Разработка системы диспетчерского контроля и управления оборудованием добычи нефти в концепции комплексной оптимизации добычи на сложных нефтяных месторождениях

Халитов, Ильяс Минхамитович Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Работа направлена на разработку системы диспетчерского контроля и управления оборудованием добычи нефти, с моделированием динамики процессов и синтезом контуров автоматического управления, с дальнейшей интеграцией в систему оптимального планирования.

Введение ………………………………………………………………………………………………. 13
1 Обзор источников литературы по тематике исследования ……………….. 15
1.1 Определение цифрового двойника …………………………………………………. 15
1.2 Определение математической модели ……………………………………………. 18
1.3 Основные этапы математического моделирования ………………………….. 18
1.4 Классификация моделей ……………………………………………………………….. 19
1.5 Реализованные проекты с помощью цифровых двойников ………………. 20
2 Техническое задание …………………………………………………………………….. 29
2.1 Полное название …………………………………………………………………………… 29
2.2 Краткая характеристика области применения …………………………………. 29
2.3 Основные задачи и цели создания АСУ ТП ……………………………………. 29
2.4 Назначение кустовой площадки …………………………………………………….. 29
2.5 Требования к техническому обеспечению ………………………………………. 30
2.5.1 Требования к метрологическому обеспечению ……………………………….. 31
2.5.2 Требования к математическому обеспечению …………………………………. 32
2.5.3 Требования к программной документации ……………………………………… 32
2.6 Разработка системы телесигнализации и управления кустовой площадки
……………………………………………………………………………………………………. 32
2.6.1 Значение кустовых площадок ………………………………………………………… 32
2.6.2 Сооружение кустовой площадки ……………………………………………………. 33
3 Моделирование системы в программном обеспечении MATLAB …….. 34
3.1 Моделирование асинхронного погружного электродвигателя ………….. 34
3.2 Выводы по моделированию системы в программном обеспечении
MATLAB………………………………………………………………………………………………. 46
3.3 Моделирование процесса перекачки ………………………………………………. 46
3.4 Настройка OPC в MATLAB …………………………………………………………… 51
3.5 Выводы по моделированию системы в MATLAB ……………………………. 52
3.6 Настройка OPC сервера «MasterOPC» ……………………………………………. 54
4. Программирование в среде TIA Portal ……………………………………………. 58
4.1 Запуск системы …………………………………………………………………………….. 61
5 Аппаратные и программные средства …………………………………………….. 66
5.1 Промышленный логический контроллер ………………………………………… 66
5.1.1 Состав S7-1500 ……………………………………………………………………………. 67
5.1.2 Особенности S7-1500 …………………………………………………………………… 68
5.1.3 Защита информации …………………………………………………………………….. 69
5.2 Технология OPC …………………………………………………………………………… 69
5.3 Программный пакет MATLAB ………………………………………………………. 72
5.4 Среда разработки SIEMENS TIA PORTAL …………………………………….. 73
5.5 Выводы по 5 главе ………………………………………………………………………… 74
6. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение ………………………………………………………………………………… 76
6.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………. 76
6.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования………………….. 76
6.1.2 Анализ конкурентных решений …………………………………………………….. 77
6.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 80
6.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ……………………………. 82
6.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования ………………………………………………………………………………………… 84
6.1.6 Инициация проекта ………………………………………………………………………. 84
6.1.7 Цели и результаты проекта ……………………………………………………………. 84
6.1.8 Ограничения и допущения проекта ………………………………………………… 85
6.2 Планирование управления научно-техническим проектом ………………. 86
6.2.2 Иерархическая структура работ проекта ………………………………………… 86
6.2.3 План проекта………………………………………………………………………………… 87
6.2.4 Бюджет научного исследования …………………………………………………….. 88
6.2.5 Основная заработная плата ……………………………………………………………. 90
6.2.6 Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала
……………………………………………………………………………………………………. 92
6.2.7 Отчисления на социальные нужды ………………………………………………… 93
6.2.8 Накладные расходы ………………………………………………………………………. 93
6.2.9 Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта. . 94
6.3 Организационная структура проекта ……………………………………………… 95
6.3.1 План управления коммуникациями проекта …………………………………… 95
6.3.2 Реестр рисков проекта …………………………………………………………………… 96
6.4 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования………………………………………….. 97
6.4.1 Оценка абсолютной эффективности исследования ………………………….. 97
6.4.2 Чистая текущая стоимость (NPV) ………………………………………………….. 97
6.4.3 Оценка сравнительной эффективности исследования ……………………… 99
6.4.4 Дисконтированный срок окупаемости ………………………………………….. 101
6.4.5 Внутренняя ставка доходности (IRR) …………………………………………… 102
6.4.6 Индекс доходности (рентабельности) инвестиций ………………………… 104
7 Социальная ответственность ……………………………………………………….. 105
7.1 Введение ……………………………………………………………………………………. 105
7.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 105
7.2.1 Производственная безопасность ………………………………………………….. 107
7.2.2 Производственный шум ………………………………………………………………. 108
7.2.3 Повышенный уровень вибрации ………………………………………………….. 109
7.2.4 Термические опасности на рабочем месте …………………………………….. 109
7.2.5 Поражение электрическим током …………………………………………………. 110
7.2.6 Отклонение показателей микроклимата рабочей зоны …………………… 111
7.2.7 Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………………….. 112
7.2.8 Повышенный уровень электромагнитных излучений на рабочем
месте ………………………………………………………………………………………………….. 112
7.2.9 Умственные перегрузки ………………………………………………………………. 114
7.2.10 Экологическая безопасность ……………………………………………………….. 115
7.2.11 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………… 117
7.3 Выводы по разделу ……………………………………………………………………… 119
Заключение …………………………………………………………………………………………. 121
Список использованной литературы ……………………………………………………… 123
Приложение А …………………………………………………………………………………….. 127

Данная работа посвящена созданию полноценного набора
инструментов для осуществления моделирования. В ходе исследования была
разработана пошаговая инструкция по осуществлению связи между
контроллером Siemens S7-1500 и программным пакетом MATLAB. Также для
в процессе работы была построена математическая модель погружного насоса
на основе которой осуществляется моделирование. Для более удобного
управления системой был написан графический интерфейс управления в
программном пакете WinCC Professional.
Самым энергозатратным процессом является реализация готового
продукта, построенного с помощью компьютерного моделирования. Это
связано с аспектом неточности модели, которая не может учесть всех
характеристик итоговой системы.
Так как математическое моделирование только набирает обороты,
реализацией таких проектов могли заниматься лишь крупные компании,
которые могли закупать оборудование для испытаний, что не является
рентабельным делом.
Актуальность данной работы определяется существующим спросом
на рынке систем, позволяющим близко описывать поведение моделируемой
системы, что позволяет предварительно её настроить и выявить
потенциальные ошибки проектирования. Особенно большим спросом данный
продукт пользуется у компаний, которые занимаются добычей сырья.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка
системы диспетчерского контроля и управления оборудованием добычи нефти
в концепции комплексной оптимизации добычи на сложных нефтяных
месторождениях, которая позволит позволяет избежать затраты на
дорогостоящее оборудование и настроить систему на должную
работоспособность.
Для достижения данной цели в ходе исследования решаются
следующие задачи:
1. литературных обзор источников по тематике программирования
математических моделей;
2. анализ существующих решений по осуществлению связи между
контроллером и программным пакетом MATLAB;
3. реализация логики управления в программном пакете TiaPortal;
4. построение математической модели в программном пакете Matlab;
5. создание графического интерфейса пользователя.
Также в работе приведены разделы по социальной ответственности и
менеджменту, ресурсоэффективности, характерные для рассматриваемой в
ВКР модели.
Объектом данной работы является создание комплекса для
осуществления математического моделирования.
Предметом данной работы являются способы осуществления
математического моделирования с использованием средств автоматизации
Siemens, а также программного пакета MATLAB.
Практическая значимость настоящей работы состоит в возможности
дальнейшего внедрения полученных средств математического моделирования
в существующие проекты – газо и – нефтедобычи.

Данная работа посвящена созданию полноценного набора
инструментов для осуществления моделирования. В ходе исследования была
разработана пошаговая инструкция по осуществлению связи между
контроллером Siemens S7-1500 и программным пакетом MATLAB. Также для
в процессе работы была построена математическая модель погружного насоса
на основе которой осуществляется моделирование. Для более удобного
управления системой был написан графический интерфейс управления в
программном пакете WinCC Professional.
Самым энергозатратным процессом является реализация готового
продукта, построенного с помощью компьютерного моделирования. Это
связано с аспектом неточности модели, которая не может учесть всех
характеристик итоговой системы.
В первом разделе работы был проведен обзор источников литературы
по тематике исследования и были освещены вопросы истории развития
цифровых двойников, математического моделирования, а также о
реализованных продуктах по данной тематике.
Во втором разделе был осуществлен подбор оборудования и
программного обеспечения. В качестве оборудования был выбран контроллер
Siemens семейства S7-1500 с процессором CPU 1516-3PN/DP. В качестве
программных компонентов моделирования были выбраны ПО MATLAB и ПО
TIA Portal.
В третьем разделе работы были проведено моделирование 3-фазного
погружного электродвигателя. Модель отвечает заданным требованиям и
поддерживает характеристики на должном уровне.
В четвертой главе было проведено подключение OPC-сервера
MASTER OPC к программному обеспечению MATLAB. Подключение
осуществлено с помощью блоком OPC CONNECTION, OPC READ и OPC
WRITE.
В пятой главе проведена разработки логики управление моделью в ПО
MATLAB. Рассмотрено решение управления с помощью PID – регулятора.
Разработана SCADA – система для контроля и управление, которые
осуществляет оператор. Так как первая модель после запуска была
неэффективна, принято решение упростить модель. Итого скорость на насос
задается напрямую после выхода PID – регулятора с TIA Portal.
Спроектированная модель отвечает заданным требованиям, логика,
прописанная в программном обеспечении TIA Portal эффективно управляет
расходом при задании уставки. Значения расходомеров приходят на экран
оператора, задержки получения данных нет, а это значит потери значений нет,
и оператор сможет вовремя отреагировать на изменения системы. Таким
образом разработка системы диспетчерского контроля и управления
оборудованием добычи нефти в концепции комплексной оптимизации добычи
на сложных нефтяных месторождениях прошла успешно.
В шестой главе проведен анализ на выявление опасных и вредных
факторов рабочего места инженера, разработаны меры по снижению
воздействия этих факторов на человека: в качестве мер по снижению шума,
воздействующего на людей в рабочем помещении, предусмотрено
использование звукопоглощающих материалов; в качестве мер по улучшению
микроклимата предусмотрено поддержание в помещении оптимальной
температуры и влажности воздуха; в качестве мер по снижению недостатка
освещенности предусмотрено использование искусственного освещения; в
качестве мер по снижению электромагнитного и электростатического
излучения предусмотрено заземление компьютера.
Также были рассмотрены вопросы по производственной санитарии,
технике безопасности, пожарной безопасности, охране окружающей среды

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Евгений А. доктор, профессор
    5 (154 отзыва)
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - ... Читать все
    Более 40 лет занимаюсь преподавательской деятельностью. Специалист в области философии, логики и социальной работы. Кандидатская диссертация - по логике, докторская - по социальной работе.
    #Кандидатские #Магистерские
    260 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 Выполненных работ
    Логик Ф. кандидат наук, доцент
    4.9 (826 отзывов)
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские дисс... Читать все
    Я - кандидат философских наук, доцент кафедры философии СГЮА. Занимаюсь написанием различного рода работ (научные статьи, курсовые, дипломные работы, магистерские диссертации, рефераты, контрольные) уже много лет. Качество работ гарантирую.
    #Кандидатские #Магистерские
    1486 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету