Разработка и внедрение интегрированной автоматизированной системы управления технологическими процессами газотранспортного предприятия: На примере ООО «Сургутгазпром»

Научная проблема.

Целью деятельности любого предприятия является получение максимально возможной прибыли путем эффективного управления и развития производственной и экономической деятельности. Повышение эффективности производства и, как следствие, дальнейшее усиление позиций предприятия в своем секторе рынка определяется в первую очередь эффективностью существующей системы управления. Скоординированное взаимодействие между всеми подразделениями, оперативная обработка и анализ получаемых данных, долговременное планирование и прогнозирование состояния рынка — вот далеко не полный перечень задач, которые позволяет решить внедрение современной автоматизированной системы управления.

Исторически процесс информатизации проникал на производство одновременно с двух сторон — «сверху» и «снизу». «Сверху» (в офисах) создавались информационные структуры, отвечающие за работу предприятий в целом. Это автоматизация бухгалтерского учета, управление финансами и материально-техническим снабжением, организация документооборота и др. Этот уровень называется планированием ресурсов предприятия (ERP, enterprise resource planning).

Снизу" (в цехах) информация от различных датчиков прежде всего использовалась для непосредственного управления производственным процессом с помощью различных устройств согласования с объектом (УСО), контроллеров и промышленных компьютеров. Поток информации от датчиков поступал на вход систем SCADA (Supervisory Control and Data Acaulsiton диспетчерской контроль и сбор данных). На этом уровне осуществляется оперативное управление технологическим процессом, принимаются тактические решения, прежде всего направленные на поддержание стабильности процесса.

Очевидно, что первичная информация из цехов должна «добираться» до верхнего уровня, уровня принятия стратегических решений, поскольку оперативная информация в нужное время и в нужном месте способствует принятию объективно-правильного решения.

Однако, на практике реализовать интеграцию систем управления ТП и систем управления производственно-хозяйственной деятельностью (ПХД) бывает достаточно сложно.

Во-первых, системы ПХД развивались независимо от АСУ ТП и каналы обмена между этими системами достаточно слабые и отношение к реальному времени в АСУ ТП и АСУ ПХД принципиально различное.

Во-вторых, в случае использования на всех участках технологического процесса однородных подсистем объединить данные АСУ ТП достаточно просто на основе уже выбранного инструментального средства. Однако, исторически на большинстве предприятий сосуществуют разнообразные подсистемы, которые в большинстве случаев функционируют независимо друг от друга, решая свой класс задач. Это весьма осложняет задачу интеграции технологических данных.

Таким образом, проблема интеграции различных систем автоматизации предприятия выходит на первый план и сложились все объективные условия для ее решения. Созданные сегодня единые сетевые протоколы, международные стандарты открытых систем и информационные технологии обмена создали необходимые предпосылки создания единой информационной управляющей системы предприятий.

Данной проблеме посвящена настоящая диссертационная работа, направленная на разработку комплексной методики создания и внедрения корпоративных интегрированных информационно-управляющих систем (ИУС) для крупных предприятий газовой отрасли на базе современных информационных технологий, программно-технических средств и систем связи.

Актуальность. За последние годы в ОАО «Газпром» выполнен ряд работ по совершенствованию управления обществом путем автоматизации и информатизации управления отдельных бизнес-процессов, создания для этого необходимой технической, программной, методологической и технической платформ.

В настоящее время практически во всех структурных подразделениях Администрации ОАО «Газпром» и на всех основных предприятиях отрасли внедрены комплексы средств автоматизации, однако, они обеспечивают только часть информационных потребностей компании. Достигнутый уровень автоматизации не позволяет в полном объеме автоматизировать функции управления отраслью как единым технологическим комплексом.

На крупных предприятиях отрасли созданы вычислительные системы, обеспечивающие автоматизацию управления как производственно-хозяйственной и финансовой деятельностью, так и управление технологическими объектами Единой системы газоснабжения (ЕСГ) РФ. К таким предприятиям относятся «Уренгойгазпром», «Севергазпром», «Тюментрансгаз», «Мострансгаз» и т. д.

Однако автоматизация на этих предприятиях, как правило, направлена на решение проблем отдельных структур предприятия и автоматизацию лишь некоторых фрагментов производства, его отдельных процессов, а не на исследование всего производственного цикла и организацию комплексной системы управления, обеспечивающей интеграцию разрозненных компонентов в единый производственный организм.

Анализ результатов обследования существующих на данных предприятиях прикладных систем показывает, что созданные приложения не могут взаимодействовать между собой даже при наличии технических и телекоммуникационных средств. Нет в эксплуатации «сквозных» задач, которые устанавливают единый регламент (дисциплину) сбора и обработки информации на всех уровнях предприятия. Поскольку существующие информационные системы практически не связаны между собой, то многие данные в них дублируются. Информация, хранящаяся в БД одного подразделения переносится в БД другого.

Кроме того, имеющиеся средства автоматизации и передачи данных, как правило, обеспечивают информационное взаимодействие на уровне предприятия, а не на отраслевом уровне, т. е. затруднен обмен с Администрацией ОАО «Газпром» и смежных предприятий друг с другом. Разработка ИУС ведется часто с использованием разнообразных технических и программных средств, собственных БД, локальных систем классификации и кодирования и ориентирована на информационное обеспечение пользователей конкретных подразделений без увязки принятых проектных решений с интересами отрасли в целом.

Недостаточно проработаны научно-методические вопросы использования методов имитационного моделирования для прогнозирования и стратегического планирования на основе оперативных технологических данных.

Кроме того, в составе ИУС территориальных комплексов по добыче и транспортировке газа фактически отсутствуют экологические задачи.

Исследования, проведенные в данной работе направлены на создание ИУС, осуществляющих не только контроль за технологическими процессами, но и производственно-хозяйственной и финансово-экономической деятельностью предприятия, системой планирования и оптимизации производственных процессов, и являются актуальными.

Для выполнения поставленной задачи решаются вопросы проектирования и разработки ИУС, выбор средств автоматизации и обеспечение совместимости компонентов на информационном, программном и физическом уровне с учетом связей и особенностей всех компонентов оборудования, входящиго в систему.

Объектом исследования является газотранспортное предприятие (ГТП) ООО «Сургутгазпром».

ООО «Сургутгазпром» является многофункциональным производственным объединением и включает в себя объекты транспорта и переработки газа и газового конденсата.

К основным технологическим объектам относятся компрессорные станции, цеха и газоперекачивающие агрегаты, осуществляющие транспортировку газа посредством повышения его давления.

Объекты управления основного производства ГТП эксплуатируются в сложных климатических условиях, рассредоточены на значительной территории и представляют собой сложный комплекс технологических процессов транспорта газа и конденсата. Таким образом, газотранспортное предприятие как объект управления относится к классу больших систем.

До создания и внедрения ИУС система управления технологическими процессами и производственно-хозяйственной деятельностью Сургутгазпрома основывалась на информации, полученной из различных не интегрированных, географически разнесенных и реализованных порой в различных средах информационных систем.

Анализ организационной структуры предприятия показал, что управление объектами транспорта газа должно осуществляться на трех иерархических уровнях.

Первый (нижний) уровень управления объектами основного производства реализуется диспетчерскими службами компрессорных цехов, обеспечивающими непосредственное управление технологическими процессами транспорта газа и конденсата.

Основными службами двух верхних уровней управления являются диспетчерская служба линейного производственного управления МГ (КС) и центральный диспетчерский пункт (ЦДП) газотранспортного предприятия, которые являются органами оперативного управления производства, осуществляющими выполнение плановых заданий по транспорту и реализации газа с соблюдением заданных технологических режимов всех технологических объектов.

Предметом исследования являются специализированные пакеты типа БСАОА, обеспечивающие сбор, обработку, хранение и визуализацию данных в режиме реального времени (РВ), для организации рабочих мест эксплуатационного персонала.

Понятие РВ означает гарантированное время отклика системы на входной сигнал (воздействие). Причем, временные параметры режима РВ на каждом уровне управления различны, они регламентируются технологическими требованиями.

Кроме того, создание корпоративной ИУС предполагает исследования в области:

• поддержки заданных интерфейсов и коммуникационных протоколов и использования стандартных интерфейсов и аппаратных модулей ПЛК на базе открытых международных стандартов;

• построения распределенных систем ПЛК, подключенных к промышленным сетям открытыми коммуникационными протоколами семейства Р1еИЬиз (МосИэиз, РгоАЬиэ и др.);

• использования специализированных средств планирования ресурсов предприятия и оптимизации режимов транспорта газа и т. д.

Методы исследования. Проведенные исследования выполнены с использованием методов системного анализа, математического моделирования информационных потоков, моделирования объектов управления и вычислительной математики.

Целью работы является повышение эффективности процесса управления типовым газотранспортным предприятием на основе разработки и внедрения единой интегрированной информационно-управляющей системы, которая повысит надежность, безопасность и эффективность эксплуатации технологического оборудования и позволит эффективно использовать кадровый, технический и промышленный потенциал предприятия.

Работа проводится в рамках программы по созданию отраслевой интегрированной информационно-управляющей системы ОАО «Газпром», Это является принципиальным положением, которое определяет структуру и стратегию создаваемой ИУС и предъявляемые к ней требования.

В 1996 г. ООО «Сургутгазпром» и НИИ измерительних систем была разработана и утверждена Комплексная целевая программа создания и внедрения ИАСУ ТП, которая регламентирует вопросы проектирования системы, выбор средств автоматизации и обеспечение совместимости компонентов на информационном, программном и физическом уровне.

Для реализации работ по интеграции в ОИИУС в 1997 г. специалистами ООО «Сургутгазпром» была разработана Концепция развития АСУ ООО «Сургутгазпром».

Диссертационная работа представлена в виде теоретического обобщения решения проблемы, имеющей научное и практическое значение.

Научная новизна исследования заключается в разработке интегрированной модели ИУС крупного промышленного предприятия, методики оптимизации структуры сложных корпоративных ИУС и определении совокупности внедряемых программно-технических решений для ее базовой инфраструктуры, интеграции независимых подсистем и тиражирования типовых решений.

Практическая ценность настоящего исследования заключается в следующем:

•Разработан базовый комплекс программно-технических средств для создания проектов автоматизации крупных предприятий топливно-энергетичнского комплекса, ориентированный на большой объем технологических параметров и адаптированный к специфике отрасли;

• Выработан единый подход к выбору технических характеристик оборудования, позволяющий установить связи между конкретными объектами производства и элементами ИУС и оценить техническую совместимость различных компонент (к примеру, изготовленных различными производителями) и иерархических уровней ИУС на этапе проектирования системы;

•Разработан унифицированный комплекс типовых программных и технических решений и рекомендаций на базе СУ газотранспортного предприятия, готовых для внедрения или тиражирования в любых структурных подразделениях компании.

Реализация и внедрение результатов работы.

По направлению АСУ ТП в 2001 году был внедрен в опытную эксплуатацию 1 этап многоуровневой АСУ ТП реального времени в объеме:

Центральный диспетчерский пункт предприятия и 7 систем управления компрессорными станциями (КС-1- КС-2- КС-3- КС-5- КС-6- КС-7- КС-9);

Система управления газораспределительной станции (СУ ГРС) Сургутского линейного производственного управления, включая системы линейной телемеханики на продуктои конденсатопроводе;

15 систем автоматического управления и регулирования (САУиР) фирмы ССС (ГКС-5 штКС-1 — 3 штКС-4 — 3 штКС-8 -2 штКС-11 -2 шт.).

САУиР электроприводных агрегатов с устройством мягкого пуска на КС-11 ;

На продуктопроводе Сургутского ЛПУ внедрена система обнаружения утечек;

В Центральном офисе предприятия внедрен программный комплекс «SIMONE» для расчёта установившихся состояний и моделирования динамических процессов при транспортировке и распределении газа в трубопроводных системах и осуществлена его интеграция с АСУ ТП.

По направлению АСУ ПХД в 2001 году велось развитие системы на базе SAP R/3, в частности: поддержки промышленной эксплуатации интегрированной системы в части ведения договоров, финансового и бухгалтерского контроллингаперехода на новый план счетов (произведен впервые в России) — создания справочника материалов и АСУ материально-технического снабженияработ по внедрению системы управления персоналом.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на заседании НТС ОАО «Газпром» (Москва), экспертных советов по автоматизации ОАО «Газпром» 2000 г. (Сургут), 2001 г. (Сочи), НТС НИИ измерительных систем им. Ю. Е. Седакова, заседании кафедры ИАНИ ННГУ им. Лобачевского, конференции молодых ученых «Математика и кибернетика 2002», международной специализированной выставке-конференции военных и двойных технологий «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления 2002» (Нижний Новгород).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 статей, 6 научно-технических отчетов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 62 наименований, изложена на 160 листах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 18 таблиц.

Заключение

.

Ведущая роль в развитии газовой отрасли отводится применению экономико-математических методов, современных средств и систем управления, использующих в своей структуре ИУС, которые позволяют устанавливать и поддерживать в управляемых объектах заданные режимы эксплуатации.

В данной диссертационной работе была решена научная задача в области автоматизации предприятий газовой отрасли, имеющая важное, актуальное значение. Она заключается в создании совокупности организационных, технико-экономических и математических методов и решений для создания и внедрения сложных корпоративных информационно-управляющих систем и оптимизации их структуры.

В данном исследовании предлагается комплексное решение вопросов проектирования и разработки корпоративной ИУС, включая процедуру моделирования всего производственного процесса, выбор средств автоматизации и обеспечение совместимости компонентов ИУС на информационном, программном и физическом уровне.

Научные результаты работы позволяют сделать следующие выводы:

1. Эффективное функционирование предприятий газовой отрасли невозможно без внедрения в его структурных подразделениях комплексных автоматизированных систем на базе современных информационных технологий, программно-технических средств и систем коммуникации и связи. В данной работе рассмотрены различные подходы к разработке корпоративных ИУС, на основе проведенного исследования разработаны функциональная и организационная структура системы управления типового газотранспортного предприятия, ее информационная модель, сформулированы основные требования к элементам системы. Данные требования и функциональные схемы унифицированы по принципам построения и схемным решениям, что дает возможность использовать их для проектирования автоматизированных систем управления различных структурных подразделений ОАО «Газпром»;

2. Результатом работы является создание интегрированной автоматизированной системы управления газотранспортного предприятия, включающей подсистемы управления технологическими процессами: транспорта, реализации газа, управления производственно-хозяйственной деятельностью, как региональной подсистемы отраслевой системы оперативно-диспетчерского управления. ЕСГ РФ.

3. Внедрение на практике предложенных методов приведет к увеличению числа рассматриваемых альтернативных проектных решений и сокращению материальных и временных затрат на проектирование, изготовление и внедрение системы управления, а, значит, как следствие, и к снижению себестоимости продукции, повышению качества и оперативности принимаемых решений, улучшению экологической обстановки и эффективному использованию кадрового, технического и промышленного потенциала предприятия.

Опытно-промышленная эксплуатация системы позволит отработать практическую применимость системы в оперативной работе диспетчерского персонала на объектах транспорта газа, предупреждение и локализацию аварийных ситуаций и своевременное обнаружение утечек на газопроводах на основе функций моделирования режимов газопроводов в реальном режиме времени. Кроме того, на базе введенной в эксплуатацию системы целесообразно осуществлять экономический мониторинг, на базе которого возможно управление многими экономическими факторами производства.

4. Экономическая эффективность создания и внедрения ИУС ООО «Сургутгазпром» подтверждена технико-экономическим обоснованием, разработанным в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования», утвержденными постановлением Госстроя Министерства экономики РФ, Министерства финансов РФ и утвержденным Решением № 33 Департамента проектирования и экспертизы ОАО «Газпром» от 21.07.99 г.