Имитационный стенд для тестирования алгоритмов управления объектов нефтегазовой отрасли
Презентации: (рус:eng) Статьи: (рус:eng)
Постановка задачи
С каждым годом системы автоматического управления становятся все более сложными. На практике, как производители, так и заказчики АСУТП заинтересованы в оперативном внедрении данных систем. Но при этом одной из главных проблем на сегодняшний день остается отсутствие возможности полноценной проверки АСУТП на этапе разработки системы.
В связи с этим система управления находится в недостаточной функциональной готовности на момент ее поставки на объект. В свою очередь это приводит к:
- увеличению сроков пуско-наладочных работ;
- возникновению угрозы безопасной работы объекта управления;
- снижению экономической эффективности, как со стороны производителя системы управления, так и со стороны заказчика.
Решение
Решением обозначенных выше проблем может стать проверка функций и алгоритмов управления АСУТП с помощью имитационного стенда. Стенд позволит выявлять и устранять недостатки программно-аппаратного обеспечения, а так же осуществлять тонкую настройку алгоритмов управления до поставки системы на объект.
В свою очередь это позволит:
- сократить время пуско-наладочных работ;
- снизить риски возникновения аварийных ситуаций во время испытаний АСУТП;
- повысить рентабельность технологической установки благодаря улучшению эксплуатационных качеств системы управления.
Требования к имитационному стенду
Для решения поставленной задачи необходимо, чтобы имитационный стенд удовлетворял следующим требованиям:
- Стенд должен быть оснащен динамической моделью, осуществляющей имитацию поведения реального объекта с заданной точностью.
- Взаимодействие стенда с АСУТП должно осуществляться на уровне физических каналов связи.
- Стенд должен обеспечивать возможность автоматизированного тестирования алгоритмов управления.
- Стенд должен быть достаточно мобильным для организации выездного тестирования АСУТП на объекте.
Структурная схема имитационного стенда
Приведем опыт разработки имитационного стенда для тестирования алгоритмов управления газоизмерительной станции (АСУТП ГИС). Газоизмерительная станция представляет собой технологический объект, входящий в состав газотранспортной системы, который осуществляет коммерческий учет природного газа.
Рассмотрим принцип действия имитационного стенда на примере его упрощенной структурной схемы.
Рис.1 Структурная схема имитационного стенда и АСУТП на примере ГИС
Модель газоизмерительной станции осуществляет вычислительный процесс для расчета значений технологических параметров. Далее эти значения передаются в SCADA-приложение, которое осуществляет вывод информации на экран оператора стенда, а так же производит дальнейшее преобразование данных для передачи информации по физическим каналам связи в АСУТП ГИС.
В свою очередь АСУТП ГИС в соответствии с заложенными алгоритмами формирует управляющие воздействия на объект, а так же передает данные на верхний уровень.
Требования к функциям модели ГИС
Для полноценного тестирования алгоритмов АСУТП необходимо, чтобы имитационная модель ГИС осуществляла:
- расчет технологических параметров процесса в динамике;
- позволяла моделировать основные режимы эксплуатации, такие как: пуск, останов, переход с режима на режим;
- имела возможность имитации отказов оборудования.
Модель ГИС
На рис. 2 представлен фрагмент имитационной модели ГИС, разработанной в пакете Pipel. На фрагменте приведены основные технологические узлы газоизмерительной станции:
- участок линейного газопровода с двумя секущими кранами;
- узел подключения ГИС;
- пять измерительных трубопроводов;
- свечная обвязка ГИС.
Рис. 2 Имитационная модель ГИС
АСУТП, операторский интерфейс
Для управления моделью и задания различных режимов работы был разработан операторский интерфейс имитационного стенда (рис. 3). Он представляет собой главный мнемокадр, на котором расположены:
- технологическая схема ГИС с измерительными и исполнительными устройствами;
- тренды основных технологических параметров;
- панель задания краевых условий моделирования;
- органы переключения режимов управления и подачи сигнала аварийного останова.
Рис. 3 Операторский интерфейс
Менеджер тестирования
В соответствии с требованием к имитационному стенду об автоматизированной проверке алгоритмов АСУТП был разработан менеджер тестирования, который обеспечивает:
- задание сценариев работы объекта;
- проверку выполнения алгоритмов АСУТП;
- формирование отчетов о результатах тестирования.
Внедрение стенда позволяет
- сократить время пуско-наладочных работ;
- снизить риски возникновения аварийных ситуаций во время испытаний и эксплуатации АСУТП;
- повысить рентабельность установки благодаря улучшению эксплуатационных качеств системы управления.
Ссылки