В статье описан опыт создания системы управления теплоэлектростанцией (ТЭС) на базе контроллеров SIEMENS S7 с применением SCADA-системы WM 1.3. Приведены также общие принципы построения абстрактной системы, которая, по мнению разработчиков, была бы идеальной в сегодняшних условиях для объектов, имеющих более 700 контролируемых параметров.
Агрессивная политика РАО ЕС и предприятий — поставщиков электроэнергии заставляет потребителей энергии задумываться о стоимости энергоносителей и предпринимать адекватные действия для компенсации своих потерь. Некоторые компенсируют их повышением отпускных цен на свою продукцию, ну а предприятия посолиднее выбирают путь частичной или полной независимости от производителей энергии. Именно так поступило руководство ОАО «Пивоваренная компания “Балтика”», решив построить собственную котельную установку производительностью 136 тонн пара в час и газотурбинную установку мощностью 15 МВт. Приведённые цифры относятся ко всему проекту, первая же очередь имела показатели 96 т/ч и 7,5 МВт, что в общем-то тоже не мало. В результате появилась возможность полностью отказаться от внешних поставок пара и сократить объём потребления электроэнергии примерно вдвое.
Перед инжиниринговой компанией «ПРОДЭКС-РИУС» была поставлена задача объединить агрегаты различных производителей в единую информационно-управляющую систему с целью сокращения численности обслуживающего персонала и повышения управляемости ТЭС. Естественно, в комплекс задач входила обвязка всей запорно-регулирующей арматуры и дополнительных датчиков, относящихся к внешней обвязке агрегатов комплектной поставки.
Как водится, каждый производитель конкретного агрегата ставит ту систему управления, которая удобна ему, обкатана и проверена годами. С учётом того, что на ТЭС работают агрегаты, по крайней мере, трёх компаний-производителей и парочка подсистем отечественной сборки, львиная доля затрат на создание единой системы ложится на согласование интерфейсов связи, написание или приобретение драйверов и сведение всех данных воедино. При этом простая с виду задача начинает угрожающе разбухать и кажется неподъёмной.
Тем не менее, сейчас уже можно подвести черту и сказать, что, в принципе, всё удалось, несмотря на капризы мелких и крупных поставщиков и благодаря помощи и поддержке технической службы ПК «Балтика» и проектных организаций, принимающих участие в решении данной проблемы.
Если не обращать внимание на многообразие и хитросплетение труб, клапанов, насосов и датчиков, ввергающих простого человека в священный ужас, то можно констатировать, что аппаратная часть включает следующие агрегаты:
3 паровых котла мощностью 40 т/ч (итого 120 т/ч);
котел-утилизатор 16 т/ч;
деаэратор и группы насосов;
блок химводоподготовки;
баки химически очищенной воды (ХОВ) и запаса конденсата;
паровой коллектор;
паровая отопительная установка;
усилительная установка сырой воды;
блок догрева химически очищенной воды;
хозяйство жидкого топлива;
2 газотурбинные установки мощностью 7,5 МВт (итого 15 МВт).
Структурная схема КТС системы управления ТЭС «Балтика« представлена на рис. 1.
Котлы и деаэратор производства LOOS (Германия) обвязаны независимой системой противоаварийной защиты (ПАЗ) на базе релейной логики и системой управления, которая, как ни странно, выполнена тоже на основе релейной логики с применением нескольких локальных регуляторов. Собственно это традиционная система управления для многих консервативных производителей, которая сильно усложняет жизнь пусконаладочной компании и резко ограничивает количество степеней свободы. Справедливости ради надо отметить, что положительные сдвиги в плане автоматики есть, и в последующих версиях системы управления котлами фирмы LOOS обещано применение ПЛК. Если в начальных версиях системы управления котлами на вход системы диспетчеризации поступали дублированные сигналы, то на этапе поставок была согласована установка комплекта ET200M производства Siemens с выходом на PROFIBUS, куда уже были подключены все сигналы без применения дублирующих блоков.
Газотурбинная установка также идёт в комплекте с агрегатной автоматикой, выполненной на базе контроллера Siemens с каналом связи RS-485 и протоколом ModBus.
Всё остальное оборудование просто обвязано запорно-регулирующей арматурой и подключено к станциям ET200M (рис. 2).
Некоторые технологические подсистемы, к бесперебойной работе которых предъявляются повышенные требования (система вентиляции, насосные группы), обвязаны отдельными контроллерами CPU 315-2DP, которые реализуют независимое регулирование и контроль оборудования.
Все указанные субблоки соединены в сеть PROFIBUS и выступают как ведомые устройства. Длина сети (исходя из расхода кабеля) составила около 800 м. При этом фактическая скорость обмена составляет 1,5 Мбод при нормальных тестовых показателях 6 Мбод. Указанная скорость обмена позволяет обеспечить время реакции на событие порядка 0,05-0,1 с, что вполне достаточно для позиционирования аналоговых задвижек с точностью 0,1%.
Кроме перечисленного, в сеть включены несколько автономных регуляторов Jumo Dicon, работа которых в сети оставляет желать лучшего. Основной недостаток принципиального характера — в блокировании лицевой клавиатуры прибора при подключении к PROFIBUS, причём блокировка сохраняется, даже если сеть разорвалась. Таким образом практически отсутствует возможность местного управления при сбоях системы. Видимо, источник всех дефектов кроется в коммуникационном модуле, и, несмотря на вполне качественное исполнение и цену, этот дефект ограничивает функциональные возможности блока.
В качестве ведущего устройства сети установлен контроллер S7-400 с процессорным модулем CPU 417, который реализует все функции координирования работы отдельных узлов.
Нижний уровень управления выглядит следующим образом:
уровень ручного управления — каждая задвижка, клапан или насос могут управляться вручную с местных пультов;
уровень полуавтоматического управления — все группы насосов и иные блоки управляются независимыми контроллерами 300-й серии или регуляторами JUMO, сохраняющими свою работоспособность и реализующими свои алгоритмы независимо от центрального контроллера;
уровень автоматического регулирования, реализуемого контроллером 400-й серии.
Уровень управления, относящийся к человеко-машинному интерфейсу, можно разделить на 2 подуровня.
Устанавливая программное обеспечение, мы не отказали заказчику в мелких радостях, традиционно отсутствующих в системах западного исполнения, не из-за слабости западных систем (с этим у них все в порядке) а из-за слабости инжиниринга. Речь о них пойдёт дальше.
Вместо того чтобы описывать функции системы, попробуем изложить алгоритм работы оператора-технолога.
В системе имеются 4 уровня доступа: гость, оператор, технолог, администратор.
Гость имеет возможность только лицезреть информацию. Оператор имеет возможность воздействовать на несвязанную запорно-регулирующую арматуру и включать или выключать тот или иной контур регулирования с частичной сменой уставок. Технолог в дополнение может менять все уставки, в том числе и в связных контурах, также он может менять настройки регуляторов. Администратор может реализовать любые функции.
Первоначально система работает в гостевом режиме. Общий вид диспетчерской представлен на рис. 3.
Копии экранов АРМ оператора котельного отделения даны на рис. 4-6.
Все цифровые данные на экране выводятся в одной цветовой гамме в соответствии с таблицей состояний:
Дизайном системы предусмотрено обозначать нарушения регламента наличием красно-желтых тонов на экране. В этом случае для коррекции техпроцесса оператор получает допуск в систему либо путём ввода своего идентификатора и пароля или выбора из списка по карточке доступа.
Вход в систему регистрируется в журнале событий. Все управляющие действия оператора фиксируются в журнале. Если требуется что-то уточнить, оператор может посмотреть графики любого параметра за предыдущие 12 часов, выбрав их из экранного меню.
Если произошло какое-либо нарушение в работе системы, то включается звуковая сигнализация. На всех рабочих местах в окне сообщений появляется соответствующий текст. Оператор может выключить звуковую сигнализацию нажатием одной клавиши — действие фиксируется. Далее оператор предпринимает меры для устранения неполадок. После ликвидации нарушения сообщение квитируется оператором. После квитирования сообщение убирается с экранов всех рабочих мест.
Данные обо всех параметрах за последние 12 часов доступны непосредственно с графических мнемосхем. Оператор просто выбирает необходимые параметры и нажимает на кнопку «групповые графики». Данные за последний квартал доступны через архивный сервер. Для их просмотра пользователь входит в архив, выбирает параметры из списка, определяет по календарю требуемый интервал и смотрит графики. Данные за более поздние сроки доступны с компакт-дисков при использовании стандартной программы просмотра.
В любой системе управления одним из самых важных показателей является надёжность.
Надёжность установленной на ТЭС системы мы оцениваем экспертно как очень высокую, исходя из следующих соображений.
Система диагностирования Siemens, установленная с соответствующим сервисом, позволяет в случае выхода из строя любого модуля получить диагностическое сообщение в течение трёх секунд с указанием сбойного элемента, подлежащего замене. Наличие на складе ЗИП позволяет произвести «горячую» замену в течение 10-20 минут.
Критический сбой на любом уровне не затрагивает работу нижестоящих уровней, сохраняя управляемость объекта в определенных пределах. Вплоть до верхнего уровня многие функции выполняются автоматически, давая возможность адекватно реагировать на события и иметь запас времени для реакции.
Питание всей системы управления осуществляется через единый источник бесперебойного питания (UPS), обеспечивающий её непрерывную работу в течение 30 минут после полного пропадания электроэнергии.
И всё же, если бы была возможность построить систему для аналогичного объекта заново, имея карт-бланш, хотелось бы собрать систему по несколько иной схеме, которую разработчики между собой называют «идеальной» системой (рис. 7).
В качестве центрального контроллера используется дублированный процессор CPU 417H с двумя коммуникационными картами TCP/IP.
Вся низовая автоматика и запорно-регулирующая арматура подключается к станциям распределенного ввода-вывода ET200M c дублированным выходом на PROFIBUS-DP, по возможности используя оптику.
Не используются чужеродные регуляторы и устройства.
Все алгоритмы управления концентрируются в центральном контроллере.
Все сигналы дискретного ввода-вывода обвязываются дополнительными реле, обеспечивая максимальную защиту оборудования. Применяются только диагностируемые блоки ввода-вывода Siemens для локализации сбоев на уровне канала.
Все аналоговые сигналы, за исключением сигналов от датчиков, подключённых по двухпроводной схеме, дополнительно развязываются с помощью блоков гальванической изоляции Dataforth.
Разработчики оценивают время безотказной работы системы, построенной по описанной схеме, в 17 лет.
Разработчики приносят свои благодарности сотрудникам технической службы ПК «Балтика«, передовые идеи и активная жизненная позиция которых привели к созданию образцово-показательного объекта.
Отдельная благодарность генеральному проектировщику «Технопром» за оперативный и квалифицированный авторский надзор.
Разработчики также благодарят за сотрудничество коллектив Института энергетической электроники, СЗМ за оказанную помощь. ●
Автор — сотрудник ООО «ПРОДЭКС-РИУС»
Телефоны: (812) 146-8988, 316-4077
Экономика профилактики: использование Интернета вещей для планирования профилактического обслуживания оборудования
Машины, а точнее, сложные высокотехнологичные установки – станки или другое технологическое оборудование для любой промышленной отрасли представляют собой ценные активы, которые необходимо защищать от повреждений, неисправностей и отказов с помощью надлежащих мер по техническому обслуживанию. В этой статье будет рассмотрен один из примеров создания системы, автоматически контролирующей состояние и время работы машин с последующей отправкой уведомлений о графике профилактического технического обслуживания (ПТО). 23.04.2024 СТА №2/2024 433 0 0Блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы
В статье представлен блок управления для исполнительных устройств в оптическом тракте лазерной системы. Приведены решения на аппаратном и программном уровнях, обоснован выбор средств автоматизации. 23.04.2024 СТА №2/2024 345 0 0Построение цифрового двойника склада металлопроката с использованием искусственной нейронной сети
Изложены методика и результаты эксперимента по применению искусственной нейронной сети для отслеживания перемещений продукции металлопроката на территории цеха. Приведены преимущества такого способа организации цифрового двойника склада. 23.04.2024 СТА №2/2024 317 0 0Горячее резервирование с MasterSCADA 4D и ПЛК Regul R500 на примере АСУ ТП для авиатопливных комплексов
В статье представлено решение для автоматизированного контроля и управления технологическими объектами склада одного из технологических лидеров российской авиатопливной отрасли. Система построена на базе ПЛК REGUL500 с поддержкой горячего резервирования центральных процессоров и программной платформе MasterSCADA 4D с поддержкой резервирования серверов, работы рантайм на операционной системе Astra Linux и синхронизацией данных на программном уровне. Эти составляющие, а также опыт сертифицированного интегратора ООО «ЛИТЭК», позволили создать отказоустойчивую систему управления повышенной надёжности в полном соответствии с современными требованиями стратегии цифровой трансформации. 23.04.2024 СТА №2/2024 453 0 0