"КРУГ-2000" - от пакета программ к ПТК

Представлено описание серийно выпускаемого сертифицированного программно- технического комплекса "КРУГ-2000", предназначенного для создания широкого класса АСУ ТП. Приведены основные сведения о структуре комплекса, его функциях и технических характеристиках.

Краткие сведения о поставщике

ПТК "КРУГ-2000" разработан и выпускается фирмами, образовавшими несколько международных научно-технических консорциумов.

В консорциум, выполняющий проекты автоматизации газоперерабатывающих заводов на базе ПТК "КРУГ-2000", входят научно-производственная фирма "КРУГ" (Пенза), "ИНЭКО-А" (Москва), "TREI GMBH" (Штуттгардт), ООО "ТРЕИ ГМБХ" (Пенза).

В 1998 году создан консорциум "АТОМСИСТЕМА", который обеспечивает реализацию крупных комплектных поставок приборов и систем управления технологическими процессами для предприятий Минатома, в том числе атомной энергетики и других особо опасных отраслей. В его состав входят НПФ "КРУГ", ООО "ТРЕИ ГМБХ", государственное предприятие ПО "СТАРТ" (Заречный, Пензенская область), КОНВЕРСБАНК (Москва) и другие организации. Общая численность работающих на предприятиях консорциума составляет более 12 000 человек.

ПТК "КРУГ-2000" это первый на отечественном рынке средств автоматизации открытый ПТК, предполагающий компоновку промышленных и технических средств по формуле:

Сертифицированный ПТК "КРУГ-2000" = пакет программ "КРУГ-2000" + любой сертифицированный контроллер

Первые АСУ ТП серии "КРУГ" создавались по формуле:

пакет программ серии "КРУГ" (КРУГ-100, 200, 300, 1000) плюс серийно выпускаемые контроллеры российского производства (Ш-711, Р-130, ТК-301 и другие)

В 1992 году началась совместная работа с фирмой "TREI GMBH" в области создания систем автоматизации. Был разработан не имеющий аналогов промышленный контроллер "TREI -05В", в котором воплотились самые последние достижения зарубежной элементной базы и были учтены требования, учитывающие специфику стандартов и особенности эксплуатации в условиях стран СНГ. Контроллер выпускается в нескольких модификациях, в том числе во взрывозащищенном исполнении ("искробезопасная электрическая цепь"). Серийный выпуск контроллеров осуществляет фирма ООО "ТРЕИ ГМБХ" (Пенза). Крупносерийный выпуск контроллеров осваивается ПО "СТАРТ" (Заречный). Такая политика открытости в области производства представляет потребителям большую степень уверенности в долгосрочной поддержке (сопровождение, ремонт ЗИП).

Прекрасные надежностные, метрологические, эксплуатационные и временные характеристики контроллеров серии "TREI-05В" привели к тому, что в настоящее время большинство ПТК серии КРУГ-2000 выпускаются в следующем составе:

контроллеры TREI-5В + пакет программ КРУГ-2000

Поэтому в дальнейшем по тексту основные характеристики ПТК будут приведены именно для этого варианта компоновки ПТК.

Назначение ПТК

ПТК "КРУГ-2000" предназначен для создания современных систем контроля и управления (АСУ ТП) сосредоточенными и распределенными объектами. На базе ПТК создаются системы, охватывающие следующие уровни управления: управление агрегатом; управление технологической установкой, группой агрегатов; управление группой технологических установок, цехом, производством, энергоблоком; оперативно-диспетчерское управление производством, группой производств, станцией.

На базе ПТК "КРУГ-2000" созданы и находятся в промышленной эксплуатации около 60 АСУ ТП в различных отраслях промышленности, таких как тепловая энергетика, газопереработка, газодобыча, нефтепереработка, химическая промышленность, химико-фармацевтическая промышленность, аэрокосмическая промышленность, узлы учета нефти, нефте- и химпродуктов, пищевая промышленность и другие.

Основные особенности ПТК "КРУГ-2000"

1. Все программные и технические компоненты сертифицированы Госстандартом России.
2. ПТК метрологически аттестован и внесен в Госреестр средств измерений.
3. Высокая надежность благодаря применению элементной базы ведущих зарубежных фирм, глубокого тестирования и жесткого технологического прогона (при использовании контроллеров TREI-5B).
4. Полное удовлетворение стандартам России, МЭК и других действующих нормативных документов, в частности принятых в РАО "ЕЭС РОССИЯ" и РАО "ГАЗПРОМ" для АСУ ТП.
5. Открытость системы с точки зрения наращивания и внесения изменений.
6. Ориентированность на особо опасные отрасли промышленности.
7. Поддержка 100-процентного "горячего" резервирования станций оператора, контроллеров, сетей.
8. Поддержка международных стандартов сетевых протоколов.
9. Наличие специализированных сертифицированных версий: ПТК"КРУГ-2000/Т" (коммерческий учет тепла и теплоресурсов), "КРУГ-2000/Г" (коммерческий учет газов) и других.
10. Ремонтопригодность и эффективное сопровождение в России.

Структура системы

В структуре системы выделяются следующие функциональные подсистемы:

• сбора и обработки информации на основных контроллерах, например, TREI-5B
• сбора и обработки данных от средств автоматизации "третьих фирм"
• представления информации оперативному персоналу
• архивная
• вычислительная, реализующая сложные расчеты
• передачи данных в центральный пункт управления и вышестоящие системы
• инструментальная (для сопровождения системы, настройки прикладных программ, информационной базы, программирования)

В зависимости от структуры конкретной АСУ каждая из вышеперечисленных подсистем реализуется в виде отдельных программно-технических средств или осуществляется их объединение. Например, для систем небольшой информационной мощности станция оператора может объединять в себе функции подсистем представления информации и передачи данных в систему верхнего уровня.

На базе ПТК создаются системы со следующей архитектурой (основные варианты):

• один сегмент локальной сети. Минимальный состав - контроллеры и станция оператора;
• набор сегментов локальных сетей, объединенных на базе технологии коммутируемых сетей (10/100 SWITCH ETHERNET). Каждый сегмент охватывает относительно независимую группу технологического оборудования (локальную АСУ ТП);
• набор сегментов локальных сетей, передающих информацию в систему верхнего уровня например, диспетчерскую по радиальным линиям связи (проводным или беспроводным). При этом система верхнего уровня представляет собой локальную вычислительную сеть, одним из абонентов которой является коммуникационный сервер, который и обеспечивает связь с системами нижнего уровня.

Основные характеристики системы

Информационная мощность - от 30 до 30 000 входов/выходов на одну систему
Динамика работы системы:

• Максимальный период опроса датчиков в контроллере: 100 мксек - дискретный вход; 1 мс - аналоговый вход
• Максимальное время реакции на аварийные сигналы: при обработке в цепях аварийной защиты на уровне контроллеров - от 7 до 100 мксек; при передаче к пультам оператора - 200 мсек.
• Цикл смены данных на пульте оператора при наличии до 200 динамических элементов в кадре - от 0,15 до 1 сек.
• Цикл смены кадров - 0,2 до 1,5 сек.
• Максимальное время реакции на команду оператора - 0,2 сек.

• Видеокадры:
  • количество стандартных видеокадров, мнемосхем - не ограничено
  • количество динамических элементов на одном кадре - ограничено только размером экрана
• Сигнализация:
  • типы сигнализации - 5
  • виды сигнализации - световая, звуковая ( 2 уровня );
  • количество запоминаемых в памяти сообщений - от 1000 до 10000 (в архивной станции - не менее года)
  • время вызова новой мнемосхемы - от 0,2 до 1,5 сек
  • время обновления динамической информации на экране - от 0,25 до 0,5 сек

Функции системы

Информационные функции

• измерение и контроль параметров
• обнаружение, сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных границ
• ручной ввод данных
• формирование и выдача оперативных данных
• архивирование
• анализ срабатывания блокировок и защит
• расчетные задачи

Для реализации очень сложных расчетов в системе может быть выделен отдельный сервер приложений. Программное обеспечение сервера приложений может быть полностью разработано отдельной фирмой-разработчиком. При этом обеспечивается "открытость" основной системы по данным и по протоколу обмена данными. Достаточно сложные задачи могут быть реализованы на языке "КРУГОЛ" как на станции оператора, так и в контроллере.

Управляющие функции

• реализация контролером режима непосредственного цифрового регулирования с использованием всех известных законов автоматического регулирования. Схемы регулирования составляются из библиотеки алгоблоков и с использованием технологического языка "КРУГОЛ".
• выдача со станции оператора сигналов задания регуляторам
• выдача дискретных управляющих воздействий с клавиатуры компьютера на контроллер
• система обеспечивает контроль прохождения команды с клавиатуры на монитор и контроллер

Вспомогательные функции

• тестирование и самодиагностика комплекса технических средств системы
• перенастройка системы (реконфигурация программного обеспечения)
• подробная экранная помощь для оператора
• поддержка единого системного времени

Работа оператора-технолога

Информация, выдаваемая на монитор, группируется на видеокадрах по функциональному признаку и отображается в виде фрагментов технологических схем, графиков, таблиц, гистограмм. Информация предоставляется оператору по принципу "детализации сверху-вниз (от общего к частному)". В системе предусмотрены следующие типы видеокадров: стандартные и мнемосхемы.

Стандартные видеокадры (окна):

• Протокол событий (по системе в целом, по технологическим участкам)
• "Настройка" - таблица оперативной настройки для каждого параметра
• Групповые тренды
• Одиночные тренды
• Доступ к системе (таблица прав доступа к функциям системы для каждого пользователя)
• Меню печатных документов
• Другие...

В системе, как правило, представлены следующие типы пользовательских видеокадров:

• "Обзорное табло" - обобщенный кадр системы (1-ый уровень детализации).
  Информация о состоянии цеха (установки, энергоблока и так далее) в целом поделена на технологические участки и их названия высвечиваются на этом видеокадре. Изменение цвета (зеленый, желтый, красный) названий указывает на появление сигнализации на соответствующем технологическом участке
• "Участок (Установка, Агрегат)" - (2-ой уровень детализации).
  Информация о состоянии параметров одного технологического участка. При этом все переменные участка условно разбиваются на функционально связанные группы переменных. Изменение цвета названий групп переменных (зеленый, желтый, красный и другие) названий указывает на появление сигнализации на соответствующем технологическом участке
• "Группа переменных" - (3-ий уровень детализации).
  Подробная информация по технологическим переменным

Предусмотрен вывод на мнемосхемы (экран монитора) следующих динамических элементов: текущее значение аналоговой переменной в цифровой форме; состояние дискретной переменной в виде надписей, например, "ВКЛ", "ОТКЛ", "ОТКР", "ЗАКР"; динамический барграф; динамический элемент мигания определенного поля мнемосхемы; динамическая виртуальная клавиша, при нажатии на которую происходит переход от текущей мнемосхемы на любую другую по выбору; динамическая область мнемосхемы, на которой могут высвечиваться различные "картинки" в зависимости от взаимного состояния дискретных сигналов и других логических переменных и многие другие элементы динамики.

В системе предусмотрено формирование и отображение на мониторе, а также печать следующих документов: "Протокол событий" - отчетного документа, в котором в хронологическом порядке фиксируются все события в системе; отчетных документов произвольной формы; "Протоколы предаварийного и послеаварийного состояния".

Техническое обеспечение

В технической структуре ПТК выделяются следующие компоненты:

• контроллеры - устройства связи с объектом
• средства организации локальных сетей и межсетевого взаимодействия
• автоматизированное рабочее место оператора - станция оператора (диспетчера)
• автоматизированное рабочее место службы АСУ ТП - станция инжиниринга (СИ)
• сервер базы данных - предназначен для ведения базы данных реального времени и базы данных проекта
• сервер приложений - предназначен для выполнения сложных расчетных задач
• архивный сервер - станция архивирования (СА)
• средства организации локальных сетей и межсетевого взаимодействия
• коммуникационный сервер - предназначен для обеспечения связи с контроллерами, УСО, датчиками различных фирм-производителей; с другими системами с помощью модемов
• система бесперебойного питания; сервисные средства для эксплуатации, поверки, контроля работы, наладки и обслуживания системы и другое.

Вышеперечисленные компоненты объединяются в единую "прозрачную" локальную вычислительную сеть, при этом в конкретной системе могут быть представлены только некоторые из компонентов.

В ПТК предусмотрена возможность использования следующих технических средств обмена данными: локальная вычислительная сеть; выделенная физическая линия; выделенная телефонная линия; коммутируемая телефонная линия; радиоканал.

Локальная сеть АСУ базируется на сетевой 10 или 100 Мбит/с ETHERNET технологии (витая пара или оптоволокно).

В качестве базового протокола сетевого (и межсетевого) взаимодействия использован протокол TCР/IР и UDP/IP. При этом предусмотрена программная "надстройка" протокола, обеспечивающая его адаптацию к специальным требованиям, предъявляемым к обмену данными системами реального времени.

Предусмотрена возможность 100% " горячего" резервирования сетей.

Основу вычислительного комплекса составляет оборудование ведущих фирм, таких как HEWLETT РACKARD, DIGITAL, ALR и других, а также используются промышленные компьютеры производства известных фирм, таких как TEXAS MICRO, CONTEC и другое. Конкретный выбор согласовывается с Заказчиком и зависит от информационной мощности и выбранной операционной системы (MS-DOS или Windows NT).

Основными средствами отображения информации оператору являются цветные графические дисплеи высокого разрешения размером от 17" до 21" офисного или промышленного исполнения в комплекте с мышью (офисного или промышленного исполнения), функциональной технологической клавиатурой и касательным экраном (по дополнительному заказу). В специальных случаях используются мониторы с повышенной степенью устойчивости к электромагнитным полям.

В состав ПТК может входить экран коллективного пользования.

Программное обеспечение
Системное программное обеспечение

В ПТК предусмотрена возможность использования следующих операционных систем:

• DOS, 32-разрядное расширение (защищенный режим) с встроенным диспетчером задач реального времени (сетевая версия). Используется в контроллере, станциях оператора, инжиниринга, архивирования
• QNX или DOS, используется в контроллере
• Windows NT, используется во всей системе, кроме контроллера.

Предусмотрена возможность одновременного использования в одной системе нескольких операционных систем. Конкретный выбор операционной системы осуществляется исходя из требований Заказчика по быстродействию, надежности, стоимости и другим параметрам.

Фирменное программное обеспечение - пакет программ "КРУГ-2000".

В состав пакета программ "КРУГ-2000" входят следующие программные средства из набора типового SCADA-пакета:

• Системы реального времени контроллера, станций оператора, инжиниринга, архивной станции обеспечивают выполнение всех функций системы в режиме реального времени (исполняемые модули).
• Генератор базы данных предназначен для конфигурации и настройки базы данных.
• Графический редактор обеспечивает рисование статических элементов схем: линия, круг, эллипс, прямоугольник, спецсимволы, текст и другие.
• Генератор динамики используется для отображения динамически изменяющихся элементов мнемосхем.
• Генератор печатных документов предназначен для создания отчетных печатных документов произвольной формы.
• Технологический (пользовательский) язык предназначен для обеспечения возможности реализации задач Пользователя в реальном режиме времени.
• Верификатор базы данных предназначен для проверки базы данных на непротиворечивость после генерации системы и для проверки правильности внесения изменений.

Метрологическое обеспечение

На программно-технический комплекс и на отдельные его компоненты получены следующие сертификаты:

• сертификат Госстандарта РФ 2373. Комплексы программно-технические "КРУГ-2000". Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под 15592-96
• сертификат Госстандарта РФ 2822. Комплекс программно-технический "КРУГ-2000/Т". (коммерческий учет тепла и теплоресурсов). Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под 116400-97
• сертификат Госстандарта РФ 1742 от 18/09/1995. Устройства программного управления TREI-5B. Зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под 14857-95

В комплект метрологического обеспечения входят следующие документы, утвержденные ВНИИМС:

1. Методика расчета метрологических характеристик автоматизированных систем, реализованных на основе программно-технического комплекса "КРУГ-2000", г.р. 15592-96.
2. Автоматизированные системы, реализованные на базе программно-технического комплекса "КРУГ-2000". Типовая методика поверки и калибровки, г.р. 15592-96.

На базе этих документов НПФ "КРУГ" разрабатывает, согласовывает с региональными ЦСМ и передает Заказчикам соответствующие инструкции на конкретные АСУ ТП.

Проектирование и поставка

Мы практикуем следующие варианты поставок.

1. Поставка пакета программ "КРУГ-2000"
   Пакет программ предоставляется инженерной фирме-системному интегратору, которая выполняет все необходимые инженерные и проектные работы, осуществляет поставку оборудования и пусконаладку системы. НПФ "КРУГ" в этом случае проводит обучение специалистов системного интегратора (бесплатно), передает ему комплект разработки (бесплатно), и при необходимости, оказывает услуги по шеф-инжинирингу и шеф-наладке АСУ ТП в целом.
   Во многом благодаря именно постоянно растущим требованиям таких партнерских фирм осуществляется шлифовка и постоянное развитие пакета программ.
   Хотелось бы поблагодарить наших партнеров: ООО "ИНЭКО-А" (Москва), ПО "Энергоавтоматика" (Уфа), ЗАО "Запсибэлектромонтаж" (Новокузнецк), БелТЭИ (Минск), "Севзапмонтажавтоматика" (Санкт-Петербург) и других за многолетнее успешное и взаимовыгодное сотрудничество.
   Нами проводится широкая программа технической поддержки системных интеграторов как по ПТК в целом, так и по пакету программ в отдельности.
   В 1999 году появились новые элементы этой программы, в том числе:
   • бесплатные инструментальные средства пакета
   • более широкая градация цен на программные средства в зависимости от числа входов/выходов, при этом цена одной из версий пакета на 64 переменных составляет для конечного Заказчика всего 99$
   • отсрочка оплаты программных продуктов до момента расчета конечного Заказчика с фирмой-системным интегратором
   • бесплатные технические консультации по вопросам разработки систем
   • большие скидки на программные продукты постоянным партнерам
   • бесплатное обучение
2. Поставка ПТК
   Этот вариант практикуется в том случае, если используются контроллеры серии TREI-5B. При этом проектирование и пусконаладка АСУ ТП осуществляется специализированными отраслевыми организациями. Мы рады работать с такими серьезными партнерами как ЦКБ "Энергоремонт" (Москва), АО "Ивэлектроналада", "Ленгипронефтехим" (Санкт-Петербург), НТЦ "Атомтехэнерго" (Москва) и другими.
3. Поставка АСУ ТП "под ключ"
   Пpедоставляется полный набоp инженерных услуг включая: инжиниринг; комплектация; обучение на фирме-поставщике и на объекте Заказчика; пpоектиpование; шеф-монтаж; пусконаладка и ввод в действие; гаpантийное и сеpвисное обслуживание.
   Весь комплекс работ в этом варианте поставки выполняет НПФ "КРУГ". На все виды работ имеются лицензии, в том числе Госгортехнадзора для взрывоопасных производствах.

Внедрения

При всех технических достоинствах продукции Заказчик при выборе системы, как правило, огромное внимание уделяет перечню внедрений. По состоянию на декабрь 1998 года в нашем списке внедрений насчитывается около 60 действующих АСУ ТП.

Мы гордимся тем, что нам доверили работу крупнейшие и лучшие предприятия России, Украины, Казахстана. Приведем только очень краткий и неполный список объектов автоматизации по отраслям.

Нефтеперерабатывающая промышленность

• Киришский НПЗ - установки ЛЧ35-11/1000, Л35-11/600, Л35-11/300, ГФУ, АВТ-6, Парекс, ЛЧ24-9/2000, ЭЛОУ АТ, орто-пара ксилолы и другие
• Туапсинский НПЗ - установки АТ-1, АТ-2, АТ-3, риформинга и другие
• Павлодарский НПЗ - парки сжиженных газов, светлых и темных нефтепродуктов, система диспетчеризации парков
• Ярославский НПЗ им. Менделеева - установка получения белых масел

Газоперерабатывающая промышленность

• Астраханский газоперерабатывающий завод - установка гидроочистки
• Оренбургский газоперерабатывающий завод - узел учета конденсата и другие

Тепловая энергетика

• Пензенская ТЭЦ-1 -турбогенератор ПТ60
• Саранская ТЭЦ-2 - турбогенератор ПТ60
• Уфимская ТЭЦ-1 - котел
• Ново-Салаватская ТЭЦ - котел

Горно-обогатительная промышленность

• Центральная обогатительная фабрика (Новокузнецк) - центрифуга, углеприем

Химическая промышленность

• Новомосковкий ПО "АЗОТ" - очистка синтез-газа цеха метанол-100
• ПО "СТИНОЛ" (Горловка) - участок установки получения аммиака
• АК "Нижнекамснефтехим" - наливная эстакада

С ноября 1998 года в опытной эксплуатации находится система контроля и регулирования на Балаковской АЭС.

В своей работе мы не забываем и об учебных заведениях. Мы поставляем пакеты программ (бесплатно) и физические модели объектов управления с целью создания современных обучающих комплексов кафедр автоматизации. В частности, мы поставили свои средства для Уфимского нефтяного института, Томского политехнического университета, Сургутского университета, Пензенского технического университета, Тамбовского института химического машиностроения и готовы расширить связи с другими заинтересованными ВУЗами.

Выводы

Разработан и серийно выпускается в России сертифицированный программно-технический комплекс ПТК "КРУГ-2000", обеспечивающий возможность построения широкого класса АСУ ТП, в том числе для особо опасных производств, сочетающий требования открытости, надежности и функциональной полноты.

Шехтман М.Б., к.т.н.
Декабрь 1998