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».
