Решения за автоматизация в газопреносни системи

Aвтоматизацията се превръща във все по-важен елемент от газопреносните системи. Изборът на конкретни решения за автоматизация е изключително важно решение при проектирането и изграждането на нови съоръжения. След като много съществуващи предприятия подобриха ефективността на производствения си процес по механичен начин, предстои следваща стъпка - автоматизация на бъдещите подобрения.

Тя предоставя възможност за постоянно използване на пълния механичен капацитет на оборудването и изпълнение на процеса по стабилен и надежден начин в най-ефективните му елементи.

Една добра платформа за автоматизация може да бъде използвана с цел осигуряване на точната информация за отговорния за конкретната задача персонал, който да вземе правилните решения в максимално кратки срокове. Данни за предишното състояние могат да се събират буквално по всяко време, след което да се анализират статистически. С тези данни могат да бъдат пресъздавани проблемни ситуации, както и автоматично да бъдат създавани доклади за производството. Това са само няколко от многото възможни приложения на тези данни.

Системите за автоматизация, които следят и контролират потока на природен газ в преносните и разпределителните газопроводи, често използват два вида системи - SCADA - контролира потока в газопроводите, и AMR система, която измерва количеството газ, което влиза и излиза през газопровода.

Тези две системи за автоматизация, които могат да работят напълно самостоятелно или заедно, са широко разпространени при поддръжката на газопроводите. Те разчитат преди всичко на технологиите за отдалечена комуникация, за да прехвърлят данни, които са нужни за дейностите по наблюдение и управление на газопровода.

Това е най-трудният аспект на проблемите в автоматизацията, тъй като комуникационната система е най-уязвимият към прекъсвания и повреди компонент. При проектирането на системите за автоматизация трябва да бъдат взети под внимание стратегии, които да осигурят непрекъсната безопасна работа на газопровода през времето, в което има срив в комуникациите.

SCADA системи

SCADA системите се различават от системите за автоматизация в заводите, тъй като са проектирани да автоматизират и следят обекти, които са разположени на големи разстояния едни от други. Те се използват за автоматизирано управление на отдалечени обекти, които са в различни градове, региони, континенти и дори в различни точки на земното кълбо.

Контролът и наблюдението, които са нужни за поддържането на нормален работен процес в тези отдалечени един от друг обекти, обикновено се извършват от полеви устройства, които са разположени на всеки един обект. Работата на тези устройства, както и обектите, които те контролират, се наблюдават с помощта на хост компютри, разположени в контролна зала.

По принцип хост компютрите предоставят визуални данни за работата на устройствата, за да позволят на персонала да оцени условията и моментното им състояние. Данните, които представят тези условия, както и състоянието се изпращат от полевите устройства до хост компютъра чрез телеметрична система. Съществуват и методи за въвеждане на данни, чрез които с пренастройване се контролират определени задачи и ограничения в полевите устройства, за да се запази правилното функциониране на обектите.

Както бе посочено, трите основни компонента на SCADA системите са:

• полеви устройства - оборудване, което се намира в отдалечен обект и реализира контрол на място, събиране на данни и наблюдение;

• телеметрична система - тя свързва полевите устройства и хост компютъра;

• хост компютри - събират, представят и анализират данни от полевите устройства. Освен това, те поддържат методи за въвеждане на данни, които позволяват пренастройване на параметрите на контрола, който се упражнява от полевите устройства.

Системи за дистанционно отчитане (AMR)

Системите за дистанционно отчитане събират данни за покупко-продажбата на природен газ. Този вид данни са ключови за компанията доставчик, тъй като те отразяват колко точно газ е преминал през една точка в газопровода, като обикновено това е точката на прехвърляне на газа между две компании.

Получените данни впоследствие се прехвърлят на счетоводния отдел за проверка и фактуриране. Системите за дистанционно отчитане имат архитектура, която е подобна на SCADA системите, с полеви устройства, които измерват потока от газ, който е бил доставен, хост компютри, които събират данните и телеметрична система, която свързва полевите устройства с хост компютъра.

Полеви устройства

Полевите устройства, използвани в първите SCADA системи, са поставяни главно с цел събиране на данни и предоставяли твърде малки възможности за контрол. С поевтиняването на микропроцесорите и паметите, полевите устройства са придобили повече функции за контрол. Тези функции могат да бъдат променяни чрез препрограмиране или пренастройване, за да бъдат използвани за различни приложения.

Тази автономност децентрализира контрола и подобрява цялостната надеждност на системата. Това на практика се реализира чрез намаляване на товара върху телеметричната комуникационна система и чрез позициониране на контрола на отделно място, където той не може да бъде прекъснат от срив или повреда в комуникацията. За разлика от SCADA системите, полевите устройства, използвани при системите за дистанционно отчитане, обикновено изпълняват само две функции - събирането на данни и изчисленията, необходими за измерването на природния газ.

При полевите устройства в SCADA системите и в системите за дистанционно отчитане в повечето случаи съществуват два напълно различни вида данни. Потребителите обикновено приемат данните, които се актуализират в полевите устройства по график, докато през това време се извършват функциите по контрол и събиране на данни. При прехвърлянето на тези данни към хост компютъра се изпраща най-актуалната стойност. Тези данни често се наричат данни в реално време или текущи данни.

В някои приложения полевите устройства запазват в паметта си данните, заедно с часа и датата, в които те са били измерени. Тези данни могат да бъдат съхранени в паметта на устройството, за да се използват за проверка на изчисленията на газа, например. Често съществува и връзка между стойностите и времевите данни, която е важна за разбирането на събитията, които са генерирали тези данни. Тази съвкупност от данни се нарича “масив от данни”.

Пример за масив от данни може да бъде снимка на спектъра от данни, който отразява вибрациите на въртящ се машинен елемент. Друг пример може да бъде пълният цикъл на работа на една нефтена помпа, който се нарича “карта”. При всички тези случаи загубата на една част от данните може да наруши целостта на масива. В резултат на това комуникацията между полевите устройства и хост компютрите по отношение на данните от измерването на газа изисква специално внимание.

Отдалечен терминален възел

Полевите устройства, които са част от SCADA системите, обикновено се наричат отдалечени терминални възли. В днешно време те са по-стабилни и по-компактни, представляват компютри, които могат да бъдат монтирани в обекти, изложени на атмосферни условия. Други устройства като програмируемите логически контролери също са включени в приложенията на SCADA системите, където не се наблюдават твърде тежки условия на околната среда.

Следните характеристики на SCADA системите могат да окажат влияние при избора между отдалечените терминални възли и програмируемите контролери:

• обхват на работна температура: от -40 до 85 °C;

• ниска консумация на енергия: по-малко от 100 mV;

• разрешително за употреба на електрически уреди в среда с взривоопасни газове.

Като допълнение към това, отдалечените терминални възли имат и разлики с програмируемите контролери, свързани с вътрешното управление на данните, например възможността да събират и изпращат масиви от данни, което е предпоставка за по-ефективното използване на определен телеметричен метод. Отдалечените терминални възли обикновено са оборудвани с гъвкава комбинация от изходи и входове, за да могат да бъдат използвани в различни приложения на автоматизацията.

Електронни устройства за измерване на потока и коректори

Електронните устройства за измерване на потока и газовите коректори са полеви устройства, които са тясно свързани с измерването на газа. Логиката на автоматизацията и входно-изходните им възможности са специално съобразени с това да правят изчисления за газа в съответствие със стандартите. Резултатът от тези изчисления е масов дебит, с единица мярка “маса за единица време”.

В някои случаи регулаторните органи изискват устройствата, които измерват количеството газ да запазват данни в суров вид, които да се използват за изчисление на плътността на определен период от време. Тези архивирани данни са достъпни за хост компютрите чрез телеметричната система с цел проверка на изчисленията, направени от измервателните уреди.

Електронните устройства за измерване на потока и коректорите имат екологични и енергийни изисквания, които са близки до тези на отдалечените терминални възли. Често те биват монтирани в отдалечени места, които нямат връзка с главната електрозахранваща мрежа, където единствените алтернативи на източници на енергия са слънчевите клетки и акумулаторите. Консумираната мощност на някои от газовите коректори е достатъчно малка, за да могат те да бъдат захранвани през продължителни периоди от време от батерии тип D, които са без система за презареждане.

Телеметрична система

Телеметричните мрежи в SCADA системите осъществяват връзка за прехвърляне на данни на голямо разстояние, която свързва полевите устройства с хост компютрите. Традиционните телеметрични методи са използвали различни канали за комуникация като наети телефонни линии, всякакви видове радиоприемници, микровълнови системи и сателитна връзка.

Появата на мрежови стандарти за интернет комуникация на големи разстояния обаче са въздействали сериозно на комуникациите в SCADA системите. Маршрутизаторите, мостовете, защитните стени и сървърите за достъп са разширили корпоративните вътрешни мрежови връзки.

Тези широко разпространени мрежи, базирани на IP технологиите, подобриха значително производителността и надеждността на комуникационните технологии на SCADA системите. Стандартите в индустрията на мобилните телефони като CDMA и GPRS (пакетна радиовръзка за всеобщо ползване) осигуряват безжични връзки между полевите устройства и интернет. Веднъж след като едно такова устройство се свърже с глобалната мрежа, хост компютърът може да общува с него, независимо от местоположението си.

Хост компютри

Системата от хост компютри може да включва една-единствена машина или мрежа от много компютри, които са свързани с полевите устройства чрез телеметричната система. Задачите на тези компютри зависят от приложението на системата. В SCADA системите хост компютрите дават възможност за следене и оценка на контролирането в отдалечените обекти.

Освен това съществуват и методи за въвеждане на данни, които позволяват настройването на контролираните обекти с цел коригирането на отклоненията им от поставените задачи. Тази дейност се осъществява в контролна зала, която постоянно се управлява от експлоатационен персонал.

При по-елементарните SCADA системи хост компютрите могат да работят самостоятелно в съоръжение, в което няма човешки персонал. В този случай то ще е проектирано така, че да уведомява хората чрез известяване, сигнализация по телефон или по електронната поща, когато производителността излезе извън зададените ограничения. Системата също така ще трябва да помага на обслужващия персонал, който ще бъде изпратен да отстрани повредата, като предоставя данни, чрез които тя да се открие и да се изолира.

Стратегии за комуникация в SCADA системите

Количеството информация, което може да бъде прехвърлено чрез определен телеметричен метод, се нарича честотна лента. Честотната лента на една телеметрична система за големи разстояния е търговска стока, която има определена стойност и може да бъде купувана и продавана. Телеметричната система може да бъде представена като система за прехвърляне на данни или информационна тръба, през която се предава информация.

Честотната лента на тази транспортна система за данни се измерва в максималното количество информация, което може да бъде транспортирано за определен период от време. При SCADA системите и системите за дистанционно отчитане прехвърлянето на информация от полевите устройства към хост компютрите може да бъде задействано автоматично по определен график.

Проблемите в комуникацията

засягат всяка една от тези сфери и често имат най-голям ефект върху успеха на системата. Много рядко може да се намери SCADA или AMR система, която да разчита само на устройствата на един производител или само на един протокол за комуникация. Докато повечето производители предлагат свой собствен софтуер или фърмуер, който позволява хост компютърът да получава данни от полевите устройства, ще е необичайно компютърът да поддържа връзка и да комуникира с устройство на друг производител.

Освен това SCADA и AMR системите по принцип използват различни класове устройства, които не са предназначени да комуникират с една и съща платформа. Вероятно ще са нужни различни телеметрични системи, които да осигурят обхват за всичките части на системата. В крайна сметка важно е един софтуер за комуникация на хост компютър да свързва протоколите и телеметричната система ведно.