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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Катерина М. кандидат наук, доцент
    4.9 (522 отзыва)
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    Кандидат технических наук. Специализируюсь на выполнении работ по метрологии и стандартизации
    #Кандидатские #Магистерские
    836 Выполненных работ
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Екатерина Б. кандидат наук, доцент
    5 (174 отзыва)
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподав... Читать все
    После окончания института работала экономистом в системе государственных финансов. С 1988 года на преподавательской работе. Защитила кандидатскую диссертацию. Преподавала учебные дисциплины: Бюджетная система Украины, Статистика.
    #Кандидатские #Магистерские
    300 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету