Модернизация автоматизированной системы телеметрии кустов скважин на Мыльджинском ГКМ

Цель работы – проектирование автоматизированной распределённой системы телеметрии кустов скважин с применением ПЛК, на основе выбранной SCADA–системы.
В данном проекте была разработана система телемеханики и контроля технологическим процессом на основе промышленного контроллера SIMATIC S7- S7-400F/H, с применением SCADA–системы WinCC и программного обеспечения PCS 7. Также для данной системы был разработан программно-алгоритмический комплекс, разработаны экранные формы и система управления техническим осмотром, ремонтом и калибровкой.
Спроектированная система предназначена для реального объекта требуемого проведения над ним управления, контроля и сбора данных. Данная система даст возможность повысить производительность, повысить надежность и точность измерений, уменьшить количество аварий.

Введение…. …………………………………………………………………………15
Часть 1. Теоретическая часть ……………………………………………………………………. 16
1.Описание объекта исследования …………………………………………………………….. 16
1.1.Общие сведения……………………………………………………………………………………. 16
1.2.Состав технологического оборудования КГС ………………………………………… 17
1.3.Описание технологического процесса на КГС ………………………………………. 17
2.Сведения о проекте АСТ ТП КГС «Мыльджинского ГКМ» …………………. 20
2.1.Концепция АСТ ТП КГС ………………………………………………………………………. 20
2.2.Назначение АСТ ТП КГС ……………………………………………………………………… 22
2.3.Цели и задачи АСТ ТП КГС …………………………………………………………………. 23
3.Соблюдение требований к АСТ ТП КГС ……………………………………………….. 24
3.1.Требования к техническому обеспечению …………………………………………….. 25
3.2.Требования к метрологическому обеспечению ……………………………………… 26
3.3.Требования к программному обеспечению ……………………………………………. 26
3.4.Требования к типовым функциям …………………………………………………………. 27
3.5.Требования к лингвистическому обеспечению ……………………………………… 28
3.6.Требования к самодиагностике системы ……………………………………………….. 28
3.7.Требования к надежности …………………………………………………………………….. 28
3.8.Требования к операторскому интерфейсу ……………………………………………… 29
3.9.Требования к технике безопасности, эргономике и технической эстетике 29
3.10.Требования к информационной безопасности ……………………………………… 29
Часть 2. Основная часть ……………………………………………………………………………. 31
4.Выбор архитектуры и разработка структуры АСТ КГС……………………….. 31
5.Разработка функциональной схемы автоматизации ……………………………… 35
6.Технические средства реализации АСТ ТП КГС …………………………………… 35
6.1.Выбор контроллерного оборудования КГС …………………………………………… 35
6.1.1.Модуль блока питания PS 307 ………………………………………………………….. 38
6.1.2.Интерфейсный модуль IM 153-2HF ………………………………………………….. 39
6.1.3.Модуль аналогового ввода (AI) SM 331 ……………………………………………. 40
6.1.4.Модули дискретного ввода (DI) SM 321 …………………………………………… 42
6.1.5.Модули дискретного вывода (DO) SM 322 ……………………………………….. 42
6.1.6.Модули аналогового вывода (АO) SM322 ………………………………………… 43
6.1.7.Коммуникационный процессор CP 341 …………………………………………….. 44
6.2.Средства построения топологий ……………………………………………………………. 45
6.3.Средства удалённой коммуникации………………………………………………………. 46
6.4.Комплектация АРМ оператора ……………………………………………………………… 48
6.5.Выбор измерительных устройств ………………………………………………………….. 50
6.5.1.Датчик давления ………………………………………………………………………………. 50
6.5.2.Сигнализатор уровня ……………………………………………………………………….. 52
6.5.3.Уровнемер ……………………………………………………………………………………….. 53
6.5.4.Преобразователь температуры …………………………………………………………. 54
6.5.5.Расходомер ………………………………………………………………………………………. 56
6.6.Исполнительный механизм …………………………………………………………………… 57
6.7.Оборудование ПАСиЗ…………………………………………………………………………… 58
6.7.1.Средства контроля загазованности …………………………………………………… 58
6.7.2.Оборудование ОПС ………………………………………………………………………….. 59
7.Разработка таблицы сигналов………………………………………………………………… 62
8.Проектирование шкафа контроллерной системы АСТ ТП КГС…………… 71
9.Принципиальные электрические схемы ТС АСТ ТП ……………………………. 72
9.1.СЭП питания шкафа АСУ ТП ……………………………………………………………….. 72
9.2.СЭП заземления шкафа АСТ ТП …………………………………………………………… 73
9.3.СЭП подключения ПЛК и станций ET200M………………………………………….. 75
10.Разработка автоматической системы пожарной сигнализации…………… 75
10.1.Оценка рисков пожарной опасности ……………………………………………………. 75
10.2.Анализ возможных сценариев развития пожара ………………………………….. 76
10.3.Разработка структурной схемы АСПС ………………………………………………… 78
11.Проектирование программно-алгоритмических средств АСТ КГС ……. 78
11.1.Общая информация о среде разработки Simatic PCS ……………………………. 78
11.2.Конфигурирование Hardware контроллерной станции …………………………. 81
11.3.Написание алгоритмов проекта АСТ ТП КГС ……………………………………… 85
11.3.1.Подготовка проекта к описанию алгоритмов ………………………………….. 85
11.3.2.Реализация алгоритма тарировки сепарационных емкостей …………….. 87
11.3.2.1.Постановка задачи тарировки …………………………………………………….. 87
11.3.2.2.Построение математической модели алгоритма …………………………. 87
11.3.2.3.Реализация алгоритма в Simatic PCS ………………………………………….. 88
11.3.3.Реализация алгоритмов ПАСиЗ оборудования КГС ………………………… 89
11.3.3.1.Постановка задачи реализации ПАЗ …………………………………………… 89
11.3.3.2.Построение алгоритма реализации ПАСиЗ…………………………………. 91
11.3.3.3.Реализация алгоритма в Simatic PCS ………………………………………….. 91
11.3.4.Реализация алгоритмов автоматизации учета производительности
установки по газу ………………………………………………………………………………………… 92
11.3.4.1.Постановка задачи реализации автоматического учета……………….. 92
11.3.4.2.Математическое описание алгоритма …………………………………………. 92
11.3.4.3.Реализация алгоритма в Simatic PCS ………………………………………….. 92
12.Создание HMI проекта КГС в WinCC ………………………………………………….. 93
12.1.Подготовка проекта WinCC ………………………………………………………………… 93
12.2.Разработка экранных форм SCADA проекта ……………………………………….. 96
12.2.1.Описание графических элементов SCADA ……………………………………… 96
12.2.2.Чертежи видеокадров …………………………………………………………………….. 98
13.Разработка системы управления техническим обслуживанием и
ремонтом и калибровкой средств автоматизации ……………………………………. 98
14.Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности ……………………… 102
14.1.Потенциальные потребители результатов исследования ……………………. 102
14.2.Анализ конкурентных технических решений …………………………………….. 102
14.3.Планирование научно-исследовательских работ………………………………… 104
14.3.1.Структура работ в рамках научного исследования ………………………… 104
14.3.2.Разработка графика проведения научного исследования ……………….. 105
14.3.3.Бюджет научно-технического исследования …………………………………. 108
14.3.3.1.Расчёт материальных затрат …………………………………………………….. 108
14.3.3.2.Расчет затрат на специальное оборудование …………………………….. 109
14.3.3.3.Основная заработная плата исполнителей темы ……………………….. 109
14.3.3.4.Дополнительная заработная плата исполнителей темы …………….. 110
14.3.3.5.Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …. 110
14.3.3.6.Накладные расходы …………………………………………………………………. 111
14.3.3.7.Формирование бюджета затрат нип ………………………………………….. 111
14.3.4.Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования …………………………………………….. 112
15.1.Оператор АРМ ………………………………………………………………………………….. 118
15.2.Персонал обслуживающий АСТ ТП ………………………………………………….. 119
15.3.Меры по предотвращению отказа эксплуатационного оборудования …. 121
15.4.Меры предотвращения поражения персонала электрическим током ….. 121
15.5.Меры по предотвращению превышения ПДК метана в воздухе …………. 122
15.6.Обеспечение норм пожарной и взрывной безопасности …………………….. 124
Заключение ………………………………………………………………………………………………. 126
Список использованных источников ……………………………………………………… 127
Приложение А ………………………………………………………………………………………….. 131
Приложение Б ………………………………………………………………………………………….. 133
Приложение В ………………………………………………………………………………………….. 136
Приложение Г ………………………………………………………………………………………….. 137
Приложение Д ………………………………………………………………………………………….. 138
Приложение Е ………………………………………………………………………………………….. 139
Приложение Ж …………………………………………………………………………………………. 142
Приложение З …………………………………………………………………………………………… 143
Приложение И ………………………………………………………………………………………….. 145
Приложение К ………………………………………………………………………………………….. 148

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы была
проведена работа по исследованию и разработке автоматизированной системы
телеметрии кустов скважин «Мыльджинского ГКМ». Выполнение данной
работы включало в себя:
− исследования технологического процесса кустов скважин;
− разработку схем автоматизации, шкафа автоматизации, а также схем
соединения внешних проводок и соединений внутри шкафа автоматизации;
− выбор аппаратного и программного обеспечения;
− разработку программно-алгоритмического комплекса;
− разработку экранных форм SCADA;
− разработку автоматической системы пожарной сигнализации;
− разработку системы управления техническим обслуживанием,
ремонтом и калибровкой;
− учёт ресурсоэффективности проекта;
− описаны и разработаны меры безопасной эксплуатации
разработанной системы.
Таким образом, в результаты проделанной работы была произведена
модернизация автоматизированной системы телеметрии кустов скважин
«Мыльджинского ГКМ».