Информационно-управляющая система Астраханского газоперерабатывающего завода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат технических наук Свечников, Юрий Константинович

• Свечников, Юрий Константинович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Свечников, Юрий Константинович

ВВЕДЕНИЕ.1

Глава 1. Астраханский ГПЗ как объект автоматизированного управления.4

1.1 Описание основных технологических процессов.4

1.2 Особенности АГПЗ как объекта автоматизации.10

1.3 Особенности микропроцессорных программно-технических комплексов.12

1.3.1 Структура ПТК.12

1.3.2 Стандартизация, типизация и открытость ПТК.14

1.3.3 Характеристики контроллеров.15

1.3.4 Характеристики блоков ввода-вывода данных.16

1.3.5 Надежность работы ПТК.16

1.3.6 Прикладное программное обеспечение ПТК.18

1.3.7 Организационно-экономические факторы внедрения ПТК.19

1.3.8 Основные требования к ИУС АГЗ.20

1.4 Анализ возможностей ПТК I/A-Series и особенности проектирования ИУС в условиях ГПП повышенной степени интеграции.21

1.4.1 Основные характеристики средств фирмы I/A-Series.21

1.4.2 Технические средства.24

1.4.3 Программное обеспечение.25

1.4.4 Основные особенности средств I/A-Series.27

Глава 2. Концептуальные принципы построения и архитектура ИУС ГПЗ на основе ПТК I/A-Series.30

2.1 Структурная схема ИУС Астраханского ГПЗ.30

2.1.1 Общие положения.30

2.1.2 Подсистемы (узлы) "Газ", "Сера" и "Конденсат".32

2.1.3 Подсистема "Диспетчеризация".32

2.1.4 Связь с локальной вычислительной сетью предприятия "Астраханьгазпром". .35

2.1.5 Операционная система Windows NT Server 4.0. для работы с I/A-Series.38

2.1.6 Развитие информационно-вычислительной сети предприятия "Астраханьгазпром".40

2.2 Основные компоненты базы данных ИУС АГПЗ.41

2.2.1 Этапы создания ИУС.41

2.2.2 Создание проектной базы данных ИУС АГПЗ.43

2.3 Концепции построения модулей управления в ИУС АГПЗ.44

2.4 Типизация контуров управления, контроля и регулирования.46

2.5 Создание многозвенных диаграмм ступенчатой логики.48

2.6 Разработка контуров аналогового управления.52

2.7 Принципы построения графического интерфейса.55

Глава 3. Синтез алгоритмов многосвязного управления для ПТК.61

3.1 Математическая модель автоматизированной системы управления технологическими процессами.61

3.2 Алгоритм управления многосвязными нелинейными объектами на основе метода Ньютона.67

3.3 Алгоритм управления на основе метода итераций.72

3.4 Алгоритмы управления на основе метода наискорейшего спуска.78

Глава 4. Исследование эффективности и надежности ИУС АГПЗ.83

4.1 Методика оценки надежности системы.83

4.2 Надежностные показатели функционирования ИУС АГПЗ [34,42,43].90

4.3 Анализ эффективности функционирования системы.94

4.4 Оценка экономического эффекта от внедрения системы.97

ВЫВОДЫ.100

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-управляющая система Астраханского газоперерабатывающего завода»

Актуальность работы. Астраханский Газоперерабатывающий Комплекс (АГК), относится к крупнейшим предприятиям по переработке пластового газа. Объемы переработки АГПЗ-2 составляют 8,6 млрд. нм3/год с получением товарных продуктов:

• товарного газа в объеме 4,5 млрд.м3;

• сжиженного газа в объеме 188 тыс.тонн;

• серы газовой 3450 тыс.тонн;

• стабильного конденсата 2206 тыс.тонн.

Астраханский ГПЗ, как объект автоматизированного управления характеризуется многообразием сложных непрерывных и периодических химико-технологических и других технологических процессов, таких, как: - транспорт газа, конденсата и их продуктов; -принятие, хранение, подготовка и переработка продуктов.

Все процессы переработки, хранения, отгрузки и транспортировки газа тесно взаимосвязаны между собой; требуют четкого централизованного управления и протекают в условиях повышенной взрыво-, пожаро- и газоопасности.

Существовавшая ранее на предприятии щитовая система управления не отвечала требованиям времени из-за крайне низкой надежности и невозможности оперативного анализа режимов работы и управления основными параметрами, что приводило к функционированию основных технологических объектов в неоптимальном режиме и вследствие этого к существенным экономическим потерям.

В связи с этим была поставлена задача создания новой информационно-управляющей системы распределенного типа, основанной на современных методах управления сложными производственными системами. Основными требованиями, которым должна удовлетворять ИУС АГТТЗ являются следующие:

• устойчивое и надежное функционирование основных технологических процессов АГПЗ в течение всего срока эксплуатации технологического оборудования;

• снижение материально-энергетических затрат;

• повышение безопасности, оперативного контроля и управления в аварийных ситуациях;

• своевременное предупреждение и ликвидация технологических нарушений;

• снижение количества обслуживающего персонала;

• гибкость, универсальность и масштабируемость системы.

Анализ существующих вариантов построения ИУС АГПЗ показал, что наилучшим решением является построение ИУС на базе современного программно-технического комплекса I/A-Series "FOXBORO", соответствующего мировому уровню развития информационно-управляющих технологий, имеющему сертификат Госстандарта РФ и соответствующего отраслевым нормам Газпрома по автоматизации газоперерабатывающих производств.

Цель диссертационной работы: разработка структуры системы и комплекса алгоритмов микропроцессорного управления ИУС АГПЗ, обеспечивающих эффективную, безотказную работу основных химико-технологических объектов.

Основная идея работы состоит в том, что для повышения эффективности, надежности и гибкости функционирования информационно-управляющая система АГПЗ-2 должна быть реализована на базе передовых информационных технологий -микропроцессорных программно-технических комплексов 1/А-8епез. Основные задачи, решаемые в диссертации:

• анализ основных химико-технологических процессов АГПЗ как объектов автоматизированного управления и регулирования;

• исследование особенностей существующих микропроцессорных ПТК и обоснование выбора для реализации ИУС АГПЗ как системы повышенной интеграции;

• разработка архитектуры и базы данных ИУС АГПЗ;

• построение имитационной модели фоновых концентраций сероводорода в рабочей зоне технологической установки с целью возможности анализа эффективности и безопасности ИУС;

• разработка структур типовых модулей управления, контроля и управления для ИУС АГПЗ на базе ПТК;

• разработка теории синтеза алгоритмов многосвязного цифрового регулирования для ПТК ИУС на основе классических схем решения систем нелинейных уравнений;

• исследование эффективного функционирования и надежности системы управления ИУС АГПЗ-2.

На защиту выносятся следующие научные положения:

• архитектура информационно-управляющей системы управления основными химико-технологическими объектами Астраханского газоперерабатывающего завода, отличающаяся тем, что в соответствии с современными концепциями построения сложных систем является открытой, распределенной, масштабируемой, интеллектуальной системой с интегрированной базой данных и унифицированными алгоритмами управления;

• метод, алгоритм и имитационная модель вероятностного процесса изменения фоновой концентрации сероводорода в рабочей зоне АГПЗ;

• алгоритмы микропроцессорного управления многомерными нелинейными статистическими объектами, реализованные на базе классических методов линейной алгебры, обеспечивающие эффективное управление многосвязными сложными процессами;

• методики оценки надежности и эффективности функционирования информационно-управляющей системы Астраханского газоперерабатывающего завода, основанной на двухуровневой FBM-CP модели ИУС.

Практическую ценность представляют:

• разработанные в диссертации методы конфигурирования сложных алгоритмов управления на базе типовых модулей управления ПТК I/A Series;

• графический интерфейс операторов технологических установок для оперативной обработки информации и принятия решений;

• способы и методы централизации и группирования устройств представления информации и структура функциональной децентрализации контроля и управления газоперерабатывающих заводов;

• результаты исследования надежности и эффективности функционирования системы ПТК на базе У A Series Астраханского ГПЗ.

Достоверность основных научных положений диссертации подтверждается:

• корректным использованием методов системного анализа и теории автоматического управления сложными объектами;

• результатами комплексной проверки работоспособности и эффективности основных технических решений и принципов построения ИУС АГПЗ-2;

• опытом успешной промышленной эксплуатации основных подсистем ИУС АГПЗ-2: "ГАЗ", "СЕРА", "КОНДЕНСАТ".

Апробация работы Основные научные положения диссертационной работы докладывались на:

• семинаре РАО "Газпром" по системам управления на базе ПТК (Астрахань, 1996),

• семинаре-совещании по обмену опытом создания, внедрения и эксплуатации систем управления на предприятии "Астраханьгазпром" (Астрахань, апрель, 1998 г.);

• выставке "Астрахань. Нефть и газ - 98" (Москва, РАО Газпром, декабрь, 1998 г.);

• теоретическом семинаре "Интеллектуальные системы управления сложными химико-технологическими объектами", (Москва, МИТХТ, ноябрь, 1998 г.);

• отраслевом экспертном Совете по автоматизации ОАО "Газпром" (Москва, РАО "Газпром", 19-22 апреля 1999 г.).

Публикации по теме диссертации

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 работах.

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Свечников, Юрий Константинович

выводы.

1. Астраханский газоперерабатывающий завод является сложнейшим объектом автоматизации в отечественной газовой индустрии. Дополнительные требования к надежности работы системы управления обуславливаются наличием на промплощадке АГПЗ агрессивного и токсичного сырья и промежуточных фракций производства.

2. Созданный на АГПЗ уникальный для отрасли программно-технический комплекс информационно-управляющей системы на базе средств I/A- Series предназначен для решения задач мониторинга, автоматического регулирования, управления и противоаварийной защиты технологического процесса производства элементарной серы, товарного газа и стабильного конденсата.

3. Комплекс программно- технических средств I/A-Series зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под № 14810-95 и допущен к применению в Российской Федерации на основании Сертификата утверждения под № 632 от 11 сентября 1995 года.

4. Введенный в промышленную эксплуатацию летом 1997 года ПТК в объеме трех управляющих подсистем «Газ», «Сера» и «Конденсат», относящихся ко второй очереди АГПЗ, на сегодняшний день усилиями специалистов завода получил дополнительное развитие, в виде узла «Диспетчеризация», вобравшего в себя часть управления производством первой очереди и рабочие станции производственно-диспетчерской службы.

5. Опыт более чем двух лет эксплуатации информационно-управляющего комплекса на средствах VA-Series в непрерывном режиме подтвердил надежность и устойчивость работы оборудования, устойчивость к агрессивным и климатическим воздействиям, гибкость и широкие возможности программного обеспечения и может быть рекомендован для более широкого распространения в газоперерабатывающих производствах отрасли.

6. Оптимальные решения, принятые при проектировании и внедрении системы управления, успехи в расширении ПТК и его текущем сопровождении указывают на правильность избранной в начале разработки ИУС ориентации на максимальное, на всех этапах создания, привлечение собственных специалистов Астраханского комплекса. Дальнейшее углубленное обучение специалистов обещает значительное сокращение финансовых затрат при развитии системы автоматизации в избранном направлении.

7. Уникальность внедрения в качестве информационно- управляющей системы технологического производства АГПЗ крупного интеллектуального комплекса состоит в том, что его присутствие создает достаточные предпосылки для начала создания на П. «Астраханьгазпром» автоматизированной системы технического обслуживания, составляющей самостоятельную коммерческую ценность и «ноу-хау» предприятия.

8. Экономический эффект от внедрения системы Г/А-Зепеэ на второй очереди завода связан прежде всего с вводом её технологического процесса в промышленную эксплуатацию, что привело к увеличению выпуска продукции АГПЗ. Но и само внедрение современной системы было выполнено с максимальным эффектом, включая технический и информационный аспекты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Свечников, Юрий Константинович, 2000 год

1. Альперович И.В., Толмасская ИИ. Архитектура комплекса программ F1.. Приборы и системы управления №8, 1997, с.9-12, ISBN 0032-8154.

2. Бахвалов Л.А., Пучков Л.А. Методы и алгоритмы автоматического управления проветриванием угольных шахт. М., Недра. 1992, 399 с.

3. Белинский Б.И. Информационные методы принятия решений в интеллектуальной системе экологического мониторинга Астраханского газоперерабатывающего завода. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МГАТХТ, 1998.

4. Грунина Г.С., Деменков Н.П. Программный комплекс для проектирования нечеткого регулятора. Приборы и системы управления №8, 1997, с. 19-21, ISBN 0032-8154.

5. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация./пер. с английского под ред. А.А.Петрова. М., Мир, 1985, 448 с.

6. Джерри Рихтер. WINDOWS для профессионалов (программирование в WIN32 API для WINDOWS NT/95). Пер. с английского. М., Издательство "Channel Trading Ltd", 1995, 720 с.

7. Демидович В.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М., ГИФМЛ, I960, 658 с.

8. Дмитров В.И. К вопросу о создании компьютеризированных интегрированных логистических систем. Информационные технологии. М., Машиностроение, 1995, с.8-11.

9. Дунаев С.Б. INTRANET-технологии. М., Диалог-МИФИ, 1997, 288 с.

10. Евсеев О.В., Кравченко В.А. Применение ЭВМ в управлении технологическими процессами. М., Издательство МГОУ, 1992, 245 с.

11. П.Жинтенек Г.Б., Канапяцкас П.Н., Отас А.П. Средства микропрограммного обеспечения в системе автоматизированного проектирования. В сборнике "Проблемы характеризационного анализа и логического управления", М., МГГУ, 1999.

12. Изерман Р. Цифровые системы управления. М., Мир, 1984.

13. Ицкович Э.Л. Особенности микропроцессорных программно-технических комплексов разных фирм и их выбор для конкретных объектов. Приборы и системы управления №8, 1997, с. 1-4, ISBN 0032-8154.

14. Информация о продукции компании Foxboro / Фоксборо, Массачусетс, США, 1997.

15. Инструкция по эксплуатации ПТК системы управления АГПЗ на базе I/A-Series фирмы "Foxboro" / РАО "Газпром", П "Астраханьгазпром", АГПЗ, 1998.

16. Исследование и разработка отказоустойчивых ПТК с заданным уровнем надежности для автоматизации технологических процессов. Отчет ИПУ РАН, НМ-6042, М., 1992.

17. Основные положения по автоматизации, телемеханизации и информационно-управляющим системам газоперерабатывающих производств./ РАО "Газпром", М.,1997.

18. Калянов Г.Н. Анализ методологий проектирования программного обеспечения. М.,НИВЦ МГУ.

19. Концепция развития средств автоматизации Астраханского газового комплекса. Пояснительная записка. Редакция 2.0./ ОАО НИПИГазпереработка, Краснодар,1998.

20. Колыбанов К.Ю. Разработка информационно-управляющей системы экологического мониторинга предприятия химического профиля. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МГАТХТ, 1997.

21. Курносов Н.М., Хасиков В.В., Жаков Ю.А. Обеспечение конкурентоспособности: системный подход и комплексность решения задач автоматизации. Датчики и системы №1, 1999, с. 11-13.

22. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления. / пер. с английского. М., Машиностроение, 1986, 448 с.

23. Лубков Н.В., Потехин А.М. Опыт проектирования отказоустойчивых программно-технических комплексов АСУТП энергообъектов. Приборы и системы управления №12, 1996, с.15-19, ISBN 0032-8154.

24. Макаров В.В., Лохин В.М., Петрыкин A.A. Дискретные системы автоматического управления теплотехническими объектами. М., НФЛМ, 1997, 224 с.

25. Мальцев П.П., Гарбузов Н.И., Шарапов А.П. Архитектура программируемых логических интегральных схем. ПЛИС -микросхемы будущего. М., Машиностроение, Информационные технологии №1, 1995, с.30-34.

26. Материалы выставки "Астрахань. Нефть и газ 98" / Декабрь, 1998.

27. Материалы семинара РАО "Газпром" по системам управления технологическими процессами с фирмой "Foxboro" на базе АГПЗ-2 предприятия "Астраханьгазпром"./Январь, 1996.

28. Материалы семинара-совещания по обмену опытом создания внедрения и эксплуатации систем управления на предприятии "Астраханьгазпром". / Апрель, 1998.

29. Материалы анализа функционирования системы управления АГПЗ-2 I/A-Series. / Administration Report. Gasprom. The Foxboro Company Remote Diagnostic Center, 1996.

30. Микропроцессоры в системах управления процессами обогащения. / Власов К.П., Абраменко И.Г., Шатило В В., Чеканов A.C. М., Недра, 1992, 172 с.

31. Микропроцессоры и микро-ЭВМ в системах автоматического управления. / под. ред. Хвоща С.Т. Л., Машиностроение, 1987.

32. Млочанов С.А., Чернышев K.P. Системы информационной поддержки оперативного персонала для предприятий повышенного риска. Приборы и системы управления №7, 1996.

33. Нанс Б. Компьютерные сети. М., Бином, 1996, 394 с.

34. Отчет о полигонных приемочных испытаниях ПТК I/A-Series. Москва -Дюссельдорф, 1994.

35. Петровичев Е.И., Шек В.М. Цифровые сети интегрального обслуживания. М., МГГУ, 1999, 212 с.

36. Прангишвили И.В., Амбарцумян A.A. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами. М., Энергоатомиздат, 1994.

37. Проект автоматизированной системы управления АГПЗ-2. ЮжНИИГипрогаз, Донецк, 1987.

38. Проект технического перевооружения системы автоматизации АГПЗ-2. ОАО НИПИгазпереработка, Краснодар, 1995.

39. Рабочий проект. Астраханский газоперерабатывающий завод 2-ая очередь. Глава 13. В/О Машиноимпорт, М., 1988.

40. Разработка основных технических решений и технико-коммерческих предложений по АСУ ТП Технический отчет. ИЦКА, М., 1997.

41. Рубашкин Д.Д. Отказоустойчивая микропроцессорная система с перестраиваемой структурой для автоматизации технологических процессов. Приборы и системы управления №2, 1992.

42. Свечников Ю.К. Внедрение АСУ ТП нового поколения на АГПЗ-2. Газовая промышленность №2, 1997.

43. Свечников Ю.К., Белинский Б.И., Битюков B.C. и др. Техническое описание ПТК системы управления АГПЗ-2 (г. Астрахань). Эксплуатационная документация. ИЦКА, М., 1994.

44. Свечников Ю.К., Щугорев В.Д., Андронов B.JI., Белинский Б.И. и др. Комплекс технических и программных средств информационно-управляющей системы Астраханского газоперерабатывающего завода. М., РАО Газпром, 1998, с.72.

45. Смирнов В.Н., Ипатов Е.Г. Технология разработки и внедрения систем управления. Приборы и системы управления №11, 1993.

46. Технический проект корпоративной сети передачи данных Астраханского ГПЗ. ОАО ICL-КПО ВС, Казань, 1999.

47. Щелкунов Н.Н., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы. М., Радио и связь, 1989.

48. Чарльз Калверт. Программирование в WINDOWS, /пер. с английского. М., Бином, 1995, 496 с.

49. Функциональная спецификация для ПТК системы управления пускового комплекса АГПЗ-2 (г. Астрахань). Версия 3.1. ИЦКА, М., 1993.

50. Уоссерман Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практика. М., Мир, 1992.

51. Юдицкий С. А., Кутанов А.Г. Технология проектирования архитектуры информационно-управляющих систем. М., ИПУ, 1993.

52. Barnwell Т.О., Brown Н., Marek W. Application of expert systems technology in water quality modeling. Water Sci. And Technol. 1989, 21, 8-9, pp. 1045-1056.

53. Bahvalov L.A., Lockshina I.V. Intellect component of coal mine ventilation system. 1-st/ Reg/ APCOM Symposium on compute application and operations research in the mineral industries. June, 1994, Bled, Slovenia, p.385-389.

54. Langstaff J., Signeur C., Lui M.K., Behar J., McElroy J.L. Design of an optimal air monitoring network for exposure assessments Atomospheric Environment, 1987, Vol.21, pag. 1393.

55. Ortolano L., Steinemann S.M. New expert systems technology in water quality modeling. J. of Computing Civil Engineering, 1987, -1№4, pp.298-303.