Автоматизированная система контроля и управления типового топливно-заправочного комплекса

Ю.Б. Дубасов (ЗАО «Альбатрос», г. Москва)

В настоящее время динамично развивающимся направлением в технологии хранения нефтепродуктов являются топливно-заправочные комплексы (ТЗК), особенно это относится к хранилищам авиационного топлива. Динамика создания новых ТЗК сродни процессам роста числа АЗС. Да и задачи, в основном, те же:

- повышение качества топлива;

- автоматизированный контроль процессов приема / хранения / отпуска нефтепродуктов;

- соответствие ТЗК современным нормативным требованиям безопасности и условиям труда.

Не редки случаи, когда в аэропортах параллельно с уже действующим многие годы ТЗК возникают альтернативные комплексы. Зачастую оснащенный более современным оборудованием такой ТЗК предлагает и более качественное топливо, например, для воздушных судов заграничного производства.

В этой связи становится актуальной задача комплексной автоматизации ТЗК как реконструируемых старых, так и вновь строящихся.

Ниже рассматриваются основные компоненты автоматизированной системы (далее «система») управления типовым ТЗК, при этом обращается внимание на модульную компоновку системы, как средства ее универсальности и способности оптимальной адаптации к особенностям различных вариантов автоматизируемых объектов.

Типовой ТЗК средней мощности обычно включает в себя два пункта приема авиатоплива из автомобильных и железнодорожных цистерн, два пункта налива для топливозаправщиков и резервуарный парк. Каждый из пунктов приема / налива оборудован собственным насосом. Резервуарный парк обычно состоит из трех основных вертикальных резервуаров для авиатоплива объемом порядка 2000 м³ и пяти-шести горизонтальных резервуаров объемом около 70 м³. Вертикальные резервуары являются основными накопителями и хранилищами авиатоплива, они оснащены управляемыми электрозадвижками. Через часть горизонтальных резервуаров ведется отпуск нефтепродуктов в топливозаправщики, другая часть используется в технологических целях: сбор сточных вод и отстоя, аварийный сброс.

Объектами контроля и автоматизации ТЗК являются: вертикальные и горизонтальные резервуары, насосы пунктов приема / налива и управляемые электроклапаны и электрозадвижки.

Компоновка системы: в качестве полевого оборудования и средств управления используются соответственно датчики и контроллеры производства ЗАО «Альбатрос» взрывобезопасного исполнения. Тип соединения между оборудованием взрывоопасной и взрывобезопасной зон – «звезда», физический интерфейс – «токовая петля» с параметрами соответствующими требованиям вида взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь».

Средства контроля и автоматизации состоят из:

- датчиков уровня ультразвуковых ДУУ2М-12-0-12 с функциями измерения уровня топлива, уровня подтоварной воды и температуры у дна резервуара;

- датчиков температуры многоточечных ДТМ2 для вертикального температурного мониторинга топливных резервуаров;

- сигнализаторов предельных уровней СУР-5 или СУР-6 на одну или две аварийные уставки соответственно;

- системы контроля загазованности;

- программируемого логического контроллера КПК ГАММА-11 (далее «КПК ГАММА-11» или «контроллер»), обеспечивающего сбор, обработку информации о состоянии ТЗК и формирование управляющих воздействий;

- автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора со средствами визуализации и современными коммуникационными каналами обмена данными.

Решаемые задачи.

1. Резервируемый контроль перелива резервуаров ведется посредством двух независимых устройств. Под независимостью устройств понимается наличие индивидуального для каждого из них датчика уровня и линии воздействия на источник налива (насос).

Первым устройством служит уровнемер, образованный датчиком уровня ДУУ2М и интерфейсным модулем МСД2 КПК ГАММА-11. Одним из настраиваемых программируемых параметров модуля МСД2 является значение аварийной уставки уровня наполнения резервуара. По выполнению условия срабатывания этой уставки КПК ГАММА-11 через каналы дискретного вывода (ключи) формирует сигнал останова насоса.

Вторым устройством контроля является сигнализатор СУР5 (СУР6). Более простой в отличие от уровнемера, не отягощенный аппаратными и программными дополнениями, он фактически реализует резервирование аварийного останова насоса от КПК ГАММА‑11. Силовые ключи СУР5 обычно вводятся непосредственно в цепь управления насосом, что при срабатывании сигнализатора обеспечивает безусловное отключение насоса.

2. Контроль качества авиатоплива. Конечной и основной целью работы ТЗК является высококачественный керосин, очищенный от примесей. Это достигается выполнением ряда технологических процедур:

- хранение авиатоплива в вертикальных резервуарах, где наиболее эффективно происходит отстаивание посторонних примесей и обеспечивается возможность точного измерения их уровня. Определение уровня примесей, а это, в основном, подтоварная вода, ведется датчиком ДУУ2М-12 и основано на разнице в плотностях двух несмешиваемых жидкостей;

- своевременная автоматизированная откачка и утилизация отстоя;

- наличие фильтрующих устройств в трубопроводной сети.

Автоматический контроль за состоянием водяной подушки в емкостях хранения, оповещение персонала при ее аварийных уровнях обеспечивает КПК ГАММА-11. В соответствии с технологическим регламентом он управляет транспортом жидкостей по выбранным линиям трубопровода.

3. Количественный учет авиатоплива является частью процесса контроля жидкостного баланса по ТЗК. Актуальность текущего мониторинга количества топлива очевидна и связана, в первую очередь, с эффективностью общего планирования работы ТЗК. Не последнее место, однако, занимает и фискальная отчетность.

Количественный учет продукта в емкостях хранения основан на косвенном методе с применением гидростатического принципа. В процедуре определения количества авиатоплива используются:

- измеренные значения общего уровня взлива, уровня примесей (датчик ДУУ2М), вертикального по высоте емкости градиента температур (датчик ДТМ2);

- тарировочные (паспортные) данные резервуаров (градуировочные таблицы) и данные о значениях плотности.

На основании этих данных компьютером АРМ оператора выполняются собственно вычисления объема и массы. Результаты вычислений представляются в виде распределенных по емкостям количественных значений объема и массы и общего жидкостного баланса по ТЗК.

4. Повышение общей безопасности обусловлено применением комплекса мер контроля состояния воздушной и наземной среды ТЗК. КПК ГАММА-11 обеспечивает сбор и обработку данных с систем контроля загазованности, пожаротушения, санкционированного доступа и др. Общий алгоритм принятия решения о степени аварийности на объекте заложен в КПК ГАММА-11. Именно с помощью его каналов ввода/вывода формируются сигналы оповещения, автоматических блокировок и остановов. Способность КПК ГАММА-11 логически программироваться позволяет реализовать любой регламент безопасного отключения агрегатов, в том числе, и непосредственно во взрывоопасной зоне.

Визуализация состояния ТЗК на мнемосхеме АРМ оператора предусматривает цветную окраску изображений узлов и агрегатов объекта. Это позволяет оперативно обращать внимание персонала на происходящие события в режиме реального времени. Так, аварийные состояния обычно выделяются красным цветом, а нормально работающие агрегаты – зеленым.

Особенностью автоматизированной системы является функция определения целостности резервуаров. Специализированный алгоритм контроля изменения количества продукта позволяет с большой долей вероятности определять наличие утечек из емкостей хранения. В основе этого алгоритма лежит анализ архива долговременных статических наблюдений. Способность фиксировать факты утечек, оценивать их количественные значения – это еще один из элементов повышения общей, в том числе и экологической, безопасности ТЗК.

Ядром системы является КПК ГАММА-11. Особенностью этого контроллера является возможность компоновки его функционального состава адекватно задаче управления. Оптимальность решения этой задачи обеспечивается модульной структурой каналов ввода/вывода КПК ГАММА-11 и использованием одного из двух типов модуля процессора: МП7 или МП9.

Система может проектироваться в одном из двух вариантов. Первый вариант стоится на контроллерах с модулем МП7 и реализует принцип локальных автоматов с распределенными контурами управления, где под локальным автоматом понимается отдельный КПК ГАММА-11. В том случае, если мощности одного контроллера недостаточно или особенности ТЗК напрямую предусматривают наличие нескольких разделенных между собой управляющих сегментов, компоновка системы строится путем тиражирования КПК ГАММА-11 с жестко очерченными обязанностями. При этом общее информационное поле системы и межсегментное взаимодействие достигаются посредством сетевого интерфейса RS-485.

Во втором варианте используется контроллер с более мощным процессором - модуль МП9. Система становится централизованной, каналы ввода/вывода могут быть объединены в удаленные от модуля МП9 группы с соединением типа «звезда». В таком варианте контроллер способен, в определенной степени, выполнять ряд функций АРМ оператора.

Эти варианты имеют свои достоинства и свои недостатки, однако общим для них является компоновка каналов ввода состояний контролируемого объекта в виде как физических структур (уровнемеры, сигнализаторы и др.), так и библиотечных элементов логического программирования. Именно в этом заключается универсальность типового решения задачи автоматизации ТЗК, выраженная в способности ее к тиражированию и масштабированию.

Технические характеристики системы приведены в таблице 1. Указанные параметры относятся к категории основных, однако особенности конкретных приложений системы могут быть реализованы с помощью функционала КПК ГАММА‑11. Так, например, задачи расходометрии решаются модулем расходомера МР2, обеспечивающим, в частности, относительные погрешности измерения мгновенного расхода и нарастающего объема – 0,02 %. В таблице 1 также не приводятся мощности системы по аналоговому и дискретному вводу/выводу. Данные характеристики, обычно, индивидуальны для объекта автоматизации и легко формируются в рамках КПК ГАММА-11 его модульными аппаратными средствами.

Таблица 1.

АРМ оператора строится на базе РС совместимого промышленного компьютера и SCADA-системы стороннего производителя. Средством отображения информации о состоянии объекта служит монитор АРМ оператора. В зависимости от размеров и характеристик этого монитора формируется структура технологических экранов и формы стилизованных изображений узлов объекта автоматизации. На рис. 1 приведен фрагмент мнемосхемы ТЗК, относящийся к резервуарному парку. Измеренные параметры отображаются в графическом виде, в форме транспарантов и могут менять цветовую окраску.

Средства АРМ оператора позволяют вести архив состояния ТЗК по ряду параметров и формировать отчетность в требуемом заказчиком виде, в том числе и для фискальных органов.

Решение задачи оснащения АРМ оператора и системы в целом современными коммуникационными средствами не вызывает трудностей, т.к. основано на применении широко распространенных пакетов программного обеспечения для РС совместимых компьютеров. Более того, и модернизация коммуникационной конфигурации может быть проведена достаточно оперативно и недорого.

В заключении, вывод об автоматизированной системе контроля и управления типовым ТЗК, как современном техническом широко востребованном решении, отвечающем нормативным требованиям безопасности и обустройства хранилищ нефтепродуктов, подтверждают следующие ее функциональные способности:

- два и более независимых источника контроля состояния налива резервуара;

- взрывобезопасное измерение уровня и уровня раздела сред в резервуарах высотой до 25 м;

- взрывобезопасный температурный мониторинг вертикальных резервуаров;

- количественный учет и определение жидкостного баланса по объекту автоматизации;

- определение целостности резервуара и выявление фактов несанкционированного доступа к хранящимся ресурсам на основе анализа долговременного мониторинга баланса жидкостей;

- автоматизированное управление насосами пунктов слива/налива нефтепродуктов;

- автоматическое и дистанционное управление электрозадвижками и электроклапанами;

- анализ условий и сигнализация аварийных уровней загазованности и пожароопасности;

- визуализация текущего состояния объекта автоматизации на мнемосхеме АРМ оператора, архивирование информации и передача ее на далекие расстояния, например, по сети Internet.