Luận văn thạc sĩ: Thiết kế hệ DCS giàn nén khí Mỏ Rồng - Tạ Minh Nghĩa

Nghiên cứu chuyên sâu Thiết kế hệ điều khiển DCS giàn nén khí mỏ Rồng với phương pháp khoa học, ứng dụng thực tiễn hiệu quả cho giáo dục đào tạo

• Tác giả: Tạ Minh Nghĩa
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Tiến
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển DCS cho giàn nén khí dầu khí mỏ Rồng
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống điều khiển DCS giàn nén khí mỏ Rồng

Hệ thống điều khiển DCS (Distributed Control System) là một giải pháp hiện đại được áp dụng trong các công nghiệp khai thác dầu khí, đặc biệt là tại giàn nén khí mỏ Rồng. Đây là một dự án liên doanh giữa Việt Nam và Nga, nhằm nâng cao hiệu suất khai thác dầu khí. Thiết kế hệ thống DCS cho giàn nén khí đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật điều khiển tự động và công nghệ truyền thông. Hệ thống này giúp giám sát, điều khiển và tối ưu hóa các quá trình nén khí, đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động. Việc xây dựng hệ thống điều khiển DCS là một bước tiến quan trọng trong việc hiện đại hóa các cơ sở khai thác dầu khí tại Vietsovpetro.

1.1. Vai trò và mục tiêu của hệ thống DCS

DCS đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý các quá trình công nghệ phức tạp. Mục tiêu chính là giám sát thời gian thực, thu thập dữ liệu từ các cảm biến, và điều khiển các thiết bị ngoại vi. Hệ thống điều khiển phân tán cho phép các toà nhà điều khiển, các module vào/ra được kết nối qua mạng Profibus, tăng cường khả năng mở rộng và độ tin cậy.

1.2. Ứng dụng trong giàn nén khí mỏ Rồng

Giàn nén khí mỏ Rồng sử dụng hệ thống DCS để điều khiển các van, cảm biến áp suất, nhiệt độ và mức chất lỏng. Các van điều khiển như Blowdown Valve (BDV) được tích hợp vào hệ thống để đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố. Công nghệ Profibus được sử dụng để truyền thông giữa Master và Slave, cung cấp giải pháp truyền thông hiệu quả.

II. Kiến trúc hệ thống DCS và các thành phần chính

Kiến trúc hệ thống DCS cho giàn nén khí mỏ Rồng bao gồm nhiều thành phần lõi. Hệ thống được thiết kế theo mô hình Master-Slave, trong đó PLC Master chịu trách nhiệm quản lý luồng dữ liệu chính và điều phối hoạt động của các PLC Slave. Các module ET200M được sử dụng làm thiết bị I/O phân tán, kết nối trực tiếp với các cảm biến và bộ điều khiển. Hệ thống này sử dụng công nghệ Profibus để truyền thông, cho phép trao đổi dữ liệu nhanh chóng và tin cậy. Các cảnh báo như Pressure Alarm High (PAH) và Pressure Alarm Low (PAL) được tích hợp để đảm bảo an toàn hoạt động. Bộ vi xử lý S7-300 từ Siemens được lựa chọn làm core của hệ thống.

2.1. PLC Master và PLC Slave trong hệ thống

PLC Master chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ hệ thống, xử lý logic điều khiển và giao tiếp với các trạm. PLC Slave nhận lệnh từ Master và thực hiện các nhiệm vụ cụ thể như thu thập dữ liệu từ cảm biến. Truyền thông giữa Master và Slave sử dụng mô hình DP Master-DP Slave, đảm bảo độ ổn định cao.

2.2. Các mô đun I O và cảm biến

Các mô-đun ET200M được sử dụng để cấu hình các kênh vào/ra số và tương tự. Hệ thống đòi hỏi các cảm biến đo lường chính xác như Level Transducer (LY), Pressure Indicator (PI) và Temperature Indicator (TI). Các phần tử này được kết nối qua các điểm I/O được lập trình sẵn để thu thập và xử lý dữ liệu.

III. Công nghệ Profibus và truyền thông trong DCS

Công nghệ Profibus là nền tảng của hệ thống truyền thông trong DCS mỏ Rồng. Mạng Profibus DP (Distributed Periphery) cho phép kết nối các thiết bị I/O phân tán với tốc độ cao. Cấu hình truyền thông bao gồm hai mode chính: MS (Master-Slave) và DX (Direct Data Exchange). Mode MS sử dụng Master để quản lý tất cả giao tiếp, trong khi DX cho phép Slave giao tiếp trực tiếp với nhau. Dây cáp Profibus kiểu A được sử dụng với tốc độ truyền tối đa 12 Mbps. Hệ thống hỗ trợ Multi-Master, cho phép nhiều Master hoạt động đồng thời. Cơ chế truyền thông giữa DP-Master và DP-Slave được tối ưu hóa để giảm độ trễ và tăng độ tin cậy.

3.1. Các loại mạng và giao thức truyền thông

Profibus cung cấp các giao thức truyền thông tiêu chuẩn công nghiệp. Tầng ứng dụng (CAL) định nghĩa các đối tượng và dịch vụ. Cầu hình Multi-Master cho phép các thiết bị Master độc lập quản lý phần của mạng. Tốc độ truyền có thể được điều chỉnh từ 9.6 kbps đến 12 Mbps tùy theo yêu cầu.

3.2. Quản lý địa chỉ và dữ liệu truyền thông

Mỗi thiết bị trong mạng Profibus có một địa chỉ truyền thông duy nhất từ 0 đến 126. Trao đổi dữ liệu giữa Master và Slave sử dụng các địa chỉ được định nghĩa trước. Hệ thống hỗ trợ trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa các Slave khi cấu hình đúng cách.

IV. Lập trình và cài đặt hệ thống DCS cho giàn nén khí

Lập trình hệ thống DCS được thực hiện bằng công cụ Step 7 từ Siemens, một nền tảng phát triển tiêu chuẩn cho các PLC S7. Cấu hình phần cứng bao gồm việc thiết lập các PLC Master và Slave, cấu hình các điểm I/O (Digital Input, Digital Output, Analog Input, Analog Output) phù hợp với các cảm biến và bộ điều khiển. Lập trình truyền thông đảm bảo trao đổi dữ liệu chính xác giữa các thiết bị. Hệ thống được thiết kế để xử lý các tình huống khẩn cấp như Pressure Alarm và Emergency Shutdown (LSD). Chương trình điều khiển thực hiện các hàm như điều khiển áp suất, mức chất lỏng và nhiệt độ. Kiểm thử và debug là bước cuối cùng trước khi triển khai.

4.1. Cấu hình phần cứng PLC Master và Slave

Trong Step 7, cấu hình phần cứng PLC Master bao gồm lựa chọn CPU, module I/O (ET200M), và module truyền thông Profibus. Phân công các port vào/ra số và tương tự phải được lập kế hoạch cẩn thận. PLC Slave được cấu hình tương tự nhưng với cấu hình I/O khác tùy theo chức năng của nó.

4.2. Lập trình logic điều khiển và xử lý sự cố

Chương trình PLC sử dụng ngôn ngữ Ladder (LAD) hoặc Statement List (STL). Các block chương trình được tạo để xử lý các công việc cụ thể như điều khiển van, giám sát cảm biến. Hệ thống cảnh báo (Alarm Processing System) được lập trình để phát hiện các tình huống bất thường và kích hoạt các biện pháp an toàn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL TA MINH NGHIA NGHIEN CUU THIET KE HE DIEU KHIEN DCS CHO GIAN NEN KHi DAU KHi MO RONG TUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT DIEU KHIEN VA TU DONG HOA. Hà Nội - Năm 2017 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOL TA MINII NGA NGTIEN CUU TIMET KE IME DIEU KITTEN DCS CHO GIAN NEN KHi DAU KHi MO RONG Chuyên ngành : Kỹ thuật diều khiển và tự dộng hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT DIEU KHIEN VA TU DONG HOA NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC: TS. NGUYEN MANH TIEN LOI CAM DOAN Toi xin cain doan ludn văn tốt nghiệp: Nghiên cửu thiết kế hệ diều khiển JDCS cho giản nén khí dẫu khí mỏ Rồng do tôi nghiên cứu và thực hiện, các kết quả là trưng thực va khác quan. Tôi xin hoản toàn chịu trách nhiệm vẻ cáo kết quả nghiên cửu và ứng dung đã dược công bồ trong luận văn nay.

Tà Nội, ngày 12 tháng 09 năm 2017 Người thực hiện Hoe viên Tạ Minh Nghia M LỤC DANH MỤC TỬ VIẾT TAT DANH MỤC BẰNG SỐ LIÊU. DANH MỤC HÌNH VŨ. ó0 sec re is 141. Giới thiện xí nghiệp liên doanh Dâu khi Việt— Nga Vielsovpero2 1.

Hoạt động khai thác dâu khí tại lên doanh đầu khí Vietsovpetro qua các thời kỳ. Cơ sở và mục tiêu của việc xây dựng giản nén khí mỏ rồng. Công nghệ giàn nén khí mỏ rồng. Sơ đổ tổng quan giản nén khi mé Rang 7 1.2, Công nghệ các công đoạn.

Hệ thống dừng sự cố. Tíinhiệu về dừng sự có 1. Các loại van điều khiến 1. Blowdown Valve (BDV) CHUONG 2: TONG QUAN VE HE THONG DIBU KHIÊN DCS VA PLC 22 2.

_ Lệ thông điểu khiển phần tản DƠS,. Tổng quan vẻ hệ thống điều khiển phân tân DCS. Phân loại các hệ thống điều khiến phân tản DCS. Cáo loại mạng và lus truyền thông thông dung.1, Céuhinh chung hệ Mastcr- 8lavo.

Cấu hình với Imelligent DP 8layes (tao đổi dữ liêu : Slave <> Master) TH HH HH rrrrrrirrerirreoseeo BOL 4. Câu hình với Intelligent IDP Slaves (Trao đổi dữ liêu truc tiếp Slave<> I Slave). Cơ chế truyền thông giữa DP-Miaster <=> DP-Slave thông mình. Sự khác nhau giữa cơ chế truyền thông DD Master và DP Slave dang compack (ET200B), dang wodule (ET200M) 82 4.

Hai mode wuyén thong :MS (Musicr-Slave) va DX (Direct data Exchange) 282 4.3, Rãnh vá địa chí của trao đổi đũ liện. Cơ chế nhận thông tin giữa Master và Siave.1, DP Slave được nhin từ Master. DP Master dược nhìn từ DP Slave. Xây dụng cấu hình PLC với §tep7.1, Cấu hình phản cửng 2 PL .2, Lập trinh truyền thông cho 2 PLC.

Lập trinh trao đổi đữ liệu tử Master và Slave. IS KẾT LUẬN. - - 98 TÀI LIÊU THAM KHẢO. ` PAH Pressure Alarm Hight ảnh bảo áp suất cao PAT.

Pressure Alarm Low Cảnh bảo áp suất thập LV Level Control Valve Dd md van LY Level Transducer Relay Chuyén déi mức PDI Pressure Differential Indicator Hiển thị độ chênh ép II Level Indicator Hiển thị mức PL Pressure Indicator gn thi ap suat n ‘Temperator Indicator 1Hển thị nhiệt độ LC Level Controller Hộ điều khiên mức usb Limmergency Shut Down Cánh báo dừng giản APS ‘Alarm Process System Cánh báo đời gián USD Tnit Shut Down Dùng bộ phận TSD Process Shut Down eat qua tinh DANH MUC BANG SO LIEU Bang 2. Théng số kỹ thuật của cáp kiểu A. Khoảng cách truyền theo tốc đệ của cáp kiểu A. Phân công dầu vào số I2L PLC Master.

dT Tiáng 3. Phân cổng đầu ra số DO PLC Master. Phân cống đầu vào tương tự AI PLC Mfaster. Phân sông đầu ra tương tự AO PLC Master.

Phân cống dau vao sé DI PLC Slave Bang 3. Phan cổng đầu ra si DO PLC Slave 54 Bang 3. Phân công dẫu vào tương tự AI PLC Slave. Địa chỉ truyền thâng từ slaye sang master.

Pia chỉ truyền thông Lừ rnaster sang slave - - 90 M LỤC DANH MỤC TỬ VIẾT TAT DANH MỤC BẰNG SỐ LIÊU. DANH MỤC HÌNH VŨ. ó0 sec re is 141. Giới thiện xí nghiệp liên doanh Dâu khi Việt— Nga Vielsovpero2 1.

Hoạt động khai thác dâu khí tại lên doanh đầu khí Vietsovpetro qua các thời kỳ. Cơ sở và mục tiêu của việc xây dựng giản nén khí mỏ rồng. Công nghệ giàn nén khí mỏ rồng. Sơ đổ tổng quan giản nén khi mé Rang 7 1.2, Công nghệ các công đoạn.

Hệ thống dừng sự cố. Tíinhiệu về dừng sự có 1. Các loại van điều khiến 1. Blowdown Valve (BDV) CHUONG 2: TONG QUAN VE HE THONG DIBU KHIÊN DCS VA PLC 22 2.

_ Lệ thông điểu khiển phần tản DƠS,. Tổng quan vẻ hệ thống điều khiển phân tân DCS. Phân loại các hệ thống điều khiến phân tản DCS. Cáo loại mạng và lus truyền thông thông dung.

DANH MUC HiNH ¥ linh 1. Sơ đỏ xứ lý công nghệ giàn nén khi Rồng,. Sơ đỏ công nghệ bình V-L0L - 10 Hình 1. Sơ dỗ bình tách hệ thông xả kii V301.

Sơ đỏ bình tách đuốc cao áp V401. Sơ đồ bình tách một máy nén giản DGCP - - 15 Hình 2. Cầu hình cơ bản cửa một hệ điều khiển phân tản. sect BS Tlinh 2.

B6 tri trạm vận hành. Bé tri trạm kỹ thuật. Bus trường và các tram vào ra từ Xã. Truy cập theo céu hinh Multi Master trong Profibus 33 Hình 2.

Truyền đữ liệu theo chủ kỹ trong DP - - 34 Hình 2. Các modul của PLC §7 300. Câu hinh hệ thẳng diéu khiến giàn nén khí mỗ Rông. Câu hình phần cứng hệ thống thống điều khiến PLƠ Master 45 Hình 3.

Cấu hình của thiết bị JO phân tán ET200M (01) cho tầng 'Fopsides - - 45 Hình 3. Cáu hình của thiết bi YO phan tin ET200M (02) cho ting SLM. Cau hinh phan cing hé thdng thống điều khiển PLC Slave. Câu hình của các modul IO cho PLC Slave.

Cầu hình kết nổi Profibus-DP. Lưu đô chương trình chính PLC Master trong mét vang quét. Lưu đồ thuật toản khối truyền thông giữa Miaster-Slave. Lưu đỗ chương trình khối dộng giản.

Lưu để chương trình khởi động giàn sau reset él Hình 3.ưu đỗ chương trình điều khiến bình V101 63 Hình 3. Laru để chương trình diễu khiển bình V301. Lưu để chương trình điều khiến bình V401 67 4.1, Céuhinh chung hệ Mastcr- 8lavo. Cấu hình với Imelligent DP 8layes (tao đổi dữ liêu : Slave <> Master) TH HH HH rrrrrrirrerirreoseeo BOL 4.

Câu hình với Intelligent IDP Slaves (Trao đổi dữ liêu truc tiếp Slave<> I Slave). Cơ chế truyền thông giữa DP-Miaster <=> DP-Slave thông mình. Sự khác nhau giữa cơ chế truyền thông DD Master và DP Slave dang compack (ET200B), dang wodule (ET200M) 82 4. Hai mode wuyén thong :MS (Musicr-Slave) va DX (Direct data Exchange) 282 4.3, Rãnh vá địa chí của trao đổi đũ liện.

Cơ chế nhận thông tin giữa Master và Siave.1, DP Slave được nhin từ Master. DP Master dược nhìn từ DP Slave. Xây dụng cấu hình PLC với §tep7.1, Cấu hình phản cửng 2 PL .2, Lập trinh truyền thông cho 2 PLC. Lập trinh trao đổi đữ liệu tử Master và Slave.

IS KẾT LUẬN. - - 98 TÀI LIÊU THAM KHẢO. ` DANII MUC TU VIET TAT FLC Programmable Logic Control Bộ điều khiến logic khả trình. DES Distributed Control System TIệ thông điều khiến phân tán.

TCs Tacal Control Station Trạm điều khiến cục bộ TCU Tacal Control Unit Khối điều khiến cục bộ T8 Process Station Trạm tua trình. os Operator Station Tram vận hành ES Engineering Station "Trạm kỹ thuật LT Level Transmitter Câm biến do mức PT Pressure Transmitter Câm biến do áp suất TT Temperater Transmitter Câm biến do nhiệt độ Z8C Valve Position Switch Close Cảm biến van đông ZSO Valve Position Switch Open Cám biến van mở rr 1'low ‘Transmitter Cám biến đo lưu lượng LSU Level Switch Llight Light Mức rất cao LSLL Level Switch Low Low Mức rất thập TSHH Pressure Switch Hight Hight ‘Ap suất rất cao TSLL Pressure Switch Low Low Ap suất rất thâp TSLL Temperature Switch Low Low Thiệt độ quá thấp LAHH Level Alann Hight Hight Cảnh báo mức rất cao TALL Tevel Alarm Low Tow Cảnh bảo mức rất thập PAHH Pressure Alanm Hight. Hight Cảnh bảo áp suất rất cao. Pressure Alarm Low Low Cảnh bảo áp suất rất thấp TALL Temperature Alar Low Low Cảnh bảo nhiệt độ quá thấp LAH Level Alarm Hight Cánh báo mức cao LAL Level Alann Low Cánh báo mức thấp.

DANII MUC TU VIET TAT FLC Programmable Logic Control Bộ điều khiến logic khả trình. DES Distributed Control System TIệ thông điều khiến phân tán. TCs Tacal Control Station Trạm điều khiến cục bộ TCU Tacal Control Unit Khối điều khiến cục bộ T8 Process Station Trạm tua trình. os Operator Station Tram vận hành ES Engineering Station "Trạm kỹ thuật LT Level Transmitter Câm biến do mức PT Pressure Transmitter Câm biến do áp suất TT Temperater Transmitter Câm biến do nhiệt độ Z8C Valve Position Switch Close Cảm biến van đông ZSO Valve Position Switch Open Cám biến van mở rr 1'low ‘Transmitter Cám biến đo lưu lượng LSU Level Switch Llight Light Mức rất cao LSLL Level Switch Low Low Mức rất thập TSHH Pressure Switch Hight Hight ‘Ap suất rất cao TSLL Pressure Switch Low Low Ap suất rất thâp TSLL Temperature Switch Low Low Thiệt độ quá thấp LAHH Level Alann Hight Hight Cảnh báo mức rất cao TALL Tevel Alarm Low Tow Cảnh bảo mức rất thập PAHH Pressure Alanm Hight.

Hight Cảnh bảo áp suất rất cao. Pressure Alarm Low Low Cảnh bảo áp suất rất thấp TALL Temperature Alar Low Low Cảnh bảo nhiệt độ quá thấp LAH Level Alarm Hight Cánh báo mức cao LAL Level Alann Low Cánh báo mức thấp. Bé6 dicu khién PLC 87-300. Giới thiện về PLC 36 2.

Giới thiệu về PLC 87-300. 37 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP CÂU HINH VẢ LẬP CHƯƠNG TRÌNH TH THỎNG ĐIÊU KHIỂN. Thiết kế cấu hình bệ thống điều khiển 42 3. Cấu hình phản cứng cho PC, 45 3.

Phân công cổng vào ra AT 3. PLC Master dau vào sẽ DĨ. A 3 DLC Master dau ra s6 DO 48 io io 3. PLC Master dau vào tương tự AI 3.

PUC Master đâura tương tự AO 3. PLC Slave đầu vào số DI. PLC Slave đầu ra sốDO. PLC Slave đầu vào tương tự AI.

Luu dé chương tinh điều khiển. Lưu đồ chương trình điều khiển PLLC Master. Tama đồ chương trình điều khiển PLC Slave. CHUONG 4: TRUYEN THONG GIỮA PI.C MASTER VA PLC SLAVE 80 M LỤC DANH MỤC TỬ VIẾT TAT DANH MỤC BẰNG SỐ LIÊU.

DANH MỤC HÌNH VŨ. ó0 sec re is 141. Giới thiện xí nghiệp liên doanh Dâu khi Việt— Nga Vielsovpero2 1. Hoạt động khai thác dâu khí tại lên doanh đầu khí Vietsovpetro qua các thời kỳ.

Cơ sở và mục tiêu của việc xây dựng giản nén khí mỏ rồng. Công nghệ giàn nén khí mỏ rồng. Sơ đổ tổng quan giản nén khi mé Rang 7 1.2, Công nghệ các công đoạn. Hệ thống dừng sự cố.

Tíinhiệu về dừng sự có 1. Các loại van điều khiến 1.