Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время распределенные системы управления широко применяются в различных отраслях промышленности и на транспорте. Важное место занимают среди них системы контроля и управления (СКУ) для трубопроводов. Современное состояние вычислительной техники, средств связи и измерительных приборов позволяет создавать эффективные системы управления, способные обеспечить функционирование объектов с поддержанием должного уровня безопасности и экологической чистоты.
Эксплуатируемые в настоящее время в Российской Федерации и в странах СНГ нефте- и газопроводы построены десятки лет назад. Сейчас они сильно изношены, поэтому велика вероятность возникновения из них утечек транспортируемых продуктов, что крайне негативно сказывается на состоянии окружающей среды и представляет серьезную опасность для жизни и здоровья людей.
В условиях нынешнего экономического кризиса выполнить полномасштабную реконструкцию трубопровода с заменой изношенных участков трубы, контрольно-измерительных приборов, системы связи и верхнего уровня СКУ невозможно. Повысить безопасность эксплуатации трубопроводов можно путем внедрения сложных систем обработки поступающей от существующих датчиков информации, используемых для прогнозирования изменения технологических параметров, диагностики состояния контрольно-измерительных приборов, обнаружения и локализации утечек. Указанные системы, как правило, реализуются в виде программных комплексов, входящих в состав СКУ. Таким образом, наиболее целесообразной является замена физически изношенных и морально устаревших средств вычислительной техники на современные с разработкой соответствующего программного обеспечения.
Отметим, что и для эксплуатации в соответствии с современными требованиями новых трубопроводов также необходимы высококачественные СКУ.
Одной из особенностей магистральных трубопроводов как технологических объектов управления является большая протяженность (сотни и тысячи километров). Таким объектам требуются распределенные системы управления.
В связи с вышесказанным разработка программно-технических комплексов верхнего уровня для распределенных СКУ, использующих
для повышения эффективности и безопасности функционирования объекта расчет неизмеряемых параметров, является актуальной научной и практической задачей.
В диссертации на примере реконструкции верхнего уровня СКУ этиленопровода предлагается методика прогнозирования изменения параметров, характеризующих состояние трубопровода. В работе сформулирован алгоритм обнаружения и локализации утечек при аварийном разрушении стенки трубопровода, использующий в своей работе показания имеющихся на объекте датчиков давления.
Работа выполнялась в соответствии с договором между Центральным научно-исследовательским институтом комплексной автоматизации (ЦНИИКА) и Управлением этиленопроводов акционерного общества "Нижнекамскнефтехим". .
Цель работы. Создание системы контроля и управления для магистрального этиленопровода. Разработка методики обработки показаний датчиков СКУ газопровода с целью прогнозирования изменения характеризующих его состояние параметров, обнаружения и локализации утечек. В связи с этим в данной работе были поставлены и решались следующие задачи:
разработка программно-технического комплекса верхнего уровня системы контроля и управления трубопроводом для замены устаревших средств вычислительной техники и повышения безопасности функционирования объекта.
разработка технических средств двусторонней связи компьютера с телеметрией;
создание программного обеспечения базового комплекта информационно-вычислительной системы, обеспечивающего сбор и отображение информации о состоянии этиленопровода с передачей данных по локальной вычислительной сети;
разработка системы динамического моделирования трубопровода с целью прогнозирования его поведения и избежания аварийных ситуаций;
разработка алгоритма обнаружения и локализации утечек по показаниям существующих контрольно-измерительных приборов;
разработка программного комплекса дистанционной диагностики контрольно-измерительных приборов;
-выработка предложений по модернизации СКУ с целью повышения эффективности обнаружения и локализации утечек.
Методы исследования основаны на использовании математического моделирования, математической статистики, вычислительной математики, активного эксперимента, компьютерных технологий.
Научная новизна: разработана математическая модель газопровода, описывающая поведение объекта в широком диапазоне параметров, работоспособная как при малых, так и при больших возмущениях. Указанную модель можно использовать для имитации программными средствами утечки газа из трубопровода. На основе проведенного на объекте экспериментального исследования получены новые данные о динамике утечки. На базе этих результатов и расчетов по математической модели предложен метод обнаружения и локализации утечек по показаниям имеющихся на объекте датчиков давления и дано его обоснование.
Практическая ценность. Разработана и передана в промышленную эксплуатацию в Управлении этиленопроводов АО "Нижнекамскнефтехим" информационно-вычислительная система "Кама" - система верхнего уровня СКУ.
Разработан комплекс технических средств, алгоритмов и программ, который используется для целей сбора данных с трубопровода и управления им. Он может использоваться и на иных объектах.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных семинарах в ЦНИИКА, конференции "Математические методы в химии и химической технологии (ММХ-9)", 1995 г., Тверь.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 96 наименований. Общий объем работы 149 страниц, в том числе 29 рисунков, 2 таблицы.