АСУ ТП цеха добычи нефти и газа Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Н.Е. Сергеев, С.В. Добровольский АСУ ТП ЦЕХА ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА

Внедренная на предприятиях нефтедобычи АСУ ТП цеха добычи нефти и газа (ЦДНГ) представляет собой программно-аппаратные комплекс сбора, обработки данных и компьютерного мониторинга.

Основными целями создания системы являются: управление процессом нефтедобычи в реальном времени; повышение качества и сохранности выходной информации; обеспечение возможности создания единого информационного пространства месторождения.

В ЦДНГ входит: до 200 технологических объектов управления (ТОУ) с промышленными контроллерами к которым можно подключить до 64 аналоговых, 96 дискретных и импульсных и 64 управляющих выхода типа «сухой контакт» в соответствии со схемой технологического процесса. ТОУ и контроллеры рассчитаны на автономное (без вмешательства человека) функционирование в условиях крайнего Севера. Обмен информацией между контроллерами и центральным ЭВМ-сервером производится посредством радио или проводной связи. При радиосвязи контроллеры работают в режиме пассивной мультиточки. При потере связи сервера с одним из контроллеров производится обмен данными через ретранслирующий контроллер. Верхний уровень АСУ ТП состоит из: ЭВМ-сервера и рабочих станций, объединенных по сети Ethernet. На сервере работают следующие задачи: связь с контроллерами, связь с базой данных, база данных, связь с рабочими станциями, архивация данных и т.д. Операционная система — Microsoft Windows NT 4.0. База данных — Microsoft SQL Server, Microsoft Exchange Server. Язык программирования — Microsoft Visual C++. На рабочих станциях организованы рабочие места диспетчера и технологов ЦДНГ, обеспечивающих визуализацию и компьютерный мониторинг технологического оборудования и ТП, управление ТОУ в реальном времени, просмотр исторических трендов, формирование различных отчетов. Для визуализации и мониторинга ТП используется SCADA-пакет InTouch фирмы Wonderware.

Н. Е. Сергеев

ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ МНОГОУРОВНЕВОЙ АСУ ТП

Наиболее важной проблемой при проектировании автоматизированной системы управления (АСУ) технологического процесса (ТП), является выбор модели представления данных и процессов. При выборе типа элементов представления необходимо руководствоваться рядом требований, таких как:

- возможность содержательной интерпретации элементарной структуры представления;

- соответствие структур представления смысловым структурам предметной области;

- возможность естественного разбиения структуры представления на простые элементы, которым можно сопоставить величину или фактор с некоторым значением;

- наличие удобного визуального представления;

- возможность представления декларативных и процедурных компонент;

- удобство приведения других типов представления к выбранному базовому типу;

- сохранение основных преимуществ других типов представлений после приведения к выбранному типу;

- возможность реализации визуального просмотра структуры данных;

- возможность работы с внешними данными из файлов других форматов;

- возможность работы с отдельными частями структуры данных.

Кроме этого, при определении модели данных учитывалось, что проектируемая АСУ содержит более 20 тысяч входных и выходных сигналов со стороны технологических объектов управления (ТОУ). Все эти сигналы проходят восемь уровней порождения (представления, обработки). На рисунке 1 изображен граф порождения

данных. Вершины графа представляют стадии порождения, а ребра — порождающие процессы.

На каждом уровне порождения элемент данных должен быть идентифицирован. Возникает также проблема унификации и идентификации порождающих процессов. Кроме этого, ставится проблема расширения АСУ, как по составу данных, так и по функциям.

Наиболее удобной моделью для закладки основ единого информационного пространства нефтегазодобывающее управление (НГДУ) представляется объектнотематическая модель данных рис.2.

элемент

элемент

элемент

сигнал с

источника сигнал на внутреннего массива данных элемент внутреннего

информации по информационном представления для передачи или принятого ВУ представления Элемент отчета элемент месту входе ТТ сигнала ретрансляции на ВУ массива данных сигнала ВУ (видеокадра) документа

®-------------->©-------------->©--------------*©---------------*©--------------->©---------------*©---------------*®

©<---------©<----------©*-

---------©<---------©<----------©

элемент

принятого

решения

сигнал на сигнал на элемент элемент элемент элемент команда

исполнительный управляющем внутреннего массива массива для внутреннего (запрос)

механизм выходе ТТ представления принятых команд передачи на НУ представления диспетчера

команды или команд для команды ВУ

ретрансляции А

1 уровень 2 уровень 3 уровень 4 уровень 5 уровень 6 уровень 7 уровень 8 уровень ТОУ ТТ ЦДНГ

Рисунок 1

Уровень 1. Сигнал с источника информации по месту ^ сигнал на исполнительный механизм.

Уровень 2. Сигнал на информационном входе технологического терминала (ТТ) ^ сигнал на управляющем выходе ТТ.

Уровень 3. Элемент внутреннего представления сигнала ^ элемент внутреннего представления команды (ребро <^ X> представляет процесс самостоятельного

порождения решения контроллером без участия верхнего уровня (ВУ)).

Уровень 4. Элемент массива данных для передачи на ВУ ^ элемент массива принятых команд.

Уровень 5. Элемент принятого ВУ массива данных ^ элемент массива для передачи на нижний уровень (НУ) (вершина DW представляет порождение данных на терминале-объекте ретрансляции).

Уровень 6. Элемент внутреннего представления сигнала ВУ ^ элемент внутреннего представления команды ВУ.

Уровень 7. Элемент отчета (видеокадра) ^ команда (запрос) диспетчера.

Уровень 8. Элемент документа ^ элемент принятого решения. К внутрима-шинным информационным структурам относятся элементы 3-7 уровней. Уровни 3, 4 реализуются АСУ НУ, уровни 5-7 — АСУ ВУ. Объектная модель прототипа элемента данных показана на рисунке 2.

На нижнем и верхнем уровне существуют три модели, которые отличаются только составом слотов субвершины объектов (составом входных сигналов):

- модель куста скважин;

- модель дожимной насосной станции (ДНС);

- модель кустовой насосной станции (КНС).

На однотипный сигнал ТОУ выделяется один слот субвершины объектов (тэг). Например, сигналам «включение насосов» всех ЭЦН всех кустов соответствует один тэг. «Подстановкой» конкретных сигналов занимается процедура управления параллельным означиванием.

Рис. 2

Во внутримашинной информационной базе системы различные данные означивает слоты моделей куста скважин, ДНС и КНС. Так, параметры ТП, команды изменения параметров ТП и команды управления выступают в качестве слотов субвершины объектов, массив уставок и промежуточный массив — в качестве слотов субвершины процессов, входной и выходной пакеты и слова состояний — в качестве слотов субвершины интерфейсов.

Для выполнения таких функций АСУ, как визуализация ТП, архивирование

оперативных данных ЦДНГ и ведение отчетной документации на верхнем уровне системы вводятся три дополнительные служебные модели:

- модель видеокадра;

- модель отчета;

- модель архива ЦДНГ.

Модель видеокадра имеет несколько экземпляров, соответствующих видеокадрам. Слотами данной модели являются:

- экранная форма (означивается из массива экранных форм);

- объект тревог/событий;

- динамика поведения параметров ТП;

- исторический тренд;

- информационные слоты, которые представляют собой тэги текстовых сообщений, либо поступающих на рабочую станцию (РСт) или переносной пульт оператора технолога (ППОТ), либо формируемых на РСт или ППОТ);

- флаг активности (1 — находится в данный момент на экране РСт или ППОТ, 0 — нет).

Фрейм-модель отчета имеет несколько экземпляров, соответствующих раз-

личным выходным документам .

1. Мелихов А.Н., Берштейн Л.С. и др. Ситуационно -фреймовские сети для конструирования экспертных систем с нечеткой логикой. Таганрог ТРТУ 1993г.

2. Коровин С.Я., Сергеев Н.Е. Ситуационно-фреймовые сети для анализа и прогнозирования экологической обстановки. Таганрог ТРТУ 1992г.