Каталогизация схем контуров управления и идентификаторов с помощью таблиц

Компания FrontierElDoradoRefining постоянно обновляет свою инфраструктуру автоматизации для увеличения производительности и выполнения требований по охране окружающей среды . В подобных проектах возникают задачи , при выполнении которых приходится иметь дело с сотнями сигнальных кабелей , программными индикаторами и функциями управления , свойственными современным системам DCS (distributed control system – распределенная система управления ). В целях увеличения скорости и точности обработки схем контуров управления системы DCS, фирма Frontier разработала дружественный потребителю интерфейс , основанный на приложении Excel фирмы Microsoft, приложение расчетных таблиц , которое служит инструментом для начального проектирования , документирования и каталогизации устройств системы DCS. Это удачное решение для отслеживания идентификаторов устройств и создания чертежа схемы управления включает в себя электронные таблицы , которые можно применить для оценки и каталогизации идентификаторов устройств , моделирования монтажа элементов оборудования и выполнения чертежей соединительных коробок и модулей ввода / вывода контура управления .

Нефтеперерабатывающий завод ElDorado фирмы Frontier в штате Канзас является самым крупным в штате предприятием этого рода . Он занимает площадь свыше 400 гектаров , а сейчас на этом современном комплексе работает свыше 400 сотрудников фирмы Frontier и свыше 100 других работников .

На НПЗ ElDorado выполняется ряд сложных технологических операций , в том числе дистилляция , сероочистка , каталитический крекинг (FCC), алкилирование , замедленное коксование , каталитический риформинг , изомеризация и извлечение серы . В день производится 60 000 баррелей бензина , 40 000 баррелей горючего иных фракций , 900 тонн нефтяного кокса , а также 175 тонн чистой серы .

Нефтепереработка на предприятии началась в 1917 году . Сегодня производительность НПЗ достигает 110 000 баррелей ежедневно . Подобно другим нефтеперерабатывающим предприятиям , Frontier сталкивается с возрастающей мировой конкуренцией , которая понуждает к постоянному совершенствованию технологии автоматизации процесса . На протяжении многих лет предприятие ElDorado провело много изменений в системе управления , перейдя от пневматической системы управления и одноконтурных панельных приборов к современной системе DCS.

В 2007 году фирма Frontier преобразовала управление модулем переработки нефти , перейдя от системы TDC2000 basic к Honeywell Process Managers (HPMs). На НПЗ были использованы инновационные технологии быстрой переработки , устаревшая система управления была заменена новой , более быстрой системой DCS, с сохранением прежнего операторского интерфейса локальной сети управления (LCN – local control network).

В настоящий момент НПЗ управляется системой DCS с семью сетями LCN из двух отдельных диспетчерских . Архитектура автоматизации всего предприятия включает в себя 147 узлов сети LCN, 35 избыточных HPM и 172 контроллеров TDC2000 basic, все это включено в систему Uniformance PHD ( база данных истории событий ). В настоящее время НПЗ работает , совмещая выполнение требований по защите окружающей среды и наращивая свою производительность . Honeywell Experion является неотъемлемой частью плана . Несмотря на то что все , о чем будет говориться далее , основано на конкретном опыте модернизации , все эти решения можно применить к любым аналогичным преобразованиям платформы .

Описание ситуации

Для инженеров КИПиА ( контрольно — измерительных приборов и автоматики ) схемы контуров представляют интерес с точки зрения стратегии автоматизации и подключения кабельных соединений в рамках общей архитектуры системы управления . Эти схемы принципиально значимы для установки оборудования на этапе строительства с нуля и для устранения неполадок и обслуживания после запуска процесса . Схемы контуров могут быть как простыми – схема « один ввод – один вывод », так и сложными , сочетающими соединение нескольких вводов и выводов .

Например , схема контура контроля давления может включать в себя реле давления и проводное соединение между реле и входным модулем . Типичный контур управления включал бы в себя датчик и проводное соединение с входным модулем системы DCS, а также проводное соединение между клапаном и модулем вывода .

Современные сигналы ввода / вывода системы DCS могут быть как аналоговыми , так и цифровыми (on/off). Они отображаются и обрабатываются в системе управления благодаря программной конфигурации . Полевые приборы распределены на всех рабочих модулях процесса , а сигналы от них передаются по проводам к системе DCS. Для увеличения эффективности между стойкой системы DCS и распределительными щитками , размещенными в модулях рабочего процесса , смонтированы многопарные кабели , к которым , в свою очередь , подключены полевые устройства .

В диспетчерской кабель приходит на стойку , где разводится для подключения к модулям ввода / вывода , которые замыкают электрический шлейф , тем самым передавая полевые сигналы к системе DCS. Имена программных идентификаторов присваиваются каналам ввода / вывода в соответствии с подключением к полевым устройствам .

Инженерные проблемы

В прошлом задача разработки схем контуров управления была относительно несложной . Все соединения выполнялись с помощью кабеля , а чертежи соответствовали нормам ISA. Однако с приходом технологии DCS в конце 70- х годов прошлого века перед инженерами , которые занимались системами управления , возникла задача программного конфигурирования миллиардов соединений . Возникли вопросы , как должна выглядеть схема контура управления , как в ней должно быть отражено программное обеспечение и что делать с оборудованием .

Функциональность программного обеспечения трудно представить заранее . Во многих случаях ведомственные стандарты , касающиеся документации и формата , определены недостаточно четко . Ситуация еще больше усложняется , когда в работе участвует несколько различных исполнителей проектных и строительных работ .

В большинстве проектов автоматизации предприятия от исполнителей и поставщиков требуется предоставить схему контура управления как часть их пакетного предложения . Однако схемы контура управления появляются в проекте на поздней стадии и не всегда доступны во время работ , связанных с настройкой . Помимо этого , идентификаторы часто предоставляются на множестве разных схем , из — за чего за ними трудно уследить . Нередко при множестве схем случаются повторы , либо наоборот пропуски идентификаторов устройств .

В проекте системы DCS присутствуют тысячи различных данных , которые нужно отслеживать и координировать . К примеру , номера идентификаторов , номера пар проводов , номера каналов модуля ввода / вывода , номера схем ? все эти данные определенным образом связаны друг с другом . Эти связанные между собой данные можно рассматривать с разных точек зрения ( например , номер идентификатора , номер пары проводов либо модуля ввода / вывода ) и в таком порядке прослеживается их смысл . Однако все связанные между собой данные выглядят совершенно случайными , когда порядок нарушен . Так множество данных , упорядоченное по номеру идентификатора , выглядит случайным относительно нумерации пар проводов или нумерации модуля ввода / вывода , тогда как сами данные , отсортированные относительно нумерации пар проводов , обессмысливаются относительно нумерации идентификатора или модуля ввода / вывода .

База данных книги Excel позволяет вводить в произвольном порядке большой объем данных , а затем сортировать или фильтровать их логически .

Способ установки

Метод установки полевых устройств в фирме Frontier основывается на принципе „Rule of One” ( каждое полевое устройство подключается одной парой кабеля к своему каналу FTA), что дает значительную экономию времени и затрат .

На нефтеперерабатывающем заводе ElDorado управляющие устройства расположены в диспетчерской удаленного управления (RIE – remote instrument enclosure) с 36- парными кабелями , объединенными в жгут , которые протянуты до соединительных щитков рабочего пространства . Каждое окончание жилы 36- парного кабеля вставлено в клеммную колодку . С целью облегчения идентификации окончания маркированы номером пары в кабеле и знаками полярности «+» и « ? ». Полевые устройства связаны определенными парами кабеля и через распределительный щиток подсоединены к определенному каналу модуля ввода / вывода соответствующего терминала RIE.

Клеммные колодки корпуса RIE фактически представляют собой точку границы ответственности исполнителя или поставщика . Исполнитель подводит кабели к клеммным колодкам и попросту кроссирует их в порядке нумерации пар . Кроссировочное подключение кабельных терминалов в корпусе RIE к каналам FTA может быть выполнено на предприятии изготовителя или на месте .

Использование электронной таблицы

Для сокращения времени и усилий , необходимых для работы управляющей системы , фирма Frontier разработала приложение электронных таблиц , основанное на программе Excel, которое служит инструментом для начального этапа проектирования , документирования и индексирования информации , касающейся систем DCS. Это инновационное использование электронных таблиц позволяет легко вводить данные , а затем их сортировать или фильтровать для предоставления инженеру КИПиА наиболее полезные для дальнейшей работы материалы . Каждая электронная таблица имеет определенное предназначение и спроектирована таким образом , чтобы ее использование было максимально простым . Некоторые таблицы предназначены для моделирования монтажа элементов системы ввода / вывода DCS и после ее установки позволяют присвоить устройствам идентификаторы . Другие таблицы индексируют информацию об устройствах , относящихся к контуру управления , но находящуюся в других документах .

Электронная таблица в значительной мере использует определенные диапазоны и результаты поиска для наполнения графических шаблонов и оценки данных . Предоставляются шаблоны полевых коммутационных коробок , модулей ввода / вывода , коробок TIMUX ( мультиплексора ) и схем контура управления . Эти схемы оказывают очень ценную помощь в инженерных , конструкторских работах , а также при наладке и техническом обслуживании .

Функция автоматической фильтрации в программе Excel полезна для просмотра выборки данных , а на каждой электронной таблице представлена нумерация строк , позволяющая увидеть , сколько строк выбрано при фильтрации . В таблицу вводятся идентификаторы по признакам для проверки на наличие повторов , а также присутствует функция поиска для того , чтобы убедиться , что запись зарегистрирована в P&ID электронной таблице . Поиск также используется для перекрестных ссылок на теги других рабочих листов .

Использование рабочей книги электронных таблиц

В приложении Excel уникальная в своем роде структура электронных таблиц разработана таким образом , чтобы инженеры КИПиА могли быстро и наиболее точно выполнить схемы коммутационных щитков для приборов и устройств ввода / вывода . Это приложение включает в себя базу данных устройств , в которой данные вводятся в соответствии с логикой и используются самыми различными способами для настройки стратегии автоматизации предприятия .

Три электронные таблицы связывают индексацию идентификаторов устройств со схемами . Схемная информация трубопроводов , приборов и диаграмм P&ID (piping and instrumentation diagrams), а также чертежей , вводится соответственно в электронные таблицы P&ID и в таблицы чертежей . Идентификаторы чертежей электропроводки и детальных чертежей вносятся в таблицу ссылок . Такой подход обеспечивает эффективную работу ссылок от идентификаторов устройств к схемам ( рис. 1).

Схемы P&ID являются основой для определения требований , касающихся оборудования и системы управления . Таблица P&ID дает достаточную информацию для определения количества и спецификации системы DCS, а также большей части инфраструктуры удаленных кабельных соединений . После определения требований относительно системы ввода / вывода ( то есть количества , разновидностей и точек ввода / вывода ) инженер может разрабатывать структуру системы . Три электронные таблицы создают упорядоченный перечень всех пар электрических проводов , находящихся в жгуте , каналов ввода / вывода и каналов мультиплексора TI. Любая пара электрических проводов , находящаяся в жгуте кабеля , представлена в электронной таблице Instrument JunctionBox (IJB – коробка подключения устройств ). В электронной таблице IOP представлены все каналы модуля ввода / вывода , тогда как в таблице MUX представлены все каналы мультиплексора TI.

После определения структуры системы управления инженер выполняет задачу присвоения идентификаторов парам проводов в жгуте , каналам модуля ввода / вывода и каналам мультиплексора TI. Описываемое приложение книги электронных таблиц имеет встроенную функцию перекрестной проверки для выявления повторов идентификации и уточнения названий идентификаторов с целью представления их в главной электронной таблице P&ID ( рис. 2).