Модернизация АСУТП в рамках реконструкции электроснабжения и системы автоматизации с заменой приборного парка на НПС «Степное» KazTransOil

Согласно проекту и разработанным техническим решениям по контролю параметров и по управлению оборудованием, были выполнены пуско-наладочные работы, с последующим вводом в эксплуатацию всего комплекса АСУТП. Структура реконструируемой АСУТП на НПС «Степное» включает в себя три уровня управления:

• «Первый уровень» - КИП, исполнительные механизмы запорной арматуры, насосов и вентиляторов технологических объектов НПС, оповещатели, кнопки.
• «Второй уровень» - система автоматизации и система безопасности (ПАЗ, ГС, АСПТ), реализуемые на резервируемом ПЛК S7-400Н и станции распределенного ввода/вывода ЕТ200М фирмы Siemens.
• «Третий уровень» - СДКУ, включающая уровни МДП, ЦДП и ГДУ, позволяющая дистанционно контролировать и управлять технологическим оборудованием.

Для сбора и хранения информации предусмотрен Сервер СДКУ с программным обеспечением WINCC OA.

Также в Операторной установлено автоматизированное рабочее место (АРМ1 и АРМ2) оператора.

Система АТХ по проекту обеспечивает:

• измерение давления и температуры нефти в заданных точках;
• измерение температуры 
• измерение уровня в 
• измерение давления 
• измерение мощности 
• управление и сигнализация о положении задвижек;
• управление и сигнализация о состоянии насосов;
• сигнализация уровня в емкостях для сброса давления;
• сигнализация о проникновении в КТП, ДЭС и шкафы SCADA;
• сигнализация о максимальной температуре в шкафах;
• контроль напряжения в шкафах SCADA;
• контроль состояния КТП и ДЭС.

Автоматизация

Целью создания системы автоматизации на НПС «Степное» является:

• обеспечение уровня надежности и безопасности при эксплуатации технологических объектов;
• круглосуточное и непрерывное поддержание заданных режимов функционирования;
• обеспечение точной и достоверной информацией о ходе технологического процесса и состояния оборудования, необходимой и достаточной для принятия правильных и своевременных решений по управлению.
• обеспечение перехода к малолюдной технологии согласно технического проекта «Модернизация иерархической системы SCADA, с внедрением уровня управления режимами работы нефтепроводов, включая модернизацию систем автоматизации и систем безопасности станционных объектов ЦА с переходом к малолюдной технологии»

Назначение системы

Назначением создания системы автоматизации является реконструкция системы автоматизации (раздел АТХ), системы безопасности (разделы ПАЗ, ГС, АСГПТ) и системы коммерческого учета электроэнергии (раздел АСКУЭ).

Цель создания системы

Целью создания системы автоматизации на НПС «Степное» является:

• обеспечение уровня надежности и безопасности при эксплуатации технологических объектов;
• круглосуточное и непрерывное поддержание заданных режимов функционирования;
• обеспечение точной и достоверной информацией о ходе технологического процесса и состояния оборудования, необходимой и достаточной для принятия правильных и своевременных решений по управлению.
• обеспечение перехода к малолюдной технологии согласно технического проекта «Модернизация иерархической системы SCADA, с внедрением уровня управления режимами работы нефтепроводов, включая модернизацию систем автоматизации и систем безопасности станционных объектов ЦА с переходом к малолюдной технологии»

Описание СА и ПС

В настоящее время автоматизация технологических объектов НПС «Степное», выполненная на релейно-блочных схемах, морально и физически устарела (год введения в эксплуатацию - 1986). Существующая АСУТП обеспечивает контроль и управление технологического оборудования, визуализацию параметров системы на шкафах в блок-боксе оборотного водоснабжения, пенотушения и на стендах в операторной. Однако существующие СА и СБ не отвечают требованиям СТ АО 38440351-4.014-2010 «Магистральные нефтепроводы. Автоматизированная система управления технологическими проектами» по составу КИП и их характеристикам, реализации систем автоматизации и безопасности на ПЛК и функциям ЧМИ. На НПС «Степное» выполнена реконструкция СА для котельной (проект НПС «Степное». Интерфейс системы автоматики котельных с SCADA по Восточному филиалу») и система водоснабжения (проект НПС «Степное»), (Строительство водовода от канала им. К. Сатпаева»). Данные СА будут интегрированы в создаваемую АСУТП.

ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ ПО СИСТЕМЕ АСУ ТП

Решения по структуре и функционированию

Структура реконструируемой АСУТП на НПС «Степное» включает в себя три уровня управления:

• «Первый уровень» - КИП, исполнительные механизмы запорной арматуры, насосов и вентиляторов технологических объектов НПС, оповещатели, кнопки.
• «Второй уровень» - система автоматизации и система безопасности (ПАЗ, ГС, АСПТ), реализуемые на резервируемом ПЛК.
• «Третий уровень» - СДКУ, включающая уровни МДП, ЦДП и ГДУ.

Реконструкция системы автоматизации предполагает замену оборудования АСУТП на уровне МДП, для обеспечения защиты, контроля и управления технологическим оборудованием объектов НПС «Степное», а так же для дистанционного контроля и управления технологическим оборудованием с вышестоящего уровня управления ЦДП.

Решения по надежности

Решения по надежности определяются, как совокупность количественных и (или) качественных требований к безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохранности, выполнение которых обеспечивает эксплуатацию изделий с заданными показателями эффективности и безопасности.

Типичными критериями отказов являются:

• прекращение выполнения изделием заданных функций; снижение качества функционирования (производительности, мощности, точности, чувствительности и других параметров) за пределы допустимого уровня;
• искажения информации (неправильные решения) на выходе изделий из-за сбоев;
• внешние проявления, свидетельствующие о наступлении или предпосылках наступления неработоспособного состояния (шум, стук в механических частях изделий, вибрация, перегрев, выделение химических веществ и т.п.).

Для обеспечения отказоустойчивости и непрерывного функционирования КТС реконструируемой системы автоматизации НПС «Степное» должны быть обеспечены следующие условия:

• резервирование серверов СДКУ и ПЛК;
• резервирование электропитания с использованием ИБП, способного обеспечить функционирование КТС СДКУ и ПЛК в течение 3 часов;
• круглосуточное архивирование сервером ввода/вывода СДКУ данных;
• использование резервированных массивов жестких дисков для серверов;
• наличие системы оперативной и автономной диагностики оборудования;
• обеспечение информационной, функциональной и временной избыточностью.
• использованием полевого оборудования в соответствии с категорией взрывоопасности и типом технологического процесса.

Согласно СТ АО 38440351-4.014-2010 наработка электронных устройств на отказ должна быть не менее 100 000 часов.

Решения по техническому обеспечению АСУ ТП

Комплекс технических средств обеспечивает реализацию всех проектируемых функций системы.

В состав КТС НПС «Степное» входят следующие:

• датчики и исполнительные механизмы;
• ПЛК СА и СБ;
• сервер СДКУ, встроенные базы данных реального времени;
• АРМ операторов;
• средства звуковой и световой сигнализации для привлечения внимания персонала к опасным ситуациям;
• сетевое оборудование;
• средства синхронизации времени и т.д.

Интеллектуальные контрольно-измерительные приборы, входящие в состав системы автоматизации на НПС «Степное», все взрывозащищенного/ искробезопасного исполнения, имеют сертификаты соответствия, промышленной безопасности и другие сертификаты, допускающие к применению оборудование в категорийных зонах.

Решения по электроприводам запорной арматуры.

Технические характеристики приводов запорной арматуры соответствуют “Техническим требованиям к электрической части интеллектуальных электроприводов”, направленные письмом ЦА исх. №21-12/1264 от 25.02.2014г. Проектом выполнено подключение приводов к контроллеру по дискретным сигналам и предусмотрена возможность управления по протоколу Profibus DP.

Для задвижек в СДКУ предусмотрен следующий объем информации:
Состояние:
- открыта;
- закрыта;
- неисправность;
- движение/стоп;
- ключ «Дист»/ «Мест».
Управление:
- открыть;
- закрыть;
- стоп.

Для задвижек в ПАЗ предусмотрен следующий объем информации:
Состояние:
- сигнализация о состоянии запорной арматуры.
Управление:
- аварийное закрытие/открытие.

Решения по системе автоматизации

СА обеспечивает рациональную работу технологических процессов НПС «Степное».

Локальные автоматические системы управления технологическим оборудованием обеспечивают:

• измерение технологических параметров;
• автоматическое отключение оборудования при достижении параметрами предельных значений;
• контроль состояния оборудования;
• управление и регулирование отдельных технологических параметров объекта.

При реконструкции системы автоматизации учтены следующие требования к ПЛК согласно СТ АО 38440351-4.014-2010:

• система автоматизации для всех проектируемых технологических сооружений выполнена на базе резервируемых ПЛК;
• программируемые логические контроллеры поддерживают одновременное выполнение функций противоаварийной защиты и обеспечения безопасности, а также стандартных функций управления;
• при отказе основного ПЛК переход на резервный, осуществляется автоматически без какой либо, даже кратковременной потери данных с поля, в СДКУ формируются сообщения о факте и причине перехода на резервный ПЛК;
• резерв по каналам модулей входов/выходов принят более 10%.

По проекту разработаны технические решения по контролю параметров и по управлению оборудованием, которое осуществляется контроллером Simatic S7-400Н фирмы Siemens. Контроллер S7-400Н и станция распределенного ввода/вывода ЕТ200М Так же в Операторной предусматривается установка автоматизированного рабочего места (АРМ1 и АРМ2) оператора (учтены в разделе АПСиЭ). Для сбора и хранения информации предусмотрен Сервер СДКУ (существующий) с программным обеспечением WINCC OA. 

- измерение давления и температуры нефти в заданных точках;
- измерение температуры КТП и ДЭС;
- измерение уровня в дренажной емкости и емкостях для сброса давления;
- измерение давления на входе/выходе фильтров-грязеуловителей;
- измерение мощности в ячейках ПС 35/10кВ;
- управление и сигнализация о положении задвижек;
- управление и сигнализация о состоянии насосов;
- сигнализация уровня в емкостях для сброса давления;
- сигнализация о проникновении в КТП, ДЭС и шкафы SCADA;
- сигнализация о максимальной температуре в шкафах;
- контроль напряжения в шкафах SCADA;
- контроль состояния КТП и ДЭС.

Решения по системе ПАЗ

Система ПАЗ выполнена на основании НД, указанной в пунктах 56, 77-82 (п.1.5 «Источники разработки»), а также обеспечивает перевод технологического оборудования в безопасный режим при активизации общестанционных защит и (или) возникновения аварийной ситуации.

При реконструкции системы безопасности учитывались следующие требования к ПЛК согласно СТ АО 38440351-4.014-2010:

• система ПАЗ для всех проектируемых технологических сооружений выполнена на базе отказоустойчивых, резервируемых ПЛК СА;
• программируемые логические контроллеры поддерживают одновременное выполнение функций противоаварийной защиты и обеспечения безопасности, а также стандартных функций управления;
• при отказе основного ПЛК переход на резервный, осуществляется автоматически без какой либо, даже кратковременных потерь данных с поля, в СДКУ сформированы сообщения о факте и причине перехода на резервный ПЛК;
• для обеспечения поддержки функций противоаварийной защиты использованы модули ввода/вывода, предназначенные для системы безопасности;
• резерв по каналам модулей входов/выходов принят более 10%;

В системе ПАЗ предусмотрена функция останова станции посредством одной кнопки, расположенной на площадке НПС, с функцией положения и предусмотрен алгоритм перевода основного технологического оборудования в безопасное состояние.

Решения по системе АПСиЭ

Реконструируемая система АПСиЭ предназначена для обнаружения пожара в начальной стадии развития на технологических объектах НПС «Степное» с последующей передачей сигналов на запуск системы оповещения и управляющих сигналов на запуск технологического оборудования, участвующего в системе установки пожаротушения.

Система пенотушения и водотушения реализована на отдельном ПЛК. Пожарная панель установлена в операторной с выдачей сигнала о пожаре на ПЛК системы АПСиЭ, а также в КПП.

В ПЛК системы ПАЗ передается дискретный сигнал о пожаре с ПЛК системы АПСиЭ.

Согласно Технический регламента «Требования по оборудованию зданий, помещений и сооружений системами автоматического пожаротушения и автоматической пожарной сигнализации, оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре» и СН РК 2.02-11-2002 в операторной предусмотрена:
а) световая и звуковая сигнализация:
- о возникновении пожара (с расшифровкой по направлениям или помещениям в случае применения адресных систем пожарной сигнализации);
- о срабатывании установки (с расшифровкой по направлениям или помещениям);
б) световая сигнализация:
- о наличии напряжения на основном и резервном вводах электроснабжения;
- об отключении звуковой сигнализации о пожаре (при отсутствии автоматического восстановления сигнализации);
- об отключении звуковой сигнализации о неисправности (при отсутствии автоматического восстановления сигнализации);

Система Автоматической пожарной сигнализации и электроуправления включает в себя:
- Пожаротушение;
- Пожарную сигнализацию.

Пожаротушение

По проекту разработаны технические решения по контролю параметров и по управлению оборудованием, которое осуществляется контроллером SIMATIC S7-300 CPU 315-2 PN/DP фирмы Siemens, установленным в шкафу СБ-1. Шкаф СБ-1 расположен в Операторной.

Пожарная сигнализация.

В проекте заложены входные/выходные модули FDCIO222, FDCIO223, дымовой детектор OP720, тепловые извещатели OOH740-А9-Ex, тепловой детектор HI720, ручной извещатель FDM224, ручной пожарный извещатель FDM223-Ex фирмы Siemens.

В качестве светозвуковой сигнализации и табло «Выход» предусмотрены взрывозащищенные ПГ3-СИРЕНА, ПГСК02 и ПГС-ИТ35 фирмы Cortem. В качестве датчиков пламени в проекте выбран трехканальные ИК-датчики SharpEye 40/40I фирмы SPECTREX INC.

Ручные пожарные извещатели установить на высоте 1,5м от пола, дымовые/тепловые устанавливаются на потолке. Табло на высоте 2,2м, сирена - 2,5м.

Также по проекту предусмотрена пожарная панель управления FC724-ZA фирмы Siemens, которая установлена в Операторной. От пожарной панели сигналы о пожаре передается в шкаф СБ-1 (См. структурную схему 4/19-02.2-АПСиЭ.С1.М). В КПП предусмотрен пожарный пульт управления FT2010-A1.

Контроллер АПСиЭ выполняет следующие функции:
1. Измерения:
- давления трубопроводах
- уровня и температуры воды в емкостях пожарного запаса пенораствора I, II;
- уровня и температуры воды в емкостях пожарного запаса воды III, IV, V, VI;
- уровня и температуры воды в основном баке пенообразователя.
- температуры воды на трубопроводах между емкостями;
- температуры в блок-боксе пенотушения;
- температуры в блок-боксе водотушения;
2. Сигнализация:
- нижнего уровня в основном баке пенообразователя;
- аварийно верхнего и аварийно нижнего уровня в емкостях пожарного запаса пенораствора I, II;
- аварийно верхнего и аварийно нижнего уровня в емкостях пожарного запаса воды III, IV, V, VI;
- о состоянии электрозадвижек и насосных агрегатов;
- о режимах управления (местное /дистанционное автоматическое) в котором находятся электрозадвижки и насосные агрегаты.
- разрешение на включение насосов водотушения
- о пожаре от пожарной панели ARK1 в операторной;
3. Управление:
- электрозадвижками на технологических трубопроводах;
- управление насосами;
- Автоматическое отключение при пожаре:

Решения по системе ГС

Реконструируемая система ГС предназначена для постоянного контроля за состоянием загазованности окружающей среды , выдачи предупредительных сигналов о возникновении опасных концентраций. Информационные табло, световое и звуковое оповещение обеспечивает своевременное оповещение персонала о срабатывании системы газового пожаротушения. 

Система газовой сигнализации обеспечивает:
- контроль загазованности производственной воздушной среды; - автоматическое включение световой и звуковой сигнализации.

Также оператор имеет возможность дистанционно управлять сигнализацией системы ГС с помощью кнопок на панели

Решения по системе АСКУЭ.

Реконструируемая система АСКУЭ предназначена для организации автоматизированного учета и контроля выработки, распределения и потребления электроэнергии в точках учета измерения электропотребления. Информация от счетчиков электрической энергии должна передаваться на шкаф учета по интерфейсу RS-485, а от шкафа учета в центр сбора информации АСКУЭ АО «КазТрансОйл» по Ethernet.

Для сбора и передачи на верхний уровень информации о результатах измерений и состоянии средств измерений используется существующее устройство сбора и передачи данных МИР УСПД-01

Счетчики подключаются к МИР УСПД-01 по интерфейсу RS-485. 

Решения по системе АСГПТ

Объектом автоматического газового пожаротушения является помещение блок-бокс АСУ ТП.

В принятой установке автоматического газового пожаротушения предусматривается автоматический пуск от станции пожарной сигнализации  дистанционной пуск от внешнего пульта управления и ручной пуск по месту. 

Информационные табло, световое и звуковое, оповещение обеспечивает своевременное оповещение персонала о срабатывании системы газового пожаротушения. Программируемое время задержки включения системы газового пожаротушения составляет 32 сек, что позволит работающему персоналу своевременно покинуть помещение и принять необходимые меры. Для локализации возникновения пожара в защищаемой помещении предусмотрена установка газового модуля пожаротушения с заправленным газом HFC 227ea, который установлен на стене, и приведен по трубке к комнате №1. Модули предназначены для тушения газовыми огнетушащими веществами пожаров класса А, В, С и электрооборудования, находящегося под напряжением, которое не должно превышать значений регламентированных нормативно-технической документацией на газовые огнетушащие вещества. Для удаления продуктов ГОТВ после срабатывания системы предусмотрен клапан с вентилятором

Ручные пожарные извещатели установить на высоте 1,5м от пола, мультисенсорные извещатели устанавливаются на потолке. Табло на высоте 2,2м, сирена 2,5м.

Решения по ИБП

На НПС «Степное» предусмотрена система бесперебойного электроснабжения. Основной задачей системы является обеспечение бесперебойным электроснабжением серверного оборудования и оборудования систем автоматизации. Необходимое время работы от аккумуляторных батарей составляет не менее 3 часов.

Питание шкафов СА и СБ подается от ИБП с выходным напряжением =24В. Проектом предусмотрено резервирование питания 24 В. Питание АРМ оператора, принтера, пожарной панели и серверов СДКУ подается от ИБП с выходным напряжением ~220 В. Питание на ИБП подается от двух независимых источников через АВР. Информация о состоянии ИБП подается на сервер СДКУ по Ethernet, предусмотрен дискретный сигнал в систему СБ о неисправности ИБП.

Решения по информационно-математическому обеспечению (ИМО)

Цель системы

Целью внедрения СА является:
- обеспечение непрерывного контроля работы основного технологического оборудования и систем жизнеобеспечения станции, своевременного оповещения о выходе контролируемых параметров за пределы установленных значений;
- уменьшение риска возникновения аварийных ситуаций при принятии решений оперативным и эксплуатационным персоналом;
- повышение надежности управления НПС «Степное» путем использования самодиагностики аппаратных и программных средств;
- обеспечение защиты технологического оборудования;
- автоматическое управление оборудованием Системы безопасности в аварийных ситуациях;
- архивирование информации о состоянии технологических процессов и режимов работы оборудования с быстрым доступом к базе данных;
- повышение уровня общей культуры эксплуатации и обслуживания основного и вспомогательного оборудования;
- взаимодействие Системы со смежными системами;
- увеличение коэффициента использования технологического оборудования и сооружений, благодаря повышению уровня надежности работы технологического оборудования и средств автоматизации;
- повышение технико-экономических показателей работы НПС «Степное».

Система обеспечивает круглосуточное функционирование и выполнение заданных функций автономно под наблюдением оператора НПС и в составе СДКУ АО «КазТрансОйл» под контролем и управлением диспетчеров ЦДП (ГДУ).

Система способствует достижению указанных целей за счет качественной реализации автоматизированных функций и возможности решения статистических и расчетных задач в рамках функционирования Системы с постоянной диагностикой проектируемого КТС автоматизации. Представление информации оператору выполняется с детальной расшифровкой неисправностей. Формы представления информации динамичны, разнообразны и наглядны (мнемосхемы, графики, гистограммы, таблицы), что существенно уменьшает количество ошибок персонала и улучшает показатели функционирования НПС.

Регистрация технологических параметров и событий позволяет оперативно оценивать критические и аварийные ситуации и принимать решения по их ликвидации.

Систематизация данных о предыстории протекания технологического процесса способствует рациональному построению графика ремонтов и повышению экономических показателей.

Характеристика функционально структуры системы

Функциональная структура отражает функции, реализуемые Системой, приводит взаимосвязи элементов Системы. Функции Системы АСУТП подразделяются на следующие основные группы:
- коммуникационные функции;
- информационные функции;
- функции управления и регулирования;
- функции формирования отчетно-учетной документации;
- функции ведения нормативно-справочной документации;
- функции настройки компонентов Системы.

К информационным функциям относятся:
- сбор и обработка первичной информации о технологических процессах и технологическом оборудовании;
- представление информации;
- технологическая сигнализация;
- архивирование (регистрация) информации;
- протоколирование информации.

К управляющим функциям относятся:
- дистанционное управление работой оборудования;
- автоматическое отключение оборудования при выходе контролируемых параметров за допустимые пределы (защита) и включение (в соответствии с регламентом работы) резервного оборудования;
- автоматический программный пуск/останов технологического оборудования по технологическим блокировкам и по командам оператора.

С целью соблюдения принцип<