ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
Уровень автоматизации поршневых компрессорных установок определяется требованиями нормативно технических документов на компрессорное оборудование, их конструктивными особенностями и учётом специфики их работы в составе технологических установок.
Компрессорные установки относятся к оборудованию высокой категории сложности и опасности. В состав установки входит: собственно компрессор с приводом от электрического двигателя или другого привода, насосов смазки и охлаждения, теплообменная аппаратура в том числе с вентиляторами, трубопроводы с запорной арматурой, в том числе с дистанционно управляемой.
Схема самой компрессорной машины зависит от числа ступеней сжатия, характера компримированного газа и условий его переработки, производительности и числа параллельно работающих цилиндров. При работе в технологической линии выдвигаются требования к производительности, поддержания давления, требуемого для оптимального технологического процесса. Из вышеизложенного видно, что поршневые компрессорные установки являются сложными объектами автоматизации.
Основным направлением работ по повышению технического уровня систем автоматизации компрессоров является создание систем автоматизации на микропроцессорной технике и применение интеллектуальных первичных датчиков контроля давления, расхода, уровня и температуры. Построение систем автоматизации с применением микропроцессорных технических средств позволяет расширить функциональные возможности систем автоматизации при уменьшении количества и габаритов шкафов автоматики, повысить точность поддержания параметров, надёжность, уровень отображения информации, возможность архивирования событий и формирование отчётных документов. Применение интеллектуальных датчиков позволяет без остановки компрессора при необходимости перестроить диапазон измерений, запрашивать информацию о характеристике и состоянии первичного датчика.
Структурно САУ и Р выполнена в виде трехуровневой распределенной модульной системы с жестким разделением выполняемых функций по следующим уровням: уровень отображения информации, контроля и архивирования; уровень управления; уровень устройств связи с объектом (См. рис.1).
Уровень отображения информации, контроля и архивирования включает пульт оператора (кнопки управления на шкафах автоматики) и автоматизированное рабочее место (ПЭВМ). Автоматизированное рабочее место обеспечивает выполнение следующих функций:
• отображение и контроль текущего состояния технологического процесса;
• задание параметров управления технологическим процессом и передача их в уровень управления;
• предупредительная и аварийная сигнализация;
• регистрация и формирование отчетных документов;
• архивирование и просмотр архивных трендов.
В качестве инструментальной системы для реализации автоматизированного рабочего места оператора использован SCADA-пакет ТРЕЙС МОУД 5.10 (Россия, Москва, “Adastra Research Group Ltd”) как система проектирования, отвечающая современным требованиям (настраиваемость, поддержка стандартного оборудования и сетевых функций, применение современных технологий программирования – DCOM, DDE, SQL, OLE). Функционирование пульта оператора обеспечивается монитором реального времени ТРЕЙС МОУД. Уровень отображения информации, контроля и архивирования функционирует на базе PC-совместимого промышленного компьютера под управлением операционной системы Windows 2000 Professional.
Взаимодействие оператора с системой осуществляется посредством мнемосхем, где с использованием условно-графических отображений агрегатов и устройств представлены технологические цепочки. На мнемосхемах отображается состояние объектов, режимы работы агрегата, предупредительная и аварийная информация, дополнительная информация (задание параметров регулирования, просмотр и формирование отчетных документов и отчета тревог, просмотр архивных трендов и т.д.). При возникновении критической ситуации система формирует сообщения в визуальной и звуковой форме, а также формирует запись в отчете тревог.
Уровень управления выполняет функции сбора и обработки данных с уровня УСО, сигналов газового двигателя и управления технологическим процессом. Реализация функций управления осуществляется автономно, то есть без участия уровня отображения информации. Уровень управления функционирует на базе одноплатного промышленного компьютера (контроллера) NEAT-406 AMD 486DX5-133PC под управлением MS DOS v6.22. Реализация уровня управления выполнена с использованием инструментальной среды ТРЕЙС МОУД. Функционирование обеспечивается специализированным монитором реального времени (Микро МРВ), предназначенным для работы на контроллере. Своевременное информирование дежурного персонала о состоянии всех узлов КУ – залог безопасности функционирования объекта В прикладном ПО реализована с выдачей информации на АРМ оператора проверка каждого канала на обрыв линии связи и нахождении сигнала в диапазоне измерения датчика. Стойки контроля и управления находятся в одном блоке автоматике, что привело к уменьшению протяженности кабельных силовых и сигнальных линий.
Уровень устройств связи с объектами (уровень УСО) предназначен для организации взаимодействия между вычислительной системой и датчиками аналоговых и дискретных сигналов, а также для выдачи управляющих воздействий на исполнительные механизмы. Каждый модуль представляет собой функционально законченное устройство, заключенное в пластиковый корпус.
Уровень устройств связи с объектами представлен совокупностью модулей NUDAM (Adlink), объединенных по RS-485:
• SDI-6013 – трехканальный модуль ввода аналоговых сигналов термометров сопротивления;
• SDI-6054, ND-6054 – 15-ти канальный модуль дискретного ввода;
• ND-6056 - 15-ти канальный модуль дискретного вывода;
• ND-6017 - восьмиканальный модуль аналогового вывода.
• ND-6520 – модуль конвертера RS-232/RS-485.
Входные и выходные цепи УСО гальванически развязаны, как по питанию так и по интерфейсным линиям связи за счет консруктива модулей.
Пределы допустимой основной приведенной погрешности при температуре 0-55оС каналов приема аналоговых сигналов тока – 0,25%, каналов приема аналоговых сигналов термопреобразователей сопротивления – 0,25%. Цикл опроса информационных каналов и выдача управляющих воздействий на механизмы 0,5 сек. Электрическое питание технических средств САУ и Р осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В 50Гц. Потребляемая мощность по сети 220В 50Гц САУ и Р и УСО нижнего уровня не более 100Вт; пульта оператора не более 200Вт. Для обеспечения бесперебойного питания ТС САУ и Р использованы источники питания UPS-500, обеспечивающие питание не менее чем 20 мин. при отключении питающего напряжения 220В 50 Гц.
Средняя наработка САУ на отказ типа «Пропуск аварии» при нормальных условиях по ГОСТ 15150-69 составляет не менее 6000 часов без учета первичных преобразователей и исполнительных механизмов КУ. При этом под отказом надо понимать отсутствие любой из команд управления, формируемой системой в режиме «Аварийный останов» при наличии любого из аварийных сигналов на входе САУ.
Средняя наработка САУ на отказ типа «Ложный аварийный останов» при нормальных условиях по ГОСТ 15150-69 составляет не менее 10000 часов без учета первичных преобразователей и исполнительных механизмов КУ. При этом под отказом следует понимать выдачу любой из команд управления, формируемой системой в режиме «Аварийный останов» при отсутствии на входах системы аварийных сигналов.
Средняя наработка САУ на отказ по любому из каналов контроля при нормальных условиях по ГОСТ15150-69 составляет не менее 20000 часов без учета первичных преобразователей. При этом под отказом следует понимать потерю информации любого из основных технологических параметров КУ.
Средняя наработка САУ на отказ типа «Невыполнение команд управления» при работе агрегата на режиме, при нормальных условиях по ГОСТ15150-69 составляет не менее 10000 часов без учета первичных преобразователей и исполнительных механизмов КУ. При этом под отказом следует понимать отсутствие необходимой команды управления, предусмотренной алгоритмом управления на выбранном режиме работы агрегата.
Полный средний срок службы САУ и Р не менее 10 лет. Данный показатель устанавливается по фактическим показателям долговечности комплектующих изделий. Допускается замена из состава ЗИП изделий, срок службы которых менее 10 лет.
Среднее время восстановления каналов контроля и управления не превышает 1 час (замена блоков УСО из состава ЗИП).
Взаимодействие уровня управления с уровнем УСО осуществляется программно (по опросу) посредством драйвера ТРЕЙС МОУД локального контроллера. При нештатных поломках микропроцессорной техники для немедленного останова агрегата разработан блок экстренного останова. Его работа основана на отключении выходных цепей управления контроллера и подачи необходимых для останова агрегата команд на соответствующие элементы релейной логики.
Каждый из АРМов оператора обеспечивает независимое управление любым агрегатом. Такая гибкая структура позволяет не потерять контроль над работающими КУ в случае непредвиденного выхода из строя одного из ПЭВМ. За счёт такой взаимозаменяемости также достигается двойное архивирование технологических параметров. При работе нескольких КУ в одной технологической линии САУ и Р предусматривает обмен данными между всеми контроллерами КУ и АРМами оператора.
САУ и Р выполняет функции управления, контроля и информационные функции.
Функции управления:
• проверка пусковой готовности КУ, газового двигателя и вспомогательных систем, автоматическое управление по заданным алгоритмам при пуске, изменении режимов работы и останове (нормальном или аварийном) исполнительными механизмами, электроприводными задвижками и кранами технологической обвязки;
• автоматическая проверка защит перед пуском;
• автоматическую перестановку в исходное положение кранов технологической обвязки и регулирующих органов регуляторов перед пуском;
• автоматический запуск КУ с выводом на заданный режим работы;
• нормальный останов КУ;
• ручное дистанционное управление исполнительными механизмами, кранами (электроприводными задвижками) технологической обвязки и исполнительными механизмами регуляторов;
• запрет выполнения команд оператора при работе технологического оборудования в автоматическом режиме управления, если они не предусмотрены алгоритмом управления или регулирования.
Функции контроля:
• постоянный контроль состояния и отклонения технологических параметров при достижении предельных значений (уставок);
• постоянный контроль исправности технических средств на уровне блоков УСО;
• защита ПО от несанкционированного доступа.
Информационные функции:
• непрерывный контроль технологических параметров, и представление на экране ПЭВМ значений указанных параметров в единицах физических величин по ГОСТ 8.417-81 с указанием знака параметра, а также указанием его предельных значений (предупредительных и аварийных).
• представление информации осуществляется по вызову оператора в виде таблиц, шкал и значений на мнемосхеме, динамически изменяющихся со временем графиков (трендов) - по выбору оператора;
• представление на экране ПЭВМ мнемосхем КУ с указанием измеряемых параметров в местах контроля и положения исполнительных механизмов;
• автоматическое обнаружение, отображение на экране ПЭВМ и звуковую сигнализацию отклонений технологических параметров от установленных пределов, а также невыполнение команд управления, отклонений в работе САУ и Р;
• представление информации о невыполненных предпусковых условий;
• представление информации об основных режимах работы КУ;
• запоминание сигналов, вызвавших аварийный останов, а также значений основных технологических параметров, систем, оборудования, состояние исполнительных механизмов и кранов газовой обвязки;
• архивация технологических параметров, сообщений, предупредительных и аварийных отклонений.
Прикладное ПО выполнено на языках Техно-FBD и Техно IL. Благодаря разбивке больших и сложных программ на более простые части удается исключить появление ошибок в ПО, легко отлаживать программы в процессе пуско-наладки КУ и вносить необходимые изменения. Четкая иерархия программ позволяет управлять всем технологическими узлами объекта по приоритету управления в зависимости от режимов работы КУ.
Режимы работы CАУ и Р КУ
РЕМОНТ – заблокировано формирование ПС и АС. Управление всеми механизмами заблокировано. Режим формируется после загрузки ПО.
РЕЗЕРВ – заблокировано формирование ПС и АС, выполняется ручное дистанционное управление всеми механизмами. С этого режима формируются предпусковые условия, если они выполняются, то формируется сигнал готовности автоматического пуска.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ГОТОВНОСТЬ – контур заполнен или не заполнен газом, включены исполнительные механизмы, кроме главного двигателя.
КОЛЬЦО – режим работы компрессорной установки через байпасный контур.
МАГИСТРАЛЬ – работа на компримирование газа в выходной трубопровод.
АО - аварийный останов. Формируется на всех рабочих режимах по предельным значениям аварийной сигнализации всех систем или от кнопки оператором.
АОС - аварийный останов со стравливанием газа. Формируется на всех рабочих режимах по предельным значениям аварийной сигнализации всех систем или от кнопки оператором. Газ, оставшийся в контуре, сбрасывается на свечу.
НО - нормальный режим останова. Формируется от кнопки оператором или командой от САУ и Р.
В зависимости от текущего режима работы вступают в работу различные алгоритмы. Вспомогательные механизмы, разбитые по технологическим группам, могут работать как в автоматическом режиме, так и в ручном дистанционном. САУ и Р в целом всегда работает в автоматическом режиме. Это позволяет предотвратить ошибочные действия оператора на установившихся режимах КУ.
На рассмотренном принципе построения систем автоматизации с применением микропроцессорных технических средств НПЦ САУ СКБ ТКМ «СМНПО им. М.В.Фрунзе» разработан ряд систем управления и регулирования для газоперекачивающих агрегатов КС «Котур-Тепе» (Туркменистан), КС «Барса-Гельмес» (Туркменистан), ДКС «Летня» (Украина), «Дожимной компрессор ЭГТУ» (Украина, г.Саки), «Комплекс подготовки газа с полигона захоронения твёрдых бытовых отходов»(США), «Стенд поршневых компрессоров»(Украина, г Сумы).
Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004
