XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

С давних пор на промышленных предприятиях существует диспетчеризация управления. При внедрении на предприятии автоматизированных систем диспетчеризации и управления (АСДУ), они будут выполнять функции диспетчера, которые постепенно расширялись от передачи необходимых сообщений, вызова других служб до полного контроля работы предприятия.

АСДУ – это неоднородная система управления технологическим процессом, представляют собой разновидность систем управления технологическим процессом (АСУТП), в которых основной функцией является обслуживание автоматизированных рабочих мест диспетчеров (АРМ), т.е. обеспечение их своевременной информацией о ходе работы технологического цикла и автоматизированная передача в системы управления техпроцессами команд, в первую очередь противоаварийного характера. В зависимости от требований заказчика в состав функций АСДУ могут включаться также и функции, характерные для АСУТП [1,2].

Отличительной чертой АСДУ также является то, что информация в АРМ диспетчера поступает от нескольких объектов автоматизации, законченных технологических циклов и даже целых производств, а не с одного технологического цикла, как в классической АСУТП [3,4].

Автоматизация работы диспетчера эффективна практически на любом промышленном предприятии, но особенно она необходима на предприятиях со сложной территориально распределенной структурой производства, на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. Такие предприятия отличаются повышенной взрыво- и пожар опасностью, в результате чего огромное значение имеют вопросы обеспечения своевременного реагирования на возникающие аварийные ситуации и своевременная исчерпывающая информированность руководства компании для принятия немедленных действий по предупреждению возможных чрезвычайных ситуаций, техногенных и экологических катастроф, людских жертв.

На предприятиях нефтегазовой отрасли присутствуют территориально распределенные объекты добычи – скважины, насосы-качалки, устройства поддержания давления в пласте и т.п., а также установки первичной обработки нефтегазового сырья и подготовки его к подаче в магистральные трубопроводные сети. Для первой группы объектов в большей степени актуальны вопросы контроля их работы и учета расхода электроэнергии и технологических материалов. Для второй группы объектов наряду с контролем работы самого объекта характерна большая важность автоматического и автоматизированного управления и поддержания стабильности протекания технологических процессов [5].

Современная система диспетчеризации и управления должна сочетать в себе функции, характерные для обеих групп объектов: обеспечивать диспетчера удобным, интуитивно понятным интерфейсом, сочетающим возможности дистанционного управления с гибкой системой доступа к возможности выдачи управляющих воздействий.

В зависимости от особенностей объекта автоматизации в АСДУ также важно наличие функций блокировок недопустимых воздействий и блокировки/отключения работы объектов при возникновении аварийных ситуаций. Применяемое для разработки АСДУ программное обеспечение должно давать возможность обслуживающему персоналу вносить необходимые изменения в процессе эксплуатации системы.

Современная информационно-управляющая система диспетчерского управления (ИУСДУ) создается на базе программно-технического комплекса, ориентированного на совместную работу с системами сбора и первичной обработки данных, интеллектуальными датчиками, микропроцессорными программируемыми контроллерами и т.д. и состоящего из серверов ввода-вывода, систем приема-передачи данных и сред разработки и исполнения SCADA-приложений [6,7].

Как правило, ИУС ДУ функционирует на IBM-совместимых компьютерах промышленного исполнения под управлением операционных систем семейства Windows или NIX-систем. Обмен информацией между контроллерами и сервером осуществляется по промышленной сети на базе протокола RS-485, а между сервером и компьютерами автоматизированных рабочих мест – по сети Ethernet.

Опыт разработки и внедрения ИУС ДУ показал, что эффективным и логичным шагом к упрощению структуры ИУС ДУ является унификация сетей, т.е. применение сети одного типа как для связи между сервером и компьютерами, так и для связи контроллеров с сервером. Такой сетью в современных системах, как правило, является Ethernet в модификации Industrial Ethernet. Такое решение позволяет использовать существующие программные средства для связи с удаленными объектами (радио-Ethernet), а также средства резервирования сетей. Для более удаленных объектов возможно применение программного пакета поддержки GSM-технологии. В этом случае обмен информацией будет происходить посредством SMS сообщений.

Основным поставщиком информации для ИУС ДУ являются различные автоматизированные системы управления технологическими процессами. Системы управления в нефтегазовой отрасли строятся на базе микропроцессорных контроллеров, причем при необходимости осуществляется полное дублирование процессоров и/или модулей ввода-вывода, а также применяется оборудование во взрывобезопасных корпусах (оболочках). Контроллеры, выполняющие функции противоаварийной защиты (ПАЗ), как правило, физически отделены от контроллеров сбора данных и управления, что существенно повышает надежность выполнения наиболее критических операций. Кроме того, на особенно ответственных участках работы, например на установках комплексной подготовки газа, применяются стандартом де-факто троированные системы ПАЗ, обеспечивающие практически 100% надежность срабатывания противоаварийной защиты в случае чрезвычайных ситуаций [8].

Основные функции АСДУ делятся на четыре группы:

1. Информационные функции: сбор информации с аналоговых, дискретных и интеллектуальных датчиков, ручной ввод данных; обработка информации и расчет значений параметров и показателей по измеренным сигналам; обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений технологических параметров от регламентных норм, изменений состояния оборудования и локальной автоматики, срабатываний блокировок и защит; расчет средних и интегральных значений параметров за каждый астрономический час, сутки, месяц, год; отображение видеокадров (мнемосхемы, графики, таблицы) по объектам компании на экранах мониторов рабочих станций; защита информации от несанкционированного доступа; контроль и учет расхода газа и конденсата; контроль и учет наработки технологического оборудования; накопление истории протекания технологических процессов на срок не менее 30 суток; формирование и печать оперативных документов; обмен информацией между уровнями системы.

2. Управляющие функции: дистанционное управление технологическим оборудованием (насосы, запорная арматура, и т.п.); логическое управление технологическим оборудованием; регулирование технологических параметров.

3. Вспомогательные функции: диагностика состояния комплекса технических средств системы; самовосстановление работоспособности (перезапуск) ПТК системы при сбое электроснабжения; организация вычислительного процесса в отдельных устройствах и в системе в целом; оперативная параметризация (конфигурирование) системы при изменении объекта (градуировки датчиков, алгоритмов регулирования, управления, ПАЗ).

4. Функции подсистемы противоаварийной защиты (ПАЗ): блокировка технологического процесса и оборудования; аварийный останов технологических объектов в автоматическом режиме или по команде оператора при возникновении аварийных ситуаций.

Информация, собранная системами сбора и управления, передается через системы связи в АРМ оператора АСДУ. Применяемое в составе АРМ программное обеспечение АСДУ дает оператору необходимые средства для контроля и ведения технологических процессов. Это достигается посредством набора выводимых на экран АРМ мнемосхем вкупе с системой сигнализации аварийных и предаварийных состояний, что обеспечивает полную информированность о состоянии объектов. Также необходимо отметить, что программное обеспечение должно содержать механизм разделения прав доступа к АСДУ различных категорий сотрудников (операторов, технологов, программистов и т.д.).

Конфигурация средств представления информации в каждой конкретной АСДУ разная и зависит от технологической сложности и информационной емкости системы, а также требований заказчика. Она может включать в себя как один, два компьютера, так и целый парк компьютерной техники, включая, так называемую, видео стену, объединяющую несколько видео панелей в один большой экран, размеры которого ограничены только размерами стены, на которую крепятся панели. Технологическим развитием последнего станет «ситуационный центр», о целях и задачах которого было описано в [9].

Упомянутая информация далеко не единственная, которая жизненно необходима для эффективной работы автоматизированной системы управления предприятия, обычно называемых АСУП или ERP. В настоящее время в повестку дня поставлен вопрос создания полностью интегрированных систем управления предприятием. Одним из отличий такой системы является активное использование информации, поступающей по цепочке «датчик – АСУТП – АСДУ».

Автоматизированные системы, находящиеся на стыке АСУТП – ERP получили название MES-системы. В приложении к предприятиям добывающих отраслей основными функциями MES-системы являются функции учета продукции, например, объемов нефти, газа, учета энергозатрат – электричества, энергоносителей, учета рабочего времени и простоев и т.д. Уже сейчас разработчики АСУТП – АСДУ пытаются решить эту задачу путем сохранения подобной информации в формате коммерческих баз данных (ORACLE, MS SQL Server и др.) с возможностью доступа к ним со стороны корпоративной ERP. При всей простоте такое решение не может считаться ни оптимальным, ни тем более, универсальным. Кроме достаточной неповоротливости такого решения одним из аргументов против него может быть все возрастающее распространение в качестве корпоративных ERP интегрированных систем, таких как, SAP. В этом случае следует организовать информационные потоки без прямого использования коммерческих баз данных, для чего необходимо выбрать соответствующее программное обеспечение АСДУ, использующее базы данных реального времени, либо обменивающееся данными в понятном для обоих уровней формате XML. Рациональный выбор методов построения АСДУ может, в этом случае, стать основой обеспечения информационной стыковки АСУТП – ERP [10].

Таким образом, для предприятий нефтегазовой отрасли, особенно добывающих, отличающихся значительной территориальной разобщенностью объектов на месторождении, весьма актуально применение автоматизированных систем диспетчеризации и управления. Использование современных средств вычислительной техники, современных сетевых технологий в т.ч. радиосвязи и сотовой связи, позволяет дать диспетчеру своевременную оперативную информацию о состоянии производства, и возможность обеспечить надежную работу противоаварийных и противопожарных автоматизированных систем.

Список литературы:

1. Андреев А.М., Березкин Д.В., Самарев Р.С. Внутренний мир объектно-ориентированных СУБД // Открытые системы. СУБД. – 2001. – № 3. – С 44-54.

2. Андреев А.М., Березкин Д.В., Кантонистов Ю.А. Выбор СУБД для построения информационных систем корпоративного уровня на основе объектной парадигмы // Открытые системы. СУБД – 1998. – № 4-5. – С. 26-50.

3. Рушкин Е.И., Бондарев В.А., Семёнов А.С. Применение автоматической газовой защиты на подземном руднике по добыче алмазосодержащих пород // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5-1. – С. 229-231.

4. Семёнов А.С., Шипулин В.С. Использование газоаналитических систем нового поколения для защиты рудника // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6-3. – С. 480-484.

5. Апостолов A.A., Вербило A.C., Панкратов B.C. Автоматизация диспетчерского управления газотранспортным предприятием. – М.: ООО «ИРЦ Газпром», 1999. – 72 с.

6. Рушкин Е.И., Семёнов А.С., Саввинов П.В. Анализ применения протокола MODBUS для управления электроприводом на горных предприятиях // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11-12. – С. 2615-2619.

7. Бебихов Ю.В., Шевчук В.А. SCADA – системы // Наука и инновационные разработки – Северу / Сборник докладов под общей редакцией: А.А. Гольдман, И.В. Зырянов, И.С. Томский. – 2014. – С. 148-151.

8. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Структуры данных и алгоритмы: Пер. с англ.: учеб. пособие. – М.: Издательство «Вильямс», 2016. – 400 с.

9. Бернер Л.И. Современное состояние и перспективы развития автоматизированных систем управления технологическими процессами добычи и транспорта газа и конденсата. – М.: Информприбор, 1989. – Вып. 4. – 44 с.

10. Бернер Л.И., Богданов Н.К., Лыков А.Г. О решении задачи размещения оборудования при создании системы телемеханики нефтегазового промысла // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2003. – №5. – С. 34-36.