Введение

Автоматизация проектирования в подразделениях института «Сибнефтегазпроект» (и, в частности, проектных работ в отделе АСУТП и связи) остается весьма актуальной задачей на протяжении уже нескольких лет. Связано это и с большим объемом документации, выпускаемой отделами АСУТП, и с существенной трудоемкостью при выполнении проектных процедур, и с наличием в проектной документации ошибок и неоптимальных решений. Со временем выяснилось, что, используя традиционные методы, качественно изменить положение дел в этой области невозможно.

После знакомства с наиболее распространенными инструментальными средствами автоматизации проектирования систем управления (CADElectro, CADdy++, САПР «Альфа», AutomatiCS ADT и т.д.) руководство института приняло решение приобрести программно-информационный комплекс AutomatiCS ADT. По отзывам специалистов, именно этот программный пакет наиболее полно отвечает потребностям автоматизации проектирования. И, что принципиально важно, позволяет формировать подавляющее большинство документов раздела «Автоматизация технологических процессов», тогда как остальные продукты, представленные сегодня на российском рынке, позволяют выпускать документацию лишь частично.

Наверное, никто не станет спорить, что автоматизация проектирования по-настоящему эффективна лишь при глубоком освоении новых, нетривиальных и потому объективно сложных технологий. Одной из программных реализаций таких технологий и стал AutomatiCS ADT. При грамотном обучении и технической поддержке со стороны разработчика, при заинтересованности в качественно новом подходе к автоматизации (а не механизации!) труда проектировщика сложности обучения окупаются очень скоро.

Кроме того, AutomatiCS ADT очень хорошо вписывается в концепцию CALS-технологий (интегрированную поддержку жизненного цикла изделия), которые в последнее время получают всё большее распространение. Ядро CALS-концепции реализовано здесь в виде Единой Модели Проекта (ЕМП), которая представляет собой иерархическое описание процесса проектирования. В дальнейшем ЕМП может эффективно использоваться на этапах монтажа, наладки, обслуживания и утилизации оборудования систем управления.

В институте «Сибнефтегазпроект» освоение AutomatiCS ADT началось с относительно небольших объектов, при работе над которыми систематизируются и углубляются познания в области новой технологии, появляются наработки в части информационных баз и баз шаблонов документных форм.

Описание технологии AutomatiCS ADT

В основу AutomatiCS ADT положена агрегативно-декомпозиционная технология, суть которой сводится к следующему. Используются типовые проектные решения (в этом качестве может выступать проектное решение любого состава и сложности — к примеру, типовая структура управления, типовая система контроля, типовая структура датчика и т.д.). Далее, в процессе построения модели, происходит чередование процедур декомпозиции (разложение целого на части) и агрегирования (подбор для некоторых классов и множеств функций соответствующих им технических элементов).

Как результат агрегативно-декомпозиционного синтеза формируется единая модель проекта, создание которой осуществляется в несколько этапов на разных стадиях автоматизированного проектирования. На каждом этапе можно создавать различные проектные документы — для этого в состав системы включен документатор, использующий графические и табличные шаблоны.

1. Формирование технического задания.

Техническое задание (ТЗ) представляет собой перечень каналов контроля и управления, а также требования к ним (такие, например, как параметр измеряемой среды, шкала прибора, вид выходного сигнала, наличие сигнализации и т.д.). Задание на проектирование можно частично получить в виде задания от технологического отдела или от заказчика либо импортировать из Access, Excel или Word (рис. 1).

Рис. 1. Задание на проектирование
Рис. 1. Задание на проектирование

Задание может создаваться как по проектируемому объекту в целом, так и по отдельным частям. Такой подход позволяет организовать многопоточность проектирования, когда отдельные комплекты по площадкам разрабатываются и выпускаются разными специалистами, а на завершающей стадии объединяются в ЕМП.

Уже само задание, будучи по сути стартовым состоянием единой модели проекта, может служить источником информации для автоматизированного формирования таких документов, как перечни точек контроля, задания подрядной организации, осуществляющей подготовку документации на математическое, программное, техническое обеспечение щитов и пультов контроллера, функциональных схем автоматизации.

2. Создание принципиальной модели.

В результате поуровневого синтеза (а в терминах проектировщика синтез фактически совпадает с поэтапным подбором характеристик как структур управления, так и параметров самих приборов с уточнением их формул заказа) в модели формируются все характеристики технических средств автоматизации, необходимые для построения заказных спецификаций, строятся все принципиальные электрические и другие схемы с необходимыми характеристиками: маркировками цепей, видом сигнала и т.д.

Модель, полученная на этом этапе, позволяет в автоматическом режиме формировать такие документы, как принципиальные электрические схемы управления приводами задвижек и насосов (рис. 2), схемы измерения температуры, давления, уровня, схемы подключения датчиков к вторичным приборам (рис. 3) и т.д.

Рис. 2. Электрическая принципиальная схема управления насосом
Рис. 2. Электрическая принципиальная схема управления насосом
Рис. 3. Схема измерения и подключения датчиков
Рис. 3. Схема измерения и подключения датчиков

В соответствии со стандартами предприятия были разработаны типовые проектные решения в виде графических фреймов (AutoCAD) и табличных шаблонов (Word), документирующие элементы ЕМП на принципиальных электрических схемах, таблицах (схемах) внешних соединений, функциональных схемах автоматизации, — в том числе шаблоны поконтурных схем автоматизации и шаблоны спецификации оборудования, изделий и материалов, таблиц соединений и подключений щитов.

3. Создание монтажной модели.

С помощью специализированных автоматизированных процедур на всем множестве связей модели (а количество таких связей зачастую исчисляется тысячами) строятся и маркируются все клеммные соединения, производится развод общих точек на клеммниках или на элементах модели, все межщитовые связи объединяются в кабели. Характеристики кабелей (жильность, сечение, наличие изоляции, направление, адреса источника и приемника) также прорабатываются средствами системы.

На этом этапе происходит автоматический вывод схем соединений внешних проводок (рис. 4), схем (таблиц) подключения к щитам (рис. 5), кабельных журналов, формирование и создание инструментами модуля «Компоновка щитов» трехмерных видов щитов и пультов автоматики в AutoCAD (рис. 6).

Рис. 4. Таблица соединений внешних проводок
Рис. 4. Таблица соединений внешних проводок
Рис. 5. Таблица подключения к щиту автоматики
Рис. 5. Таблица подключения к щиту автоматики
Рис. 6. 3D-виды щитов автоматики
Рис. 6. 3D-виды щитов автоматики

При этом появляется возможность проверить в 3D размещение приборов на щитах, а также выполняется проверка на пересечение монтажных зон приборов. Далее средствами модуля внутреннего и внешнего монтажа производится формирование таблицы соединений и подключения на щиты автоматики. В итоге с высокой степенью эффективности может быть получен полный комплект конструкторской документации на щиты и пульты автоматики (рис. 7).

Рис. 7. Документы на щит
Рис. 7. Документы на щит

Краткая характеристика технологического объекта

Комплексный сборный пункт (КСП) предназначен для подготовки нефти, газа и пластовой воды. В его состав включены следующие сооружения и технологические площадки:

  • установка 1-й ступени сепарации;
  • установка подготовки нефти (УПН);
  • концевая сепарационная установка (КСУ);
  • нефтяной резервуарный парк;
  • водоочистные сооружения;
  • насосная станция откачки очищенной пластовой воды;
  • насосная станция внутренней и внешней перекачки нефти;
  • факельное хозяйство;
  • реагентное хозяйство;
  • воздушно-компрессорная станция (ВКС);
  • кустовая насосная станция (КНС);
  • система пожаротушения;
  • система канализации (дренажная, промливневая, аварийная, факельная).

Краткая характеристика объекта автоматизации

В части системы контроля и управления проект характеризуется следующими параметрами:

  • общее количество каналов контроля — 667;
  • аналоговые сигналы и термометры сопротивления — 141;
  • дискретные сигналы — 461 (из них управляющие — 89);
  • сигналы по интерфейсу RS-232 и RS-485 — 65.

Полученные результаты

Работа над проектами выполнена одним техническим специалистом. Контроль осуществлял начальник отдела АСУТП и связи, он же предоставлял необходимые консультации.

В части автоматизации технологических процессов проект кустовой насосной станции (КНС) потребовал шести недель работы, проектирование площадки комплексного сборного пункта (КСП) было выполнено в течение пяти месяцев.

Выпущена проектная документация следующих видов и объемов (в листах):

  • спецификации оборудования, изделий и материалов — 105;
  • листы общих данных — 35;
  • схемы автоматизации — 4;
  • поконтурные схемы автоматизации — 33;
  • схемы соединений внешних проводок — 74;
  • схемы управления приводами — 15;
  • схемы измерения и подключения датчиков — 51;
  • схемы питания — 5;
  • схемы сигнализации — 8;
  • кабельные журналы — 46;
  • документация на щиты — 403;
  • планы трасс контроля и автоматизации — 16.

Общий объем проектной документации составил 795 листов.

По результатам выполнения проектов осуществлен переход от схем соединений внешних проводок к таблицам соединений внешних проводок, пополнена база данных и знаний, появились собственные наработки по автоматизированному проектированию в AutomatiCS ADT.

В целом, основываясь на полученных результатах и приобретенном опыте работы с AutomatiCS ADT, можно сделать следующие выводы:

  1. Информацию в базу данных и знаний достаточно ввести один раз (это возможно и в процессе построения модели): впоследствии она будет документироваться в необходимом пользователю виде. При этом устраняется риск искажения выводимой информации, ошибок при принятии технических решений и формировании документации.
  2. По мере пополнения базы данных и знаний AutomatiCS ADT возрастает степень автоматизации проектирования.
  3. Существует возможность разделения и распараллеливания процедур построения ЕМП и формирования выходных документов на основе полученной модели проекта. Это позволяет разделять процесс проектирования между администраторами базы данных и знаний (специалистами высокой квалификации) и группой, формирующей пакет выходных проектных документов. Администраторы пополняют базу данных и знаний, приводят ее в соответствие со всеми нормативными требованиями, формируют выходные графические и табличные документы, создают модель проекта, а проектировщики выполняют задачи, связанные с документированием и формированием выходных документов.
  4. В распоряжении проектировщика имеются библиотека технических решений, модель системы и выходные документы, что позволяет при необходимости быстро и корректно вносить изменения в проект.