Материал: Система автоматизированного управления мобильной газораспределительной станцией

«САУ ГРС» содержит одну или более линеек блоков управления запорной арматурой BCV-1 <#"897108.files/image005.gif">

Рисунок 6 - Структурная схема «САУ ГРС Янтарь»

Центральным процессором контроллера является CPU 317-2 DP. Рабочая память - 512Кбайт. Расширение - до 32 модулей. Встроенный MPI интерфейс, скорость обмена данными до 12 Мбит/с. Встроенный интерфейс ведущего/ ведомого устройства PROFIBUS DP со скоростью передачи данных до 12 Мбит/с и поддержкой в режиме ведущего DP устройства профиля DPV1. Языки программирования (STEP 7, S7-SCL, S7-GRAPH, S7-HiGraph).

Сигнальные модули, предназначенные для ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов контроллера, включают в свой состав:

-             модули ввода дискретных сигналов SM321;

-             модули вывода дискретных сигналов SM322;

-             модули ввода-вывода дискретных сигналов SM323;

-             модули ввода аналоговых сигналов SM331;

-             модули вывода аналоговых сигналов SM332;

-             модули ввода-вывода аналоговых сигналов SM334.

Коммуникационные модули СР-343-1 применяются для получения необходимого количества коммуникационных каналов. Коммуникационные модули оснащены встроенным микропроцессором и буферной памятью, что позволяет выполнять автономную обработку коммуникационных задач с минимальной нагрузкой на центральный процессор контроллера. Коммуникационные модули поддерживают функции дистанционного программирования и диагностики контроллера.

Интерфейсные модули IM360 служат для построения многорядных конфигураций программируемых контроллеров S7-300 и подключения к базовым блокам контроллера до 3 стоек расширения по 8 модулей в каждой.

Стабилизированные блоки питания PS 305 с входным постоянным или переменным напряжением, с выходным напряжением 24 В DC и током до 10 А, для обеспечения питания программируемого контроллера SIMATIC S7-300, станций распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200M, их исполнительных устройств и цепей датчиков.

Соединитель SIEMENS 6ES7392 фронтальный, 20-полюсный служит для простого и удобного подключения датчиков и исполнительных устройств внешних входных и выходных цепей.

Анализируя представленные выше варианты систем автоматизированного управления газораспределительными станциями, разрабатываемыми различными отечественными производителями, можно говорить о едином, сформированном под влиянием технологических требований и задач, подходе в формировании архитектуры САУ ГРС. Это применение, в большинстве своем, модульных контроллерных систем, работающих на операционных системах реального времени, высоко интегрированного согласующего, соединительного, преобразующего оборудования в модульном исполнении и опирающихся на технологии шинных интерфейсов и специализированных протоколов передачи данных.

В рассмотренных системах автоматизированного управления ГРС промышленные контроллеры, предназначенные для работы в режиме жестких автоматов с обеспечением безопасности технологического процесса, вынуждены исполнять также роль маршрутизаторов передачи данных от одного оборудования к другому. Задача эта вполне выполнима, поскольку по производительности большинство современных контроллеров вполне сопоставимы с промышленными компьютерами. Но программирование данных процессов, в сочетании с одновременным обеспечением безопасности технологического процесса, нередко получается слишком громоздким и приводит к ограничению возможностей всей системы. Поэтому некоторые производители САУ ГРС пошли по пути внедрения в систему управления встраиваемого промышленного компьютера, запрограммированного на решение задач взаимодействия периферийного оборудования, а также выполнение функции сервера баз данных параметров технологического процесса и информационной системы ГРС в целом. При этом за основным программируемым логическим контроллером остаются задачи текущего управления технологическим процессом, обеспечение безопасности потребителей газа и защиты оборудования.

2.     
ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ВАРИАНТА

Рассматривая весь спектр применяемого оборудования в составе производимых сегодня систем автоматизированного управления газораспределительными станциями, можно отметить, использование всеми производителями САУ комплектующих (промышленные контроллеры, модули ввода/вывода, шины расширения и сопряжения, программное обеспечение) иностранного производства, что увеличивает эксплуатационные расходы и значительно повышает конечную стоимость системы управления в целом.

В связи с выходом Постановления Правительства РФ от 04.08.2015г.

№ 785 «О создании Правительственной комиссии по импортозамещению» и в целях реализации «Политики ПАО «Газпром» в области поддержки развития и освоения производства импортозамещающей продукции отечественными предприятиями-изготовителями» предлагаю разработку системы автоматизированного управления мобильной газораспределительной станцией выполнить с использованием оборудования и комплектующих отечественного производства.

Одним из производителей обширной линейки комплектующих для разработок систем управления различными технологическими процессами является ЗАО «Эмикон». Данная компания является полностью российской и обладает производственными мощностями, расположенными в Московской области, городской округ Королев. ЗАО «Эмикон» занимается разработкой и производством средств и систем автоматизации технологического оборудования. Специализацией кампании является разработка и производство импортозамещающих программируемых логических контроллеров (ПЛК) и других средств автоматизации, а также проектирование и поставка «под ключ» АСУ ТП в различные отрасли промышленности и коммунального хозяйства, как для вновь устанавливаемого оборудования, так и для замены или модернизации устаревших отечественных или импортных систем на действующем оборудовании.

Компания ЗАО «Эмикон» представляет более 25 лет свою продукцию преимущественно на российском рынке средств автоматизации технологического оборудования и процессов. В настоящее время в топливно-энергетическом комплексе, в частности на объектах ООО «Газпром трансгаз Ухта», на базе контроллеров Эмикон работают системы управления вспомогательным оборудованием (котельные, очистные сооружения водоснабжения и водоотведения).

В данной работе выполнена разработка системы управления мобильной ГРС на основе промышленного логического контроллера DCS-2000 производства компании ЗАО «Эмикон». Газораспределительные станции являются одними из основных объектов магистрального транспорта природного газа.

3.     
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ МОБИЛЬНОЙ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИЕЙ

3.1 Разработка структурной схемы системы автоматизированного управления

Основными структурными элементами системы автоматизированного управления мобильной газораспределительной станцией являются:

Аппаратная часть:

-       модуль центрального процессорного устройства;

-       модули ввода аналоговых сигналов от первичных датчиков;

-       модули ввода дискретных сигналов от внешнего технологического оборудования;

-       модули ввода цифровых сигналов от внешнего технологического и измерительного оборудования;

-       модули вывода дискретных сигналов для управления запорной арматурой, системой вытяжной вентиляции;

-       модули вывода цифровых сигналов для передачи информации в систему линейной телемеханики, систему управления одоризатором газа, вычислители (контроллеры) расхода газа;

-       панель оператора;

-       основной источник питания;

-       блок бесперебойного питания;

Программная часть:

-       прикладное программное обеспечение центрального процессорного устройства для реализации алгоритмов работы САУ мобильной ГРС;

-       прикладное программное обеспечение панели оператора для визуального представления и управления работой технологического оборудования САУ мобильной ГРС.

На рисунке 7 приведена структурная схема САУ мобильной ГРС.

Рисунок 7 - Структурная схема САУ мобильной ГРС

Характеристики элементов структурной схемы САУ мобильной ГРС.

.        SU-08M - блок питания нестабилизированный (ЗАО «ЭМИКОН»).

Блок предназначен для работы в составе контроллеров технологического оборудования и служит для преобразования сетевого напряжения 220В и бесперебойного обеспечения питания потребителей, использующих нестабилизированное напряжение питания 24В, а также гальванической развязки питающей сети и объекта управления. Блок питания SU-08M рассчитан на совместную работу с блоком аккумуляторов SB-01 АЛГВ.563251.002 номинальной емкостью 7,5 А/ч. Рабочие условия эксплуатации:

температура окружающего воздуха от минус 20 °С до плюс 60 °С (без конденсации влаги);

относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25 °С;

атмосферное давление от 84 до 107 кПа.

Технические характеристики блока питания SU-08M представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические характеристики блока питания SU-08M

Структурная схема блока питания SU-08М представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Структурная схема блока питания SU-08М

схема фильтрации и защиты - СФЗ;

сетевой трансформатор - ТР;

выпрямитель - В;

индикатор напряжения сети - И;

схема управления - СУ;

схема защиты и индикации - СЗИ.

Напряжение сети 220В поступает на схему фильтрации и защиты СФЗ, содержащую входной предохранитель на 3,15А, сетевой выключатель и высоковольтные варисторы, защищающие блок от импульсных всплесков входного напряжения. Далее, напряжение подается на первичную обмотку сетевого трансформатора ТР. Вторичные обмотки трансформатора образуют два независимых гальванически изолированных нестабилизированных канала с выходным номинальным напряжением по 24В каждый и нагружены на выпрямители В, содержащие интегральные диодные мосты и электролитические конденсаторы большой емкости. С выпрямителей сглаженное напряжение поступает на схемы защиты и индикации СЗИ, содержащие предохранитель на 3,15А, защитный выходной варистор на 36В и светодиодный индикатор. Схемотехнически выпрямители и СЗИ в обоих каналах блока выполнены одинаково. Для обеспечения режима бесперебойного питания контроллера и датчиков к любому каналу блока питания SU-08М подключен блок аккумуляторов SB-01, состоящий из двух последовательно соединенных свинцово-кислотных аккумуляторов с номинальным напряжением 12,6В и номинальной емкостью от 6,5 до 7,2 А/ч в. С этой целью в каждом канале блока питания введена схема управления СУ, выполняющая следующие функции:

-       слежение за величиной напряжения питающей сети и подключение в работу аккумуляторов при его недопустимом уменьшении;

-       постоянный подзаряд аккумуляторов для исключения их естественного саморазряда при длительном бездействии;

-       ускоренный заряд аккумуляторов при уменьшении их суммарного напряжения ниже определенного уровня;

-       формирование сигнала «LOW BAT», информирующего центральный процессор о критическом разряде аккумуляторов и их скором отключении;

-       формирование сигнала «АC GOOD», информирующего центральный процессор о пропадании или недопустимом уменьшении напряжения питающей сети и переходе на питание от аккумуляторов;

-       своевременное отключение аккумуляторов от схемы с целью предотвращения их глубокого необратимого разряда.

Цоколевка разъемов блока SU-08M представлена в таблице 2.

Таблица 2 - Цоколевка разъемов блока SU-08M

Внешний вид блока SU-08M представлен на рисунке 9.

Рисунок 9 - Внешний вид блока SU-08M

2.      PU-22 - модуль питания (ЗАО «ЭМИКОН»).

Модуль питания PU-22 АЛГВ.436734.016 предназначен для работы в составе распределенной системы автоматизированного управления мобильной ГРС и служит для питания контроллера CPU-17B, модулей ввода/вывода, датчикового оборудования и внешнего технологического оборудования мобильной ГРС. Рабочие условия эксплуатации:

-       температура окружающего воздуха от минус 25 °С до плюс 60 °С (без конденсации влаги);

-       относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25 °С;

-       атмосферное давление от 84 до 107 кПа.

Технические характеристики модуля питания PU-22 представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические характеристики модуля питания PU-22

Структурная схема модуля PU-22 представлена на рисунке 10.

Рисунок 10 - Структурная схема модуля PU-22

Конструктивно модуль выполнен в виде двухсторонней печатной платы размером 72х145 мм с элементами, установленной в пластмассовый корпус. Корпус имеет крепления для установки на стандартный DIN-рельс. Модуль имеет один разъем для подключения нестабилизированного входного напряжения от блока питания нестабилизированного SU-08М и два разъема для подключения к выходу модуля устройств, запитываемых от него (модуль центрального процессорного устройства CPU-17B, модули повторителя интерфейса RS-485 CI-17B, панель оператора CП310-P, модули ввода аналоговых сигналов AI-12, модули ввода дискретных сигналов DI-11, модули вывода дискретных сигналов DO-11). В модуле предусмотрена возможность регулировки выходного напряжения в диапазоне 23…26 В. Модуль состоит из следующих функциональных узлов: