Технико-экономическое обоснование

Необходимость разработки данного проекта возникла в связи с необходимостью ввода в эксплуатацию после капитального ремонта дожимной насосной станции ДНС-24 НГДУ «Джалильнефть» ОАО «Татнефть».

Для ввода в эксплуатацию станция должна быть оснащена АСУ ТП, отвечающей всем современным требованиям.

Так как НПП «Системотехника-НН», сотрудником которого я и являюсь, зарекомендовало себя, как надёжная организация в отрасли проектирования и изготовления АСУ ТП по подготовке и перекачке нефти и газа (наличие немалого числа полноценно функционирующих систем, в том числе и на объектах НГДУ «Джалильнефть» ОАО «Татнефть»), она была выбрана в качестве подрядной организации.

Введение данной АСУ ТП позволило НГДУ «Джалильнефть» ОАО «Татнефть» автоматизировать технологические процессы, протекающие на дожимной насосной станции, а именно, достичь следующих результатов:

• · Участие оператора в минимальном количестве операций (а в штатном режиме и без участия);
• · увеличение точности и скорости измерений и регулирований параметров технологических процессов и, как следствие, меньшие расхождения в измерениях в разных подсистемах;
• · предотвращения возможных аварийных ситуации, в том числе с утечками технологических жидкостей, выхода из строя дорогостоящего оборудования (например, насосов);
• · реализована передача и приём параметров от диспетчерского пункта ЦДНГ-2 НГДУ «Джалильнефть» ОАО «Татнефть», что позволило принимать своевременные решения по управлению технологическими процессами на других объектах, связанных с данной дожимной насосной станцией.

Невыполнение данных пунктов не позволило бы ввести в промышленную эксплуатацию ДНС-24.

Основой АСУ ТП является программируемый контроллер с набором модулей, необходимых для управления, связи с верхним уровнем, приёма и выдачи аналоговых и дискретных параметров заданных диапазонов (средний уровень АСУ ТП).

Сравнение проводилось контроллеров серии КСА-02 производства НПП «Системотехника-НН» и SIMATIC S7-400 компании Siemens.

Для выполнения всех функций системы, выбираемый контроллер должен обладать следующим набором модулей:

• · Центральный процессорный модуль для организации обмена данными между интерфейсными, модулями ввода/вывода и верхним уровнем системы;
• · Блок питания, обеспечивающий питание модулей контроллера;
• · Модули связи по интерфейсу RS-485 (минимум 2 порта) для связи с ПЭВМ и радиомодемом);
• · Модули ввода аналоговых сигналов (14 токовых сигналов 4-20 mA, 4 сигнала от термопреобразователей сопротивления);
• · Модули ввода дискретных сигналов =24В (30 сигналов);
• · Модули вывода дискретных сигналов =24В (4 сигнала).

Итоги сравнения наглядно отражены в таблице.

Таблица Сравнение контроллеров SIMATIC S7-400 и КСА-02

Дополнительным поводом выбора для проектирования контроллера КСА-02 является то, что он спроектирован и производится в НПП «Системотехника-НН», где и проводились проектные работы по созданию АСУ ТП ДНС-24. Все модули данного контроллера имеются в наличии, ремонт неисправных модулей проводится специалистами фирмы в кратчайшие сроки.

Выбор другого контроллера мог привести к дополнительным проблемам, как при проектировании, так и при монтаже и пуско-наладке в связи с использованием приборов опыт работы с которыми меньше или отсутствует у специалистов нашего предприятия. Это повлекло бы за собой необходимость в дополнительном изучении технической литературы, возможно, в найме новых сотрудников, а в худшем случае - нарушение плана работ или невозможность построения системы данной структуры в связи с несовместимостью оборудования или по каким-либо другим причинам, которые проблематично определить на ранних стадиях проектирования.

В качестве верхнего уровня АСУ ТП выбрана ПЭВМ ТРС-60SN-E1 Advantech. Это встраиваемая ПЭВМ на основе операционной системы Windows CE. Данный выбор обоснован тем, что работа оператора с АСУ ТП ДНС-24 осуществляется крайне редко (основной режим работы - автоматический без участия оператора). Стоимость ТРС-60SN-E1 Advantech (с установленным ПО) - 800 $.

Альтернативный вариант организации верхнего уровня - применение ПК с ОС QNX. В таком случае стоимость АРМ (автоматизированного рабочего места) оператора будет составлять:

• · ПК промышленного применения - 1500$;
• · ОС QNX - 200$;
• · Рабочий пакет Realflex runtime - 4900$;
• · ИБП Smart ups - 300$;
• · Стол оператора - 200$.

Итого 7100$. Также для организации АРМ оператора необходимо помещение для стола АРМ.

В связи с данными обстоятельствами, нецелесообразно применение АРМ оператора на основе ПК, в качестве верхнего уровня АСУ ТП необходимо выбрать встраиваемую ПЭВМ ТРС-60SN-E1 Advantech.

Также к верхнему уровню АСУ ТП относится подсистема приёма-передачи данных на диспетчерский пункт ЦДНГ-2.

Наиболее оптимальным была бы организация сети Ethernet, но данный вариант не подходит в связи с протяжённостью линии связи 5 км., что превышает допустимые значения для такой организации.

Выбор проводился между 2-мя вариантами реализации:

• · Организация радиосвязи;
• · Организация волоконно-оптической линии связи.

Выбор волоконно-оптический линии связи наиболее надёжен, но надёжность не является основным критерием для реализации подсистемы приёма-передачи данных с ДНС на диспетчерский пункт. Дожимная насосная станция является объектом, нарушение связи с диспетчерским пунктом которого не приведёт к кардинальному нарушению работоспособности более важных объектов дальнейшей обработки нефтяных продуктов (установки предварительного сброса воды, газа, подогрева нефтепродуктов и другие), так как управление технологическим процессом станции осуществляется внедряемой АСУ ТП без участия оператора или диспетчера в автоматическом режиме. В случае пропадания связи с ДНС не представляет сложности направить соответствующий персонал для возобновления связи с объектом без останова контроля и управления технологическими процессами, осуществляемого посредством алгоритмов АСУ ТП или действий оператора с ПМУ.

Основным критерием при выборе подсистемы приёма-передачи данных на диспетчерский пункт является стоимость. Оценим её для двух вариантов реализации.

Для организации радиосвязи необходимы следующие устройства:

• · Радиомодем Смарт-160/2400. Стоимость - 13942 руб;
• · Антенна для радиомодема. Стоимость - 1647 руб;
• · Преобразователь интерфейсов RS-485 - RS-232 МКСА-РТИ. Стоимость - 13.050 руб;
• · Стабилизатор напряжения EMG 45-NZG/G12/SI для питания радиомодема. Стоимость - 4550 руб.

Итого: 33189 руб.

Для организации волоконно-оптической линии связи необходимы следующие устройства и кабели:

• · Модуль связи по сети Ethernet CT 1CPE 10. Стоимость - 42940 руб;
• · Конвертер среды EDS-101-SC-T “MOXA” (1 порт Ethernet, 1 оптический порт). Стоимость - 7000 руб;
• · Коробка для расключения волоконно-оптического кабеля, наконечники для «обжимки». Стоимость - 6730 руб;
• · Кабель ОКБнг-0,7(50)-08П(7,0) длинной 5 км. Стоимость - 300105 руб.

Итого: 356775 руб.

Исходя из критерия стоимости, была однозначно выбрана подсистема приёма-передачи данных на диспетчерский пункт ЦДНГ-2 по радиоканалу.

Выбирать решение по организации нижнего уровня (датчики и преобразователи) не представляется возможным в связи с жёсткими требованиями заказчика к типам применяемых приборов.

В результате сравнений с альтернативными вариантами была окончательно определена следующая структура системы:

• 1. Верхний уровень - встраиваемая ПЭВМ ТРС-60SN-E1 Advantech на основе ОС Windows CE, подсистема приёма-передачи данных на диспетчерский пункт ЦДНГ-2 по радиоканалу;
• 2. Средний уровень - контроллер КСА-02 с модулями:

модуль питания СТ 1CPS 024;

процессорный модуль СТ 1CPU 33;

модуль связи по протоколу RS485 СТ 1СРМ10;

два модуля СТ 1ACI 08;

модуль ввода дискретных сигналов СТ 1DDI 30;

модуль вывода дискретных сигналов СТ 1DDO 30.

• 3. Нижний уровень (первичные и вторичные преобразователи):
  • · датчик уровня ультразвуковой ДУУ2 - 4 шт.
  • · контроллер микропроцессорный «ГАММА-8М» - 2 шт.
  • · датчик положения уровня ДПУ-5-0,6-4,0-ОМ1,5 - 3 шт.
  • · преобразователь вторичный сигнализатора ПВС4 - 3 шт
  • · датчик расхода турбинный «Норд И-2У» - 3 шт.
  • · измеритель расхода «ИМПУЛЬС-4» - 1 шт.
  • · датчик избыточного давления Метран-55-ВН-ДИ - 7 шт.
  • · метран-253 ТСМ(50М) - 4 шт.

Стоимость верхнего и среднего уровней равна 222317 руб.

Стоимость пыленепроницаемого шкафа Legrand Altis 2000x800x600 с блокам питания (TRACO TIS 300-124), аккумуляторная батарея (TRACO TIS 24-70 AP), клемниками, разъемами (Phoenix Contact), реле (Relpol), стабилизатором напряжения (Phoenix Contact), автоматическими выключателями (Legrand) равна 250440 руб.

Итого оборудования будет стоить 250440+222317=472757 руб.