ВВЕДЕНИЕ

Транспорт нефти – непрерывное производство, требующее пристального внимания к вопросам надежной эксплуатации, строительству и реконструкции объектов нефтеперекачки, капитального ремонта оборудования.

Система автоматизации линейной производственной диспетчерской станции «Калтасы» предназначена для контроля, защиты и управления оборудованием нефтеперекачивающей станции (НПС) нефтепровода и резервуарным парком. Она должна непрерывно контролировать регулируемые величины и передавать в операторную, а также не допустить превышения контролирующих величин больше предельно допустимого уровня.

Цель выпускной квалификационной работы является усовершенствование существующей системы автоматизации противоаварийной защиты (ПАЗ).

Задачами дипломного проекта является:

– изучение технологической схемы линейной производственно-диспетчерской станции (ЛПДС) «Калтасы»;

– изучение системы автоматизации на ЛПДС «Калтасы»;

– разработка алгоритма ПАЗ с применением водяного охлаждения.

При работе над проектом были использованы материалы ЛПДС «Калтасы» (руководящий документ автоматизация и телемеханизация магистральных нефтепроводов).

3Модернизация системы автоматизации резервуарного парка линейной производственно-диспетчерской станции «Калтасы»

В настоящее время на ЛПДС «Калтасы» ведется строительство резервуаров противопожарного запаса воды объемом 5000 м³ с насосной станцией пожаротушения. В связи с этим строительством производится расширение существующей автоматизированной системы управления пожаротушением ЛПДС «Калтасы». Расширение существующей автоматизированной системы управления пожаротушением, именуемой как система водяного охлаждения, предусматривается для достижения следующих целей:

- обеспечить пожарную безопасность ЛПДС «Калтасы»;

- управление оборудованием системы пожаротушения для реализации алгоритма тушения резервуаров ЛПДС «Калтасы».

Система автоматического водяного охлаждения включает в себя:

- насосную станцию пожаротушения с установленными насосами: с насосом поддержания давления, дренажным насосом;

- два резервуара противопожарного запаса воды объемом 5000 м³каждый;

- сети водопровода с электрифицированными задвижками подачи воды
в резервуары;

- средства автоматизации.

Действие системы водяного охлаждения резервуаров осуществляется следующим образом: при получении сигнала о максимальной аварийной температуры нефти в одном из резервуаров РП, включается насос, который выкачивает воду из резервуаров противопожарного запаса воды, и по подводящим трубопроводам вода поступает на резервуары, где начинается обильное поливание стенки и крыши резервуара.

В связи с нововведениями в данной работе предлагается усовершенствовать программу управления процессами заполнения и опорожнения резервуаров
с использованием системы водяного охлаждения. Программа управления разрабатывается для контроллера «Siemens».

3.1Описание алгоритма автоматического управления процессами заполнения и опорожнения резервуаров

При нажатии кнопки пуск открывается задвижка на входе в резервуар
и начинается закачка нефти. При наличии нефти в резервуаре выше нижнего допустимого уровня включается электромеханическая мешалка. При достижении жидкостью верхнего допустимого уровня резервуара электромеханическая мешалка выключается, открывается задвижка на выходе из резервуара, включается насос
и начинается откачка. При достижении нижнего допустимого уровня задвижка
на выходе закрывается, насос выключается, если в течение 3 сек. не будет сигнала
о нижнем аварийном уровне, то цикл повторяется, в ином случае, задвижка на входе закрывается и подается аварийный сигнал оператору о достижении нижнего аварийного уровня. Если нефть во время заполнения резервуара достигает верхнего аварийного уровня, то закрывается задвижка на входе и подается аварийный сигнал оператору о достижении верхнего аварийного уровня.

В случае неполадок в электромеханической мешалке происходит отключение электромеханической мешалки и подается сигнал оператору о случившейся неисправности.

При максимальной аварийной скорости заполнения резервуара с выдержкой времени 20 сек. подается команда на открытие задвижки, установленной параллельно на линии приема нефтепродуктов в емкость, используемую для приема аварийного сброса нефтепродуктов, подается сигнал оператору о максимальной аварийной скорости заполнения резервуара.

При максимальной аварийной скорости опорожнения резервуара с выдержкой времени 20 сек., микропроцессорная система автоматизации НПС подает команду остановки первого работающего МНА, и подается сигнал оператору о максимальной аварийной скорости опорожнении резервуара.

В любой момент времени при получении сигнала о максимальной аварийной температуре нефти резервуара и сохранении его более 5 сек. останавливается процесс заполнения (опорожнения) резервуара, включается система водяного охлаждения и подается сигнал оператору о максимальной аварийной температуре нефти в резервуаре, в ином случае процесс заполнения (опорожнения) продолжается.

Схема автоматического регулирования уровня в резервуаре представлена
на рисунке 3.1.

Рисунок3.1- Схема автоматического регулирования уровня в резервуаре

3.2Программное обеспечение разработки

Программа разрабатывается в системе ISaGRAF. Система ISaGRAF относится к классу CASE-инструментов – инструментам компьютерной поддержки разработки программ.

Основные возможности интегрированной системы ISaGRAF:

- поддержка пяти стандартных языков программирования ПЛК
(в соответствии со стандартом IEC 61131-3), их библиотечных функций
и функциональных блоков. ISaGRAF позволяет «смешивать» программы/процедуры, написанные на разных языках, а также вставлять кодовые последовательности из одного языка в коды, написанные на другом языке;

- отладчик ISaGRAF, позволяющий проводить отладку приложений
на имитаторе, а также просматривать состояние программного кода, переменных проекта, уже во время выполнения прикладной задачи контроллером. Отладчик предоставляет полный набор возможностей для получения качественного программного продукта (ISaGRAF – приложения);

- поддержка механизма выполнения программ по шагам;

- возможность внесения изменений в код программы во время работы отладчика;

- трассировка рабочих переменных;

- интерактивная модификация значений переменных;

- запуск/останов отдельных программ, входящих в состав данного проекта;

- изменение в процессе работы отладчика продолжительности цикла выполнения приложения;

- эмуляция сигналов, подаваемых на каналы ввода;

- поддержка основных функций протокола Modbus;

- реализация опций, обеспечивающих открытость системы для доступа извне
к внутренним структурам данных прикладной ISaGRAF – задачи;

- набор драйверов для работы с устройствами ввода/вывода под управлением контроллеров следующих фирм – производителей: «PEP Modular Computers», «Motorola», «ABB», «Computer Boards», «WEIDMULLER», «Industrial Computer Source» и др;

- наличие дополнительных интерактивных редакторов для описания переменных, определений и конфигураций ввода/вывода;

- встроенные средства контроля за внесением изменений в программный код ISaGRAF-приложения и печатью отчетов по разработанному проекту с большой степенью детализации, включая печать таблиц перекрестных

ссылок для программ и отдельных переменных;

- полное документирование системы разработки и языков программирования.

Языком программирования был выбран язык ST. ST – язык структурированного текста. Относится к классу языков высокого уровня, похожих на Паскаль, удобен для программирования сложных логических и вычислительных процедур, которые сложно или невозможно описать графическими языками.

Порядок создания программ в системе ISaGRAF:

- создание проекта;

- объявление переменных;

- создание программ;

- написание текста программы на выбранном языке с помощью соответствующего редактора ISaGRAF;

- присоединение переменных ввода-вывода. Присоединение переменных ввода/вывода позволяет программисту определить физические платы систем и то, каким образом переменные ввода/вывода присоединяются к каналам этих плат. Переменные ввода/вывода должны быть объявлены в словаре до присоединения их к платам ввода/вывода;

- генерация кода прикладной программы, включающая проверку синтаксиса программы. Команда «Make Application» позволяет пользователю проверить синтаксис программ выбранного проекта. Если программы проверены на наличие ошибок (и ошибки не обнаружены), при генерации кода они больше не проверяются до тех пор, пока не будут изменены их пользовательские определения
или переменные;

- тестирование или имитация. В этом режиме открывается окно имитатора системы исполнения. Этот режим полезен для тестирования любой прикладной программы, когда аппаратные средства системы исполнения недоступны;

- загрузка программы в контроллер [18].

3.3Введение всех необходимых входных и выходных сигналов
и построение графа переходов

Для управления объектом используются две независимые управляющие программы. Основная программа (process) обслуживает цикл заполнения
и опорожнения резервуаров нефтью и сопутствующие этому процессу аварийные ситуации. Вторая (avaria) независимо контролирует состояние датчиков температуры нефти в резервуаре и при их нормальном состоянии в процесс управления не вмешивается.

При срабатывании датчика температуры программа «avaria» в любой момент прерывает работу основной программы (process) и обрабатывает аварийную ситуацию.

Перечень входных и выходных сигналов представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1– Перечень входных и выходных сигналов

Состояния выходных сигналов программ представлены в таблицах 3.2. и 3.3.

Таблица 3.2- Состояние выходных сигналов основной программы «process»

Таблица 3.3 - Состояние выходных сигналов программы «avaria»

Для написания программ были составлены графы переходов. Граф переходов для основной программы «process» представлен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2- Граф переходов для основной программы «process»

Граф переходов для программы «avaria» представлен на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3- Граф переходов для программы «avaria»

В соответствии с графами переходов составляются программы на языке ST. Листинг программы управления приведен в приложении Б.

3.4Результаты работы программы управления

Для проверки результатов работы программы посмотрим окно эмулятора контроллера. Возьмём для примера несколько состояний граф-перехода основной программы «process». При переходе из первого состояния во второй, при получении сигнала X_d (сигнал наличии нефти в резервуаре выше нижнего допустимого уровня) должна включиться электромеханическая мешалка, (задвижка на входе должна оставаться открытой) то есть должен появиться сигнал U_m. Данное состояние представлено на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4– Второе состояние графа переходов

После четвертого состояния при отсутствии сигнала X_nau (сигнал о нижнем аварийном уровне в резервуаре) и окончании задержки времени в 3 сек. происходит переход в первое состояние и начинается новый цикл заполнения резервуара.
При этом открывается задвижка на входе резервуара, т.е. включается сигнал U₁,
это состояние показано на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5Переход из четвертого состояния графа переходов в первый

Если после четвертого состоянияв течение задержки времени 3 сек. включится сигнал X_nau, программа перейдет в пятое состояние, в этом состоянии оператору должен поступить сигнал об аварии, т.е. должен появиться сигнал I_c,
это состояние показано на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6– Пятое состояние графа переходов (при переходе из четвертого)

В любом состоянии граф-перехода, при появлении сигнала T_a (сигнал
о максимальной аварийно температуре нефти в резервуаре) и сохранении его
в течение задержки времени в 5 сек. действие основного графа останавливается, включается система водяного охлаждения, все активные выходные сигналы выключаются и появляются сигналы I_t , Stop и SVO. Данное состояние показано на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7– Второе состояние графа переходов программы «avaria»

Если сигнал T_aвыключится в течение времени задержки в 5 сек., то процесс заполнения (опорожнения) возобновится с последнего активного состояния, авария не произойдет. Это состояние показано на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8– Возобновление процесса заполнения (опорожнения)

В данном разделе по имеющимся данным сформулирован алгоритм управления процессом заполнения и опорожнения резервуара РВСП-5000,
с работой системы водяного охлаждения. По составленному словесному алгоритму определены контролируемые параметры, и составлен список входных
и выходных сигналов. Построен граф переходов и по нему написана программа
в системе ISaGRAF на языке ST, который относится к одному из пяти стандартных языков программирования ПЛК (в соответствии со стандартом
IEC 61131-3). На симуляторе была проверена работоспособность программы.

В результате получена готовая, рабочая программа управления процессом заполнения и опорожнения резервуаром с работой системы водяного охлаждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важным и значительным объектов системе транспорта нефти является резервуары хранения нефти. Резервуары служат как буферные емкости, а, следовательно, происходит постоянное заполнение и опорожнение, что может послужить возникновению нештатных аварийных ситуации.

В данной выпускной квалификационной работе разработана система автоматизации на ЛПДС «Калтасы» на базе контроллера Modicon TSX Quantum фирмы Schnieder Electric.

В ходе проведения исследований были получены следующие результаты:

– изучена технологическая схема ЛПДС «Калтасы»;

– изучена система автоматизации и выявлено, что все технические средства автоматизации на резервуаре обеспечивают регулирование с заданной точностью.

– разработана система ПАЗ при опорожнении и заполнении с применение водяного охлаждения.

Предлагаемая выпускная квалификационная работа обеспечит качественное управление системой ПАЗ при возникновении нештатных аварийных ситуации.

 Скачать:  12121.rar [14,55 Kb] (cкачиваний: 18)