CC BY
20
УДК 681.518
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-140-146
АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИЙ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ДОБЫЧЕ И ТРАНСПОРТУ
НЕФТИ И ГАЗА
И.В. Пантюшин, И.Н. Войтюк
Для повышения оперативности выполнения мероприятий по ликвидации аварий, составления, корректировки плана ликвидации аварий и ввода его в действие на предприятиях нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей отраслей целесообразно использовать аналог SCADA-системы (системы диспетчерского управления и сбора данных), которая формирует диалоговый режим взаимодействия с лицом, ответственным за локализацию и ликвидацию последствий аварий, негативно влияющих в том числе на экологическую обстановку. SCADA-система разрабатывается на основании утвержденного документа «План ликвидации аварии» и предусматривает обмен данными с автоматизированными системами предприятия для формирования полного описания ситуации для ответственного лица по локализации и ликвидации последствий аварий. Прикладное программное обеспечение автоматизированной системы разрабатывается с применением языков высокого уровня (Embarcadero Delphi или аналогами) и технологий прямого доступа к системе управления базами данных Oracle. Применение автоматизированной системы целесообразно для крупных предприятий добывающей и перерабатывающей отраслей с возможностью интеграции в состав автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления (MES-системы) предприятия.
Ключевые слова: добыча нефти и газа, транспорт нефти и газа, ликвидация аварий, программное обеспечение, автоматизированная система, система управления базами данных, центр обработки данных.
На опасных производственных объектах производства нефтегазодобывающей, нефтегазоперерабатывающей, горноперерабатывающей, металлургической и проч. отраслей возможны события, приводящие к авариям (взрыв, пролив, пожар), и, как следствие, к нерегламенти-рованным выбросам отравляющих веществ, сильнодействующих ядовитых веществ, химически опасных веществ в промышленную инфраструктуру и окружающую среду [1].
Авария для таких объектов определяется как несанкционированное высвобождение (выброс во внешнюю среду) массы или энергии, которое причиняет или способно причинить ущерб персоналу, окружающей среде или оборудованию [2]. При этом масса или энергия выступает в качестве источника аварийной опасности.
Чрезвычайная ситуация (ЧС) - выход (разлив) опасных веществ за пределы санитарной защитной зоны технологических объектов с превышением предельно допустимой концентрации [3]. Источниками разлива нефтепродуктов могут быть любые технологические объекты и емкости: фланцевые соединения, резервуары, автоцистерны, добывающие скважины, запорная арматура, нефтепроводы. Аварии на нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятиях могут возникать по многим причинам, часть из которых представлены на рис. 1.
Основными поражающими факторами разлива нефти и нефтепродуктов являются: загрязнение окружающей среды; токсическое и тепловое (при пожаре) воздействие на человека и окружающую природную среду. От объёма опасных веществ напрямую зависят последствия и размеры зон аварий [4,5].
Задача спасательной и пожарной служб - предотвращение аварий путём контроля и недопущения возникновения аварийной ситуации; при её возникновении - предотвращение развития аварии в чрезвычайную ситуацию; минимизация последствий аварии/ЧС. Для повышения оперативности выполнения мероприятий по ликвидации аварий, составления, корректировки плана ликвидации аварий и ввода его в действие целесообразно использовать SCADA-систему, которая формирует диалоговый режим с ответственным лицом по локализации и ликвидации последствий аварий предприятия [6], в частности, автоматизированную систему «План мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий» (АС ПЛА).
2. Описание структуры системы. Автоматизированная система разрабатывается на основании утвержденного документа «План ликвидации аварии» и предусматривает обмен данными с автоматизированными системами предприятия для формирования полного описания ситуации для ответственного лица по локализации и ликвидации последствий аварий.
ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ И ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЮ И РАЗВИТИЮ АВАРИЙ
ОТКАЗЫ (НЕПОЛАДКИ)
оборудования {физиче ский
износ. механические повреждения: отказы приборов киша
\7
противоправные действия
людей приводящие к умышленному созданию аварийной ситуации
\7
внешнее воздействие природного и техногенного характера
коррозия металла внешних. внутренних стенок и днища резервуаров. внутренняя
коррозия металла, коррозия металла стенок трубопроводов)
ошибочные действия персонала
(несоблюдение правил техниче ской эксплуатации при проведении ремонтных. профилактических и других работ связанных с неу ст ойчибыми переходными режимами)
Рис. 1. Причины и факторы возникновения и развития аварий
Целями функционирования системы являются:
планирование действий персонала в различных вариантах аварийных ситуаций и на его основании адаптация (корректировка) документа «План ликвидации аварий» и других документов, связанных с промышленной безопасностью;
мгновенное отображение информации, относящейся к возникшей аварии/чрезвычайной ситуации;
повышение оперативности и фиксация действий лица, отвечающего за ликвидацию
аварий.
Реализация вышеперечисленных целей осуществляется автоматизацией следующих функций:
1) прогнозирование и предотвращение аварий/чрезвычайных ситуаций за счет: ведения электронных справочников, необходимых для выполнения задач документа
«План ликвидации аварий»;
ведения архива документации, связанной с промышленной безопасностью (сканированные копии утверждённых планов эвакуации, оперативных инструкций, нормативно-распорядительной документации, справочников, планов местности, расчетов по прогнозированию объемов и площадей разливов нефти и нефтепродуктов и др.);
планирования мероприятий по ликвидации аварий/чрезвычайной ситуации с внесением и согласованием изменений в документ «План ликвидации аварий»;
2) получение, обработка и представление данных при аварий/чрезвычайной ситуации
за счет:
получения информации о возникновении аварии в автоматизированном режиме через автоматизированные системы «Пожарной сигнализации и пожаротушения», «Контроля загазованности», «Электроснабжения» и пр.;
регистрации дежурными спасательной и пожарной служб данных, поступающих по телефонной и радиосвязи с привязкой к местоположению (объект, местоположение, объём и содержание выбросов, количество и местоположение персонала в зоне аварии/ЧС и др.);
представления в текстовом виде оперативной информации о возникновении аварийной или чрезвычайной ситуации, мероприятий и действий по ликвидации аварий.
3) оперативное управление действиями и мероприятиями при ликвидации аварии/ЧС
за счет:
поиска позиции в документе «План ликвидации аварий» по контексту и месту обнаружения;
выдачи интегральной информации о ситуации на объекте, о путях эвакуации людей в виде, удобном для координации действий служб предприятия;
дистанционной выдачи управляющих команд в АСУТП предприятия с обеспечением мер безопасности и ограничения доступа;
оперативной передачи сообщений и указаний, связанных с минимизацией последствий аварии, оперативным дежурным (диспетчеру, оператору газового контроля и т.д.);
отслеживания выполнения мероприятий, предусмотренных в документе «План ликвидации аварий» и сигнализация наличия невыполненных пунктов. Структурная схема АС ПЛА приведена на рис. 2.
j/^ Ас тома л j змроеамн о? ^ рабочее место инженера АС ПЛА (адмтистрироеанне)
/Аг томАШзйров акн ое\ рабочее место оператора АС ПЛА (вюушкицриф
АСУТП предпр««тия
N
Грокко-говорящая сгязь
€
Сеть пере задней»пых предприятия
С
с
Хранение
Службы
--ч
\ ( Сбор технслопгчеся д ] [ Сданных о | [ Управляющие сигналы | I данных J { персонале J I опсеешежи J
X-, И Сбор данных о ^
Ссор метеоданны?:
М дыскенш транспорта I
Система управления базы данных
Рис. 2. Схема функциональной структуры
АС ПЛА функционально объединяет в себе следующие подсистемы:
1) подсистема визуализации, реализуемая на прикладном программном обеспечении автоматизированного рабочего места оператора (отображение информации для оператора о работе АС ПЛА; прием данных ручного ввода от оператора);
2) информационная подсистема, реализуемая на IIS, сервере приложений (преобразование данных, поступающих из СУБД, для передачи в подсистему отображения; обработку данных ручного ввода от оператора);
3) подсистема администрирования, реализуемая на штатном программном обеспечении СУБД автоматизированного рабочего места инженера АС ПЛА (контроль и управление СУБД);
4) подсистема обмена данными, реализуемая на прикладном программном обеспечении СУБД и обеспечивающая взаимосвязь со смежными системами (процедуры сбора технологических данных, получения метеоданных, получения данных о передвижении персонала и транспорта, выдачи сигналов оповещения во внешние системы);
5) подсистема хранения данных, реализуемая на прикладном программном обеспечении СУБД и осуществляющая хранение данных всех видов;
6) служебные подсистемы СУБД, осуществляющие автоматизированный анализ полученных данных, формирующие запросы, данные для отображения и сигналы оповещения.
Основой функционирования АС ПЛА является утвержденный документ «План ликвидации аварий» для предприятия. В рамках работы системы при аварийной ситуации по определенной позиции документа «План ликвидации аварий» осуществляется поиск и представление оперативной информации для ответственных исполнителей. Пример приведен в табл. 1.
На блок-схеме (рис. 3) приведены определяющие связи между информационными образами.
Для подготовки оперативной части плана и его реализации для ответственного лица создается база данных и ПО, применяя системный анализ.
Программное обеспечение АС ПЛА разделяется на общесистемное, базовое и прикладное. АС ПЛА построена по архитектуре клиент-сервер и состоит из клиентского программного обеспечения и базы данных, которая находится на серверах центров обработки данных предприятия. В качестве основы может использоваться, например, СУБД Oracle, обеспечивающая хранение и передачу всей информации системы и обслуживание базы данных. Смежные автоматизированные системы при необходимости имеют возможность получить доступ к данным сервера базы данных АС ПЛА при помощи стандартных инструментов, основными из которых являются язык SQL и хранимые и присоединенные процедуры
Таблица 1
Описание позиций ПЛА
№ п/п Характеристики позиции ПЛА Содержание характеристики
1 Мероприятия по спасению людей и ликвидации аварии 1. Перевести технологическое оборудование в безопасное состояние. 2. Вызвать спасательную и пожарную службы по прямой связи или по телефону. Сообщить об аварии смежным диспетчерским службам.
2 Ответственные лица и исполнители Диспетчер; Операторы технологического оборудования; Оперативный дежурный по электроснабжению и проч.
3 Пути и время выхода людей из аварийного и угрожаемых участков Маршруты выхода всех трудящихся в безопасное место (оптимальные) с указанием минимального времени выхода людей
4 Маршруты движения аварийных служб и задания Выдача оперативной информации первому прибывшему отделению ГСС или пожарной службы и определение оптимального маршрута её движения
С
Позиция плана ликвидации аварий
< С
Места производства
Мероприятия по спасению людей
) 3
С
С
утиивремяэвакуацииЧ людей
Действия
j
<
Ответственные лица и исполнители
)
Рис. 3. Условное отображение связей информационного образа, описывающего позицию
плана ликвидации аварии
Прикладное программное обеспечение основного автоматизированного рабочего места оператора разрабатывается с применением высокоуровневого языка программирования (Embarcadero Delphi или аналога) с применением инструментов прямого доступа к СУБД Oracle.
Состав программного обеспечения автоматизированного рабочего места администратора выбирается на основании действующих на предприятии норм и правил управления компьютерной инфраструктурой (в состав АС ПЛА не входит) [8].
3. Пример архитектуры базы данных АС ПЛА. Для каждого объекта системы создаётся отдельная таблица, имеющая первичный ключ - идентификатор, поля для внешних связей с другими таблицами и информационные поля. Для организации связей «многие-ко-многим» создаются промежуточные таблицы связей. Условный перечень объектов и соответствующих им таблиц приведён в табл. 2, а их взаимосвязь показана на рис. 4.
Таблица 2
Перечень объектов и таблиц системы__
№ п/п Объект Наименование таблицы Оценка объёма данных
1 Справочник организаций ORGANIZATIONS 0,5-1 Мбайт
2 Иерархический справочник производственных подразделений предприятия DEPARTMENTS 0,5-1 Мбайт
3 Справочник опасных производственных объектов (ОПО) OPO 1-2 Мбайт
4 Иерархический справочник местоположений объектов LOCATIONS 0,5-1 Мбайт
5 Справочник опасных производственных факторов DANGER TYPES 100-200 Мбайт
6 Таблица опасных производственных факторов для каждого ОПО DANGERS 1-2 Мбайт
7 Справочник типов аварийно-спасательных средств, устройств и приспособлений RESCUE_DEVICE_TYPES 100-200 Мбайт
Окончание таблицы 2
№ п/п Объект Наименование таблицы Оценка объёма данных
8 Таблица для учёта аварийно-спасательных средств, устройств и приспособлений (установки пожаротушения и проч.) RESCUE_DEVICES 1-2 Мбайт
9 Справочник штатных должностей STAFF 0,5-1 Мбайт
10 Справочник работников PEOPLE 1-2 Мбайт
11 Таблица связи, в которой сопоставляются работники и должности (один работник может быть на должностях в двух и более организациях) PEOPLE2STAFF 0,1-0,2 Мбайт
12 Данные, показывающие фактическое наличие работников на ОПО PERSONAL_MIRROR 10-20 Мбайт
13 Таблица связи, в которой сопоставляются ОПО и персоны, на телефоны которых направляются аварийные оповещения AUTOCALL_LIST 0,1-0,2 Мбайт
14 Лог выполненных аварийных оповещений AUTOCALL LOG 1-2 Мбайт
15 Справочник транспортных средств, предназначенных для использования при ликвидации аварий VEHICLES 1-2 Мбайт
16 Лог перемещений автотранспорта, участвующего в ликвидации аварий (зеркало данных системы геомониторинга транспорта предприятия с фильтром по справочнику транспортных средств) GEOLOCATION_LOG 10-20 Мбайт
17 Лог метеоданных (зеркало данных из внешней системы предприятия, полученные в автоматическом режиме по каналам связи) METEO_DATA_LOG 1-2 Мбайт
18 Справочник технологических параметров TECH PARAMS MIRROR 0,5-1 Мбайт
18 Лог технологических данных, имеющих отношение к ликвидации аварии, с почасовым усреднением (данные приходят из систем АСУТП) TECH_DATA 100-200 Мбайт
20 Справочник типов объектов системы для ведения лога изменений справочников (в каждом справочнике - свой тип объекта) OBJECT_TYPES 0,1-0,2 Мбайт
21 Лог изменений справочников HISTORY 10-20 Мбайт
Объём данных АС ПЛА зависит от глубины хранения оперативных данных, которая может варьироваться от 1 месяца до 1 года (длительное хранение может быть обосновано необходимостью ретроспективного анализа причин возникновения аварийных ситуаций) и составлять от 400 Мбайт до 2 Гбайт.
Службы АС ПЛА находятся в постоянной памяти автоматизированного рабочего места оператора. ПО обеспечивает сбор и передачу информации пользователю в различных формах и формирование электронного отчета.
Заключение. Внедрение АС ПЛА на предприятиях по добыче, транспортировке и переработке нефти позволит:
1) осуществить оперативные действия и мероприятия с целью спасения людей, находящихся в опасной зоне предприятия:
- в режиме реального времени получить информацию о числе и местоположении людей, выгружая ее из автоматизированной системы учета персонала;
- передача информации для нахождения путей отхода людей из зон аварий/ЧС;
2) осуществить оперативные действия и мероприятия с целью ликвидации начальных стадий возникновения аварий/ЧС:
- автоматизированная передача ПЛА в смежные подсистемы предприятия;
- автоматизированное нахождение и вывод на экран позиции ПЛА по месту и характеру обнаружения аварии;
- передача информации и формирование управляющих команд в смежные автоматизированные системы предприятия, такие как "Связь", "Громкоговорящее оповещение", «Аварийная сигнализация» и так далее.
- по стандартным протоколам обмена информацией отслеживание выполнения управляющих команд смежными автоматизированными системами предприятия;
3) получить информацию о путях движения отряда спасателей, то есть контролировать действия служб, участвующих в ликвидации последствий аварии.
Список литературы
1. Грозовский Г.Л. Чрезвычайные ситуации и гражданская оборона. СПб. 2001.
540 с.
2. Палюх Б.В., Матвеев Ю.Н. Автоматизация поддержки принятия решений в аварийных ситуациях при уничтожении химического оружия. ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет», 2011, Т.17, №3. С.701-708.
3. Киселев А.С. Промышленная безопасность опасных производственных объектов. Издательство Альфа-Пресс, 2017, 239 с.
4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях / под ред. Н.К. Шишкина. М.: ГУУ, 2000.
312 с.
5. Мастрюков Б.С. Безопасность в чрезвычайных ситуациях / Б.С. Мастрюков. М.: Издательский центр «Академия», 2003. 286 с.
6. Командиров А.Н. Связь и оповещение в системе ГО связь и оповещение в системе го определяют эффективность применения её сил // «Гражданская защита», 2008, №2. С. 20 -22.
7. Комиссаров Ю.А., Гордеев Л.С., Вент Д.П. Основы конструирования промышленных аппаратов: учеб. пособие для вузов. М.: Издательство Юрайт, 2017. 368 с.
8. Мякишев Д.В. Принципы и методы создания надежного программного обеспечения АСУТП. М.: Изд-во «Инфра-Инженерия», 2017. 114 с.
Пантюшин Иван Всеволодович, канд. техн. наук, главный специалист по АСУТП, van_piv@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, ООО «Сумма технологий»,
Войтюк Ирина Николаевна, канд. техн. наук, доцент, voytuk_irina@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский Горный университет
AUTOMATION OF MEASURES TO LOCALIZE AND ELIMINATE THE CONSEQUENCES OF ACCIDENTS FOR OIL AND GAS PRODUCTION AND TRANSPORTATION ENTERPRISES
I.V. Pantuyshin, I.N. Voytyuk 145
To increase the efficiency of the implementation of measures for the elimination of accidents, drawing up, adjusting the plan for the elimination of accidents and putting it into effect at the enterprises of the oil and gas producing and oil and gas processing industries, it is advisable to use an analogue of the SCADA system (dispatch control and data collection systems), which forms a dialog mode of interaction with the person responsible for the localization and elimination of the consequences of accidents, which negatively affect, among other things, the environmental situation. The SCADA system is being developed on the basis of the approved document "Accident Response Plan" and provides for data exchange with the automated systems of the enterprise to form a complete description of the situation for the person responsible for localization and elimination of the consequences of accidents. The application software of the automated system is developed using high-level languages (Embarcadero Delphi or analogues) and technologies for direct access to the Oracle database management system. The use of an automated system is advisable for large enterprises of the extractive and processing industries with the possibility of integration into the automated operational dispatch control system (MES-system) of the enterprise.
Key words: oil and gas production, oil and gas transportation, accident response, software, automated system, database management system, data processing center.
Pantyushin Ivan Vsevolodovich, candidate of technical sciences, chief specialist of the automated control system, van_piv@,mail.ru, Russia, Saint Petersburg, Summa Technologies LLC,
Voytyuk Irina Nikolaevna, candidate of technical sciences, docent, voytuk_irina@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University
УДК 004.032.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-11-146-152
НЕЙРОСЕТЕВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ
А.С. Посохов
Рассмотрены принципы нейросетевой обработки сигналов, рассмотрены принципы построения систем охраны периметра и обработки сигналов с выдачей сигнала тревоги в случае вторжения нарушителя. В системах, построенных с применением нейросетевых алгоритмов, становится возможным определять не только факт нарушения периметральной границы объекта, но и классифицировать нарушителя при минимальном уровне ложных срабатываний.
Ключевые слова: охрана, объект, нейронная сеть, обнаружение, классификация, нарушитель.
В настоящее время из-за роста масштабов криминально-террористических угроз правительством Российской Федерации принимаются меры по усилению охраны территорий важных и особо важных объектов, в том числе и государственной границы. Эти меры, в конечном счете, направлены на ужесточение требований, предъявляемых к системам охраны периметра, которые призваны обеспечить безопасность охраняемого объекта. Системы охранной сигнализации предназначены для обнаружения вторжения нарушителей. Они, как правило, стационарно располагаются по периметру охраняемого объекта и обеспечивают «раннюю» выработку сигнала тревоги, необходимую для своевременной и эффективной реакции сил охраны на вторжение [1].
Практически все современные охранные системы, вне зависимости от физического принципа действия, основываются на одном общем подходе. Блок обработки сигнала определяет текущий уровень сигнала, генерируемого датчиком, и отслеживает изменения этого уровня. Если сигнал окажется выше или ниже установленных порогов, то процессор генерирует сигнал тревоги, который, вероятно, вызван появлением нарушителя на охраняемом периметре.
