Микропроцессорная система управления насосным агрегатом дожимной насосной станции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

 

 

Факультет

Кафедра)

 

 

Курсовая работа по дисциплине:

«Микропроцессорные системы»

 

На тему: «Микропроцессорная система управления насосным агрегатом дожимной насосной станции»

 

 

 

 

 

 

Преподаватель:      

Студент:         

Группа:           

Дата:

Подпись: 

 

 

 

 

 

 

 

МОСКВА 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

  Аннотация

 

Пояснительная записка содержит 24 страницы машинописного текста, 3 таблиц, 3 рисунков, список использованных источников – 12 наименований, 5 приложений.

Объектом управления является нефтяной насосный агрегат дожимной насосной станции.

Цель проекта – разработка микропроцессорной системы управления насосным агрегатом дожимной насосной станции.

Разработан проект управления насосным агрегатом, включающий в себя:

• выбор средств КИПиА;
• разработку принципиальной схемы микропроцессорной системы;
• выбор устройства передачи.

Область применения: внедрение проекта возможно в насосном парке дожимной насосной станции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АЦП – аналогово-цифровой преобразователь.

АЦС – аналогово-цифровая система.

ДНС – дожимная насосная станция.

ИС – интегральная схема.

КИП – контрольно-измерительный прибор.

КИПиА – контрольно-измерительные приборы и автоматика.

КНС – кустовая насосная станция.

МК – микроконтроллер.

МПС – микропроцессорная система.

МПУ – микропроцессорное устройство.

ОЗУ – оперативное запоминающее устройство.

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство.

ПП – приемопередатчик.

ППИ – программируемый параллельный интерфейс.

США – системная шина адреса.

СШД – системная шина данных.

УПСВ – установка предварительного сброса воды.

ЦППН – центральный пункт подготовки нефти.

ЭВМ – электронно-вычислительная машина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Успехи в развитии нефтяной и газовой промышленности в значительной степени стали возможны вследствие создания и развития нефтяного приборостроения. Успешный процесс переработки нефти и газа зависит от строгого контроля и поддержания на заданном уровне давления, темпера -туры, расхода, а также от контроля качества выходного продукта. Поэтому современное нефтеперерабатывающее производство возможно только при оснащении технических установок соответствующими автоматическими измерительными приборами, информационно – измерительными системами и системами автоматического управления.

Таким образом, современный этап развития добычи, переработки и хранения нефти и газа немыслим без применения контрольно – измерительных приборов.

Основной технической базой автоматизации управления технологическими процессами являются специализированные МПУ. При изучении специализированных МПУ рассматриваются приемы проектирования как аппаратных, так и программных средств МПУ. Проектирование аппаратных средств требует знания  особенностей микропроцессорных комплектов микросхем различных серий и функциональных возможностей микросхем, входящих в состав микропроцессорного комплекта, умения правильно выбрать серию. Проектирование программных средств требует знаний, необходимых для выбора метода и алгоритма решения задач, входящих в функции МПУ, для составления программы (часто с использованием языков низкого уровня -  языка кодовых комбинаций, языка Ассемблера), а также умения использовать средства отладки программ. Основой МПУ является микропроцессор - ИС, обладающая такой же производительностью при переработке информации, что и большая ЭВМ.

 

1 Описание объекта управления

1.2 Общая характеристика технологического процесса дожимной насосной станции

Обводненная нефть с замерных установок кустовых площадок поступает на первую ступень сепарации. С первой ступени сепарации поток газа с остаточным содержанием жидкости поступает в газосепараторы.

С первой ступени сепарации нефть поступает на установку предварительного сброса пластовой воды УПСВ.

После УПСВ нефть поступает на вторую ступень сепарации. После сепарации нефть поступает на насосы нефти. После выхода с насосов нефть проходит через узел учета нефти и далее на ЦППН.

Подтоварная вода поступает в резервуары отстойники. После отстоя очищенная пластовая вода из резервуаров с помощью насосов откачки очищенных стоков поступает на КНС.

Уловленная нефть из резервуаров с помощью насосов подрезки поступает на вход первой ступени сепарации.

1.3 Описание насосного парка

В состав насосного парка входят насосы:

• насосы откачки нефти ЦНС 180 – 212 Н – 1/1, 2, 3;
• насосы подрезки нефти ЦНС 38 – 154 Н – 2/1, 2;
• насосы УПСВ 1Д630-90 В – 1, 2, 3.

Насосы установлены на двух понтонах в панельно-каркасном здании. В здании предусмотрено стационарное грузоподъемное устройство грузоподъемностью 5т.

Фильтры насосов и выкидные задвижки на выходе насосов расположены за зданием насосной станции и скомпонованы в модуль фильтров и модуль переключающих задвижек.

На фильтрах для насосов контролируется перепад давления.

Пуск насосных агрегатов осуществляется от кнопки "Пуск" по месту в насосной.

При работе насосных агрегатов контролируются следующие параметры, характеризующие их работу:

• давление на выкиде насоса;
• температура подшипников электродвигателя и насоса;
• сигнализация максимального уровня утечек сальников насоса;
• сигнализация останова насосного агрегата;
• сигнализация загазованности у насосов;
• перепад давления на фильтре на входе насоса.

При останове насосного агрегата запорная задвижка на выкиде должна закрываться.

2 Техническое задание

2.1 Характеристика комплекса задач

Объектом управления является нефтяной насосный агрегат ДНС.

Система управления нефтяным насосным агрегатом создается для решения следующих задач:

• обеспечение функционирования объектов с участием минимума персонала;
• уменьшение количества аварийных ситуаций;
• уменьшение случаев выхода из строя оборудования;
• уменьшение влияния «человеческого фактора».

Полное наименование системы – «Система управления насосным агрегатом».

2.2 Функции системы управления

Система управления должна выполнять следующие функции:

• сбор данных о состоянии оборудования;
• автоматический останов насосного агрегата в случае выхода параметров за пределы;
• управления запорным клапаном на выкиде насоса;
• запуск насоса по заданной программе;
• передача данных о состоянии оборудования на диспетчерский пункт.

 

2.3 Технические требования к системе

Система управления должна соответствовать следующим техническим требованиям:

• стабильная работа в широком диапазоне температур (-50 – 100оС);
• простота настройки;
• высокая надежность (время наработки на отказ не менее 9 лет);
• срок гарантии не менее 3-х лет для всех компонентов;
• погрешность измерений не более 0.2%
• низкое энергопотребление (не более 10Вт).

3 Проектирование системы управления  насосным агрегатом

3.1 Структура системы управления

Система управления включает:

• средства КИП;
• МПС;
• преобразователь RS 232 в Ethernet.

 

Рисунок 3.1 – Структурная схема системы управления

 

КИП предназначены для получения информации о состоянии оборудования.

МПС предназначена для сбора информации с датчиков, управления оборудованием и организации обмена данными с верхним уровнем.

Преобразователь предназначен для осуществления обмена между устройством с интерфейсом RS-232 (в данном случаем МПС) и диспетчерским пунктом через сеть Ethernet.

3.2 Технические средства автоматизации

Схема автоматизации насосного агрегата представлена в приложении А.

Для выбора средства измерения избыточного давления будет произведен сравнительный анализ нескольких датчиков различных фирм. Характеристики представлены в таблице 3.1.

 

 

Таблица 3.1 – Датчики давления

Характеристика	Rosemount 2088(ДИ)	Метран-100(ДИ)	WIKA S-10
Назначение	Измерение избыточного давления жидких сред, газа, пара.	Измерение избыточного давления жидких сред, газа, пара	Измерение избыточного давления жидких сред, газа, пара
Диапазон измеряемого давления:	10,34 – 27579,2 кПа	0 - 100МПа	0 - 100МПа
Температура окружающей среды	-40 - 85°С	-40 - 70°С	-20 - 80
Характеристика	Rosemount 2088(ДИ)	Метран-100(ДИ)	WIKA S-10
Температура измеряемой среды	-40 - 121°С	Не более 120°С	-30 - 100
Предел допустимой погрешности	0.25%	0.15%	0.25%
Межповерочный интервал	1 года	3 года	2 года
Выходной сигнал	4 – 20 мА	4 – 20 мА	4 – 20 мА
Гарантийный срок	1 год	3 года	1,5 года

 

Больше всего, по совокупности характеристик подходит датчик избыточного давления Метран – 100. При сходных параметрах, он имеет самую низкую погрешность. К тому же интервал поверки этого прибора больше, чем у представленных аналогов, что позволит снизить затраты на его обслуживание.

 

Рисунок 3.1 – Датчик давления Метран-100

 

Интеллектуальные датчики давления серии Метран-100 предназначены для измерения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485 следующих входных величин:

• избыточного давления (Метран-100-ДИ);
• абсолютного давления (Метран-100-ДА);
• разрежения (Метран-100-ДВ);
• давления-разрежения (Метран-100-ДИВ);
• разности давлений (Метран-100-ДД);
• гидростатического давления (Метран-100-ДГ).

Конфигурирование датчика:

• кнопочное со встроенной панели;
• с помощью HART-коммуникатора;
• с помощью программы HART-Master и компьютера. Доступ к параметрам датчика через ОРС-сервер.

Прибор оборудован встроенным фильтр радиопомех, внешней кнопкой установки "нуля". Так же имеется функция непрерывной самодиагностики.

Измеряемые среды: жидкости (в т.ч. нефтепродукты), пар, газ, в т.ч. газообразный кислород и кислородосодержащие газовые смеси.

Диапазоны измеряемых давлений:

- минимальный 0-0,04 кПа;

- максимальный 0-100 МПа.

Диапазон перенастроек пределов измерений до 25:1

Наличие исполнений:

- взрывозащищенное (Ех, Вн);

- кислородное.

Внесены в Госреестр средств измерений, сертификат №11320.

Для сигнализации уровня утечек используется сигнализатор предельного уровня Pointek CLS 200.

Pointek CLS 200 - это универсальный, емкостный  сигнализатор с высокой химической  стойкостью. Он идеально подходит  для регистрации уровня разделительных  слоев, сыпучих вещеcтв, жидкостей, взвесей  и пены, а также для простого  управления насосами.

Преимущества

• литая конструкция защищает сигнальный контур от ударов, вибрации, влаги и/или конденсата;

• высокая химическая стойкость;

• регистрация уровня независимо от близости стенки танка/трубы;

• сигнализатор с высокой/низкой чувствительностью покрывает широкий спектр приложений/материалов;

• аналоговая версия: 3 СИД для индикации и контроля установок, состояния переключения и напряжения;

• цифровая версия: встроенная индикация ЖКД и коммуникация PROFIBUS PA;

• имеются стержневые, кабельные зонды и гигиеническая конструкция;

• простая установка и ТО;

• высокая частота (5,5 МГц).

Pointek CLS 200 поставляется в аналоговой  и цифровой версиях.

Аналоговая версия имеет 3 СИД с простыми релейными или транзисторными функциями тревоги.

Цифровая версия имеет встроенную ЖКД-индикацию для использования в качестве автономного устройства и при необходимости с коммуникацией PROFIBUS PA (версия профиля 3.0, Class B).

Гальванически разделенное электропитание подходит для широкого диапазона напряжения (AC/DC 12 до 250 V для аналоговой версии и DC 9 до 32 V для цифровой версии). Зонд из нерж. стали и PPS (PVDF как опция) выдерживает температуры до 125 °C на соприкасающейся с продуктом части. Сигнализатор реагирует на материалы с диэлектрической постоянной от 1,5 или больше, регистрируя изменения несущей частоты. Он может быть настроен таким образом, чтобы определение происходило еще до касания или при касании. CLS 200 работает независимо от материала стенки танка или трубы. Для него не нужно внешнего опорного электрода для регистрации уровня в непроводящих резервуарах из бетона или пластика.