АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗА

Полезная модель относится к устройствам цифровой обработки данных для специальных применений, конкретно для управления технологическими процессами распределения газа.
Известна автоматизированная система управления технологическими процессами распределения газа (Информационно-измерительная система ЛОГИКА. М:, Госреестр средств измерений, рег. №20630-00, Сертификат №9206 от 12.01.2001), содержащая блок цифровых корректоров газа, установленных на объектах контроля и соединенных через канал связи и центральное вычислительное устройство с автоматизированными рабочими местами операторов и диспетчера, оснащенных персональными компьютерами, причем центральное вычислительное устройство содержит сервер, модуль управления системой, модуль опроса корректоров, модуль отображения результатов опроса, каждый из которых соединен через процессор с автоматизированными рабочими местами операторов и диспетчера.
При этом цифровые корректоры газа выполнены по стандарту СПГ 761 и содержат средства измерения параметров газа в газопроводе (датчики давления, расхода и температуры газа) и исполнительное устройство (электромеханическое устройство регулировки проходного сечения газопровода: электромагнитный клапан; реверсивный двигатель) соединенные через коммуникационный контроллер с кабельной и/или модемными линиями канала связи.
Недостатком известной системы являются недостаточные функциональные возможности, а именно:
- система предназначена для управления технологическими процессами распределения газа на одном предприятии (потребители, использующие приборы СП ЛОГИКА, территориально разнесены на расстояние не более единиц км);
- система обеспечивает работу только с приборами СП ЛОГИКА;
- общее число элементов системы не может превышать 30 объектов;
- система обеспечивает только отображение информации, обработка информации для принятия рационального решения оператором (диспетчером) отсутствует;
- информация хранится непосредственно в памяти корректора ограниченное время и при выходе из строя прибора или канала связи происходит потеря информации, не предусмотрена возможность создания электронного архива;
- отсутствует возможность автоматического формирования электронных документов.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания автоматизированной системы, конструкция которой позволяет устранить указанные выше технические недостатки, и, тем самым, расширить функциональные возможности системы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в автоматизированной системе управления технологическими процессами распределения газа, содержащей блок корректоров газа, установленных на объектах контроля и соединенных через канал связи и центральное вычислительное устройство (ЦВУ) с автоматизированными рабочими местами операторов и диспетчера, оснащенных персональными компьютерами, причем центральное вычислительное устройство содержит сервер, модуль управления системой, модуль опроса корректоров, модуль отображения результатов опроса, каждый из которых соединен через
процессор с автоматизированными рабочими местами операторов и диспетчера, согласно полезной модели рабочее место диспетчера дополнительно оснащено принтером отчетных форм и принтером аварийных сообщений, центральное вычислительное устройство дополнительно содержит блок адаптеров, модуль аварийных сообщений и модуль управления связью, соединенных с процессором, причем сигнальный выход модуля обработки результатов опроса соединен с входом сетевого принтера отчетных форм, сигнальный выход модуля аварийных сообщений - с сетевым принтером аварийных сообщений, а сигнальный выход модуля управления связью с управляющим входом блока адаптеров центрального вычислительного устройства. При этом канал связи содержит широкополосную кабельную, телефонно-модемную, радио-модемную и/или GSM линию связи. Блок корректоров газа содержит не менее трех цифровых корректоров и не менее трех аналоговых корректоров расхода природного газа. Цифровой корректор выполнен по схеме корректора газа типа СПГ 761, и содержит исполнительное устройство, датчики давления, расхода и температуры газа, соединенные через коммуникационный контроллер с кабельной и/или модемными линиями канала связи. Аналоговый корректор выполнен по схеме корректора газа ЕК-88 и/или ГиперФлоу-3Пм и содержит исполнительное устройство, датчики давления, расхода и температуры газа, соединенные через логические контроллеры локальной автоматики с радио-модемной и/или GSM- линией канала связи. Модуль управления, модуль опроса измерительных приборов, модуль отображения результатов опроса, модуль аварийных сообщений, модуль управления связью и модуль обработки результатов опроса центрального вычислительного устройства выполнены в виде контроллеров на интегральных микросхемах, совместимых между собой, измерительными приборами и с персональными компьютерами рабочих мест операторов и диспетчера. Интегральные микросхемы контроллеров выполнены по стандарту Intel
или Celeron. В качестве сервера система содержит DDE- или ОРС-серверы стандарта Microsoft. Процессор центральной вычислительной машины и каждый персональный компьютер рабочих мест выполнены на аппаратно- и программно-совместимых цифровых элементах стандарта Intel или Celeron. Персональный компьютер включает соединенные между собой процессор, монитор на жидких кристаллах и блок управления, включающий клавиатуру и манипулятор типа «мышь». Принтеры отчетных форм и аварийных сообщений выполнены в виде лазерных принтеров серии Hewlet Packard.
Введение указанных отличий позволило:
- Реализовать сбор, обработку и хранение информации от территориально разнесенных объектов учета газа путем использования технологии сотовой связи и организация опроса приборов учета газа по каналам связи различного типа;
- Унифицировать процесс приема информации от разнотипных приборов учета газа (СПГ-761, ЕК-88, ГиперФлоу-3Пм) путем обеспечения возможности программного подключения модулей (драйверов) работы с приборами и оперативного добавления/редактирования технических параметров обмена данными (типа абонента, системных номеров приборов, типов линий обмена информацией);
- Расширить круг пользователей системы за счет использования измерительных приборов ЕК-88, ГиперФлоу-3Пм старого поколения по контролю и учету газа. Число подключаемых абонентов технически и программно не ограничено;
- Реализовать централизованный сбор, обработку и хранение данных от приборов учета газа в единой базе данных, ввести возможность оперативного добавления/редактирования технических параметров обмена данными (типа абонента, системных номеров приборов, типов линий обмена информацией);
- Централизованная база данных в свою очередь позволяет проводить обработку данных по обобщению информации от нескольких источников и формирование подсказок оператору путем реализации информационной модели оператора, а также автоматического формирования электронных документов требуемых форм и печать документов на принтере (локальном/сетевом).
Кроме того, введение в ЦВУ модуля аварийных сообщений и соединение его с принтером отчетных форм позволил ввести аудит системных событий (время запуска/останова, сбоев в работе комплекса), действий оперативного персонала. Обеспечение возможности разграничения через ЦВУ прав оператора и администратора системы и формирования различных информационных моделей для администратора и для оператора, в свою очередь, позволило реализовать защиту от несанкционированного доступа к управлению технологическими объектами распределения газа, к базе данных и конфигурации системы в целом.
На фиг1 представлена функциональная схема автоматизированной системы управления технологическими процессами распределения газа, на фиг2 и фиг3 - функциональные схемы соответственно цифровых и аналоговых корректоров газа, установленных на объектах контроля.
Автоматизированная система управления технологическими процессами распределения газа содержит блок 1 корректоров газа, установленных на объектах контроля и соединенных через канал 2 связи и центральное вычислительное устройство 3 с автоматизированными рабочими местами 3 операторов и рабочим местом 4 диспетчера, оснащенных персональными компьютерами 5. Центральное вычислительное устройство 3, далее ЦВУ, содержит сервер 6, модуль 7 управления системой, модуль 8 опроса корректоров газа, модуль 9 отображения результатов опроса, модуль 10 аварийных сообщений,
модуль 11 управления связью и блок 12 адаптеров, соединенных между собой через процессор 13. При этом сигнальный выход модуля 11 управления связью соединен с управляющим входом блока 12 адаптеров центрального вычислительного устройства 3. Сигнальные выходы модуля 9 отображения результатов опроса и модуля 10 аварийных сообщений соединены соответственно с входами сетевого принтеров 14 отчетных форм и сетевого принтера 15 аварийных сообщений рабочего места 4 диспетчера. При этом блок 1 содержит не менее трех цифровых корректоров 16 и не менее трех аналоговых корректоров 17 расхода природного газа. Минимальное значение корректоров в блоке 1 определяется минимальным количеством газоотводов в стандартной газовой магистрали и необходимости установки корректора на каждый газоотвод. Цифровой корректор 16 выполнен по схеме корректора газа типа СПГ 761 и содержит исполнительное устройство 18, цифровые датчики давления 19, расхода 20 и температуры 21 газа, соединенные с коммуникационным контроллером 22, выход которого соединен с адаптером 23. Аналоговый корректор 17 выполнен по схеме корректора газа ЕК-88 и/или ГиперФлоу-3Пм и содержит исполнительное устройство 24, аналоговые датчики давления 25 расхода 26 и температуры 27 газа, соединенные через блок 28 аналого-цифровых преобразователей с логическим контроллером 29 локальной автоматики, выход которого соединен с адаптером 30. Исполнительные устройства 18 и 24 корректоров 16 и 17 выполнены в виде электромагнитных клапанов запорной арматуры или вентилей с реверсивным электродвигателем). Адаптеры 23, 30 выполнены в виде модемов, соединенных с соответствующими линиями 31-33 канала 2 связи. Канал 2 связи содержит телефонно-модемную 31, радио-модемную 32 и/или GSM 33 линию связи. В зависимости от размера территории обслуживаемого газораспределительного оборудования длина каналов связи между корректорами 16, 17 блока 1 и рабочим местом 4 диспетчера может находиться в пределах от десятков
метров до сотен км. При незначительной длине (десятки-сотни метров) канал 2 связи с близкорасположенными корректорами может быть выполнен в виде широкополосной кабельной линии связи. Канал 2 связи соединен с процессором 13 ЦВУ 3 через модуль 8 опроса измерительных приборов корректоров и блок 12 адаптеров, управляющий вход которого соединен с выходом модуля 11 управления связью. Модуль управления 7, модуль 8 опроса измерительных приборов, модуль 9 отображения результатов опроса, модуль 10 аварийных сообщений, модуль 11 управления связью центрального вычислительного устройства 3 выполнены в виде контроллеров на интегральных микросхемах, совместимых между собой, измерительными приборами 18, 19 и с персональными компьютерами 5 рабочих мест 3 и 4 операторов и диспетчера соответственно. Интегральные микросхемы контроллеров модулей 7-11 выполнены по стандарту Intel или Celeron. В качестве сервера 6 система содержит DDE- или ОРС-серверы стандарта Microsoft. Процессор 13 центральной вычислительной машины и каждый персональный компьютер 5 рабочих мест 3, 4 выполнены на аппаратно - и программно-совместимых цифровых элементах стандарта Intel или Celeron. Персональный компьютер 5 включает соединенные между собой процессор, монитор на жидких кристаллах и блок управления, включающий клавиатуру и манипулятор типа «мышь». Принтеры 14 и 15 отчетных форм и аварийных сообщений выполнены в виде лазерных принтеров серии Hewlet Packard. Рабочее место 4 диспетчера и ЦВУ 3 выполнены в виде диспетчерского пункта управления, размещенного на одной из обслуживаемых газораспределительных станций. Рабочие места 3 операторов выполнены стационарными или мобильными. В последнем случае компьютеры 5 выполнены в виде «ноутбука», снабженного радиомодемом.
Автоматизированная система управления технологическими процессами распределения газа работает следующим образом.
Диспетчер с помощью клавиатуры персонального компьютера 5 рабочего места 4 выбирает алгоритм опроса корректоров 16 и 17 контролируемых объектов системы газораспределения. При этом электрический сигнал в виде соответствующей импульсно-кодовой последовательность импульсов передается с компьютера 5 диспетчера на модуль 7 управления системой управления технологическими процессами распределения газа ЦВУ 3. Контроллер модуля 7 вырабатывает сигналы управления и через процессор 13 передает их на сервер 6, модуль 8 опроса измерительных приборов и модуль 11 управления связью. При этом модуль 11 вырабатывает цифровой сигнал управления и выдает его на управляющий вход блока 12 адаптеров. При этом блок 12 адаптеров соединяет через соответствующие линии 31-32 канала 2 связи контроллеры 16-17 и модуль 8 опроса выбранных диспетчером корректоров газораспределительного оборудования. Одновременно сервер 6 устанавливается в режим автоматического директивного управления технологическими процессами контроля объектов по ресурсосберегающему алгоритму в штатном режиме функционирования газовой сети. Процесс установки выбранного режима и функционирование элементов системы отслеживается диспетчером по экрану монитора компьютера 5.
После установки штатного режима системы на клавиатуре компьютера 5 диспетчер нажимает клавишу Enter (пуск). При этом импульсно-кодовый сигнал Enter через процессор 13 передается на сервер 6. Сервер 6 последовательно во времени вырабатывает цифровые сигналы циклического опроса показаний датчиков 19-21, 24-27 контроллеров 16-17 газопотребляющего оборудования по однотипным параметрам в порядке их важности (давление, расход, температура газа). Сигналы опроса после последовательной их переработки в процессоре 13, модуле 8, блоке 12 адаптеров передаются через соответствующие разрешенные модулем 11 линии 31-33 канала 2 связи на корректоры 16-17 выбранных
объектов контроля газораспределительного оборудования. Принятые корректорами блоков 16-17 сигналы детектируются и преобразуются в соответствующих адаптерах 23, 30 в импульсно-кодовую последовательность электрических сигналов, затем дешифрируются и обрабатываются соответствующими контроллерами 21, 29. При этом по расшифрованному запросному сигналу контроллер 21 снимает показания соответствующего датчика 18-21 непосредственно, а контроллер 29 с соответствующего датчика 24-27 - через блок 28 аналого-цифровых преобразователей. Снятые показания датчиков в контроллерах 21, 29 преобразуются в импульсно-кодовую последовательность импульсов и дополняются в начальных разрядах последовательности данными о типе датчика, его номере, местоположении датчика на газопотребляющем оборудовании, включая географические координаты. Измеренные параметры газопотребляющего оборудования через соответствующие адаптеры 23, 30 канал 2 связи, адаптер 12 поступают на ЦВУ 3 в модуль 8. В модуле 8 принятые показания соответствующих датчиков 19-21, 24-27 расшифровываются, в процессоре 13 перерабатываются в удобную для хранения форму и передаются в текущий архив сервера 6, а также периодически (не менее 2 раз в сутки) - на модуль 9 для печати результатов опроса на принтере 14. После запоминания однотипных показаний (например по давлению газа) корректоров 16-17 сервер 6 формирует очередной запрос на измерение очередных параметров (расход или температура газа) и процесс съема показаний датчиков 18-21, 24-27 повторяется. Одновременно в процессе съема показаний датчиков 18-21, 24-27 процессор 13 в соответствии с выбранным диспетчером алгоритмом производит сравнение текущих и рациональных значений параметров газопотребляющего оборудования хранящихся в сервере 6. При отклонении текущих значений параметров газопотребляющего оборудования от рациональных значений более допустимого значения процессор 13 вырабатывает импульсно-кодовый сигнал аварии,
включающий время и место аварии, характеристики газопотребляющего оборудования в месте аварии, и выдает его на компьютеры 5 непосредственно и через модуль 10 аварийных сообщений - на принтер 15 для печати. Компьютеры 5 вырабатывают звуковой сигнал аварии и отображают характеристики аварийной ситуации на экране монитора. Диспетчер и операторы анализируют аварийную ситуацию, определяют место аварии, величину и направление отклонения конкретного параметра и набирает на компьютере 5 диспетчера режим корректировки параметров газопотребляющего оборудования в месте аварии. При этом элементы ЦВУ 3 перестраиваются на корректировку параметров газа в соответствующем корректоре 16-17, в котором произошло отклонение параметров от допустимых пределов. При выходе ЦВУ 3 в режим корректировки блок 11 управления связью выдает сигнал блокировки на адаптер 12. Все линии связи 31-33 канала 2 блокируются адаптером 12 кроме линии, связывающей аварийный корректор 16-17 через ЦВУ 6 с рабочим местом 4 диспетчера. Диспетчер по данным графической информации, распечатанной на принтере 15 и отображенной на мониторе компьютера 5, оценивает по какому показателю (давлению, расходу или температуре газа) произошло отклонение параметров корректора 16-17 от рационального значения. Далее он набирает на клавишном наборном поле значение величины управляющего сигнала для корректировки (при незначительном изменении расхода и/или давления газа) или для перекрытия газовой магистрали. Последнее осуществляется в случаях: снижения давления и расхода газа, соответствующих разрыву газопровода; а также при выходе температуры газа за допустимые пределы (угрозе пожара). Набранное на компьютера 5 значение управляющего сигнала передается на ЦВУ 3 при нажатии диспетчером клавиши Enter. При этом набранное значение величины управляющего сигнала через модуль 7 управления, процессор 13, модуль 8 опроса, адаптер 12 открытую линию канала 2 связи, адаптер 23 или 30, контроллер 21, 29 передается на
исполнительное устройство 18, 24. Под воздействием компенсирующего сигнала электромагнитный клапан вентиля исполнительного устройства 18, 24 изменяет проходное сечение вентиля в сторону компенсации отклонения параметров газопотребляющего оборудования от заданного значения. Под воздействием сигнала закрытия вентиль газопотребляющего оборудования полностью перекрывает подачу газа до устранения причин аварии. После корректировки газопотребляющего оборудования или после устранения аварии диспетчер включает штатный режим ЦВУ 3 и процесс опроса корректоров 16-17 повторяется. Управление системой управления технологическими процессами распределения газа возможно по аналогичной схеме с компьютера 5 рабочего места 3 оператора при включении соответствующего режима управления с рабочего места 4 диспетчера.
Полезная модель разработана на уровне экспериментальной модели с использованием приборов учета газа нового СПГ-761 и старого ЕК-88, ГиперФлоу-3Пм поколений. Исследования экспериментальной модели показали, что предложенная автоматизированная система управления технологическими процессами распределения газа на территории Тверской области позволяет:
- Реализовать сбор, обработку и хранение информации от территориально разнесенных (на расстояния от единиц до сотен км) объектов учета газа путем использования технологии сотовой связи и организация опроса приборов учета газа по каналам связи различного типа;
- Унифицировать процесс приема информации от разнотипных приборов учета газа (СПГ-761, ЕК-88, ГиперФлоу-3Пм) путем обеспечения параметров обмена данными (типа абонента, системных номеров приборов, типов линий обмена информацией);
- Расширить круг пользователей системы за счет использования измерительных приборов ЕК-88, ГиперФлоу-3Пм старого поколения по
контролю и учету газа. Число подключаемых абонентов технически и программно не ограничено;
Реализовать централизованный сбор, обработку и хранение данных от приборов учета газа в единой базе данных, ввести возможность оперативного добавления/редактирования технических параметров обмена данными (типа абонента, системных номеров приборов, типов линий обмена информацией);
Централизованный сбор данных в свою очередь позволяет проводить обработку данных по обобщению информации от нескольких источников и формирование подсказок оператору путем реализации информационной модели оператора, а также автоматического формирования электронных документов требуемых форм и печать документов на принтере (локальном/сетевом).
Кроме того, введение в ЦВУ модуля аварийных сообщений и соединение его с принтером отчетных форм позволил ввести аудит системных событий (время запуска/останова, сбоев в работе комплекса), действий оперативного персонала. Обеспечение возможности разграничения через ЦВУ прав оператора и администратора системы и формирования различных информационных моделей для администратора и для оператора, в свою очередь, позволило реализовать защиту от несанкционированного доступа к управлению технологическими объектами распределения газа, к базе данных и конфигурации системы в целом.