Газпром добыча Надым (PI System)

Реализация системы диспетчерского контроля и управления в составе информационно-управляющей системы диспетчерского управления Бованенковского НГКМ

Диспетчерский контроль и управление производственными процессами в газодобывающем обществе и газопромысловых управлениях является одним из основных компонентов бизнес-процесса «Диспетчерское управление». Основная задача диспетчерского контроля и управления заключается в управлении ресурсами газа и жидких углеводородов в границах газодобывающего общества и распределении объемов газа и жидких углеводородов по технологическим объектам газодобывающего общества согласно требованиям, установленным Центральным производственно-диспетчерским департаментом ОАО «Газпром».

Система диспетчерского контроля и управления газопромыслового управления представляет собой автоматизированную систему, обеспечивающую осуществление специфических диспетчерских задач, в которых в отличие от АСУТП отсутствует прямое управление технологическим оборудованием газового промысла.

Первые требования к автоматизированным системам диспетчерского управления в ОАО «Газпром» были определены в далеком 1997 г. в Основных положениях по автоматизации, телемеханизации и созданию информационно-управляющих предприятий добычи подземного хранения газа. Сейчас набор функций систем диспетчерского управления сформулирован в комплексе стандартов «Диспетчерское управление» СТО Газпром, которые являются основополагающими стандартами ОАО «Газпром» в области диспетчерского управления. Между тем данные стандарты описывают только системы диспетчерского управления и системы поддержки принятия диспетчерских решений и не подразумевают горизонтальной интеграции систем с существующими информационно-управляющими системами в газодобывающем обществе.

В ООО «Газпром добыча Надым» в рамках инвестиционного проекта по обустройству сеноман-аптских месторождений Бованенковского НГКМ проводится внедрение комплексных проектов по автоматизации верхнего уровня газопромыслового управления: информационно-управляющей системы диспетчерского управления и информационно-управляющей системы производственных процессов. Данные системы внедряются в Ямальском газопромысловом управлении, филиале ООО «Газпром добыча Надым», эксплуатирующем Бованенковское месторождение.Как DevOps-сервис помогает «разгрузить» высоконагруженные системы BPMSoft

Информационно-управляющая система диспетчерского управления представляет собой комплексное решение, состоящее из двух функциональных подсистем:

• • диспетчерского контроля и управления;
• • поддержки и принятия диспетчерских решений
• Информационно-управляющая система производственных процессов состоит из трех функциональных подсистем:
• • АСУ паспортизацией и планированием ремонтов технологического оборудования;
• • система оценки эффективности производственных процессов;
• • лабораторная информационная система.

Все функциональные подсистемы указанных информационно-управляющих систем интегрированы между собой и в комплексе образуют информационно-управляющую систему газопромыслового управления. В настоящее время проводятся активные работы по созданию данных систем, пусконаладочные работы по настройке и конфигурации систем, интеграции со смежными системами и организации передачи данных с уровня АСУТП газового промысла.

Ядром информационно-управляющей системы диспетчерского управления является система диспетчерского контроля и управления, предназначенная для контроля и управления ТП добычи и подготовки газа и газового конденсата на газовом промысле (скважина - гидродинамический связанный коллектор (ГСК) – технологический корпус подготовки газа (ТКПГ) - дожимные компрессорные станции (ДКС) - установка комплексной подготовки газа (УКПГ) – пункт хозрасчета замера газа (ПХЗГ) - магистральный газопровод) и предусматривает наличие следующих функций:

• • автоматизированный сбор, подготовка и передача технологических данных с уровня АСУТП и САУ;
• • ручной ввод оперативным персоналом данных, не предоставляемых АСУТП;
• • отображение и хранение архивных данных для отображения и расчетов;
• • отображение текущего состояния ТП добычи и подготовки газа и газового конденсата с использованием Web-интерфейса;
• • диагностика состояния комплекса технических средств и наличия связи с уровнями;
• • взаимодействие со смежными системами;
• • учет наработки технологического оборудования;
• • предоставление отчетных форм по архивным данным за любое выбранное время.

Система диспетчерского контроля и управления построена на MES-платформе PI System компании OSIsoft. Основной причиной выбора данной платформы стало наличие в ней специализированной БД для хранения временных рядов с уникальным алгоритмом сжатия и скоростью восстановления. Принимая во внимание удаленность Бованенковского месторождения и расположения газовых промыслов, могла возникнуть проблема с передачей данных на больших расстояниях, так как в качестве основного канала связи с объектами ООО «Газпром добыча Надым» на Бованенковском месторождении используется спутниковая система связи с небольшой пропускной способностью и высокими задержками. Это могло повлечь за собой возникновение многочисленных проблем, связанных с большим объемом передаваемых данных. PI System предоставляет оптимальный алгоритм сжатия данных: на данный момент из АСУТП передается около 15 тыс. технологических параметров, и при этом суммарный объем передачи данных составляет всего 10 кб/с. Бесспорным преимуществом платформы является наличие буферизации, позволяющее в случае обрыва связи накапливать данные на узле интерфейса и после появления связи передавать накопленные данные, что позволяет исключить потерю производственных данных.

Следующей причиной внедрения решения на базе PI System была возможность создания моделей и структур, представляющих конкретное технологическое оборудование, события, продукцию внутри одного модуля, что является незаменимым при составлении материального баланса и анализа. PI System также позволяет выполнять сложные вычисления над данными без дополнительного программирования с помощью PI Performance Equations. Наличие интегральной обработки данных (счетчики PI Totalizer) на определенных временных отрезках с возможностью интерполяции и экстраполяции без дополнительного программирования также говорит в пользу выбранной системы. И наконец, важным преимуществом PI System явились «открытые двери» для интеграции с любыми бизнес-системами (ERP, EAM, LIMS, MES, GIS и т.д.) благодаря возможности обращения к базе мгновенных и архивных значений (PI Data Archive) как к обычной СУБД посредством SQL-запросов.

Программный комплекс системы диспетчерского контроля и управления (рис. 1) включает разработки компаний OSIsoft и Индасофт и состоит из следующих жизненно необходимых модулей:

• • ядро системы (PI Server + PI Data Archive + PI AF);
• • модуль сбора данных с уровня АСУТП (PI OPC Interface);
• • модуль сбора данных с уровня технологических приборов (PI UFL Interface);
• • модуль двухстороннего обмена с реляционными БД (PI RDBMS Interface);
• • модуль выполнения инженерных расчетов (PI ACE);
• • подсистема отображения мнемосхем (ActiveView + I-AVF);
• • подсистема формирования отчетов (PI Datalink + I-RS);
• • подсистема аварийных и предупредительных сообщений (I-CE).

Ядро системы состоит из нескольких серверных приложений, которые имеют компонентно-ориентированную структуру, и включает PI Server Enterprise, который получает данные и распределяет их в реальном времени с помощью компонентов PI System. PI Data Archive представляет собой специализированную БД для обработки и хранения данных реального времени и является БД временных рядов (в отличие от реляционных хранилищ). Особый алгоритм сжатия позволяет хранить технологические данные за много лет и предоставляет возможность оперативного обращения к архивной производственной информации, необходимой для понимания и управления производственными процессами в газопромысловом управления. PI Asset Framework позволяет строить организационные и технологические модели производства. Элементы модели могут представлять собой как физическое оборудование (газоперекачивающий агрегат, турбодетандерный агрегат, теплообменник и т.п.), так и логические структуры (эффективность, непроизводственные потери и т.п.). Используя данные модели можно определить ключевые параметры эффективности и проводить анализ данных в реальном времени, таких как согласование технологических данных, выявление грубых ошибок средств измерений, простои технологического оборудования.

Модуль сбора данных с уровня АСУТП обеспечивает с помощью PI OPC Interface сбор производственных данных из коммуникационного ОРС-сервера интегрированной АСУТП газового промысла Бованенковского месторождения в PI Server. Интерфейс поддерживает миллисекундные метки времени и периоды сканирования, буферизацию данных при обрыве физической связи и работу в горячем резерве. При необходимости интерфейс позволяет редактировать теги «на лету» и не требует перезагрузки интерфейса для внесения изменений в опрос данных.

Модуль сбора данных с технологических приборов позволяет считать из различных текстовых файлов с заранее определенной структурой данные, полученные при выгрузке инженером с помощью мобильного АРМ, из приборов учета, в функционал которых входит накопление данных (расходомеры, модемы, АСУТП старых модификаций) и передать их в PI Server. Интерфейс аналогично PI OPC Interface поддерживает редактирование тэгов «на лету», буферизацию и миллисекундные метки времени.

Модуль двухстороннего обмена с реляционными БД базируется на PI RDBMS Interface. Модуль отвечает за выполнение двухстороннего обмена с реляционными БД и является ключевым при интеграции с системой поддержки принятия диспетчерских решений и информационно-управляющей системой производственных процессов. Также в рамках работы данного модуля предусматривается передача данных во внешние системы. Это ERP-система ООО «Газпром добыча Надым» и автоматизированная диспетчерская система ООО «Газпром трансгаз Ухта».

Модуль выполнения инженерных расчетов предназначен для организации сложных математических вычислений, которые невозможно провести стандартными средствами PI Server, такими как PI Performance Equation или PI Totalizer. Для бизнес-процесса «Диспетчерское управление» такими вычислениями могут быть моделирование режимов добычи и подготовки газа и газового конденсата, таких как расчет режима трубопроводных систем промыслового коллектора от кустов газовых скважин до УКПГ, или расчет квазиоптимального стационарного режима работы межпромыслового коллектора с прилегающими ГСК, УКПГ и ДКС, либо анализ производительности и эффективности работы газового промысла с учетом затрат газа на собственные нужды. Все эти задачи требуют производить математические вычисления высокого уровня сложности с различной периодичностью, что делает PI ACE фундаментом модуля выполнения инженерных расчетов.

Подсистема отображения мнемосхем предоставляет возможность просмотра производственных схем ТП газового промысла специалистам производственно-диспетчерской службы и производственных отделов и служб административно-управленческого аппарата Ямальского ГПУ и администрации ООО «Газпром добыча Надым» с помощью любого Web-обозревателя. Подсистема базируется на сервере мнемосхем I-AVF (Индасофт) и приложения PI ActiveView (OSIsoft), которые позволяют группировать и упорядочивать многочисленные схемы производства и производственные отчеты, созданные при помощи инструментов PI ProcessBook и PI DataLink.

На рис. 2 представлена заглавная мнемосхема портала системы диспетчерского контроля и управления, которая представляет собой технологическую схему газового промысла с указанием географического расположения технологических позиций. Каждая кнопка на схеме является ссылкой на вложенные мнемосхемы, что значительно облегчает ориентирование среди множества схем и перемещение между схемами. Данное рационализаторское решение позволило уйти от стандартного портального решения I-AVF с древовидной структурой мнемосхем и сократило временные затраты при мониторинге ключевых ТП и перемещению между мнемосхемами. На рис. 3 представлена ключевая схема производственно-диспетчерской службы газопромыслового управления и производственно-диспетчерской службы Общества, совмещающая два пункта хозрасчета замера газа и позволяет осуществлять мониторинг за ключевыми параметрами: расход газа, давление, температура. Также здесь наглядно представлена работа всех технологических ниток, турбодетандерных агрегатов и газоперекачивающих агрегатов. Зеленым цветом на схеме отмечаются установки, которые находятся в работе, красным – в простое. Соответственно каждый элемент является ссылкой, нажав на которую специалист переходит на схему работы ТН, газоперекачивающих агрегатов (ГПА) или турбодетандерных агрегатов (ТДА). Во избежание разночтения при просмотре мнемосхем практикуется их полное визуальное соответствие с мнемосхемами АСУТП.

Подсистема формирования отчетов предназначена для генерации отчетов на основе подготовленных шаблонов в MS Excel 2010 с использованием PI DataLink, макросов и встроенных программ VBA. Источником данных выступает PI Server Enterprise, откуда поступают в подсистему формирования отчетов на базе I-RS данные реального времени и архивные данные. К функциональным возможностям данной подсистемы относится просмотр сгенерированных отчетов с помощью Web-обозревателя, генерация отчетов по расписанию, интеграция с PI ProcessBook, PI ActiveView. Также предусмотрена возможность интеграции подсистемы с портальной системой Microsoft Sharepoint 2010. В процессе эксплуатации подсистемы формирования отчетов в ООО «Газпром добыча Надым» возникла проблема, связанная с лавинообразным увеличением запросов по реализации отчетов, которые необходимы разово и больше использоваться не будут. Все это влекло за собой непредвиденные трудозатраты сопровождающего персонала.

В рамках решения этой проблемы, специалистами информационно-управляющих систем Ямальского ГПУ был разработан «Гибкий отчет» (рис. 4), который позволяет создавать отчеты с произвольным выбором временного периода и интервала. Для формирования отчета необходимо указать дату и время начала и конца периода (верхний и нижний календари), интервал и указать через разделитель (запятая) перечень тегов, по которым требуется построить отчет. Таким образом удалось решить проблему с составлением отчетов, сформировать которые было необходимо ограниченное количество раз и в конкретный момент.

Подсистема аварийных и предупредительных сообщений на базе ПО I-CE автоматизирует основные функции по выявлению событий, классификации, с последующим оперативным реагированием на них диспетчерского персонала в соответствии с производственными инструкциями. Функционал данного модуля обеспечивает автоматическую идентификацию событий (превышение границ параметров, скорости изменения параметров) по заранее описанным алгоритмам, после чего производственно-диспетчерский персонал регистрирует аварийные и предупредительные сообщения, квитирует и ведет генеалогию событий (рис. 5).

Все эти сообщения хранятся в единой базе всех классов и видов событий по диспетчерскому управлению. Предусмотрено оповещение по электронной почте, с помощью визуальных и звуковых тревог. Превышение границ параметров можно проанализировать с помощью визуализированного тренда.

Архитектура подсистемы выглядит следующим образом: имеется сам технологический объект, который делится на технологические установки, территориальные позиции и технологические зоны, к этим объектам осуществляется привязка технологических режимов, обеспечивающих передачу параметров из PI System в подсистему. Функция «Контроль нормативных параметров» (рис. 6) подсистемы позволяет производственно-диспетчерскому персоналу оперативно реагировать на превышения уставок по технологическим параметрам, действуя на упреждение и предотвращая возникновение аварийных ситуаций.

Итоги эксплуатации и дальнейшие перспективы

Внедрение системы диспетчерского контроля и управления на базе PI System в Ямальском газопромысловом управлении ООО «Газпром добыча Надым» обеспечило представление достоверной технологической информации о параметрах ТП удаленного газового промысла, показателях количества и качества продукции в реальном времени, своевременное обнаружение и ликвидацию отклонений от заданных технологических режимов и предупреждение аварийных ситуаций. Были снижены эксплуатационные затраты за счет уменьшения трудозатрат персонала производственно-диспетчерской службы и отделов административно-управленческого аппарата. В перспективе планируется расширение функционала для приведения в системы соответствие со стандартами ОАО «Газпром» (электронный диспетчерский журнал, база нормативно-справочной информации, геоинформационная система) и интеграция с существующей информационной системой ручного ввода технологических данных ООО «Газпром добыча Надым – «Диспетчер».

Следующим этапом станет реализация системы поддержки и принятия диспетчерских решений, в рамках создания которой будет сформирована единая модель технологического комплекса газовых промыслов. Это позволит своевременно определять отказы технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, вычислять выход готового продукта в реальном времени и производить расчет и сведение плановой и фактической добычи газа и газового конденсата.

Введение в эксплуатацию информационно-управляющей системы производственных процессов позволит получить полномасштабную информацию по составу оборудования, технической документации и истории функционирования, вести библиотеку планов ТОиР как по наработке оборудования, так и по состоянию, осуществлять планирование основных видов работ и технического обслуживания, формировать графики планово-предупредительных ремонтов с учетом материально-технических ресурсов и потребностей в ресурсах. На основании полноты данных будет возможно осуществить текущий контроль показателей эффективности, выявить причины снижения производственной эффективности. Лабораторная информационная система обеспечит автоматический мониторинг качества добываемого газа и газового конденсата и используемых химических реагентов Бованенковского НГКМ за счет повышения оперативности и точности проведения лабораторных исследований внутри лаборатории, контроля результатов на соответствие требованиям нормативной документации.

Внедрение полного комплекса данных систем завершит работы по реализации многоуровневой, иерархической информационно-управляющей системы газопромыслового управления и всецело решит задачи планирования, контроля и учета используемых ресурсов, анализа и эффективного контроля и управления процессами добычи газа и газового конденсата на Бованенковского месторождении, и как мы видим PI System несомненно является краеугольным камнем работы в этом направлении.

Сергеев Андрей Леонидович – руководитель группы специалистов информационно-управляющих систем связи, Ямальского газопромыслового управления

Слугин Павел Петрович – начальник Ямальского газопромыслового управления