Table Of ContentМинистерство образования и науки Российской Федерации
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА
(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
имени И.М. ГУБКИНА
Кафедра автоматизации технологических процессов
С. А. Зуев
Р.Л. Барашкин
В. В. Южанин
РАЗРАБОТКА
ОПЕРАТОРСКОГО ИНТЕРФЕЙСА
В ПАКЕТЕ TRACE MODE
Учебное пособие
Москва 2016
УДК 004.9:/622.276+622.279(075)+681.518:/622.276+622.270/
Рецензенты:
А.В. Бабков – кандидат технических наук,
технический директор ООО «НПА Вира Реалтайм»
А.В. Кротов – кандидат технических наук,
доцент РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
Зуев С.А., Барашкин Р.Л., Южанин В.В.
Разработка операторского интерфейса в пакете Trace
Mode: Учебное пособие. – М.: Издательский центр РГУ нефти
и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2016. – 78 с.
Рассмотрено проектирование систем управления технологически-
ми процессами нефтегазовой отрасли. Приведены термины, опреде-
ления и основы работы в инструментальной системе Trace Mode. Ана-
лизируется разработка операторского интерфейса, программы ПИД-
регулятора, экранной формы «Тренды», архива и отчета тревог.
Пособие предназначено для бакалавров и магистрантов направле-
ний «Управление в технических системах» и «Нефтегазовое дело».
Зуев С.А., Барашкин Р.Л.,
Южанин В.В., 2016
РГУ нефти и газа (НИУ)
имени И.М. Губкина, 2016
Сокращения
АРМ – автоматизированное рабочее место
ГС – газосепаратор
ИС – инструментальная система
МРВ – монитор реального времени
ЛКМ – левая кнопка мыши
НС – нефтесепаратор
ПКМ – правая кнопка мыши
ГЭ – графический элемент
РВС – резервуар вертикальный стальной
ФСА – функциональная схема автоматизации
СПАД – система поддержки архивных данных
САР – система автоматического регулирования
УПН – установка подготовки нефти
FBD – Function Block Diagramm
3
1. ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
Разработать операторский интерфейс и алгоритмы регули-
рования системы управления блока первой ступени сепарации и
блока предварительного обезвоживания установки подготовки
нефти (УПН).
Блок первой ступени сепарации включает нефтяной сепара-
тор 1-1-НС-1; газовый сепаратор 1-2-ГС-1 и дренажную ёмкость
1-3-Е-1.
Блок предварительного обезвоживания три параллельных
предварительных отстойника 3-1-О-1, 3-1-О-2, 3-1-О-3 (рис. 1).
Газонасыщенная нефть со скважин поступает в нефтяной
сепаратор 1-1-НС-1 по трубопроводу с рабочим давлением до
2
8,0 кгс/см через входную распределительную гребенку. В неф-
тяном сепараторе нефть и газ разделяются.
Газ поступает в газовый сепаратор 1-2-ГС-1, где происходит
отделение капельной жидкости. Отделившаяся жидкость накап-
ливается в дренажной ёмкости 1-3-Е-1 и насосом 1-4-Н-1 подаёт-
ся обратно на УПН, а газ поступает на переработку.
С 1-й ступени сепарации нефть под собственным давлением
2
до 8 кгс/см по трубопроводу попадает в три параллельных пред-
варительных отстойника 3-1-О-1, 3-1-О-2, 3-1-О-3 блока предва-
рительного обезвоживания, где происходит разделение водонеф-
тяной эмульсии. Далее нефть подаётся на блок обезвоживания.
Содержание воды в нефти на выходе из блока предварительного
обезвоживания 510%. Вода из предварительных отстойников
сбрасывается в блок подготовки.
В качестве объекта управления используется имитационная
модель технологического процесса подготовки нефти к транспор-
4
БЛОК № 1нь сепарации БЛОК № 3Блок предварительного обезвоживания Содержание З-3-2-Н-0воды 5-10% На блок обезвоживания нефти
е и
Первая ступ NS-01-GT-01-12-111-1 З-1-7-Н-1PT-01-14-1 E-1TT-01-15-1 Н-1 Н-2 Н-3 З-3-3-В-0 В очистные РВС дготовк
На ГПЗ LC-01-З-1-8-Г-110-1 LC-01-08-1PT-01-09-1 1-3-Е-1З-1-6-Н-1Р-1-5-Н-1PT-01-PT-03-TT-03-13-101-102-1 3-1-О-1З-3-2-LC-03-03-1 Р-3-3-В-1PT-03-TT-03-01-202-2 3-1-О-2З-3-2-LC-03-03-2 Р-3-3-В-2PT-03-TT-03-01-302-3 3-1-О-3З-3-2-LC-03-03-2 Р-3-3-В-3 На 1,2 блоки предварительного отстоя в первичной по
На ФВД Р-1-11-Г-1 FT-01-05-1 Резервный трубопровод со скважин на 1,2 блоки предварительного отстоя М-1TT-01-PC-01-07-106-1 Газосепаратор1-2-ГС-1PT-01-02-1ГС (14)З-1-4-Г-1TT-01-03-1 1-1-НС-1 LC-01-04-1 З-3-1-M-1 Р-1-3-M-1На 3 блок предварительного отстоя З-3-1-M-2 З-3-1-M-3 З-3-1-M-0 втоматизации блоко 5
З-1-9- З-1-2-М-1ю ступень сепарации схема а
На 1- я
а
н
З-2-1-Х-1 PT-01-01-1 аль
н
E-2 З-1-1-М-1 З-0-1-Г-1 цио
к
а н
тв у
йс Ф
я
БЛОК № 2 Блок реагентного хоз 2-1-Е-1 Линия подачи азота p=8кгс/см2Qнефти~708 т/чQводы~125 т/чQскв~20 000т/сут Рис. 1.
5
ту, разработанная в среде имитационного моделирования UniSim
Design компании Honeywell. Операторский интерфейс разраба-
тывается в среде Trace Mode. Связь имитационной модели объек-
та управления с операторским интерфейсом осуществляется по
протоколу OPC DA. В совокупности приведенные компоненты
составляют имитационный комплекс.
На рисунке 2 для сравнения приведены структурные схемы
системы управления реальным технологическим процессом и
разрабатываемого имитационного комплекса. Роль технологиче-
ского процесса в имитационном комплексе выполняет имитаци-
онная модель. Функции контроллера, касающиеся алгоритмов
управления и функции АРМ оператора, выполняет операторский
интерфейс в среде TraceMode.
Рис. 2. Структурные схемы системы управления технологическим
процессом
6
Функции операторского интерфейса:
1) индикация, регистрация технологических параметров;
2) автоматическое регулирование технологических парамет-
ров на базе ПИД-регулятора;
3) дискретное управление запорной арматурой;
4) регистрация, аварийная и предупредительная сигнализация
предельных отклонений технологических параметров.
Операторский интерфейс должен содержать экранные формы,
приведённый в табл. 1.
Таблица 1
Наименование формы Функции
Навигация по экранным формам проекта.
Главный мнемокадр Отображение табличной экранной формы для
просмотра отчета тревог
Индикация значений технологических парамет-
ров, формирование предупредительной и аварий-
ной сигнализации предельных отклонений техно-
Мнемосхема техноло-
логических параметров, управление оборудовани-
гического процесса
ем, задание уставок регуляторов, смена режима
работы регуляторов (переход с автоматического
на ручной режим управления)
Отображение на одном графике трендов всех тех-
нологических параметров, а на отдельных графи-
Тренды ках лишь текущих и заданных значений регули-
руемых технологических параметров, а также по-
ложение штоков регулирующих клапанов
Имитационный комплекс использует следующее программное
обеспечение:
UniSim Design (Хоневелл);
OPC – сервер (РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, каф.
АТП);
Trace Mode 6 (Adastra Research Group).
7
2. ОПИСАНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
TRACE MODE 6
2.1. Основные термины и определения
Программные продукты TRACE MODE 6 подразделяются на
инструментальную систему (ИС) и исполнительные модули.
Рис. 3. Архитектура проекта в среде TraceMode
Инструментальная система TRACE MODE устанавливается
на рабочем месте инженера-разработчика АСУ и предназначена
для автоматизации и отладки всех ее компонентов. Проект
TRACE MODE сохраняется с расширением *.prj (рис. 3).
Исполнительные модули TRACE MODE предназначены для
запуска проекта TRACE MODE в реальном времени при эксплуа-
тации на объекте автоматизации. Основным исполнительным мо-
дулем TRACE MODE для автоматизированного рабочего места
АРМ является монитор реального времени (МРВ), выполняю-
щий такие функции, как непрерывный сбор данных, их матема-
тическая обработка и визуализация. Для запуска проекта в кон-
троллерах используются исполнительные модули МикроМРВ,
8
которые различаются по типу контроллеров: разрядность процес-
сора, операционная система, использование сетевого взаимодей-
ствия и др.1
Рис. 4. Архитектура проекта TRACE MODE
Узел
Каждому компьютеру/контроллеру, запущенному под управ-
лением исполнительного модуля в проекте TRACE MODE, сопо-
ставляется отдельный узел. Максимальное количество узлов в
проекте – 255.
Канал
В рамках узла создаются каналы – основные информацион-
ные единицы для ввода и первичной обработки данных. Каналы в
рамках узла могут объединяться в группы, группы могут содер-
жать подгруппы, образуя иерархическую информационную
структуру произвольной вложенности.
1Алгоритм управления технологическим процессом будет выполнен в
операторском интерфейсе без контроллера, поэтому модуль МикроМРВ не
используется.
9
Каналы разделяются на классы в зависимости от типа обраба-
тываемых данных, например, для целочисленных – HEX16 и
HEX32, для вещественных – FLOAT и DOUBLE FLOAT.
Различают два типа каналов – INPUT и OUTPUT.
Атрибут
Каналы содержат атрибуты, которые могут вычисляться в ре-
альном времени (Достоверность) и не вычисляться в нем (Верх-
ний предел, Нижний предел), могут быть общими (Базовое
имя, Комментарий, Кодировка) и специализированными.
Значения невычисляемых атрибутов можно изменять в реаль-
ном времени, например, варьировать параметры внутренней об-
работки в канале класса Float с помощью Множителя и Смеще-
ния для линейного преобразования – перехода от кодов АЦП к
физическим величинам.
Точка
В общем случае каналы типа INPUT могут получать инфор-
мацию от источников данных, каналы типа OUTPUT – посылать
управляющие воздействия в приемники данных.
Источники и приемники данных представляют собой описате-
ли точек ввода-вывода, то есть связей с контроллерами, платами
УСО (устройство сопряжения с объектом), интеллектуальными
датчиками и т.д. Каждая точка ввода-вывода может быть одним
аналоговым сигналом или группой (до 16) дискретных сигналов.
Связи с тэгами во внешних ОРС-серверах и программными
компонентами по протоколам DDE/NetDDE также относятся к
точкам ввода-вывода.
10
