Автоматизация

ОПЫТ СОЗДАНИЯ КРУПНОМАСШТАБНОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ

ПромАСУ, 08/2005
   

 


Цесарев И.М., Зам. Генерального директора НПФ «КРУГ»
Плаксин И.К., Главный конструктор НПФ «КРУГ»

 


     Характеристики объекта автоматизации
     В состав одного из крупнейших в СНГ металлургических комбинатов «ИСПАТ-КАРМЕТ» (г. Темиртау, республика Казахстан) входит ТЭЦ-ПВС. Комбинат осуществляет постоянную модернизацию оборудования, одним из этапов которой стал ввод в действие нового турбоагрегата мощностью 65 МВт. Турбоагрегат было решено оснастить современной системой управления. При этом Заказчик принял решение создать не локальную АСУ ТП турбоагрегата, а одну мощную систему, охватывающую как сам турбогенератор, так и основное общестанционное оборудование, в том числе:

  • Турбоагрегат ПТ-65/75-90/3 – (одновальный двухцилиндровый агрегат с двумя регулируемыми и четырьмя нерегулируемыми отборами)
  • Генератор
  • Деаэраторы
  • Питательные электронасосы
  • БРОУ
  • Паропреобразовательная установка (четыре корпуса)
  • Испарительные установки №1 и №2, состоящая из четырех корпусов каждая
  • Группы контролируемых параметров 4-х соседних турбоагрегатов
     Цели создания системы
     Основные цели создания АСУ ТП заключались в обеспечении контроля, управления и диагностики теплофикационного оборудования ТЭЦ-ПВС в нормальных, переходных и предаварийных режимах работы для выполнения главной функции - выработки электрической и тепловой энергии требуемого количества и качества. АСУ ТП также должна обеспечивать защиту теплофикационного турбоагрегата и оборудования путем останова при угрозе аварии. Автоматизируемые функции
Информационные функции:
  • Контроль и измерение технологических параметров
  • Сигнализация отклонений параметров от установленных границ
  • Сигнализация нарушений состояния оборудования
  • Ручной ввод данных
  • Формирование и выдача данных оперативному персоналу в форматах протокола сообщений, режимных листов и протоколов аварийных ситуаций
  • Ведение архивов.
Управляющие функции:
  • Дистанционное управление технологическим оборудованием
  • Дистанционное управление исполнительными механизмами в режиме ручного управления
  • Выполнение алгоритмов защит и блокировок
  • Автоматическое регулирование.
Функции самодиагностики:
  • Контроль прохождения команд управления в контроллер
  • Контроль срабатывания блокировок и защит
  • Контроль правильности выбора объекта управления
  • Программно-аппаратная самодиагностика контроллеров с выводом информации на индикаторы плат и на верхний уровень
  • Контроль обрыва линий связи с УСО
  • Вывод диагностической информации на станции оператора и станцию инжиниринга.
Вспомогательные функции:
  • Автоматический перезапуск ПК при срабатывании WatchDog
  • Оперативная перенастройка системы и реконфигурация программного обеспечения
  • Поддержка единства системного времени
  • Осуществление переходов «зима-лето» и «лето-зима»
  • Регистрация лица, осуществляющего управление объектом и протоколирование всех его действий.
     Архитектура
     Система реализована на базе SCADA «КРУГ-2000» и с контроллеров TREI-05B-02. Архитектура АСУ ТП изображена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема АСУ ТП «ИСПАТ-КАРМЕТ»

     Автоматизированная система управления технологическим процессом турбоагрегата №3 и общестанционного оборудования представляет собой четырехуровневую распределенную систему управления с использованием клиент-серверной архитектуры.
     В 1-й (нижний) уровень системы входят: выносные устройства связи с объектом (УСО), выполняющие функции автоматического сбора и "оцифровки" измеряемых параметров, приема управляющих воздействий от процессорных блоков микропроцессорных контроллеров (МПК) и выдачу управляющих воздействий на исполнительные механизмы (ИМ); дублированные линии интерфейса RS-485 (1Мбит/с) для связи УСО с процессорными блоками МПК.
     Во 2-й (нижний) уровень системы входят микропроцессорные контроллеры подсистем технологических защит и блокировок, автоматического регулирования, дистанционного управления и информационных подсистем, включающие в себя процессорные блоки для обработки измеряемых параметров по заданным технологическим алгоритмам и формирования управляющих воздействий в виде цифровых кодов. Часть из них включают в себя и модули УСО.
     Микропроцессорные контроллеры, используемые в подсистемах защит, выполнены со 100%-ным «горячим» резервированием.
     Микропроцессорные контроллеры, используемые в подсистемах локальных защит и блокировок, а также автоматического регулирования выполнены со 100%-ным «горячим» резервированием процессорных модулей.
     Особенностью примененной архитектуры явилась возможность размещения модулей ввода/вывода в непосредственной близости от объектов управления (рисунок 2).

Рисунок 2 – Особенности архитектуры нижнего уровня АСУ ТП

ispat_karmet3.jpg      Модули ввода/вывода установлены в шкафах RITTAL исполнения IP-65. С помощью данных модулей осуществляется прием и выдача сигналов управления на объект.
     Процессорные модули контроллеров установлены в шкафах RITTAL в помещении операторной ГЩУ. Связь процессорных модулей с модулями ввода/вывода осуществлена по дублированной шине ST-BUS2 контроллеров по протоколу RS-485 на скорости до 1Мбод при удалении до 300м (максимальное удаление без применения ретрансляторов составляет до 1200м). В подсистемах регулирования и технологических блокировок также использовано дублирование процессорных модулей
     Достоинством данной архитектуры стала возможность существенной экономии кабельной продукции, удешевления монтажных работ и уменьшения сроков монтажа АСУ ТП за счет размещения шкафов с вынесенными модулями УСО непосредственно на объекте. Кроме того, значительно сократилась площадь, используемая оборудованием АСУ ТП, размещаемым непосредственно в операторной ГЩУ.

 

     В 3-й (средний) уровень системы входят: средства для вычислительной обработки информации, ее регистрации и архивирования, реализуемой на серверах БД со 100%-ным горячим резервированием.
     В 4-й (верхний) уровень системы входят: средства отображения и диалога оператора с системой, реализуемые с помощью АРМов оператора, станция инжиниринга, средства печати.

 

     Связь нижнего и среднего уровня АСУ ТП обеспечивается посредством дублированной локальной вычислительной сети Ethernet 10/100 Мб/с.
     Связь верхнего и среднего уровня АСУ ТП обеспечивается посредством дублированной локальной вычислительной сети Ethernet 10/100 Мб/с.

 

     Питание шкафов с УСО и датчиков осуществляется от двух независимых вводов ~220VAC и =220VDC.
     Питание абонентов верхнего уровня осуществляется через индивидуальные источники бесперебойного питания, что повышает устойчивость системы к отказам по питанию.

 

     Функции абонентов среднего уровня
     Серверы БД предназначены для сбора, обработки оперативных данных от УСО, хранения и отображения архивной информации по заданным параметрам, ее предоставления абонентам верхнего уровня (станциям оператора - СО) в режиме клиент-сервер. Серверы БД являются резервируемыми и выполняют зеркализацию данных.
     Архивированию подлежат тренды, печатные документы и протокол сообщений. Архивирование осуществляется на жесткий диск компьютера и на сменные носители информации (магнитооптические диски).

     Функции абонентов верхнего уровня
     Станции оператора предназначены для отображения оперативных данных от УСО (рисунки 3, 4) и архивной информации, хранящейся на серверах БД или магнитооптических дисках, и работают в режиме клиент-сервер с серверами БД.

Рисунок 3 – Мнемосхема «Генератор»

На станциях оператора реализуются следующие функции:
  • Индикация параметров ТП, отображающих состояние определенных зон технологического объекта
  • Индикация на экране и звуковая сигнализация выхода параметров за технологические и аварийные пределы, сигнализация аварийных ситуаций
  • Дистанционное управление исполнительными механизмами и приводами
  • Дистанционное управление регуляторами
  • Резервирование и диагностика локальных вычислительных сетей связи с серверами САБД
  • Коррекция собственного системного времени при получении команды от серверов САБД
  • Разграничение доступа к средствам системы управления по паролю
  • Просмотр в журналах системы следующей информации:
    • Сообщений о нарушениях и других событиях на объекте и в системе управления
    • Сообщений о действиях операторов-технологов
    • Сообщений о работе комплекса технических средств контроля и управления
  • Просмотр истории параметров процесса на экране дисплея в виде графиков и таблиц и распечатки на принтере в табличном виде или как копии экрана
  • Просмотр архивов печатных документов на экране дисплея и распечатки на принтере.

Рисунок 4 – Мнемосхема «Паропроводы турбины». Управление Главной задвижкой

     Станция инжиниринга (СИ) предназначена для прикладного ПО системы, расширения или перенастройки системы и адаптации системы к реально существующему оборудованию.
     Средства печати включают принт-серверы, подключенные к локальной вычислительной сети Ethernet 100Mб/с, и лазерные принтеры. На принтеры может быть выведена информация от любого абонента верхнего уровня системы.

     Оборудование
     В АСУ ТП используются:

  • Микропроцессорные контроллеры – 12 шт. в том числе: контроллеры подсистемы защит турбоагрегата со 100%-ным «горячим» резервированием – 2 шт., контроллеры подсистем регулирования, локальных защит и блокировок со 100%-ным «горячим» резервированием процессорных модулей – 3 шт., контроллеры подсистем дистанционного управления и информационной – 7 шт.
  • Серверы базы данных с функциями архивирования и горячим резервированием – 2 шт.
  • Автоматизированные рабочие места операторов – 6 шт. (в том числе 2-мониторные станции – 2 шт.). Три АРМа находятся в оперативном контуре управления, три – в неоперативном
  • Станция инжиниринга
  • Сетевые принтеры – 2 шт.
     Характеристики УСО
     Шкафы управления 19” (RITTAL).
     В качестве УСО применены модули ввода-вывода TREI-5B-02. Часть каркасов данных контролеров вынесена непосредственно к объекту. Связь с удаленными каркасами УСО осуществляется по дублированной шине контроллеров с протоколом RS485, обеспечивающей скорость до 1Мбит/с на расстояние до 1200м.

     Программное обеспечение
     SCADA «КРУГ-2000» для ОС Windows NT2000XP.
     Система реального времени контроллера (СРВК) производства НПФ «КРУГ» для ОС QNX.

     Информационная мощность


База данных  
Количество переменных 12500
Количество переменных, получаемых по каналам связи  
Входные аналоговые (с учетом резервируемых каналов) 1500
Входные дискретные (с учетом резервируемых каналов) 4800
Выходные дискретные (с учетом резервируемых каналов) 2500
Контуры регулирования более 80
Тренды  
Оперативные 1400 параметров
Исторические (архивируемые – минутные, часовые) 2800 параметров
Абоненты системы  
Количество абонентов 24
Графический интерфейс  
Количество мнемосхем более 200
Количество мнемосхем шаблонов и приборов управления более 200

     Временные характеристики


Контроллеры  
Период опроса и выполнения программ от 100мсек и выше
Серверы БД  
Период опроса каналов (УСО) не более 1 сек
Время передачи команд управления в УСО не более 200мсек
Глубина хранения архивов определяется размером диска
АРМ операторов  
Время вызова видеокадров от 1 до 1,5 сек
Время запаздывания светозвуковой сигнализации не более 0,5 сек


     Применение новых возможностей SCADA и СРВК
     SCADA «КРУГ-2000»:

  • Модульное построение SCADA «КРУГ-2000»
  • Клиент-серверная архитектура
  • Интегрированная среда разработки
  • Двухмониторный менеджер
  • Свободно компонуемые видеокадры групп данных
  • Групповое управление
  • Расширенные выборки из протокола событий
  • Передача данных на верхний уровень АСУ предприятия с использованием открытого интерфейса доступа к базам данных (ODBC).
СРВК:
  • Функции учета тепла в расчетах расходов пара, воды
     Модульное построение SCADA «КРУГ – 2000» (возможность выбрать только те модули, которые необходимы) обеспечило оптимизацию затрат для Заказчика на программное обеспечение. Использование резервированных структур и средств Графического интерфейса SCADA «КРУГ-2000» позволило эффективно решить задачи обеспечения надежности и оперативного отображения состояния технологического процесса.

     Организация работ
     В решении комплексной задачи создания и внедрения крупной АСУ ТП приняли участие специалисты следующих фирм:
     ТРЭИ ГМБХ (Штуттгардт, Пенза) – генеральный подрядчик и генпоставщик, БелТЭИ (Минск) – техническое проектирование, ЦКБ «Энергоремонт»- разработка проектно-сметной документации, НПФ «КРУГ» программное обеспечение, инжиниринговые и пусконаладочные работы. Огромный вклад в создание системы внесли Антонов А.М. и другие специалисты «ИСПАТ-КАРМЕТ».

     Перспективы развития
     В 2004 году планируется установить программы Web-Контроль™ на ряде компьютеров специалистов и руководителей ТЭЦ.
     Кроме того, запланировано наращивание информационной мощности и добавление в систему новых параметров и дополнительного оборудования АСУ ТП без остановки основного технологического оборудования, т.е. «на ходу». Как программные, так и аппаратные средства позволяют это сделать.

     ВЫВОДЫ
     АСУ ТП находится в промышленной эксплуатации с мая 2003г, что на практике подтвердило работоспособность и эффективность крупномасштабной распределенной системы управления на базе SCADA «КРУГ-2000».