Беспроводные системы на базе сенсорных сетей для автоматизации объектов нефтяной промышленности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ)»

(СГАУ)

 

 

Факультет летательных аппаратов

 

 

 

Кафедра производства летательных аппаратов и

управления качеством в машиностроении

 

 

 

 

 

 

Беспроводные системы на базе сенсорных сетей для автоматизации объектов нефтяной промышленности

Пояснительная записка к курсовой работе

 

 

 

 

 

Выполнил студент группы 1509                                                     Н.А.Колодина

Проверил                                                                                         В.И.Малкин  

                                                                                                              Ю.С.Клочков

 

 

 

 

 

 

Самара 2014

 

ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по дисциплине “Автоматизация измерений, контроля и испытаний”

 

Студент Колодина Н.А.                                                                            группа 1509

Руководитель Малкин В.И, Клочков Ю.С.

Срок предоставления проекта: декабрь 2014 г.

1 Тема проекта: Беспроводные системы на базе сенсорных сетей для автоматизации объектов нефтяной промышленности.

2 Объем курсового проекта:

2.1 Пояснительная записка 18 с

2.2 Презентационный материал  6 слайдов

3 Структура пояснительной  записки:

а) анализ задания;

б) постановка цели и задачи курсового проекта;

в) описание методов поставленных задач;

г) описание алгоритма решения задачи;

д) решение поставленной задачи в соответствии с алгоритмом;

е) результаты и выводы по работе. 
 

 

Подпись студента _________                                    Подпись руководителя __________

                                                                                      Дата__________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа

Пояснительная записка: 18 с., 5 рис., 9 ист.

 

 

 

 

 

АВТОМАТИЗАЦИЯ, КОНТРОЛЬ, АНАЛИЗ ДАННЫХ, СЕНСОРНЫЕ СЕТИ, ДАТЧИКИ, СТАНДАРТЫ, ПЛАТФОРМЫ, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объект исследования –  процесс беспроводные системы на базе сенсорных сетей для автоматизации объектов.

 Цель – разработать варианты применений технологий беспроводных сенсорных сетей в области нефтянкой промышленности.

В процессе работы проводилось исследование в области организации и построения беспроводных сенсорных сетей.

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

          Сегодня технология беспроводных сенсорных сетей на основе стандартов 802.15.4/ZigBee является единственной беспроводной технологией, с помощью которой можно решить задачи мониторинга и контроля, которые критичны к времени автономной работы датчиков. Объединенные в беспроводную сенсорную, датчики образуют распределенную, самоорганизующуюся систему сбора, обработки и передачи информации. Основной областью применения является контроль и мониторинг измеряемых параметров различных физических полей, сред и объектов

Использование беспроводных устройств позволяет создать диспетчерскую систему, обеспечивающую оператору непрерывный доступ к информации о состоянии обслуживаемых объектов.

Сотрудники организации позволяет быстро воспользоваться информацией о состояние трубопроводов и контролировать все процессы происходящих с нефтью.  Система автоматизации позволяет: автоматизировать объекты нефтедобычи, автоматизировать объекты первичной подготовки нефти, система контроля и управления резервуарными парками, контроль утечек трубопроводов.

Поэтому, целью курсовой работы является разработка и внедрение беспроводной системы на базе сенсорных сетей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. О компании.

            Открытое акционерное общество «Акционерная компания по транспорту нефти «Транснефть» учреждено Постановлением Правительства Российской Федерации от 14 августа 1993 года № 810 во исполнениеУказа Президента Российской Федерации от 17 ноября 1992 года № 1403.

Учредитель - Правительство Российской Федерации.

ОАО «АК «Транснефть» зарегистрировано Московской регистрационной палатой 26 августа 1993 года,свидетельство № 026.800.

          «Транснефти» принадлежит около 50 тыс. км магистральных нефтепроводов диаметром от 420 до 1220 мм, 386 нефтеперекачивающих станций, компания транспортирует 93 % добываемой в России нефти 

Основные направления деятельности:

• Оказание услуг в области транспортировки нефти и нефтепродуктов по системе магистральных трубопроводов в Российской Федерации и за ее пределами; 
• Проведение профилактических, диагностических и аварийно-восстановительных работ на магистральных трубопроводах;
• Координация деятельности по комплексному развитию сети магистральных трубопроводов и других объектов трубопроводного транспорта; 
• Взаимодействие с трубопроводными предприятиями других государств по вопросам транспортировки нефти и нефтепродуктов в соответствии с межправительственными соглашениями; 
• Участие в решении задач научно-технического и инновационного развития в трубопроводном транспорте, внедрение нового оборудования, технологий и материалов; 
• Привлечение инвестиций для развития производственной базы, расширения и реконструкции объектов организаций системы «Транснефть»; 
• Организация работы по обеспечению охраны окружающей среды в районах размещения объектов трубопроводного транспорта.

 

Всё это позволяет компании совершенствовать и развиваться. Проводит на внутреннем рынке активную, сбалансированную и самостоятельную ценовую политику, ориентируясь, прежде всего, на рыночный спрос и оптимальное соотношение в критерии «цена+качество».

 

2 . Объектом исследования.

  Беспроводная сенсорная сеть – распределенная самоорганизующаяся сеть множества датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств объединенных между собой посредством радиоканала. Область покрытия подобной сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счет способности ретрансляции сообщений от элемента к другому.

Использование недорогих беспроводных устройств контроля параметров открывает новые области для применения систем телеметрии и контроля, такие как:

• замена кабелей в системах АСУ ТП;
• своевременное выявление возможных отказов исполнительных механизмов по контролю таких параметров, как вибрация, температура, давление и т.д.;
• контроль доступа к системам объекта;
• контроль периметра объекта;
• контроль за перемещением персонала по территории предприятия;
• автоматизация контроля проведения инспекций и технического обслуживания;
• контроль экологических параметров окружающей среды.

 

 

Рисунок 1 – Схема использования сенсорных устройств

 

           Использование беспроводных устройств позволяет создать диспетчерскую систему, обеспечивающую оператору непрерывный доступ к информации о состоянии обслуживаемых объектов.

В соответствии с целью курсового проекта, применения беспроводных систем для решения задач по автоматизации и мониторингу технологических процессов предприятий нефтяной отрасли.

Предлагаемые системы представляют собой законченные коммуникационные комплексы, встраиваемые в систему промышленного мониторинга на участке между управляющей системой заказчика SCADA и технологическим процессом, над которым необходимо осуществлять мониторинг.

           Построение сенсорной сети для мониторинга состояния и автоматического управления оборудованием куста нефтяных скважин, оснащенных штанговыми глубинными насосами (ШГН) либо погружными насосами (ЭЦН), а также мониторинг и управление исполнительными механизмами групповых замерных установок (ГЗУ).

        Устройство УБПД может передавать данные от различных датчиков, выступать в качестве промышленного контроллера, а также в качестве ретранслятора сети. Узел предназначен для передачи информации о состоянии подключенных к нему внешних устройств и датчиков в ЭВМ верхнего уровня по радиоканалу и управления внешними устройствами.

        К УБПД подключаются внешние устройства, стандартный токовый выход 0…5мА, 0…20 мА или 4…20 мА, дискретные и дискретно-частотные выходы типа «сухой контакт», дискретные входы типа «сухой контакт», входы и выходы интерфейса RS-485.

        Устройство выполнено на основе микроконтроллера и специализированной микросхемы передачи данных по радиоканалу. Модульный блок выполняет функции измерения уровней сигналов токовых датчиков, анализа состояния дискретных входов, регистрации и подсчета количества импульсов на дискретных частотных входах, формирования по алгоритму заказчика управляющих воздействий с помощью дискретных выходов, а также обмен информацией интерфейсу RS-485.

 

 

 

 

 

 

 

3 Описание проблемы

              В условиях массового производства ОАО "АК "Транснефть" существует ряд проблем, связанных с контролем утечек трубопроводов, требующих решения:

- Большой поток нефти

- Точный контроль параметров

-  Низкая скорость обработки  информации 

- Ошибки в отчётах

          Рассмотрим вышеупомянутые проблемы  более детально. Возникает необходимость  установления затрат на контроль  геометрических характеристик продукции  и её прослеживаемость как  по времени так и по деньгам. Так же к этому относиться  не своевременное узнаешь о  проблемах нефтепровода (например, утечка нефти).

Этот фактор негативно отражается на достоверности статистических данных, получаемых руководством, что приводит к ситуации, когда руководство не знает о реальном положении дел на производстве.

         Чтобы избежать негативных последствий и повысить качество контролируемой нефти, возникает острая необходимость внедрения  беспроводные системы на базе сенсорных сетей для автоматизации объектов нефтяной промышленности , что позволит повысить скорость и надежность сети в целом — в случае выхода из строя одного из них, информация передается через соседние элементы, оперативность и удобство развертывания и обслуживания системы, возможность расположения в труднодоступных местах, куда сложно и дорого тянуть обыкновенные проводные решения, длительное время работы без замены элементов питания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Технология автоматического определения сенсорных характеристик.

              Ключевой особенностью технологии ZigBee является принцип самоорганизации и пере дачи данных, сообщений по цепи. Устройства обладают способностью к ретрансляции сообщений по цепочке от одного к другому, что позволяет собирать информацию с протяженных объектов, превосходящих по своим размерам радиус связи одного элемента. Это позволяет значительно расширить круг объектов для внедрения систем телеметрии, в частности за счет тех объектов, где использование традиционных каналов передачи информации было невозможно или экономически не выгодно.

       Также к преимуществам можно отнести:

• минимальные требования к окружающей среде/инфраструктуре;

• автономность каждого элемента;

• высокая живучесть всей сети в целом;

• минимизация человеческого фактора;

• минимальная ресурсоёмкость;

• повышенная надежность передачи данных, по сравнению с другим  беспроводными технологиями;

• отличное соотношение стоимостных и функциональных характеристик решения.

Каждый узел сенсорной сети содержит различные сенсоры для контроля внешней среды,

микрокомпьютер и радиоприемопередатчик. Это позволяет устройствам проводить измерения и ретранслировать полученные данные по сети в центр обработки информации.

       Преимущества технологии сенсорных сетей в системах телеметрии:

• отсутствие необходимости в прокладке кабелей;

• возможность конструирования систем из множества автономных сенсоров, нескольких автономных ретрансляторов и одного мощного стационарного приемопередатчика;

• возможность контролировать состояние различного типа механического оборудования – в том числе движущихся и вращающихся деталей;

• удаленная настройка чувствительности датчиков (обратная связь);