ЯНАО, Восточно- Таркосалинское месторождение. Склад горюче-смазочных материалов

• автоматизированного и автоматического контроля и управления в реальном масштабе времени технологическими процессами, с целью безопасной эксплуатации производства и обеспечения регламентных показателей технологического процесса с наименьшими технологическими и эксплуатационными затратами;
• противоаварийной автоматической защиты технологического процесса

1.2 Краткая характеристика объекта автоматизации

Объектом автоматизации в рамках создаваемой АСУ ТП является склад ГСМ Восточно-Таркосалинского месторождения.

Состав площадок, входящих в объект автоматизации:

1. Площадка приема дизельного топлива поз. 1;
2. Площадка емкостей дизельного топлива поз. 2;
3. Насосная дизельного топлива поз. 3;
4. Колонки раздаточные (2 шт.) поз. 4;
5. Емкость дренажная V=16 м³ поз. 5;
6. Емкость дренажная V=25 м³ поз. 6;
7. Емкость дренажная V=5 м³ поз. 7;
8. Емкость дизельного топлива V=63 м³ поз. 10;
9. Емкость производственно-дождевых стоков V=63 м³ поз. 9;
10. Операторная поз. 10;
11. КТП поз. 12;
12. Помещение противопожарного оборудования поз. 13;
13. Выгреб V=5 м³ поз. 14.

2. СТРУКТУРА КОМПЛЕКСА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

2.1        Обоснование выбора структуры комплекса технических средств

2.1.1    Исходные данные

При проектировании комплекса технических средств учитывались следующие факторы:

• расположение технологического оборудования;
• количество параметров контроля и управления в системе;
• количество параметров регулирования в системе.

2.1.2 Основные решения по структуре и составу АСУ ТП

АСУ ТП создается как система централизованного контроля и управления технологическими процессами склада ГСМ на Восточно-Таркосалинском месторождении. Система обладает двухуровневой функционально распределенной структурой контроля и управления технологическими процессами.

АСУ ТП содержит следующие уровни управления, различаемые по функциям:

• нулевой уровень на котором располагаются датчики, исполнительные механизмы, приборы размещенные на стативах;
• первый уровень автоматического контроля, управления технологическим процессом, реализованный на базе высоконадежного и быстродействующего контроллера S7-400 компании SIEMENS;
• второй уровень – уровень оперативного технологического персонала, предназначенный для организации автоматизированных рабочих мест, для контроля и автоматизированного управления технологическим процессом, выдачи на нижний уровень заданий, команд дистанционного управления исполнительным механизмам, ведения истории технологического процесса, а также для организации функций инжиниринга системы (конфигурирование контроллера, отладка алгоритмов управления, защит и блокировок) и реализован на базе промышленных компьютеров iROBO;

          Технические средства первого и второго уровней размещаются распределенно в помещении операторной и аппаратной установки подготовки нефти и образуют автоматизированную систему управления технологическими процессами АСУ ТП.

Система функционирует в круглосуточном непрерывном режиме с выдачей информации и управляющих воздействий в реальном масштабе времени. При отказе второго уровня системы (рабочей станции оператора), ПЛК обеспечивает автоматическое бесперебойное ведение технологического процесса и его противоаварийную защиту.

Для предупреждения возникновения и развития аварийных ситуаций в составе первого уровня системы реализована аппаратно выделенная система противоаварийной автоматической защиты.

В качестве программно-технического комплекса АСУ ТП использованы средства семейства модульных программируемых логических контролеров SIMATIC S7-400 фирмы SIEMENS.

Обмен данными между контроллером управления и АРМами оператора - технолога объекта автоматизации осуществляется по локальной сети Industrial Ethernet.

Для обеспечения функций визуализации параметров и анализа архивных данных технологического процесса в операторной объекта автоматизации используется одна операторская станция, реализованная на базе персонального компьютера в промышленном исполнении, оснащенное программным обеспечением на базе операционной системы WinXP Professional фирмы Microsoft и системой визуализации и ведения базы данных WinCC фирмы SIEMENS.

Для обеспечения сбора информации и ведения исторической базы данных АСУ ТП используется одна из операторских станций, реализованная на базе персонального компьютера промышленного исполнения.

Для конфигурирования, настройки системы предусматривается станция системного инженера (инженерная станция), обеспеченная необходимыми инструментальными программными пакетами.

2.2 Технические средства для построения систем управления

Первый уровень АСУ ТП строится на основе программируемого логического контроллера SIMATIC S7.

Надежность системы обеспечивается временной и функциональной избыточностью, а также наличием функции самодиагностики программно-технических средств.

Функции первого уровня АСУ ТП выполняются в автоматическом режиме независимо от наличия связи или работоспособности программно-технических средств второго уровня системы.

Контроллер обеспечивает реализацию следующих функций:

• сбор и обработку информации, поступающей от полевых датчиков;
• диагностику каналов ввода и управления;
• выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы, диагностику выходных каналов, диагностику работоспособности линий связи, функционирование программ управления.

Программное обеспечение системы представляет совокупность алгоритмов выполняемых контроллерами SIMATIC S7. Они представляют собой прикладное программное обеспечение, разрабатываемое при помощи системного программного обеспечения.

С помощью алгоритмов реализуются функции:

• сбора и обработки информации;
• автоматического управления технологическим оборудованием;
• обмена данными с инженерной станцией и АРМ оперативно-технологического персонала.

На рабочей станции операторов-технологов устанавливается SCADA-пакет WinCC. WinCC представляет собой интегрированное, основанное на компонентах программное обеспечение человеко-машинного интерфейса для контроля и управления технологическими процессами. HMI-пакет WinCC обеспечивает максимально эффективную связь с другими продуктами SIMATIC и программно-техническими средствами фирмы SIEMENS, в частности с программируемыми логическими контроллерами SIMATIC S7, а также с продуктами Microsoft Office и других сторонних производителей.

В качестве станции системного инженера, совмещенной с операторской станцией, используется персональный компьютер промышленного исполнения iROBO.

2.2.1 Контроллер управления и коммуникационное оборудование

Для реализации системы используется контроллер SIMATIC S7-400 с центральным процессором 417-4. Выбор данного управляющего процессора обоснован требованиями технического задания и имеет следующие основные характеристики:

• тип исполнения - модульный конфигурируемый контроллер;
• быстродействующее RAM для выполнения секций программы пользователя объемом 30Мбайт (по 15 Мбайт для программ и данных);
• возможность расширения памяти с помощью карт памяти RAM до 16 Мб;
• встроенные порты RS-485/PROFIBUS DP;
• время выполнения двоичных операций не превышает 0.045 мкс;
• диагностические сообщения центрального процессора снабжаются отметками даты и времени;
• сохранение данных при перебоях в питании (с буферной батареей).

2.2.2  Технические решения по обмену данными

Территориальное распределение системы базируется на каналах информационной связи и каналообразующих аппаратных средствах.

Сеть управления системы PCS7 строится на основе локальной сети стандарта Industrial Ethernet, протокол обмена информацией – TCP/IP. Сеть обеспечивает обмен информацией со скоростями 100 Мбит/с, строится на основе сегментов, выполненных на базе витой пары. Сегменты на базе витой пары организуются при длине сегмента не более 100 м.

Связь инженерной и операторских станций между собой осуществляется по локальной сети с использованием сетевого коммутатора.

К сети Ethernet относится следующее оборудование:

• коммутатор промышленного исполнения MOXA EDS-205A-M-SC;
• экранированные кабели Ethernet.

Коммутатор выполняет те же функции что и концентратор, но более эффективно позволяет разделять трафик, повышая тем самым производительность сети. Применение технологии коммутируемых сетей позволяет увеличивать пропускную способность и производительность сети, выполнять её неограниченное расширение, разрешать конфликтные ситуации между подсетями и выполнять удобное конфигурирование сети.

MOXA EDS-205A-M-SC служит для передачи данных между двумя операторскими, инженерной станцией и ПЛК

Монтаж кабелей сети управления необходимо выполнять с учетом следующих требований:

• кабель должен быть защищен от коррозионно-активных материалов и паров, излишней влажности, ударных и разрушающих воздействий, а также электрических помех;
• прокладку кабелей первичной и вторичной сети управления необходимо выполнять по различным маршрутам.
• проложенный кабель должен лежать свободно, с небольшим запасом по длине.
• кабель должен быть промаркирован с обоих концов.

2.3  Описание функционирования КТС

2.3.1 Описание функционирования комплекса технических средств в нормальном режиме (непрерывная работа)

Комплекс технических средств состоит из программируемого логического контроллера, инженерной станции и АРМов оперативно-технологического персонала, которые объединяются в локальную сеть Industrial Ethernet, и предназначается для выполнения  следующих функции:

• сбор и передача значений технологических параметров на операторские станции;
• формирование и ведение баз данных (реального времени, исторической, архивной);
• выдача уставок, заданий;
• управление технологическим оборудованием;
• обмен информацией между узлами системы.

Сеть связи управляющего контроллера с системой ввода-вывода реализована на базе сети стандарта PROFIBUS DP со скоростью обмена информацией до 12 Мбит/с. Выполняются следующие функции:

• сбор и первичная обработка технологической информации;
• регулирование аналоговых технологических параметров;
• управление технологическим оборудованием;
• логическое управление;
• автоматическая диагностика состояния технических средств;
• обмен информацией между узлами системы.

Система получает информацию о состоянии объекта от датчиков температуры, давления, перепада давления, уровня, расхода, установленных на технологическом оборудовании, от дискретных сигналов состояния исполнительных механизмов (концевые выключатели) и  сигнализаторов.

Аналоговые датчики передают значения параметров в виде изменения тока цепи от 4 до 20 миллиампер, приведенных к шкале измерения. При этом по уровню сигнала диагностируется неисправность датчика и канала связи.

Контроль за достоверностью входной информации ведется по нахождению сигнала в диапазоне 4-20 мА.

Сигналы с датчиков поступают в систему на входные аналоговые модули. Внутренними схемами модуля токовый сигнал преобразуется в напряжение, усиливается до необходимой величины и поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП на выходе формирует цифровое значение полученного сигнала. В случае если входной сигнал ниже 4 мА в АЦП формируется бит неисправности.

Дискретные входные сигналы о состоянии объекта управления формируются как двухпозиционные сигналы: состояние 0В и состояние 24В.

Выходные аналоговые сигналы управления в цифровом виде поступают на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). ЦАП преобразует двоичные сигналы в соответствующее значение тока.

2.3.2  Описание функционирования комплекса технических средств системы в аварийном режиме

При отказе отдельных частей системы необходимо найти и устранить причину, вызвавшую отказ и перезагрузить операторские станции. Отказы на этом уровне не являются критичными для работы отдельных узлов АСУ ТП.

Аварийный режим работы АСУ ТП возникает при следующих отказах комплекса технических средств:

• отказ процессора;
• отказ модуля ввода/вывода;
• обрыв линий связи между блоками управления системы;
• отказ ИБП;
• отказ источника питания ПТК и КИП;
• кратковременное обесточивание системы;
• полное обесточивание системы.

В случае отказа модуля системы ввода/вывода, на рабочую станцию оператора выдается сообщение о возникновении неисправности, с указанием неисправного модуля или характера неисправности.

Обнаружение отказа модуля группового источника питания производится по индикаторам на лицевой панели источника питания.

При кратковременном обесточивании системы на время до 60 минут, источник бесперебойного питания осуществляет питание системы, используя энергию аккумуляторных батарей.

При долговременном полном обесточивании системы (на время более 60 минут), оперативно-технологический персонал должен выполнить корректный принудительный останов системы.

2.4 Описание размещения КТС на объекте

При рассмотрении комплекса технических средств АСУ ТП с точки зрения его расположения на территории склада ГСМ можно выделить следующие основные узлы:

• шиты вторичных приборов (Щит 1);
• щит связи (ЩС);
• щит контроллера (ЩК);
• кроссовый шкаф (КШ);
• инженерная станция и рабочие станции оперативно-технологического персонала.

Данные узлы размещены следующим образом:

Инженерная станция, шкафы и щиты находятся в помещении аппаратной, системные блоки инженерной и операторных станций размещены в шкафу связи, консоли операторских станций размещены в помещении операторной.

2.5 Обоснование методов защиты технических средств

2.5.1 Механическая защита

Все технические средства располагаются в шкафах фирмы «Rittal». Двери закрываются на ключ.

Шкафы представляют конструкцию, состоящую из несущих металлических нержавеющих рам из швеллера, соединяемых между собой, боковых панелей, дверей на трёх шарнирах с замком, верхней панели, нижнего основания.

Шкафы имеют пылезащищенные кабельные вводы. Все кабельные линии заводятся через нижнее основание для кабельного ввода и укладываются в специальные короба, расположенные внутри шкафа. Кабельные линии с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» прокладываются по отдельным коробам.

Используемые в проекте шкафы имеют необходимые разрешения и сертификаты для установки на территории российских предприятий, класс защиты IP55, с защитой от коррозии.

2.5.2 Заземление

Цифровые и аналоговые части каждого модуля используют отдельные и изолированные цепи возврата сигнала, которые соединены между собой и образуют сигнальное заземление SIMATIC S7. Заземление шасси (листового металла) контроллеров работает как электростатический экран цифровых и аналоговых цепей. Все экраны коммуникационных кабелей подсоединяются к заземлению шасси. Листовые металлические части SIMATIC S7 подсоединены к заземлению безопасности по переменному току.

Все металлические корпуса оборудования надежно заземлены. Заземление оборудования выполняется проводом типа ПВ3 сечением не менее 2,5мм² отдельно от каждого шасси к единой точке заземления шкафа.

От точки заземления шкафа до магистрального заземления – проводом, имеющим сечение не менее 10мм².

Все проводки выполняются в соответствии со следующими документами:

• ГОСТ 12.1.007-75 – Изделия электроники. Общие требования безопасности;
• ГОСТ 12.1.030-81 – Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

2.5.3  Защита технических средств от несанкционированного доступа

Технические средства обеспечивают защиту от несанкционированного доступа на нескольких уровнях.

• защита при доступе в систему через интерфейс станции оператора;
• зашита от изменения конфигурации управляющего процессора;
• защита от несанкционированного доступа к техническим средствам системы (механическая защита оборудования).

Защита от несанкционированного доступа осуществляется при помощи аутентификации пользователей при входе в систему:

• на станции оператора ‑ средствами операционной системы Windows Professional XP (имя пользователя и пароль; каждый пользователь имеет различные права доступа);
• при конфигурировании оборудования ‑ средствами программного обеспечения оборудования (имя пользователя и пароль задаются в программном обеспечении PCS 7).

В системе SIMATIC PCS 7 дополнительная защита от несанкционированного изменения конфигурации осуществляется физическим переключателем, расположенным на лицевой панели управляющего процессора (в положении RUN невозможно изменить конфигурацию управляющего процессора).

Для предотвращения несанкционированного доступа, системные блоки операторских станций устанавливаются в шкафах, а клавиатуры, мониторы, мыши и звуковые колонки располагаются на АРМах операторов-технологов на расстоянии около 20 м от шкафов. Для этих целей используются специальные KVM-усилители.

Они позволяет удалять клавиатуру, монитор и мышь на расстояние до 20 метров от системного блока, при этом сохраняя высокое качество видеоизображения и высокую скорость порта.

Доступ в ЩС с системным оборудованием ограничен применением замков, а также системой контроля доступа, которая при открытии двери шкафа, посылает соответствующий сигнал на ПЛК.

3 АППАРАТУРА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

3.1 Описание решений по выбору средств передачи данных

Аппаратура передачи данных в рамках данного проекта состоит из технических средств, обеспечивающих:

• передачу данных между отдельными узлами сети Industrial Ethernet;
• обмен данными между ПЛК, операторскими и инженерной станциями.

Обмен данными по локальной сети Industrial Ethernet осуществляется при использовании стандартного стека протоколов TCP/IP.

Управляющая сеть является информационной транспортной средой, связывающей между собой узлы системы. Управляющая сеть выполнена в виде выделенной сети на базе Industrial Ethernet. В качестве среды передачи данных используется экранированный кабель «витая пара».

Применение коммутатора позволяет существенно увеличить производительность управляющей сети.

4 ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

АРМ	–	автоматизированное рабочее место
АСУ	–	автоматизированная система управления
АСУ ТП	–	автоматизированная система управления технологическим процессом
БД	–	база данных
ДП	–	диспетчерский пункт
КТС	–	комплекс технических средств
ПАЗ	–	противоаварийная автоматическая защита
ПЛК	–	программируемый логический контроллер
ПО	–	программное обеспечение
ПТК	–	программно-технический комплекс
РСУ	–	распределенная система  управления
ИБП	–	источник бесперебойного питания
АБК	–	административно-бытовой комплекс