CC BY
3Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
УДК 004
О МОДЕРНИЗОВАННОМ УНИВЕРСАЛЬНОМ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОМ
КОМПЛЕКСЕ
АЛИЕВ ДАМАД АХМЕД ОГЛЫ
Ученый секретарь НПП "Нефтгазавтомат", кандидат физико-математических наук, г.
Сумгайыт, Азербайджан
ИМАМАЛИЕВ НАЗИМ КАРИМ ОГЛЫ
Главный инженер НПП "Нефтгазавтомат", г. Сумгайыт, Азербайджан
ДЖАВАДОВ ШАКИР ГАСАНАГА ОГЛЫ
Руководитель отделом НПП "Нефтгазавтомат", г. Сумгайыт, Азербайджан
Аннотация. С использованием более высокопроизводительных микроконтроллеров и инновационной технологии модернизирован контроллер объекта универсального многофункционального устройства контроля и управления и его программное обеспечение. Модули контроллера объекта (универсальный функциональный модуль, модули ввода аналоговых и дискретных сигналов, модуль аналогового управления, релейный модуль для управления исполнительными механизмами, симисторный модуль для управления исполнительными механизмами, модуль резервного питания, кросс-плата) после модернизации стали более функционально завершенными, универсальными, надежными и эффективными. С применением нового программного обеспечения и модернизированного контроллера объекта, создан универсальный программно-технический комплекс, предназначенный для автоматического управления технологическими процессами различных отраслей промышленности. Указаны возможности программного обеспечения и преимущества модернизированного универсального программно-технического комплекса. Приведены структурные схемы системы и контролируемого пункта.
Ключевые слова: управление, технологические процессы, контроллер объекта, программно-технический комплекс, модернизация, универсальность, функциональная завершенность.
Введение. Разработка универсального программно-технического комплекса для создания информационно - управляющих систем, охватывающих системы с малым, средним и большим функциональным объемом является актуальной задачей для различных отраслей промышленности. Решение этой задачи требует широкого внедрения современных международных стандартов и технологий открытых систем, используемых как для аппаратных средств, так и для программных продуктов [1].
Постановка задачи
Требуется создать модернизированный контроллер объекта (МКО), позволяющий создать систему автоматизации технологических процессов в различных областях промышленности. МКО должен обеспечить сбор, обработку и передачу информации различного типа, управление процессами производства в реальном масштабе времени, поддержание заданных режимов в технологических процессах, подключение различных измерительных устройств, управление локальными устройствами и местными блоками автоматики и пр. Причем, модули МКО должны отличаться нижеследующими особенностями, которые обеспечивают универсальность микроконтроллерной системы для применения в различных отраслях промышленности:
• должна функционировать и самостоятельно, и в сочетании с другими модулями, обеспечивать построение системы, удовлетворяющей требованиям максимального числа применений;
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
• должна иметь гальванически развязывающие dc-dc преобразователи для гальванической развязки с объектом.
• независимость и максимальная универсализация (многофункциональность) модулей;
• низкая потребляемая мощность модулей;
• возможность питания от одного единого источника питания;
• гибкость (возможность изменения структуры за счет различного сочетания модулей и возможность модернизации АСУ за счет модернизации модулей);
• наращиваемость (возможность увеличения или уменьшения количества модулей в МКО);
Решение задачи
Для решения поставленной задачи НПП "Нефтгазавтомат" обладает необходимыми ресурсами. В том числе, в НПП "Нефтгазавтомат" функционируют: научно-исследовательские и проектно-конструкторские отделы, оборудованные всеми необходимыми средствами; опытно производственный цех, оборудованный современными станками; испытательная лаборатория; Система Управления Качеством, сертифицированная с 2006 года; Научно-Технический Совет и Научно-Технические Семинары.
Кроме того, предприятие укомплектовано высококвалифицированными компетентными специалистами по проектированию, разработке, созданию, внедрению, техническому обслуживанию систем и средств АСУТП для нефтегазодобывающей промышленности и имеет многолетний опыт работы реализации проектов по созданию и модернизации.
В НПП "Нефтгазавтомат" с использованием более высокопроизводительных микроконтроллеров, изготовлен модернизованый (универсальный, мультифункциональный) контроллер объекта, который состоит из следующих современных, функционально и конструктивно завершенных модулей: универсальный функциональный модуль (UFM), модуль ввода аналоговых сигналов (MA64), модуль ввода дискретных сигналов (MS64), модуль аналогового управления (MAU16), релейный модуль для управления исполнительными механизмами (RM8), симисторный модуль для управления исполнительными механизмами (SM8), модуль резервного питания (MRP), кросс-плата.
Все модули МКО отличаются вышеуказанными особенностями. Модули UFM, MA64, MAU16, MS64, SM8 питаются от источника питания напряжением 5В. Связь с другими функциональными модулями обеспечивается по интерфейсу RS-485.
Для достижения поставленной цели усилиями руководящих работников и инженеров -программистов модернизировано и программное обеспечение, которое по сравнению с предыдущим поколением более детально, точно охватывает все необходимые параметры контроля и управления технологическими процессами, а также разработано специальное программное обеспечение (специальные алгоритмы проверки и тестирования, специальные диагностические программы) которое позволяет:
• проверку работы микрочип модулей, радиоканала, GPRS канала, канала по физическим линиям связи и устранение неполадок;
• проверку контроллера, отдельных модулей и устранение неполадок;
• проверку на влияния вирусов компьютеров центрального диспетчерского пункта и устранение обнаруженных негативных последствий;
• проверку базы данных, разных подпрограмм и устранение обнаруженных неполадок;
• проверку сигналов, поступающих к входным модулям объектного контроллера и устранение ощибок (если имеются);
• проверку проводимости линий связи между контроллером и объектом, цепей заземления и устранение отклонений.
После определенных тестов, проверок и испытаний на базе нового МКО и соответствующего программного обеспечения создан универсальный программно-технический комплекс (УПТК) для создания многоуровневой информационно-управляющей системы технологическими процессами.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2021 - 5.81
УПТК, созданный на базе МКО, позволит:
• автоматизировать процессы выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления;
• оптимизировать работу объекта путем соответствующего выбора управляющих воздействий;
• улучшить экономические показатели работы объекта;
• автоматизировать управление технологическим процессом без участия или с минимальным участием оператора, тем самым снизить ошибки, связанные с ролью человеческого фактора;
• увеличить оперативность управления технологическим процессом;
• функционировать технологическому процессу при абсолютном соблюдении технических требований и требований по безопасности;
• обеспечить высокую надежность системы управления;
• систематически улучшать показатели качества управлением работы объекта;
• максимально увеличить жизненный цикл внедрения системы автоматического управления работы объекта.
^стема управления, построенная на базе модернизированного УПТК будет выполнять следующие функции более оперативно, точно и надежно:
• получение всей информации от нижнего уровня системы (от локальной информационной системы контроля и управления, созданной на базе МКО) в автоматическом режиме и режиме реального времени, с помощью всех доступных каналов связи;
• разделение, обработку и классификацию всех видов принимаемых сигналов по их назначению и принадлежности;
• оп-line представление текущей информации с помощью многочисленных мнемосхем, характеризующих технологические процессы с предоставлением графиков, гистограмм, таблиц и т.п., отражающих динамику и статику процессов.
• регистрацию сигналов и выполнение защитных функций при аварийных ситуациях различными доступными способами (например: предупредительные сигналы, звуковые и световые сигналы, закрытие, открытие, хранение, движение и т.п.);
• управление (регулирование) в исполнительных механизмах и фиксирование выполненых решений (с обратной связью) с помощью алгоритмов, созданных в зависимости от технологических режимов работы объекта (как в автоматическом, так и в интерактивном режиме);
• создание информационных баз;
• осуществление тестового контроля системы (для всех уровней);
• автоматическая загрузка программного обеспечения и восстановление работы системы после отключения питания, остановки работы на объекте а также после восстановления питания;
• передачи информации на другие уровни системы в пакетном виде.
Следует отметить, что нижний уровень (локальная информационно-управляющая система) системы содержит параметры, характеризующие протекание технологических процессов (давление, температура, перепад давления, расход газа и жидкости, уровень, авария и предупреждение о ней, перемещение, усилие, количество циклов и сигналов состояния используемых исполнительных механизмов, регулирование, управление и т.д.). За счет полного контроля работы на локальных уровнях информационно-управляющих систем будет обеспечиваться нормальный, бесперебойный, безаварийный режим работы технологического процесса. Для этого МКО будет выполнять следующую работу:
• прием и измерение всех параметров, характеризующие работу технологического процесса с помощью модулей, независимо от их стандарта и физических форм;
• преобразование, нормализация и обработка принимаемых и измеряемых сигналов в зависимости от их вида и назначения;
• систематизация полученной информации по назначению и ответственности;
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТСХШЧ^КМ НАУКИ
2021 - 5.81
• проверка, определение правильности и точности информации с помощью созданных алгоритмов;
• решение необходимых вопросов по управлению (регулированию) на объекте (в автоматическом режиме);
• передача соответствующих управляющих сигналов исполнительным механизмам;
• автоматическая фиксация исполняемых команд и прием информации об их исполнении;
• создание базы данных обо всей собираемой информации и автоматически исполняемых командах;
• передача данных на верхние уровни системы управления в режиме реального времени.
Предлагаемая упрощенная схема системы показана на рис.1, где приняты следующие
обозначения: ВУ - верхняя уровень управления; ВО - внешнее оборудование (газлифтные скважины, насосная станция, скважины с ЕЦН, резервуары, оборудование пожарной безопасности, печь для нагревания нефти и др.)
ВУ
L
к
□ a Jo
L <—►
GPRS модем МШ BO
GPRS
модем
(Маршрутизатор)
L
GPRS МШ BO
модем
Рис.1. Структурная схема системы.
Структурная схема контролируемого пункта (КП) системы представлена на рис.2, где применены следующие обозначения: М - монитор; МК -мини клавиатура, штрих указывает на расширение возможностей.
Рис.2. Обобщенная структурная схема КП.
За счет модернизации УПТК достигнуто увеличение количества контролируемых пунктов, количество ввода сигналов, увеличение разрешающей способности преобразования аналоговых сигналов, улучшение качества связи за счет GPRS, увеличение количества преобразований за одну секунду при максимальном количестве вводимых аналоговых сигналов, увеличение надежности системы (так как любой вышедший из строя модуль не
Impact Factor: SJIF 2020 - 5.497 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
2021 - 5.81
мешает работе других модулей), увеличение быстродействия системы (так как, каждый модуль самостоятельно обрабатывает данные, полученные от преобразователей, непосредственно подключенных к этому модулю, архивирует их при необходимости и использует общую шину и маршрутизатор только при передаче готовых данных). Кроме того, УПТК, собранный из нескольких модулей или большого количества модулей в различных сочетаниях, свободен от негативных моментов, характерных для подобных систем, при применении на объектах со средними или большими функциональными возможностями.
Полученные результаты. Модернизованый контроллер с помощью нового программного обеспечения выполняет функции, изложенные в [2] более оперативно, точно и надежно. Увеличен уровень интеллектуальности и программируемости УПТК в отношении любого технологического процесса. Следовательно, информационно-управляющие системы технологическими процессами, созданные на базе модернизованного УПТК будут более эффективн ыми.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гуляев Ю.В., Олейников А.Я. Открытые системы: от принципов к технологии // Информационные технологии и вычислительные системы. -М.:,ИМВС РАН, 2003,№3.-С.4-12.
2. Джавадов Ш.Г. Универсальное многофункциональное устройство контроля и управления. II Международная научно-практическая конференция «INTERNATIONAL SCIENTIFIC INNOVATIONS IN HUMAN LIFE», 25-27 август, 2021 г., г.Манчестер (Великобритания). Материалы конференции, стр.121-124.
