SCADA-СИСТЕМА НА БАЗЕ ПЛК ДЛЯ РЕЗЕРВУАРНОГО ПАРКА НЕФТИ И ЕЁ ПРИМЕНЕНИЕ

PLC-BASED SCADA SYSTEM FOR OIL TANK AREA AND APPLICATION

Kalinin Vitaly Konstantinovich

Student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Ivanova Tatiana Maksimovna

Student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Postnikov Artyom Klimentyevich

Student, Department of Geology and Oil and Gas business, Sakhalin state University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

В процессе хранения и транспортировки нефти температура, давление и расход, регулируемые различными электрическими клапанами и насосами, являются основными контролируемыми параметрами. Изменения температуры и давления приводят к изменениям условий хранения и транспортировки нефти. Авторами разработана база данных для процессов хранения и транспортировки нефти, позволяющая выбирать различные методы управления в зависимости от значений температуры, давления и расхода. В работе для построения SCADA-системы нефтетранспортного процесса используются конфигурационное программное обеспечение и программируемый логический контроллер (ПЛК). Дополнительно внедрена встроенная технология беспроводной связи ZigBee.

ABSTRACT

In the process of petroleum storage and transportation, temperature, pressure and flow, controlled by varieties of electric valves and pumps, are the main monitoring parameters. The changes of temperature and pressure will lead to the change of the petroleum storage and transportation. In order to achieving the most effective petroleum storage and transportation under different environments, temperature, pressure and flow, petroleum storage and transportation database is established. The database provides the basis for petroleum storage and transportation to adopt different ways and methods in different temperature, pressure and flow In the paper, configuration software and PLC are applied to construct SCADA System of the petroleum transportation In additional of this theme, here embedded technology is added. This technology is nothing but zigbee wireless communications.

Ключевые слова: PLC; SCADA; нефтехранилище; резервуарный парк; конфигурационное программное обеспечение; база данных транспортировки; беспроводная связь ZigBee.

Keywords: PLC; SCADA; petroleum storage; oil tank area; configuration software; transportation database; ZigBee wireless communication.

С усилением конкуренции на нефтяном рынке внутренние нефтехранилища играют всё более важную роль, и надзор и контроль за состоянием их работы стали важной долгосрочной задачей. В данной работе рассматривается проект системы диспетчерского управления для нефтебазы в провинции Шаньдун. Ранее на данной нефтебазе сбор информации с резервуаров и управление клапанами осуществлялись вручную. Это имело ряд недостатков, таких как медленный контроль, большие погрешности и низкая надёжность. Поэтому необходимо создать более совершенную систему диспетчерского управления.

Программируемые логические контроллеры (PLC) широко используются в промышленности благодаря своим преимуществам: простой структуре, гибкости функций, высокой надёжности и хорошим возможностям связи. Компьютеры обладают преимуществами в отображении и хранении данных, а также во взаимодействии «человек–машина». В данной работе разработана система диспетчерского управления для зоны нефтяных резервуаров на основе PLC и компьютера.

PLC является центром управления и выполняет все детали управляющих задач. Он соединяется с цифровыми и аналоговыми сигналами полевых устройств через стандартные интерфейсы ввода-вывода, точно и быстро собирает и обрабатывает данные, выполняет логические, временные, счётные и математические операции. Компьютер обеспечивает человеко-машинный интерфейс, динамически отображает рабочее состояние и упрощает управление.

Система объединяет преимущества PLC и компьютера, обеспечивает удалённый мониторинг резервуарного парка в реальном времени, гарантирует безопасность и надёжность и повышает эффективность работы. Учитывая высокие требования нефтебазы к надёжности и непрерывности, для дальнейшего повышения надёжности разработана схема резервирования.

В настоящее время в мире создано несколько малых внутренних испытательных контуров для нефти. Экспериментальные данные и опыт по различным видам транспортировки сырой нефти уже получены, однако в применении к длинным трубопроводам всё ещё существуют различия. Испытательные данные нельзя полностью применить на практике — они дают лишь ориентировочные указания.

Кроме того, реальный трубопровод не может обеспечить надёжную функцию аварийной остановки и перезапуска, а также не способен эффективно контролировать характеристики внешней среды, например, геотермального поля. Для получения более достоверных данных о хранении и транспортировке нефти в различных условиях и для обеспечения надёжных и точных результатов испытаний для нефтехранилищ и транспортных станций, а также для научной организации хранения нефти и снижения затрат на обслуживание, необходимо создать крупный, многофункциональный, высокоавтоматизированный двухконтурный испытательный стенд. Таким образом, достигается переход испытательного контура сырой нефти из помещения на открытый воздух.

Для точного моделирования работы реального магистрального трубопровода вокруг кольцевой дороги размещено 30 интеллектуальных датчиков температуры, используемых для контроля влияния температуры грунта на хранение и транспортировку нефти. Затем нефть, хранящаяся в резервуаре, подаётся на экспериментальную кольцевую дорогу через экспериментальный насос, и проводятся различные эксперименты. Сбор данных и управление оборудованием осуществляются системой SCADA. Испытательный контур включает: испытания реологических свойств сырой нефти, испытания аварийной остановки и перезапуска, испытания отложения парафина, испытания вибрации и обнаружения утечек.

Данные для вышеуказанных экспериментов контролируются и задаются автоматической системой мониторинга. Основные функции следующие:

1. проверка состояния работы и неисправностей различных исполнительных механизмов;
2. динамическое отображение технологической схемы, кривых в реальном времени и исторических кривых испытательного контура;
3. предоставление интерактивных окон, диапазонов приборов и оборудования и настройка управляющих параметров;
4. отображение всех видов экспериментальных параметров, параметров обработки и других соответствующих данных;
5. звуковая сигнализация тревог.

Первые PLC программировались методом, основанным на релейной логике и схемах проводных соединений, что устраняло необходимость обучать электриков, инженеров и техников программированию на компьютере. Этот метод закрепился и до сих пор является наиболее распространённой техникой программирования PLC.

Сегодня нефтегазовая отрасль сталкивается со многими серьёзными проблемами, такими как: консолидация отрасли, недостаток отраслевой экспертизы, старение нефтяных и газовых месторождений

Программное обеспечение Wonderware учитывает проблемы, с которыми сталкивается ваша деятельность: необходимость вносить изменения, которые экономически эффективно помогают достигать ваших целей, продолжать предоставлять надёжные услуги клиентам и повышать прибыльность для инвесторов. Вам необходим поставщик программного обеспечения, который понимает ваш бизнес и предлагает решения для решения этих задач.

Программное обеспечение Wonderware позволяет легко создавать отчёты для регулирующих органов. Почасовые, ежедневные, еженедельные и ежемесячные отчёты, содержащие минимальные, максимальные и средние значения за различные временные интервалы, могут быть быстро и легко созданы, распечатаны и сохранены.

Программное обеспечение Wonderware для визуализации и автоматизации управления процессами обеспечивает простоту использования и лёгкость конфигурирования графики. Мощные мастера и новые интеллектуальные символы Wonderware позволяют быстро создавать и внедрять настраиваемые дисплеи, которые подключаются и передают информацию в реальном времени. Приложения можно просматривать с одного монитора или с нескольких экранов.

Пользователи могут контролировать и подтверждать тревоги, изменять уставки, просматривать точные значения переменных и управлять оборудованием по телефону. Сообщения могут отправляться на пейджеры, телефоны, персональные коммуникационные системы по электронной почте, что делает получение информации в реальном времени удобным и простым.

В системе SCADA для нефти и газа обслуживающий персонал часто выезжает в поле для сбора данных или устранения неисправностей. Мобильный HMI-планшет может повысить производительность оператора, облегчая визуализацию и управление без привязки к стационарной станции или месту. Надёжный промышленный планшет Wonderware поставляется с предустановленным ведущим программным обеспечением компании, улучшенным для мобильной связи.

Для автоматизации нефтеперерабатывающего завода и минимизации вмешательства человека необходимо разработать систему SCADA, которая контролирует установку и помогает уменьшить ошибки, вызванные человеческим фактором. В то время как SCADA осуществляет мониторинг системы, PLC используется для внутреннего хранения инструкций по выполнению функций логики, последовательности, синхронизации, счёта и арифметики для управления различными типами машин и процессов через цифровые и аналоговые модули ввода/вывода.

SCADA относится к сочетанию телеметрии и сбора данных. Она включает сбор информации через удалённые терминальные устройства (RTU), PLC и интеллектуальные электронные устройства (IED) и передачу её обратно на центральную станцию для выполнения необходимого анализа и управления, а затем отображения информации на экранах операторов.

Тремя важнейшими частями системы SCADA являются главная станция, удалённые терминалы (RTU, PLC и IED) и связь между ними.

Программное обеспечение PLC разработано на базе RSLogix5000 компании Rockwell. Оно в основном состоит из основной программы, инициализации, сброса тревог и дисплея, обработки данных и реализации эксперимента. Имеется 42 подпрограммы; блок-схемы подпрограмм опущены. Блок-схема основной процедуры показана на рис. 3. Программы операторской станции написаны в конфигурационном программном обеспечении Citec. Завершено более 50 конфигурационных экранов. Создана база данных Excel для хранения всех видов данных хранения и транспортировки, а также различных экспериментальных баз данных по хранению и транспортировке нефти.

После запуска в полевых условиях система SCADA соответствует проектным требованиям, может собирать различные параметры хранения и транспортировки сырой нефти, управлять полевым оборудованием и создавать базы данных для хранения и транспортировки нефти при различных технологических условиях. Система способна проверять условия транспортировки нефти с помощью соответствующего программного обеспечения и моделировать работу реального трубопровода.

Для повышения эффективности системы связи весь процесс эксплуатации контролируется и мониторится по беспроводной технологии с использованием ZigBee.

Список литературы:

1. Петров В. Н., Сидоров А. Л. Автоматизированные системы управления технологическими процессами : учеб. пособие для вузов. — М. : Академия, 2019. — 304 с.
2. Вершинин В. П. SCADA-системы в нефтегазовой промышленности. — СПб. : БХВ-Петербург, 2020. — 256 с.
3. Rockwell Automation. RSLogix 5000. Руководство пользователя. — Milwaukee : Rockwell Automation, 2018. — 1120 p.
4. Boyer S. A. SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition. — 4th ed. — Research Triangle Park, NC : ISA, 2016. — 368 p.
5. Galloway B., Hancke G. P. Introduction to industrial control networks // IEEE Communications Surveys & Tutorials. — 2013. — Vol. 15, No. 2. — P. 860–880.