XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

Главнейшая направленность совершенствования измерений в автоматизированном предприятии это перенос к моторному мониторингу по метаболическим концепциям, 
к внедрению  непростых управляющих и информационно-измерительных схем (ИИС). В взаимосвязи с этим решительно повышается понятие математических оценок оптико-электронных каналов, недооценивающих геофизические классификации не только всех включённых в прецизионный телеканал энергоблоков, но и долговременные воздействия каналов друг-друг на друга-друга .
Организованность «Информационно-измерительной системы» включена в методический проект подготовленности экономиста по направлению 653800 - «Стандартизация, госрегистрация и метрология», квалификации 190800 "Картография и вычислительное предоставление", как как организовывает будущего программиста-бухгалтера к вынесению задач экспресс-анализа и фермента информационно-ззмерительных систем, знакомит с тонкостями биотехнологии, преобразования определяемых длин в буквенную структуру и трудностями вычислительного регулирования ИИС.
Изучение дисциплины основывается на знаниях, полученных в результате изучения дисциплин: "Высшая математика", "Информатика", "Физика", "Теоретическая метрология", "Методы и средства измерений, испытаний и контроля", "Метрологическое обеспечение", "Электротехника и электроника", "Автоматизация измерений и контроля", относится к группе специальных дисциплин и обеспечивает дальнейшую узкопрофессиональную подготовку инженера-метролога по специальности 190800 «Метрология и метрологическое обеспечение».

В результате изучения дисциплины студент должен иметь представление о проблемах системных измерений, особенностях построения информационно-измерительных систем и перспективах их формирования; знать и уметь использовать теоретические основы анализа и синтеза информационно-измерительных структур, организацию взаимодействия и передачи информации между структурными элементами информационно- оптико-электронных схем, а также способы обработки и отображения информации в ИИС.

На практических занятиях студент должен приобрести навыки проведения мониторинга качества ИИС и разработки радиометрического предоставления ИИС. Информационно-измерительные системы (ИИС). Назначение и виды ИИС

Информационно-измерительные системы (ИИС)

Измерительные информационные технологии являются помесью информационных нанотехнологий и выделяются из этого обширнейшего обилия тем, что носят бесспорный научно-познавательный характер и осуществляют специфические экзекуции, присущие только им.

Измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях. [3]

Примеры: 
1. Измерительная система теплоэлектростанции, позволяющая получать измерительную информацию о ряде физических величин в разных энергоблоках. Она может содержать сотни измерительных каналов.

2. Радионавигационная система для определения местоположения различных объектов, состоящая из ряда измерительно-вычислительных комплексов, разнесенных в пространстве на значительное расстояние друг от друга. 

Измерительная система — классификация определенным образом связанных между собой измерений и других конструкторско-технологических устройств (субстратов измерительной структуры ), — образующих измерительные каналы, реализующая процесс измерений и обеспечивающая полуавтоматическое (автоматизированное) предоставление измерений (выражаемых с поддержкой чисел или определённых им кодов) улучшающихся во времени и распределенных в пространстве физических размеров, характеризующих особые явления предмета измерений.

В итоге этого может отсутствовать фабричная нормативная и технологическая документация (технологические условия), регулирующая технические, в частности, метрологические предписания к ИИС как единому изготовлению. Соответственно появляются трудности с осуществлением испытаний для задач утверждения типажа.

Возможность становления, наращивания ИИС в процессе эксплуатации или способность изменения ее состава (структуры) в зависимости от задач эксперимента, по существу затрудняет или допускает регламентацию предписаний к таким ИИС в отличие от обыкновенных СИ, являющихся “завершенными” изделиями на момент выпуска их изготовителем.

Если структура СИ неизменна и условия его использования остаются одинаковыми на протяжении периода автоматизации, возможно предопределить модель типа “вход-выход”. Также, многоканальные сетевые СИ для измерения влажности серии 5150 корпорации СийаНие имеют нормированные МХ и, с точки зрения рекламодателя, не рассматриваются с институциональных позиций. Механизация также не обязательно связана со структурированностью СИ, трактуемого как структура. Компактный прибор, рассматриваемый как единое оборудование, может быть несильно автоматизированным.
Примером может быть современный аналоговой вольтметр, в котором есть в автоматическом порядке функции выбора принципа измерений, установления радиодиапазона измерений и периодической коррекции. Уточняющее противопоставление “система” указывает на целесообразность учета проблемы структуры СИ, даже в том случае, если оно трактуется одноканальным.

Развитие ИИС целесообразно рассматривать в двух аспектах: структурном и функциональном. Первый отражает интегрирование различных подсистем, широкое использование средств вычислительной техники, что приводит к возникновению систем с гибкой структурой. Второй аспект характеризует резкое возрастание числа функций, выполняемых системой. При этом центр тяжести переносится с измерительных функций на другие сопутствующие функции, связанные с использованием результатов измерений.

Таким образом, в ИИС измерение во все большей степени становится неразрывно связанным с другими функциями (логической обработки, анализа результатов измерений и др.) и его выделение не всегда возможно. Учитывая приведенные выше особенности ИИС можно дать два следующих определения ИС и ИИС в широком смысле. [3]

Наиболее крупной структурной единицей ИИС, для которой могут нормироваться метрологические характеристики (МХ), является измерительный канал (ИК). Он представляет собой последовательное соединение СИ, образующих ИИС (некоторые из этих СИ сами могут быть многоканальными, в этом случае следует говорить последовательном соединении ИК указанных СИ).

Такое соединение СИ, предусмотренное алгоритмом функционирования, позволяет выполнять законченную функцию от восприятия измеряемой величины до индикации или регистрации результата измерений включительно, или изменение его в сигнал, удобный для дальнейшего использования вне ИИС, для ввода в цифровое или аналоговое вычислительное устройство, входящее в состав ИИС, для совместного преобразования с другими величинами, для влияния на исполнительные механизмы.

Учитывая многоканальность ИИС, использование одних и тех же устройств в составе различных ИК, последние можно выделить зачастую только функционально и их конфигурация реализуется только программным путем. Протяженность ИК может составлять от нескольких метров до нескольких сотен километров. Число ИК-до нескольких тысяч. Информация от первичных преобразователей передается обычно при помощи электрических сигналов (реже - пневматических) — ток, напряжение, частота следования импульсов. В некоторых областях измерений современные первичные измерительные преобразователи имеют цифровой код. При большой протяженности ИК используются радиосигналы.

Часть ИИС после линий связи, соединяющих ее с первичными преобразователями, обычно называют измерительно-вычислительным комплексом (ИВК). Значительная часть современных ИВК строится на базе контроллеров, как правило, модульного исполнения, включающих в себя аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи, процессор, модули дискретной (бинарной) информации (входные и выходные), вспомогательные устройства. Состав, конфигурация, программное обеспечение ИВК конкретизируются с учетом специфики объекта.

При выпуске и при эксплуатации таких ИИС заранее неизвестны конкретные экземпляры приемной и передающей частей, которые будут работать совместно, тем самым отсутствует “стандартный” объект, для которого регламентируются МХ. Контроль и МО ИИС как целостного объекта затрудняет возможное использование изначальных измерительных преобразователей, встроенных в технологическое оборудование. Широкое использование в составе ИИС вычислительной техники выдвигает проблему аттестации алгоритмов обработки результатов измерений.

Особенности ИИС делают особенно актуальной для них проблему расчета МХ ИИС по МХ образующих их компонентов. Метод расчета МХ ИК ИИС существенно зависит от того, относятся ли образующие его СИ к линейным устройствам. Методы расчета нелинейных систем зависят от вида нелинейности, возможности расчленения СИ на линейную инерционную и нелинейную безынерционную часть и от других обстоятельств и отличаются большим разнообразием.

Назначение и виды ИИС

Основными признаками ИИС являются: область применения; способ комплектования; структура, виды входных сигналов; виды измерений; режим работы, функциональные свойства компонентов.

Сигналы на входе ИИС могут быть непрерывными или дискретными, детерминированными или случайными.

В зависимости от соотношения между скоростью изменения входных сигналов и инерционными свойствами системы различают два основных режима работы ИИС: статический и динамический. В динамическом режиме, инерционные свойства системы оказывают влияние на результат измерения.

Под компонентом ИИС понимают входящие в состав ИИС технические устройства, выполняющие одну из функций, предусматриваемых процессом измерений и преобразования измерительной информации в другие виды информации. В соответствии с функциями, компоненты подразделяют на измерительные, связующие, вычислительные и информационные.

Измерительный компонент ИИС- средство измерений: измерительный прибор, измерительный преобразователь, мера, измерительный коммутатор. [3]

Высокоточные компоненты по характеру функциональных преобразований подразделяются на аналого-цифровые и цифроаналоговые. А аналоговые компоненты могут быть линейными и нелинейными, аналого-цифровые по своей первозданности являются квантовыми устройствами.

Связующий компонент ИИС-техническое приспособление, либо часть окружающей адаптации, предназначенные для передачи с предельно возможными упрощениями сигналов, несущих информацию об измеряемой плотности, от одного фактора ИИС к другому.

Микропроцессорный компонент ИИС- электронное вычислительное приспособление (или его часть) вместе с программным обеспечением, выполняющее обязанность обработки (счисления) результатов слежений для получения условным путем результатов измерений, характеризуемых числом или надлежащим кодом.

Измерительный компонент ИИС-технологическое средство, отведённое для получения информации, хранения, внедрения и передачи.

С точки зрения информационной методики измерительных сооружений процесс измерения, выполняемый любым метрологическим устройством (включая достаточные действия индивидуума-оператора), заключается из ряда поэтапных преобразований информации об измеряемой конфигурации, проводимых до тех пор, пока она не будет показана в том виде, ради добывания которого и выполняется данное измерение. СИ рассматривается как телеканал приема (получения) и передачи информации(измерительной).

Таким образом, СИ и высокоточный компонент ИИС характеризуются разновидностью коммуникационного компонента.

Подсистема управления наливом в автоцистерны.

Данная подсистема предназначена для автоматизированного коммерческого учета и управления технологическими процессами при отпуске нефтепродуктов через топливораздаточные стояки налива в автоцистерны. Структурная схема подсистемы представлена на рис 1.3. [4]

Рис. 1.3 Структурная схема подсистемы.

Информационно-измерительная система нового поколения «Цифройл» для коммерческих расчетов нефти и нефтепродуктов

В рамках цифровизации нефтедобывающей отрасли, ключевую роль в экономике страны играет реформирование цифровых нанотехнологий, необходимо следить за всеми этапами добычи, нефтепереработки для постоянного мониторинга количества и свойства нефти и аммиаков.

Нефтегазовые компании всегда затрачивают – большое внимание вопросам учёта нефтепереработки и ведут постоянную деятельность по совершенствованию математического обеспечения систем учёта для повышения их производительности, достоверности и эффективности. Задача увеличения качества энергоносителей выпускаемых на нефтедобывающих заводах (НПЗ) неразрывно связана с совершенствованием схем контроля свойства нефти и энергоносителей для своевременного и неопровержимого предоставления данных системам управления сырьём и технологическими процессами.

До недавнего времени большую треть рынка сосредоточивали иностранные производители. По-видимому, в связи с объявленным Государством РФ на импорт замещение, а также с действующими санкциями со стороны США и республик Евросоюза появилась потребность в российских вычислителях расхода нефти и аммиаков с характеристиками, не хуже зарубежных прототипов. Данные обстоятельства послужили благоприятными причинами для разработки и начала на рынок инновационного производителя расхода нефтепродуктов «ЦифрОйл».

Назначение

Вычислитель расхода «ЦифрОйл» предназначен для вычисления расхода и количества сырой и товарной нефти и нефтепродуктов, таких как:

нефть;

бензин;

газовый конденсат;

топливо, занимающее по плотности промежуточное место между бензином и керосином;

топливо для реактивных двигателей, керосин для реактивных двигателей, авиационное реактивное топливо ДЖЕТ А, керосин;

дизельное топливо, печное топливо, мазут; 207

смазочное масло нефтяного происхождения, полученное из дистиллятных масленых фракций с температурой кипения выше 370 °С.[2]

Области применения

Вычислитель совместно с первичными преобразователями расхода, давления, 
температуры, плотности и влажности может использоваться на предприятиях добычи, 
транспортировки, переработки и хранения нефти и нефтепродуктов. [2]

в составе СИКН/СИКНП

в системах технического учета.

Преимущества

Традиционные системы сбора и переработки информации (Глонасс) СИКН являются 2-х уровневыми: средний (вычислитель и ПЛК) и нижний уровень . Процессор расхода «ЦифрОйл» позволяет пересмотреть классическое представление о СОИ СИКН (процессор + компьютер), т.к. объединяет в одном приборе системы:

• вычислителя;

• ПЛК;

• АРМ оператора;

• сайта единого времени. В отличии от иных вычислителей, «ЦифрОйл» самодостаточен:

• оснащен цветным сенсорным монитором, обеспечивающим выведение информации и управление исполнительным электрооборудованием СИКН;

• есть модуль памяти, реализующий хранение быстротекущих и ретроспективных развед-данных в течение продолжительного времени (от четырёх лет);

• имеет порт для связи с принтером, что гарантирует печать отчетных документов;

• опционально может быть оснащён приемником (спутником) временной активации и выполнять подсистемы Сервера единого времени, что позволяет осуществлять корректировку системного времени, как своего, так и провайдеров сети, достигая точности активации 10 мкс (при применении сигнала 1PPS) и 10 мс (при применении данных ГЛОНАСС/GPS);

• имеет высокую точность. Широкодиапазонные емкостные датчики уровня для широкого класса жидкости.

Функции

Основные системы вычислителя:

• сбор и обработка информации от датчиков расхода, температуры, давления, плотности, влагосодержания и вязкости;

• контроль достоверности принимаемой информации по граничным значениям, скорости изменения и по другим критериям;

• вычисление параметров учёта нефти/нефтепродуктов и приведение к стандартным условиям в соответствии с ГОСТ Р 8.595 и Р 50.2.076;

• вычисление итоговых данных за отчетные интервалы времени (2 часа / смену / сутки) и формирование текущих отчетов;

• отображение параметров на встроенном сенсорном цветном дисплее в виде мнемосхем, графиков и таблиц;

• формирование журнала аварийных событий, в том числе регистрация изменений констант, настроек и конфигурации;

• регистрация событий и формирование протокола сообщений;

• разграничение прав доступа по паролям;

• коррекция системного времени;

• передача данных на верхний уровень;

• автоматизированное выполнение КМХ;

• формирование протоколов поверки и КМХ;

• формирование актов приема-сдачи, паспортов качества нефти/нефтепродуктов;

• возможность подключения резервируемых датчиков с автоматическим переключением в случае неисправности;

• поддержка 100% «горячего» резервирования вычислителей;

• управление электрозадвижками и насосами узла учёта;

• управление отбором проб.[2]

Основными принципами при разработке процессора расхода «ЦифрОйл» являлись: открытость, способность его дальнейшего становления, наращивание новейших функций. Под этим догадывалась поддержка типовых протоколов (RS-485, TCP/IP, Modbus, OPC и др.), пластичная настройка системы, дружественный клиентский интерфейс, способность взаимодействия с иными системами, и модульность, позволяющая заменять, дополнять, усовершенствовать как программное обслуживание, так и любые типовые единицы электрооборудования.

Вычислитель расхода «ЦифрОйл» является ценным источником данных, которые могут быть использованы при решении разнообразных информационных задач. Например, оценка объема добычи, балансовые задачи, расчет себестоимости подготовки товарной нефти и т.д.

Информационные задачи, решаемые АИС

Информационное обеспечение нефтедобывающего предприятия охватывает весьма широкий круг задач, специфика которых определяется в первую очередь тем, что предприятие, являясь основным элементом отрасли, находится на самостоятельном балансе, имеет свои органы планирования, свои формы учета и отчетности.

Классификация информационных задач может осуществляться по различным признакам (по функциям управления, по типовым процедурам обработки данных и др.). Но рассмотренные классификации обладают существенными недостатками, заключающимися в большом числе групп, недостаточном учете специфики автоматизированных информационных систем и т.д.

Поэтому была предложена комбинированная классификация, предусматривающая разбиение всего множества информационных задач на группы:

Задачи контроля процесса разработки нефтяных месторождений;

Технологические задачи;

Отчетно-статистические задачи;

Задачи планирования и прогнозирования;

Вспомогательные задачи.[1]

Для повышения окончательной нефтеотдачи пластов, увеличения темпа разработки, приобретения минимальной себестоимости добычи нефти, осуществляют регулирование реализации месторождений. Но эффективное регулирование процесса невозможно без надлежащего контроля за модуляцией показателей добывания нефти.

На автоматизированную информационную систему должно быть возложено урегулирование следующих целей контроля процесса разработки нефтехимических месторождений:

Описание скорости внедрения водонефтяного контакта (ВНК), создание карты ВНК и карты обводнения залежи.

Фильтрация результатов обследования эксплуатационных и нагнетательных скважин и определение параметров проницаемости, гидропроводности и остальных параметров пласта и скважины.

Также структура может продуктивно использоваться для понятия характера разделения пластового сдавливания, для построения карт изобар и так д.

Решение технических задач гарантирует более оперативное получение абсолютной и достоверной информации, характеризующей работу системы вывоза и транспорта нефтепереработки, установки организации нефти, подсистемы поддержания пластового давления. Такие схемы представляют собой сложнейшие комплексы систем и коммуникаций, рассредоточенных на большой площади и связанных гидродинамически в единую систему. В процессе администрирования такими системами меньшее значение приобретают задачи минимизации энергетических расходов. АИС должна гарантировать доставку целесообразной информации и принятие таких задач.

Сверхзадачи планирования и моделирования, решаемые схемой, представляют в нужные сроки необходимые базовые данные, на структуре которых могут быть выработаны перспективные и быстротекущие планы горнодобывающего предприятия. Например важными сверхзадачами этой группы являются перспективное прогнозирование нефтедобычи, воды и нефть по месторождению, планирование добычи нефтепереработки, задачи повышения эффективности производства и определения потребности в материальных энергоресурсах.

Целый ряд задач отнесен к группе вспомогательных. Информация, накапливаемая системой, характеризует объекты, работа которых во многом подвержена воздействию многочисленных случайных факторов. Поэтому для выявления закономерностей, использование которых повысит эффективность управления предприятием, должна использоваться обобщающая обработка накапливаемой информации. Для этого АИС снабжается алгоритмами статистической обработки нефтепромысловой информации.

Требования к современной АИС

Внедрение АИС на нефтеперерабатывающем предприятии сопряжено со значительными затратами, так как необходимо, чтобы эта система соответствовала современным требованиям.

Раздел «Требования к системе» состоит из подразделов:

Требования к системе в целом;

Требования к функциям, выполняемой системой;

Требования к видам обеспечения.[1]

В 1-м подразделе указывают требования к структуризации и функционированию системы,

численности и компетентности персонала, соблюдения к эргономике, защищенности, безопасности, эксплуатации системы. Фигурируют все требования к поддержке информации от несанкционированного доступа, воздействия внешних факторов и сохранности при поломках. Также излагаются соблюдения к патентной чистоте, стандартизации и универсализации и т.д.

Во 2-м подразделе приводят список функций и задач, выполняемых в каждой подсистеме, характеристики времени (периода) и точности реализации каждой функции, задачи или комплекса задач, предписания к качеству их выполнения, достоверности и структуре представления выходной информации. Задают также набор и критерии отказов для каждой регуляции.

В 3-м подразделе излагают предписания к информационному, культурологическому, математическому, мультимедийному, техническому, измерительному, организационному, методическому и другим видам обеспечения.

Другим видом современного и отвечающего требованиям надежности оборудования для учета нефтепродуктов являются турбинные счетчики. Их неоспоримым достоинством является то, что, несмотря на сравнительную простоту исполнения, они могут обеспечивать высокую степень точности измерений –соответствуют классу точности 0,15. Кроме того, современные производители по требованию заказчика могут обеспечить нижний предел рабочей температуры таких счетчиков -500С и ниже. [5]

Принцип работы турбинных счётчиков заключается в том, что скорость вращения ротора турбинного преобразователя расходов (ТПР) бесконтактно преобразуется в электрический радиосигнал с частотой, соразмерной скорости вращения и, соответственно, объёмному расходу этой жидкости.

Бесспорным удобством при применении счетчиков такого рода является возможность хранения информации в собственной памяти прибора, при этом в конфигурацию самого счетчика могут входить сенсоры, обеспечивающие вывод информации и ее хранение на компьютере.

Заключение

Таким образом, ИИС, работающая совместно с АСУ ТП, на нефтеперерабатывающих предприятиях повышает эффективность деятельности и доходов, осуществляя точный мониторинг нефтепродуктов, отслеживание операций, повышение оперативности и достоверности данных. В данной работе была рассмотрена ИИС мониторинга, приемки и сбыта нефтепродуктов для вычислителя «Цифройл». ИИС позволяет проводить удаленное управление и контроль за техническим процессом приема и пуска горючесмазочных материалов (ГСМ) из главного офиса. Также в связке с АСУ ТП есть возможность узнать остатки в резервуарах, приходы, расходы и любую иную отчетность в режиме реального времени. Итогом работы ИИС является благополучное функционирование госпредприятия, повышение продуктивности, грамотное решение многих сверхзадач, минимизация затрат, улучшение качества продукции, повышение безопасности.

Список литературы

Автоматизированные информационные системы на нефтеперерабатывающих предприятиях https://scienceforum.ru/2021/article/2018023869 ( Дата обращения 03.12.20)

Информационно-измерительная система нового поколения «Цифройл» для коммерческих расчетов нефти и нефтепродуктов https://www.krug2000.ru/pdf/izmeritelnaja-sistema-cifroil-dla-rascheta-nefti-pgu-2020.pdf ( Дата обращения 03.12.20)

Измерительные информационные системы https://www.myunivercity.ru/ ( Дата обращения 03.12.20)

Годнев А.Г., Зоря Е.И., Несговоров Д.А., Давыдов Н.В. Коммерческий учет товарных потоков нефтепродуктов автоматизированными системами. Учебное пособие–М.: МАКС Пресс, 2008–426 с.

Система учета нефтепродуктов на https://yandex.ru/clck/jsredir?bu=5zzba0&from=yandex.ru%3Bsearch%2F%3Bweb%3B%3B& (Дата обращения 03.12.20)

Код для цитирования: Скопировать