Contribuţii la automatizarea proceselor din industria de gaze teză de doctorat autor: Conducător ştiinţific

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DIN CLUJ-NAPOCA

FACULTATEA DE ELECTRONICĂ, TELECOMUNICAŢII ŞI TEHNOLOGIA INFORMAŢIEI

CONTRIBUŢII LA AUTOMATIZAREA PROCESELOR DIN INDUSTRIA DE GAZE

TEZĂ DE DOCTORAT

Autor: Conducător ştiinţific:
Lector drd. ing. Traian-Dănilă Turc Prof. dr. ing. Gavril Toderean

MEMBRII COMISIEI:

- Prof.dr.ing. Dan Pitica – preşedintele comisiei, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca, decan

Facultatea de Electronică şi Tehnologia Informaţiei;

- Prof.dr.ing. GavrilToderean - conducător ştiinţific, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca ;

- Prof.dr.ing. Corneliu Burileanu - referent, Universitatea Tehnică - Bucureşti;

- Prof.dr.ing. Serban Agachi - referent, Universitatea “Babeş-Bolyai” din Cluj-Napoca;

- Prof.dr.ing. Liviu Miclea - referent, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca ;

-2005-

Cuprins

1. STADIUL INIŢIAL ÎN CONTROLUL PROCESELOR DIN INDUSTRIA GAZELOR 3

1.1 STADIUL INIŢIAL ÎN CONTROLUL ŞI MONITORIZAREA INSTALAŢIILOR DE COMPRIMARE GAZE NATURALE 3

1.1.1 GAZOMOTOCOMPRESOARE 5

1.1.2 ELECTROCOMPRESOARE 5

1.1.3 PROBLEME DE SOLUŢIONAT 7

2. CONTRIBUŢII ADUSE LA AUTOMATIZAREA STAŢIILOR DE COMPRIMARE GAZE 8

2.1 REALIZAREA UNUI CONTROLER DE PROCES PENTRU AUTOMATIZAREA şi MONITORIZAREA TUTUROR TIPURILOR DE COMPRESOARE 10

2.1.1 REALIZAREA CONTROLERULUI DE PROCES “DASYS” PENTRU AUTOMATIZAREA ŞI MONITORIZAREA COMPRESOARELOR 13

2.1.1.1 PARAMETRII CONVERTORULUI ANALOG-NUMERIC 15

2.1.1.2 ERORI ALE CONVERTORULUI ANALOG-NUMERICE 17

2.1.1.3 PROIECTAREA FILTRULUI DE INTRARE ÎN MULTIPLEXOR 21

2.1.2 PREZENTAREA MICROSISTEMULUI DE OPERARE REALIZAT PENTRU CONTROLERELE DE PROCES “DASYS” 24

2.1.3 TRADUCTORI UTILIZAŢI DE SISTEMELE PENTRU AUTOMATIZAREA ŞI MONITORIZAREA COMPRESOARELOR 28

2.1.4 SISTEMUL DE TRANSMISII SERIALE DE DATE REALIZAT PENTRU TRANSMISIA PARAMETRILOR DE LA FIECARE COMPRESOR LA DISPECERATUL CENTRAL 31

2.1.5 SISTEMUL DE TRANSMISII PRIN INTERNET A DATELOR ACHIZIŢIONATE LA DISPECERUL LOCAL LA DISPECERUL CENTRAL 39

2.2 SISTEMUL IERARHIC DE MONITORIZARE ŞI AUTOMATIZARE REALIZAT PENTRU STATIILE DE COMPRIMARE DOTATE CU MOTOCOMPRESOARE GKN 46

2.2.1. CONTRIBUŢII ADUSE LA MĂSURAREA DEBITULUI DE GAZ 48

2.2.1.1. METODA DE CALCUL 48

2.2.2 SUBSISTEMUL IERARHIC DE MONITORIZARE ŞI AUTOMATIZARE REALIZAT PENTRU MOTOCOMPRESOARELE CM 10 GKN 56

2.2.2.1 METODA DE CALCUL 57

2.2.2.2 INTRĂRI IEŞIRI 65

2.2.2.3 DIAGRAMA LOGICA DE FUNCŢIONARE 71

2.2.2.4 MICROSISTEMUL DE OPERARE ŞI APLICAŢIA SPECIFICĂ GAZOCOMPRESORULUI 72

2.2.2.5 PARAMETRI ACHIZIŢIONAŢI 74

2.2.2.6 LEGĂTURA CU DISPECERATUL 79

2.3 SISTEMUL IERARHIC DE MONITORIZARE şi AUTOMATIZARE REALIZAT PENTRU STAŢIILE DE COMPRIMARE CU ELECTROCOMPRESOARE C260 81

2.3.1 SUBSISTEMUL IERARHIC DE MONITORIZARE şi AUTOMATIZARE REALIZAT PENTRU AUTOMATIZAREA ELECTRCOMPRESOARELOR C260 82

2.3.1.1 INTRĂRI IEŞIRI 84

2.3.1.2 DIAGRAMA LOGICA DE FUNCŢIONARE A ELECTROCOMPRESORULUI 88

3.3.1.3 MICROSISTEMUL DE OPERARE ŞI APLICAŢIA SPECIFICA ELECTROCOMPRESORULUI 92

2.3.1.4 PARAMETRI ACHIZITIONATI 94

2.3.1.5 LEGĂTURA CU DISPECERATUL 97

2.4 SISTEMUL IERARHIC DE AUTOMATIZARE ŞI MONITORIZARE REALIZAT PENTRU STAŢIILE DE AER 99

2.4.1 AUTOMATIZAREA COMPRESOARELOR DE AER G40 100

2.4.1.1 INTRĂRI IEŞIRI 100

107

2.4.1.2 DIAGRAME LOGICE DE FUNCŢIONARE ALE COMPRESORULUI DE AER 107

2.4.1.3 APLICAŢIA SPECIFICA COMPRESORULUI DE AER 109

3. CONCLUZII 111

4. BIBLIOGRAFIE 116

5.1 LUCRĂRI PUBLICATE DIN DOMENIUL TEZEI DE DOCTORAT. 119

5.1.1 GAS COMPRESSION STATIONS REMOTE MONITORING AND CONTROL 119

5.1.2 INDUSTRIAL DATA ACQUISITION CENTRALIZATION AND DISPLAY 123

5.1.3 TRANSMISIA ŞI AFIŞAREA DINAMICA A DATELOR ÎN PAGINI WEB 123

5.1.4 DATA ACQUISITION SYSTEM USING PARALLEL PORT OF THE COMPUTER 123

5.1.5 APLICAŢIA SPECIFICĂ REALIZATĂ PENTRU AUTOMATIZAREA ŞI MONITORIZAREA ELECTROCOMPRESOARELOR C260 128

1. STADIUL INIŢIAL ÎN CONTROLUL PROCESELOR DIN INDUSTRIA GAZELOR

1.1 STADIUL INIŢIAL ÎN CONTROLUL ŞI MONITORIZAREA INSTALAŢIILOR DE COMPRIMARE GAZE NATURALE

Staţiile de comprimare sunt destinate ridicării presiunii gazului natural provenit din sondele de extracţie pentru transportul acestuia pe distanţe mari prin intermediul conductelor magistrale sau pentru înmagazinarea gazelor din sistem, în depozite subterane.

Gazul metan este preluat din colectorul de aspiraţie al staţiei la o presiune redusă (10-20 bar ) şi temperatură medie de cca 15 ⁰C , după care este comprimat cu ajutorul agregatelor de comprimare şi trimis în reţea prin conducta de refulare după o răcire prealabilă . La ieşirea din staţie, gazul comprimat are parametri modificaţi (presiune mărită, temperatură ridicată) şi poate fi astfel transportat spre consumatorii aflaţi la distanţă. Procesul comprimării necesită un consum de energie electrică sau termică în funcţie de tipul agregatelor de comprimare folosite. Cele mai utilizate agregate de comprimare sunt compresoarele de gaze.[25]

Compresoarele de gaze naturale sunt agregate complexe, compuse în principal dintr-o parte de motor şi una de compresor, într-o structură compactă. Aceste agregate funcţionează cu puteri de ordinul miilor de CP şi se împart, în funcţie de tipul de motor utilizat, în două mari categorii : electrocompresoare şi gazomotocompresoare.

1.1.1 GAZOMOTOCOMPRESOARE

Sunt acţionate cu motoare cu ardere internă care folosesc gazul metan ca şi combustibil, dezvoltă puteri de peste 1500 Cp, fiind capabile să transfere 27000 metrii cubi de gaz pe ora de la presiunea de 7 bar la presiunea de 17 bar.

Principalele instalaţii electrice care echipează aceste agregate sunt cele de control al parametrilor de funcţionare şi comandă a elementelor de execuţie, şi cele de aprindere a amestecului carburant , necesare funcţionării motoarelor cu ardere internă. Toate echipamentele electrice care echipează aceste agregate, funcţionează în mediu cu pericol de explozie, respectiv atmosferă cu concentraţie periculoasă de metan.
In imaginea de jos este prezentată schiţa unui motocompresor.

1.1.2 ELECTROCOMPRESOARE

Sunt acţionate cu motoare electrice trifazate, sincrone sau asincrone, alimentate cu tensiune de linie de 6kV, având puterea în jur de 800 Kw, fiind capabile să transfere 4500 metrii cubi de gaz de la presiunea de 10 bar la presiunea 30 bar .

Principalele instalaţii electrice care echipează aceste agregate sunt cele de control al parametrilor de funcţionare şi comandă a elementelor de execuţie.

Nu sunt dotate cu un sistem de automatizare şi achiziţie date, în vederea monitorizării şi asistării agregatelor în fazele de funcţionare ale acestora.

1.1.3 PROBLEME DE SOLUŢIONAT

Intr-o staţie de comprimare gaze sunt amplasate două, pană la paisprezece compresoare.

Pe parcursul funcţionarii s-au observat deteriorarea şi uzura prematură a componentelor datorită faptului că prin construcţie, compresoarele nu sunt dotate cu un sisteme centralizate de automatizare şi achiziţie date în, vederea asigurării protecţiilor şi avertizărilor, precum şi transmiteri la distanţă a datelor achiziţionate.

Se impune conceperea şi montarea pe agregatele de comprimare a unor sisteme de monitorizare şi control care să permită:

1. 
   –asistarea şi controlul agregatelor în toate fazele de funcţionare;
   
2. 
   –monitorizarea parametrilor de funcţionare şi avertizarea personalului în cazul ieşirii agregatului din regimul normal de funcţionare;
   

3. –stabilirea regimului optim de funcţionare al agregatelor şi menţinerea acestuia pe toată durata funcţionării;

4. –realizarea arhivării automate a datelor şi asigurarea posibilităţii de transmitere a acestora la dispeceratul central, automat sau la cerere;

5. –realizarea monitorizării centralizate a parametrilor generali ai staţiei, a parametrilor maşinilor, a concentraţiei atmosferei explozive în hala agregatelor şi a poziţiei robinetelor de izolare a staţiei;

6. –realizarea execuţiei automate a secvenţei de urgenţă de izolare a staţiei la intervenţia operatorului sau la depăşirea concentraţiei periculoase de metan în hala maşinilor.

Numărul total al parametrilor necesar a fi urmărit de sistemul computerizat într-o staţie de comprimare se ridică la cca 350, lucru care implică folosirea unor sisteme computerizate de achiziţie cu un număr mare de intrări analogice şi cu posibilităţi de extensie ulterioară.

Pentru comanda şi protecţia agregatelor de comprimare, precum şi a întregii staţii, sistemul necesită un număr de ieşiri de comanda prin intermediul cărora să poată fi transmise spre proces comenzile automate sau comenzile operatorului.