Авторы: А.А. Алексеев, к.т.н., В.А. Алексеев (ЗАО "ЭМИКОН")
Приведены основные этапы развития и представлен опыт в разработке АСУ ТП объектов АК «Транснефть». Рассматриваются преимущества и недостатки упреждающего проектирования на основе типовых решений.
В этом году ЗАО «ЭМИКОН» отмечает четверть века своей работы в отрасли производства средств и систем промышленной автоматизации.
25 лет – это возраст зрелости, расцвета творческих и производственных сил.
Со дня своего образования основной концепцией фирмы стала разработка и производство микропроцессорных программируемых контроллеров, не уступающих по техническим характеристикам лучшим зарубежным аналогам.
За 25 лет работы фирма накопила серьезный опыт в области разработки и производства программируемых логических контроллеров (ПЛК), а также в создании систем автоматизации технологических процессов с использованием этих контроллеров в различных отраслях промышленности.
Первый контроллер серии ЭК-1000 на базе самого мощного в тот момент микропроцессора КР1810ВМ86 был создан в 1991 году исключительно на отечественной элементной базе. В нем были реализованы некоторые схемотехнические решения (например, троирование контактов разъемов системной шины), которые позволили достичь достаточно высоких надёжностных характеристик. Контроллер стал основой систем автоматизации, внедренных в ряде отраслей народного хозяйства: в коммунальных городских службах, на предприятиях аграрно-промышленного комплекса. С 1992 г. контроллеры ЭК-1000 начали поставляться предприятиям чёрной металлургии (АСУ прокатных станов, мартеновские цеха и др.).
В связи с развалом производства отечественной электроники, начиная с 1993 года, с появлением возможности использования импортных комплектующих изделий, практически все разработки уже велись на базе электронных компонентов ведущих мировых фирм.
Так были созданы модули серии ЭК-2000 и ПЛК на их основе, которые нашли широкое применение во многих отраслях промышленности: в металлургии, в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов, газа, в атомной промышленности (на заводах по обогащению урана), в ракетно-космической и военной промышленности.
Модернизированные контроллеры этой серии и сейчас востребованы предприятиями вышеперечисленных отраслей.
В 1995 г. на базе контроллеров серии ЭК-2000 был разработан и изготовлен опытно-промышленный образец микропроцессорной системы автоматического регулирования давления с электроприводом (МСАРДЭ). Успешное внедрение МСАРДЭ в магистральных нефтепроводах на ПНБ "Тихорецкая" (ОАО "Черномортранснефть") привело к тому, что в 1996 году фирма была приглашена к участию в конкурсе АК «Транснефть» на поставку системы автоматики НПС.
СА НПС, разработанная нами, обеспечивала автономное поддержание режимов работы насосных агрегатов, задвижек, вспомогательных систем, а также изменение этих режимов либо автоматически, либо по командам с АРМа оператора-технолога как из местного диспетчерского пункта (МДП), так и из вышестоящего уровня управления - районного диспетчерского пункта (РДП).
Письмом от 31.10.1996г. №18-15/3036 вице-президент АК «Транснефть» А.С. Джарджиманов сообщил: "Всестороннее рассмотрение нашими экспертами представленных АО «ЭМИКОН» и другими организациями технико-коммерческих предложений на поставку системы автоматики НПС, доработанных до эскизного проекта, показало, что, в сравнении с предложениями других участников конкурса, предложения АО «ЭМИКОН» - наиболее предпочтительны".
АК «Транснефть» предлагает АО «ЭМИКОН» продолжить начатую работу в рамках договора с АК «Транснефть» на разработку, изготовление и поставку опытного образца системы с приемочными испытаниями образца на действующей НПС.
Микропроцессорная система автоматизации (МПСА) НПС «Родионовская-1» (АООТ ПМН, в настоящее время ОАО «Черномортранснефть») прошла приемочные испытания и была введена в эксплуатацию в 1998 г. С этого момента предприятия трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов стали основными заказчиками для ЗАО «ЭМИКОН».
В связи с насущной необходимостью АК «Транснефть», контроллер ЭМИКОН одним из первых в стране был сертифицирован как микропроцессорный пожарный прибор приемно-контрольный и управления. Это позволило строить многофункциональные автономные системы автоматического пожаротушения (САП) как для объектов нефтегазовой отрасли, так и других пожароопасных промышленных объектов.
Успешное применение контроллеров нашей разработки на объектах магистральных нефтепроводов, а также на предприятиях атомной промышленности, накопленный опыт создания контроллеров и АСУ ТП позволили направить наши основные усилия на разработку контроллеров новых серий с более современными техническими характеристиками и функциональными возможностями.
В результате успешной эксплуатации МПСА НПС «Родионовская-1» предприятия трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов стали нашими постоянными заказчиками. По количеству поставленных на сегодняшний день МПСА нефтеперекачивающих станций, резервуарных парков и нефтебаз в системе АК «Транснефть» фирма «ЭМИКОН» сохраняет лидирующее положение (за период с 1998 г. по 2012 г. было внедрено: 77 МПСА, 97 САП и 27 систем автоматического регулирования давления (САРД)).
В настоящее время для МПСА объектов АК «Транснефть» в качестве центрального контроллера в разработках ЗАО «ЭМИКОН» используются процессорные модули Modicon Quantum фирмы "Schneider Electric" и др. При этом контроллеры ЭМИКОН интегрируются в данные системы в качестве контроллеров удаленной связи с объектом (УСО). В составе контроллеров используются разработанные нами дополнительные функциональные блоки: барьеры искробезопасности, блоки защиты от импульсных перенапряжений, блоки питания датчиков и др.
В зависимости от конкретной задачи контроллеры УСО реализуют как простейшие алгоритмы нормализации и фильтрации входных сигналов, так и алгоритмы локальных систем (САРД, контроллеры противоаварийных защит). Это позволяет создавать более гибкие и максимально адаптированные под поставленные задачи системы.
Центральные контроллеры микропроцессорных САП и САРД строятся на базе модулей ЦПУ нашей разработки.
Накопленный опыт позволил нам в достаточно сжатые сроки разработать и внедрить такую сложную микропроцессорную систему автоматизации, какой является АСУ ТП нефтеналивного терминала «Усть-Луга».
Разработка МПСА и САП для объектов АК «Транснефть» имеет существенную особенность.
Требования к МПСА, ее узлам и элементам, к алгоритмам функционирования жестко регламентированы ведомственными нормативными документами (РД, ОТТ, отраслевыми регламентами). Наряду с типизацией технических решений по проектированию нефтеперекачивающих станций и резервуарных парков, это позволило разработать типовые проектные решения (ТПР) по их автоматизации.
В результате, вместо проектов привязки разработанных МПСА к технологическому объекту, проектировщики на основе ТПР стали выполнять упреждающее, так называемое, одностадийное проектирование.
Несомненные достоинства такого подхода:
Проектная документация на МПСА и САП в полном объеме может разрабатываться проектными организациями без участия изготовителей (системных интеграторов) этих систем.
Правильно разработанное проектировщиками задание на поставку при его реализации должно обеспечить состав, структуру и технические характеристики поставляемой МПСА, полностью отвечающие нормативным требованиям, предъявляемым к системе.
При этом остается определенная свобода выбора ее отдельных компонентов, что облегчает рациональный выбор поставщика АСУ ТП при проведении тендерных торгов, основываясь на предлагаемой стоимости поставки с учетом опыта разработки, изготовления, пуско-наладки и сопровождения ранее внедренных поставщиком систем.
Однако, чтобы указанное достоинство эффективно проявлялось, необходимо, чтобы сами ТПР были достаточно обоснованы и отработаны.
Кроме того, упреждающее проектирование требует существенно более высокой квалификации проектировщиков, чем при разработке проекта привязки. Даже при самых совершенных ТПР, проектировщик, кроме знания нормативных требований, должен в большой мере обладать знаниями разработчика конструкторской документации на МПСА.
Первое условие требует постоянного анализа действующих ТПР и их периодической доработки с привлечением заказчиков, ведущих проектировщиков и поставщиков МПСА и САП. Так, главным недостатком первой действующей редакции нормативного документа АК «Транснефть», содержащего ТПР (ОТТ-35.240.50-КТН-302-06), утвержденной в 2006 г., была ее ориентация на применение ПЛК одного конкретного поставщика.
К разработке новой редакции ТПР в 2009 г. ОАО «Гипротрубопровод» привлек ЗАО «ЭМИКОН» как организацию, имеющую наибольший опыт разработки и внедрения микропроцессорных систем автоматизации.
На основе анализа статистики отказов МПСА, произошедших на объектах АК «Транснефть» за последние 2 года, анализа актуализированных требований к МПСА и САП, определенных нормативными документами, а также анализа возможностей современных технических средств, были разработаны и приняты следующие технические решения:
-
типовые структурные схемы МПСА и САП, отвечающие основным типам НПС: промежуточной, промежуточной НПС с резервуарным парком (РП), головной НПС, обеспечивающие применение ПЛК и другого оборудования различных поставщиков;
-
типовые схемотехнические и конструктивные решения МПСА и САП НПС и РП;
-
типовые схемы организации электропитания МПСА и САП НПС и РП;
-
типовые алгоритмические модули МПСА и САП НПС и РП.
В настоящее время проектирование новых и реконструируемых МПСА и САП ведется на основе этих ТПР, направленных, прежде всего, на повышение отказоустойчивости МПСА и САП, хотя уже намечены и обсуждаются пути их дальнейшей доработки.
Как уже отмечалось, качество упреждающего проектирования на основе ТПР зависит также от квалификации проектировщиков. Последний опыт показывает, что этому требованию удовлетворяют только наиболее подготовленные организации - такие как ОАО «Гипротрубопровод» (г. Москва), его Самарский и некоторые другие филиалы.
Однако, когда к проектированию для объектов магистральных трубопроводов привлекаются проектные организации, не имеющие достаточного ресурса и опыта проектирования АСУ ТП, эта часть проекта выполняется с низким качеством. В этом случае изготовителю системы, отвечающему в конечном итоге за соответствие ее всем нормативным требованиям, приходится затрачивать значительные усилия на переработку и последующее согласование многочисленных изменений.
Для решения проблемы снижения качества проектирования МПСА и САП, по нашему мнению, требуется:
-
повысить требования к проектной организации на этапе допуска ее к проектированию в части АТХ и АПТ;
-
улучшить качество экспертизы проектов;
-
дать возможность опытным организациям – разработчикам и изготовителям МПСА и САП, имеющим допуск к выполнению проектных работ, самим разрабатывать проекты в части АТХ и АПТ на субподряде у генерального проектировщика.
Последнее в особенности касается реконструкции объектов АК «Транснефть», МПСА и САП на которые ранее были поставлены такими организациями.
