Регулятор потока газа

РАЗРАБОТКИ
НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
РЕГУЛЯТОР ПОТОКА ГАЗА
Ефим Кац, Сергей Леванов
Рассматривается опыт разработки технологического оборудования со встроенным контроллером,
на базе которого организуется автоматизированный технологический комплекс для управления
большими потоками газа.
C
oздание высоконадежного
технологического обору
дования – сложная и акту
альная задача. Современ
ное ее решение заключает
ся во включении в состав
оборудования управляющей им систе
мы и в обеспечении интегрирования
этой управляющей системы в единую
систему управления цехом, производ
ством, предприятием.
Примером создания технологичес
кого оборудования со встроенной уп
равляющей системой является разра
ботка полнопроходного регулятора по
тока газа с условным проходом от 300
до 1200 мм. Схема регулятора приведе
на на рис. 1.
В качестве исполнительного устрой
ства может быть использован любой
кран, имеющий двухсторонний пневмо
или гидропривод с блоком управления
типа БУЭП160/8. На кран устанавлива
ются специально разработанный дат
чик угла поворота затвора и общепро
мышленные датчики давления до и пос
ле крана. Основные функции управле
ния осуществляются с помощью сило
вого блока и управляющего устройства.
Для поворота затвора крана исполь
зуется энергия природного газа. Рабо
чим агентом (энергоносителем) явля
ется жидкость (масло с низкой темпе
ратурой застывания). Силовой блок, со
стоящий из двух аккумуляторов и сис
темы клапанов, преобразует энергию
природного газа в энергию гидравли
ческого носителя, а также осуществляет
блокировку самопроизвольного враще
ния затвора.
Силовой блок управляется микро
процессорным устройством, которое
Рис. 1. Схема регулятора потока газа
66
следит за изменением давления (расхо
да) газа и по специальному алгоритму
производит расчет угла, на который
нужно «довернуть» затвор крана, чтобы
достичь заданного показателя. Управ
ляющее устройство подает соответ
ствующие сигналы на клапаны силово
го блока, полностью реализуя логику
управления краном и перезарядки акку
муляторов силового блока.
Управляющее устройство может ра
ботать как самостоятельно, так и под
управлением операторатехнолога, что
позволяет дистанционно осуществлять
задание режимов и контроль за процес
сом регулирования. При этом управля
ющее устройство может работать в ак
тивном режиме – независимо от веду
щего компьютера – и в пассивном ре
жиме, отрабатывая поступающие от
компьютера команды.
Управляющее устройство, встраивае
мое в технологическое оборудование,
должно обладать высочайшей надеж
ностью, поэтому за основу были выбра
ны готовые компоненты MicroPC фир
мы Octagon Systems, удовлетворяющие
международному стандарту качества
ISO 9001. Все компоненты имеют пони
женное энергопотребление, поэтому
не требуют принудительного охлажде
ния, что в совокупности с широким
температурным рабочим диапазоном
элементов обеспечивает необходимые
технические характеристики. Четырех
точечное крепление плат поддержива
ет работоспособность устройства при
1/97
(C) 1997 CTA
Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru
РАЗРАБОТКИ
НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Рис. 2. Организация устройства
управления
матическая загрузка операционной
системы, совместимой с MSDOS. Созда
ние прикладного программного обес
печения может осуществляться на пер
сональном компьютере, после чего от
лаженные программы загружаются в ус
тройство дистанционно через последо
вательный интерфейс. После переноса
программ устройство автоматически
перезапускается.
В настоящее время система управле
ния потоком газа реализуется для уп
равления отбором газа из подземного
хранилища газа (ПХГ) предприятия
Югтрансгаз.
Характерной особенностью данной
системы является регулирование пото
ка по расходу, который измеряется ши
роко распространенным в газовой про
мышленности вычислителем Superflo.
Данные с вычислителя расхода, посту
пающие на АРМ операторатехнолога,
ретранслируются в управляющее ус
тройство (контроллер) и используются
им для осущес
твления процесса
регулирования.
Вычислители рас
хода подключают
ся к ПЭВМ через
последователь
ный интерфейс
RS232. Схема со
единения отдель
ных компонентов
комплекса показа
на на рис. 3.
Следует отме
тить, что рассмат
риваемая система
является частным
случаем. Общая
схема системы уп
Рис. 3. Схема соединения отдельных компонентов комплекса регулирования
равления цехом
потока газа
(производством),
перегрузке до 5g, при вибрации
и 20g при ударе. Блоксхема ус
тройства управления показана
на рис. 2.
Использование компонентов
Micro PC позволяет эксплуатиро
вать устройство управления как
на открытом воздухе, так и в по
мещениях при температуре окру
жающего воздуха от 45°С до
+60°С, при относительной влаж
ности до 98% при 35°С.
Конструктивные
решения
обеспечивают его эксплуатацию
во взрывоопасных зонах открытых пром
площадок и в помещениях классов В1а,
В1г (ПУЭ), где возможно образование
взрывоопасных смесей категорий 11А,
11В групп Е1Т3 согласно ГОСТ
12.1.01178.
Вид взрывозащиты – взрывонепро
ницаемая оболочка по ГОСТ 22782.681.
Выходы на разъемы для подключения
специальных датчиков и других взры
вонезащищенных устройств могут быть
выполнены искробезопасными цепями
по ГОСТ 22782.578.
Управляющее устройство по своей
архитектуре совместимо с IBM PC и
имеет в своем составе полупроводнико
вый диск на базе ППЗУ, с которого при
включении питания происходит авто
Рис. 4. Общая схема системы управления производством
1/97
(C) 1997 CTA
67
Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru
РАЗРАБОТКИ
НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
состоящим из совокупности техноло
● обмен информацией с вычислителем
● редактор базы аналоговых датчиков;
гических устройств со встроенными
расхода газа и модемом,
● редактор базы по вычисляемым пара
контроллерами, показана на рис. 4. В
● хранение ретроспективных значений
метрам;
основу построения системы положена
измеряемых параметров,
● редактор базы дискретных датчиков;
сетевая организация.
● ведение журнала событий.
● программа просмотра мнемосхем;
Как видно из рисунка, контроллеры
Работа этих подзадач организована в
● программа просмотра таблиц;
образуют стандартную локальную вы
виде циклической бесприоритетной
● редактор мнемосхем;
числительную сеть, к которой подклю
очереди. При этом каждая из подзадач
● редактор таблиц;
чаются автоматизированные рабочие
выполняется по фазам, что исключает за
● программа просмотра ретроспекти
места (АРМ). Количество АРМ и кон
держки в процессе работы.
вы в памяти;
троллеров может не совпадать. Пара
Программа регулирования использует
● программа просмотра ретроспекти
метры сети соответствуют стандарту
настройки и информацию о датчиках,
вы на диске;
Ethernet.
записанные в энергонезависимое ОЗУ.
● программа отображения и управле
В нормальной ситуации контроллер
Обмен данными с другими узлами сети, с
ния процессом регулирования;
является пассивным элементом, сооб
Superflo, с удаленными объектами через
● программа регистрации оператора.
щающим текущие значения парамет
модемную связь осуществляется в фоно
Все программные модули интерфейса
ров процесса и данные о своей на
вом режиме (по прерываниям).
между человеком и машиной объедине
стройке в ответ на адресные запросы
Программное обеспечение АРМ опе
ны в единую интегрированную среду с
со стороны АРМ. В аварийной ситуа
раторатехнолога в настоящее время
помощью программыдиспетчера, что
ции при выходе отдельных параметров
работает под управлением DOS и состо
обеспечивает дополнительные удобства
за уставки контроллер осуществляет
ит из трех основных компонентов.
при работе с системой.
широковещательную трансляцию ин
1. Коммуникационная программа ре
3. Комплекс сервисных программ
формации, которую получают все АРМ
ализована в виде загрузочного модуля,
включает в себя программу создания
и контроллеры, подключенные к ло
который постоянно находится в памяти
файлов хранения ретроспективы и про
кальной сети.
и работа которого синхронизирована с
грамму создания списка операторов.
Для работы на уда
На рис. 5 пред
ленных объектах оп
ставлена
видео
ределенные модифи
грамма отображе
кации контроллеров
ния и управления
имеют модемы и пе
процессом регули
редают информацию
рования.
по телефонным кана
В перспективе в
лам. При необходи
качестве программ
мости как к контрол
ного обеспечения
лерам, так и к АРМ в
АРМ может быть
качестве внешнего
использован уни
устройства
может
фицированный
подключаться один
пакет Genesis или
или несколько вы
Трейс Моуд.
числителей расхода
В настоящее вре
газа типа Superflo.
мя автоматизиро
Реализация
рас
ванный техноло
пределенной систе
гический комплекс
мы на промплощадке
для управления по
позволяет
сущес
током газа прошел
твенно повысить на
полигонные испы
дежность объекта за
тания и подготов
счет тщательной за
лен к монтажу на
щиты ограниченного Рис. 5. Видеограмма отображения и управления процессом регулирования
Елшанском
ПХГ
числа информацион
предприятия Юг
ных и силовых кабелей, обеспечения
прерываниями интервального таймера.
трансгаз для проведения ведомствен
живучести системы в «особых» ситуа
Программа осуществляет взаимодейст
ных испытаний и работы в реальной
циях.
вие с управляющим устройством (кон
системе управления отбором газа из
троллером MicroPC), вычислителем
Тульского горизонта. ●
расхода газа Superflo и с вышестоящей
Программное обеспечение
системой через модемную связь. Кроме
того, программа выполняет функции
Программное обеспечение контрол
менеджера памяти и управляет обме
лера автоматически загружается при
ном данными с другими компонентами
включении питания и реализует следу
программного обеспечения.
ющие функции:
2. Комплекс программ, обеспечиваю
● опрос датчиков,
щий взаимодействие пользователя с ап
● регулирование в соответствии с за
паратурой, реализован в виде следую
данным алгоритмом,
щих автономных модулей:
● обмен информацией с АРМ,
68
1/97
(C) 1997 CTA
Тел.: (095) 2340635 Факс: (095) 3303650 http://www.cta.ru