниченные функциональные возможности, так как не учитывает особенности функционирования АСУ морских объектов нефтегазодобывающих промыслов.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является автоматизированное рабочее место оператора судовой навигационно-информационной системы по патенту на полезную модель №103015, МПК G06F 15/00, опубл. 20.03.2011, которое выполнено унифицированным и содержит вычислительный блок, устройство отображения информации, и панель управления, включающую в себя клавиатуру, координатно-указательное устройство, блок кнопок и блок индикации, связанные с вычислительным блоком шиной входа/выхода вычислительного блока. Вычислительный блок содержит модуль мониторинга навигационной обстановки, который включает коммуникационный сервер, сервер постобработки навигационных данных, базу данных навигационной информации, сервер обработки распределенной навигационной информации, панель виртуальных навигационных приборов, интегрированную навигационную систему, подсистему контроля состояния технических средств АРМ и судовые электронные журналы. Вход/выход коммуникационного сервера, второй вход/выход интегрированной навигационной системы и вход/выход сервера постобработки навигационных данных соединены с первыми входами/выходами основного и резервного адаптера шины данных, вторые входы/выходы которых соединены с шиной данных.
Известное АРМ обеспечивает высокую степень объединения средств автоматизации, концентрации оператора на особо ответственных решениях с целью повышения навигационной безопасности морских объектов, однако не может в полной мере обеспечить управление технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов.
Задачей полезной модели является создание унифицированного АРМ оператора автоматизированной системы управления технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов с возможностью его использования на береговых и судовых постах управления.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящей полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей АРМ оператора автоматизированной системы управления технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов по управлению модулями мониторинга и управления технологическими процессами системы хранения и отгрузки нефти, системы забортной воды, скважинами, системы устьев скважин, системы сепарации нефти и системы утилизации пластовой воды, а также модулями систем безопасности и обеспечения.
Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в автоматизированное рабочее место оператора автоматизированной системы управления технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов, содержащий вычислительный блок, устройство отображения информации и панель управления, связанные с вычислительным блоком шиной входа/выхода вычислительного блока, адаптер шины данных, связанный с шиной данных, причем вычислительный блок содержит модуль мониторинга навигационной обстановки, первый вход/выход которого связан с первым входом/выходом адаптера, а второй вход/выход - с шиной входа/выхода вычислительного блока, согласно полезной модели, введено устройство визуализации и управления, связанное с шиной входа/выхода вычислительного блока, а в вычислительный блок введены модули мониторинга и управления технологическими процессами, по крайней мере, следующих систем: системы хранения и отгрузки нефти, системы забортной воды, скважинами, системы устьев скважин, системы сепарации нефти, системы утилизации пластовой воды, системы подготовки балластной воды, системы закачки воды, а также, модули систем безопасности и обеспечения, содержащие, по крайней мере, модуль противоаварийной автоматической защиты, модуль мониторинга и прогнозирования разлива нефтепродуктов, модуль визуального мониторинга обстановки, модуль подводного видео мониторинга объектов подводной инфраструктуры, модуль административно-хозяйственного обеспечения, при этом первые входы/выходы модулей связаны с первым входом/выходом адаптера шины данных, вторые входы/выходы связаны с шиной входа/выхода вычислительного блока, к шине данных подключено устройство сопряжения, а устройство визуализации и управления выполнено с возможностью отображения топологии АСУ, аварийно-предупредительной сигнализации и подачи команд управления.
Технический результат достигается также тем, что:
устройство визуализации и управления содержит устройство отображения, связанное с блоком формирования изображения и блок управления, при этом входы/выходы блока формирования изображения и блока управления подключены к шине, которая является входом/выходом устройства.
Таким образом, технический результат по расширению функциональных возможностей АРМ оператора по управлению модулями мониторинга и управления технологическими процессами и модулями систем безопасности и обеспечения обеспечивается за счет введения в его состав соответствующих модулей с их связями.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - структурная электрическая схема АРМ;
на фиг.2 - структурная электрическая схема устройства визуализации и управления.
Автоматизированное рабочее место оператора АСУ технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов содержит вычислительный блок 1, устройство 2 отображения информации, панель 3 управления, адаптер 4 шины данных 5, устройство 7 визуализации и управления. Вычислительный блок 1 содержит модуль 6 мониторинга навигационной обстановки, модули 8-15 мониторинга и управления технологическими процессами, и модули 16-20 безопасности и обеспечения функционирования. Устройство 2 отображения информации, панель 3 управления и устройство 7 визуализации и управления связаны с вычислительным блоком 1 шиной входа/выхода.
Модули мониторинга и управления технологическими процессами включают, по крайней мере, модуль 8 системы хранения и отгрузки нефти, модуль 9 системы забортной воды, модуль 10 скважин, модуль 11 системы устьев скважин, модуль 12 системы сепарации нефти, модуль 13 системы утилизации пластовой воды, модуль 14 системы подготовки балластной воды и модуль 15 системы закачки воды. Модули безопасности и обеспечения содержат, по крайней мере, модуль 16 противоаварийной автоматической защиты, модуль 17 мониторинга и прогнозирования разлива нефтепродуктов, модуль 18 визуального мониторинга обстановки, модуль 19 подводного видео мониторинга объектов подводной инфраструктуры, модуль 20 административно-хозяйственного обеспечения. Первые входы/выходы модулей связаны с первым входом/выходом адаптера 4 шины данных, а вторые входы/выходы связаны с шиной входа/выхода вычислительного блока 1. Адаптер 4 обеспечивает сопряжение АРМ с шиной данных, к которой подключено устройство 21 сопряжения АРМ с АСУ технологическими процессами. Устройство 21 преобразует форматы массивов информации, передаваемых по внешнему интерфейсу обмена.
Состав модулей мониторинга и управления технологическими процессами и модулей безопасности и функционирования определяется системами, по которым ведется мониторинг и управление в АСУ морских объектов нефтегазодобывающих промыслов.
Основными системами по мониторингу и управлению технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов, являются: система хранения и отгрузки нефти; система забортной воды; скважины; система устьев скважин; система сепарации нефти; система утилизации пластовой воды.
Модуль 8 системы хранения и отгрузки нефти предназначен для управления непрерывным приемом товарной нефти из системы подготовки нефти, временным хранением нефти в емкостях хранения и ее отгрузкой.
Модуль 9 системы забортной воды используется для управления поддержанием положительного давления в емкостях хранения и постоянного заполнения емкостей жидкостью, а также для предотвращения возникновения избыточного давления путем поддержания постоянного уровня в напорной емкости.
Модуль 10 скважин должен обеспечить при управлении максимальную степень извлечения нефти из недр при высоких темпах ее добычи на протяжении всего периода эксплуатации месторождения, а также при относительно небольшом фонде добывающих и нагнетательных скважин.
Модуль 11 системы устьев скважин предназначена для управления: герметизацией устья скважин; подвеской колонны насосно-компрессорной трубы; подъемом скважинного флюида на платформу и обеспечения заданных объемов пластовой продукции; обеспечением закачки в скважины пластовой воды; обеспечением закачки в скважины шламовой смеси; контролем уровня добычи из скважин с учетом характеристик пластовых условий; проведением технологических и ремонтных работ; обеспечением периодической очистки пласта от отложений; предотвращением перетока жидкости из скважины при временном останове или при аварии; глушением скважин.
Модуль 12 системы сепарации нефти предназначен для управления обработкой поступающего от добывающих скважин пластового флюида. Система позволяет выполнять следующие операции: отделение газа и твердых примесей от жидкой части нефтяного флюида; отделение нефти от свободной пластовой воды; подготовка нефти до товарной кондиции перед передачей ее в нефтехранилища.
Модуль 13 системы утилизации пластовой воды предназначен для управления очисткой от нефти и дегазации пластовой воды, поступающей от сепараторов и системы подготовки нефти, до содержания нефти в очищенной пластовой воде, не более заданного.
Модуль 14 система подготовки балластной воды перед использованием для поддержания пластового давления предназначена для управления удалением маслонефтесодержащих компонентов из воды, подготавливаемой для закачки в пласт. Также в оборудовании системы происходит удаление из воды механический примесей и кислорода методом вакуумной деаэрации.
Модуль 15 системы закачки воды скважин обеспечивает управление поддержанием пластового давления продуктивных пластов путем закачки смеси пластовой, балластной и морской воды с добавлением химреагентов. Пластовая и балластная вода составляют большую часть воды, необходимой для закачки в пласт. Недостающий объем воды доставляется из системы забортной воды.
Системами, по которым ведется мониторинг и управление процессами безопасности и функционирования, являются: система навигационной безопасности; система противоаварийной автоматической защиты; система мониторинга и прогнозирования разлива нефтепродуктов, система визуального мониторинга обстановки, система подводного видео мониторинга объектов подводной инфраструктуры, система административно-хозяйственного обеспечения.
Модуль 6 системы навигационной безопасности обеспечивает прием и обработку информации от источников навигационных данных судна, включая данные от источников радиолокационной информации. Модуль 6 обеспечивает возможность установки АРМ в судовых условиях.
Модуль 16 системы противоаварийной автоматической защиты обеспечивает останов специализированного оборудования технологического комплекса в соответствии с нормативными документами производителей.
Модуль 17 системы мониторинга и прогнозирования развития разлива нефтепродуктов обеспечивает обнаружение утечек, оценку влияния дефекта на прочностные показатели конструкции, прогноз развития разлива.
Модуль 18 системы визуального мониторинга обеспечивает контроль состояния наружных конструкций платформы.
Модуль 19 системы подводного видео мониторинга объектов подводной инфраструктуры обеспечивает контроль состояния подводных конструкций платформы.
Модуль 20 системы административно-хозяйственного обеспечения представляет руководящему персоналу морского добычного объекта данные о состоянии производственных комплексов, сводок о ходе производственных процессов.
При необходимости указанная система модулей может быть дополнена другим аналогичными модулями мониторинга и управления.
Модуль мониторинга и управления технологическими процессами каждой системы связан с исполнительными органами систем и в модуле определены параметры, по которым ведется мониторинг и управления системой.
Каждый модуль обеспечивает: прием данных индикаторов соответствующей системы, поступающих от устройства 21 сопряжения; формирование сигналов аварийно-предупредительной сигнализации (АПС) путем сравнения принятых данных индикаторов и хранящихся уставок срабатывания АПС; передачу сигналов АПС на устройство 22 отображения; получение команд, формирование управляющих воздействий и их отправку через устройство 21 сопряжения к органам управления системы.
Например, в танках (емкостях для хранения нефти) измеряются и заданы уставки по следующим параметрам: температура, уровень жидкости, давление в емкостях, уровень раздела фаз «нефть-вода» и «эмульсия-вода», расход нефти в емкость хранения, тип и процентное содержание жидкостей в танках. В системе отгрузки измеряются плотность, температура и содержание влаги отгружаемой нефти. После рециркуляционных подогревателей измеряется температура и давление жидкости. После насосов отгрузки нефти измеряется расход и давление.
Предупредительная сигнализация отображается на устройстве 22 отображения, например, в виде загорающегося мигающего индикатора красного цвета. При аварийной ситуации загорается красный индикатор и горит ровным светом, включается звуковой сигнал. Съем светового сигнала выполняется автоматически после возвращения параметра в норму.
Устройство 7 визуализации и управления содержит устройство 22 отображения, связанное с блоком 23 формирования изображения и блок 24 управления (см., например, патент RU №2389062, 10.05.2010). Входы/выходы блоков 23 и 24 подключены к шине, которая является входом/выходом устройства 7. Устройство 22 отображения предназначено для отображения топологии АСУ, аварийно-предупредительной сигнализации и подачи команд управления и может быть выполнено в виде панели коллективного пользования. Блок 23 формирования изображения обеспечивает: формирование топологии сети нефтегазодобывающего комплекса и входящих в ее состав объектов в виде 3D представлений на N уровнях в зависимости от расстояния до точки наблюдения, и/или ракурса наблюдения и/или вида объекта и/или принципа их работы, и/или неисправности и/или движущейся среды; визуализацию сигналов АПС на устройстве отображения; навигацию по топологии сети и объектам; подачу команды на формирование управляющего воздействие при появлении значимого сигнала АПС. Перемещение по топологии и возможность подачи команд управления на объекты системы обеспечивается с помощью блока 24 управления.
Оператор выполняет все операции по контролю и управлению режимами работы АРМ с помощью панели 3 управления и устройства 2 отображения информации. Информация, поступающая от модулей 6 и 16-20, отображается на устройстве 2, а при необходимости и на устройстве 22. Управление модулями 8-15 осуществляется с пульта управления 24 устройства 7 визуализации и управления.
Таким образом, разработанный унифицированный АРМ обладает расширенными функциональными возможностями по управление модулями мониторинга и управления технологическими процессами морских объектов нефтегазодобывающих промыслов, а также модулями систем безопасности и обеспечения.