История развития автоматизации нефтяной и газовой промышленности

Тема 1. Введение.

Автоматика – это отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения средств и систем управления производственными процессами. Автоматика – является основой автоматизации. Слово автоматика греческого происхождения и означает «самодействие».

Автоматизацией называют этап развития машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций техническим устройствам.

Автоматизированная система управления – это совокупность математических методов, технических средств, их программного обеспечения и организационных комплексов, обеспечивающих управление и контроль параметров работы объектов

Под управлением производственным процессом понимают такое воздействие на него, которое обеспечивает оптимальный или заданный режим работы. Управляемый производственный процесс называют объектом управления. Совокупность технических устройств, используемых для управления, и производственного персонала, принимающего в нем непосредственное участие, образует совместно с объектом управления систему управления.

Процесс управления складывается из следующих основных функций, выполняемых системой управления:

1. Получение измерительной информации о состоянии производственного процесса как объекта управления.

2. Переработка полученной информации и принятие решения о необходимом воздействии на объект для достижения целей управления.

3. Реализация принятого решения, т. е. непосредственное воздействие на производственный процесс.

Технические устройства, которые применяются в системах управления для автоматизации этих функций, называются техническими средствами автоматизации. Средства, предназначенные для получения информации о состоянии объекта управления, называются средствами измерений.

В нефтегазовой промышленности чаще всего приходится измерять значения следующих технологических параметров: давления, расхода, температуры, уровня, плотности.

Первые попытки автоматизации нефтяных промыслов относятся к 1951 – 1952 гг., когда на нефтяных промыслах Орджоникидзенефти (Азербайджанская ССР) была смонтирована система автоматизации и диспетчеризации нефтяных скважин. Однако из-за несовершенства автоматики, сложности аппаратуры дистанционного контроля и управления, а также малой надежности линий связи, испытание системы не дало положительных результатов.

Современные нефтегазодобывающие предприятия представляют собой сложные комплексы технологических объектов, рассредоточенных на больших площадях, размеры которых достигают десятков и сотен квадратных километров. Технологические объекты (групповые скважины измерительные установки, сепарационные установки, сборные пункты, установки комплексной подготовки нефти и газа, резервуарные парки) связаны между собой через продуктивный пласт и поток продукции, циркулирующей по технологическим коммуникациям. Добыча нефти и газа производится круглосуточно, в любую погоду, поэтому для нормального функционирования нефтегазодобывающего предприятия необходимо обеспечить надежную работу автоматизированного оборудования и  дистанционный контроль за работой технологических объектов и их состоянием.

Удешевление микропроцессорных устройств и расширение их функций сделало возможным построение так называемых «интеллектуальных датчиков», которые вычисляют значения косвенных параметров на основе прямых измере­ний по запрограммированным формулам, показывают значения измеряемых параметров на жидкокристаллических индикаторах, преобразуют измеряемый параметр в стан­дартный унифицированный сигнал для его передачи по каналам связи. Появились новые средства измерительной техники, такие как ультразвуковые, электромагнитные и кориолисовы расходомеры, радарные и ультразвуковые уровнемеры и т.п.

Существенным этапом в развитии систем автоматизации стало появление программируемых логических контроллеров (ПЛК). И если назначение первых ПЛК сводилось, в основном, к реализации функций «включить-отключить» на основе логических выражений, то в дальнейшем в ПЛК появились модули автоматического регулирования, реализующие стандартные законы регулирования. С учётом расширяющихся возможностей программирования современных ПЛК и так называемых «управляющих процессов» стало возможным создание сложных многоконтурных систем управления, теория которых была известна давно, но техническая реализация не вызывала энтузиазма из-за отсутствия технических средств.

1.2. Архитектура автоматизированных систем управления технологическими процессами добычи и транспортировки нефти. Технология построения автоматизированных систем управления.

Архитектура АСУ ТП весьма существенно влияет на состав программно-аппаратных средств. АСУ ТП подразделяются на два основных типа: централизованные АСУ ТП; распределенные АСУ ТП.Централизованные АСУ ТП являются комплексами, как правило, занимающими единое ограниченное производственное пространство с централизованной подсистемой обеспечения электропитанием и магистралями для обмена информационными потоками.Распределенные АСУ ТП строятся на базе объектов, расположенных на различных, отчасти далеко расположенных, закрытых и открытых площадках. Именно эта особенность накладывает определенные структурные требования при проектировании распределенных АСУ ТП.

Технические требования к распределенным АСУ ТП

Основными техническими требованиями при проектировании распределенных АСУ ТП являются:

• обеспечение широкого температурного диапазона работы технических средств локальных систем автоматического управления (САУ);

• распределенная система электропитания;

• обеспечение надежного контура заземлений на каждой отдельной площадке объекта автоматизации;

• защита контрольно-измерительных и информационных каналов от внешних воздействий, а также усиление передаваемых сигналов;

• выбор оптимального, с точки зрения эффективности, надежности и взаимозаменяемости составных частей, удовлетворяющего международным стандартам контроллерного оборудования;

• выбор оптимального, с точки зрения пылевлагонепроницаемости, а также защиты от электромагнитного излучения, коррозии и др. факторов, удовлетворяющего международным стандартам конструктива шкафа цехового контроллера, шкафов автоматики локальных САУ и автоматизированного рабочего места системного инженера (АРМ);

• обеспечение высоконадежных каналов обмена технологической информацией между отдельными автоматизированными объектами и централизованной системой управления и контроля;

• резервирование основной аппаратуры контроля и управления, а также наиболее важных каналов передачи информации;

• обеспечение аппаратного и программного аварийного останова технологического комплекса при аварийных ситуациях;

• обеспечение высокоэффективного человеко-машинного интерфейса в системе визуализации и мониторинга;

• обеспечение обмена данными по информационным каналам в реальном масштабе времени;

• эффективная, с точки зрения скорости обнаружения неисправности, и надежная диагностика программно-аппаратных средств;

• обеспечение обслуживающего персонала качественной эксплуатационной документацией, а также инструментом для монтажа и диагностики.

ПТК "ПОТОК", входящий в состав распределенной АСУ ТП, в основном удовлетворяет требованиям, изложенным выше. ПТК "ПОТОК" рассчитан на эксплуатацию в закрытых отапливаемых помещениях и на открытых площадках. ПТК "ПОТОК" может работать в непрерывном режиме круглосуточно.