Содержание к диссертации
Глава 1 Анализ систем управления технологическими процессами в
поточных производствах 8
1.1 Постановка задачи анализа систем промышленной автоматизации на
примере предприятий нефтегазодобычи 8
1.1. Описание объектов автоматизации (на примере АСУ ТП в
нефтедобывающем КОМПЛЕКСЕ) 14
1.2. Крупноблочное описание существующей системы управления
нефтедобывающим производством 17
Структура управления производством 17
Характеристика взаимодействия уровней управления технологией производственных
предприятий 19
1.3. Анализ результатов обследования объекта управления 20
Понятие канала управления в АСУ ТП 20
1.4. Современное состояние уровня АСУ ТП и ОДУ в других отраслях
промышленности 25
Краткие результаты анализа и выводы по обзору имеющихся систем промышленной
автоматизации 29
Выводы и постановка задачи 31
Глава 2 Управление структурой ТОУ на основе событийных моделей 35
Основные положения традиционной схемы управления структурой потоков в АСУ ТП 35
Анализ поддержки видов управления в АСУ ТП 39
2.3. Событийные модели ТП и их составляющих элементов 44
Модель агрегата 46
Модель технологического процесса 48
2.4. Функционирование событийной модели 54
2.5. Комментарии к введенным понятиям 58
Выводы по главе 59
Глава 3 Управление структурой ТОУ на основе событийных моделей 61
Требования к схеме управления процессами 61
Основные процедуры схемы управления 66
Общая схема управления потоками с использованием событийной модели (алгоритм работы автооператора - АО) 77
Сравнение традиционного и событийного управления структурой
потоков 79
Выводы по главе 88
Глава 4 Разработка и применение событийных моделей технологических
процессов в управлении нефтегазовыми объектами 90
4.1 Проектирование событийных моделей технологических установок ДНС
91
Описание технологических установок и потоков нефти, газа и воды в ДНС 95
Разработка событийной модели нефтегазосепаратора первой ступени ДНС 97
Разработка событийной модели нефтегазоводосепаратора ДНС 111
4.2 Внедрение результатов работы в проект АСУ ТП Пермяковской и
Кошилевской ДНС 116
Выводы по главе 117
Заключение 119
Введение к работе
Структурные изменения в нефтедобывающем производственном комплексе выдвинули новые подходы к производству в целом. Активно прорабатываются вопросы, связанные с оптимальностью режимов и отсутствием потерь при ведении технологических процессов, увеличением межремонтных периодов оборудования, экологической безопасностью производства, обоснованностью операторских решений, а также другие аспекты, улучшающие экономические параметры производства. Основу успешного индустриального предприятия в существенной степени закладывает эффективное использование производственных мощностей и технологического оборудования, что, в свою очередь, невозможно без использования разнообразных систем автоматизации [1-6,8,14-18,22,33,34,38,41,42,54,56-61,65,71]. У руководства отделов автоматизации появилась проблема выбора и обоснования пути дальнейшего развития таких систем.
С одной стороны: - увеличился объем автоматизации; возрастает сложность и стоимость аппаратуры (современные ПК, серверы, сети, SCADA - системы); увеличились затраты ресурсов и времени на проектные работы; возросли требования к квалификации обслуживающего персонала; возросли затраты на обслуживание [см. ссылки приведенные выше].
С другой стороны: более 20 лет не изменяется интеллектуальный уровень (глубина автоматизации). В системах сегодняшнего дня автоматизируются традиционные и методологически проработанные функции: телеметрии (измерительные каналы), автоматического регулирования (АР), защит и блокировок по параметрам (ТЗ, ТБ), дистанционного управления (ДУ) и, в лучшем случае - функционально-группового управления [24,29-35,68,69]. В функциональном отношении сегодняшние АСУ ТП практически совпадают с системами КИПиА 60 - 70 гг., в которых достаточно развиты методы управления параметрами материальных потоков и практически отсутствуют инструменты автоматизации регламентов и управления конфигурацией потоков в объекте [9-12]. Вследствие этого имеют место потери по причине несовершенства АСУ ТП: несоблюдение регламента с вытекающими отсюда последствиями; нарушение норм эксплуатации оборудования; слабый контроль работы персонала; нередки производственные потери по причине конфликта или несогласованности «технологических действий», планируемых персоналом и ремонтных и профилактических работ, традиционно планируемых в АСУП; «прозрачность» процессов для внешних контуров управления технологией не достаточна (обеспечивается лишь на уровне
5 параметров процессов); степень контроля работы оборудования неудовлетворительна для задач АСУП [11,49,50].
В связи с изложенным выше, актуальной является проблема совершенствования методов управления технологическими процессами, дающих более комплексное управление ТОУ. Новые методы должны быть свободны от части перечисленных недостатков и ориентированы на интеграцию АСУ ТП в единую систему управления предприятием.
Цель работы состоит в разработке моделей и методов комплексного управления технологическими процессами поточных производств, предполагающую сбалансированную автоматизацию управления параметрами материальных потоков, управления структурой потоков и супервизорного управления техническим состоянием объекта, что в совокупности обеспечивает повышение эффективности использования технологического оборудования.
Методы исследования базируются на современных приемах системотехники, теории конечных автоматов, теории графов, методах системного и прикладного программирования.
Научная новизна работы заключается в разработке событийных моделей структуры ТОУ, включая модели агрегатов, технологической сети и технологических процессов, причем динамика поведения этих моделей задается жизненными циклами - конечными автоматами специального вида; разработке механизмов моделирования и управления и построение на их основе схемы управления структурой ТОУ, решающей задачи логического управления по схеме замкнутого контура с конечным набором операций над фрагментами структуры.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена убедительной аргументацией постановок задач, корректным обоснованием и анализом моделей, наглядностью интерпретаций формальных построений.
Практическая ценность результатов работы состоит в том, что разработанные модели, механизмы, схема и концепция событийного управления ТП создают методологическую базу для модернизации действующих АСУ ТП и создания новых путем включения в них контуров управления структурой ТОУ и супервизорного управления техническим состоянием объекта автоматизации. Основные системотехнические положения диссертации реализованы в проекте двух АСУ ТП на объектах ОАО «ТНК».
Внедрение и реализация результатов.
Результаты работы использованы в программах развития работ по АСУ ТП ОАО «Лукойл - Пермь» (1999 г.), Концепции АСУ ТП на предприятиях ТНК в
Нижневартовском регионе (2002 г.), в создании ряда конкретных АСУ ТП (ДНС
«Кошили», ДНС «Пермяки» для ОАО «Нижневартовское Нефтегазодобывающее
Предприятие»).
На защиту выносятся: модели и методы событийного управления структурой
технологических процессов в рамках АСУ ТП; методология применения событийных
моделей ТП для управления нефтегазовыми объектами, реализация проекта АСУ ТП для
ДНС.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на ряде
конференций и совещаний, в том числе:
Международной научно-технической конференции «Системные проблемы
качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных
технологий» (Сочи-2001 г.),
Симпозиуме РАЕН «Современные проблемы информатике и кибернетики» (Сочи -
2002 г.),
Семинарах лаборатории № З ИПУ РАН,
Научно - практических конференциях и презентациях ряда фирм ( РТСофт, ИБС,
ПЛК Системы).
Публикации
По основным результатам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том
числе «Автоматика и Телемеханика» № 10 и № 11 2001 г.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и двух приложений.
В первой главе рассматривается современное состояние АСУ ТП в нефтяном производстве и смежных отраслях, приводятся оценки степени автоматизации на примере типовых предприятий добычи и подготовки нефти, и формулируется развернутая постановка основных задач диссертационной работы.
Во второй главе разрабатываются событийные модели агрегатов, технологической сети и технологического процесса, предлагается схема функционирования событийных моделей в составе системы управления.
В третьей главе предлагается схема управления ТОУ на основе событийных моделей, разрабатываются механизмы (процедуры) управления технологическими процессами (запуск, гашение, реконфигурации и т.п.). Показаны преимущества данного подхода по сравнению с классическим функционально-групповым управлением структурой ТОУ.
7 В четвертой главе разрабатывается методика применения событийных моделей к задачам управления распределенными объектами на примере дожимной насосной станции (ДНС), а также излагается опыт и результат практической деятельности автора в реализации основных системотехнических положений комплексного управления в проектах АСУ ТП ДНС «Кошили» и ДНС «Пермяки».
В заключении перечислены основные результаты работы. Приложения содержат таблицы, составленные по результатам анализа объектов управления (предприятия ТНК Нижневартовского региона), краткое описание функциональности проектов АСУ ТП ДНС «Кошили» и «Пермяки».
Похожие диссертации на Исследование и разработка методов управления технологическими процессами на основе их событийно-динамического моделирования : На примере производств подготовки и перекачки нефти
