SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Автоматизированная система управления технологическими процессами Волховской ГЭС

В статье рассматривается АСУ ТП Волховской ГЭС, реализованная компанией «Ракурс». В качестве среды визуализации, контроля и архивирования использована SCADA-система SIMATIC WinCC.

ООО «НПФ «Ракурс», г. Санкт-Петербург

Rakurs_site.gif


Объектом автоматизации является Волховская ГЭС, расположенная в нижнем течении реки Волхов (Ленинградская область). В машинном зале ГЭС установлены 5 гид­роагрегатов мощностью по 9 МВт, 3 гидроагрегата мощностью по 12 МВт и 2 малых гидроагрегата мощностью по 1 МВт. В период с 1993 по 1996 год была проведена замена 3 гидроагрегатов (№ 6, 7, 8) на более мощные – по 12 МВт. Замена гидроагрегата № 1 с внедрением новой системы управления была выполнена в 2008 году, замену остальных четырех агрегатов планируется провести в ближайшие годы. Мощность ГЭС достигнет 98 МВт. Восемь больших гидроагрегатов работают на две, секционированные выключателем, системы шин. К каждой из секций подключена одна из обмоток нижнего напряжения трансформаторов Т1 и Т2. 

В настоящее время Волховская ГЭС обеспечивает электроэнергией промышленные предприятия и населенные пункты юго-восточной части Ленинградской области, а также используется для покрытия суточных пиков энергопотребления. Среди крупнейших потребителей – Волховский алюминиевый завод и Сясьский целлюлозно-бумажный комбинат.


Цели создания АСУ ТП

Реконструкция системы контроля гидроагрегата №1 и общестанционных систем; замена физически и морально устаревшей системы управления на современный программно-технический комплекс.

Повышение надежности и эффективности работы оборудования путем осуществления всестороннего контроля и наиболее полного управления за счет улучшения его информационной обеспеченности.

Достижение максимальной оперативности управления, за счет предоставления оперативному персоналу наиболее полной информации о ходе технологического процесса.


Решение и характеристики системы

Автоматизированная система управления Волховской ГЭС представляет собой типовое, тиражируемое решение, имеющее распределенную структуру, отдельные подсистемы которой являются функционально-законченными и могут внедряться независимо друг от друга. Каждая подсистема предусматривает возможность дальнейшего наращивания и расширения состава решаемых задач и выполняемых функций.

Характерные особенности ПТК «Апогей»:
- наличие двух уровней управления: верхнего (станционного) и нижнего (агрегатного);
- разделение функций управления между отдельными подсистемами, реализованными на разных ПТК.

Преимущества ПТК «АПОГЕЙ»: 
- представляет систему, работающую в реальном масштабе времени; 
- в основе ПТК лежат унифицированные технические и програм­мные решения и серийно выпускаемые средства автоматизации;
- позволяет оперативному персоналу станции, используя входящие в ПТК технические и программные средства, обеспечить эффективное управление процессом выработки электроэнергии;
- имеет модульную структуру, позволяющую, используя минимальное количество функций, управлять агрегатом или обеспечивать выполнение всех функций на всех уровнях, предусмотренных ТЗ; 
- соответствует требованиям надежности и безопасности.

АСУ ТП Волховской ГЭС построена на базе средств комплексной автоматизации PCS7 фирмы Siemens. Ядром ПТК «Апогей» являются программируемые логические контроллеры (ПЛК) Siemens серии SIMATIC S7–400, со станциями распределенного ввода-вывода ET-200M, выпускаемые для создания систем повышенной надежности при автоматизации сложных производственных комплексов. Ответственные элементы АСУ, неисправность которых ведет к повреждению основного оборудования гидроагрегата, выполнены в дублированном исполнении.

В качестве среды визуализации, контроля и архивирования использована SCADA-система SIMATIC WinCC. В состав SCADA-пакета включены все функции HMI, такие, как администрирование пользователей, назначение прав доступа, графическая система, система сообщений, система архивации, система отчетов, система протоколирования, диагностика.

Структура АСУ ТП представляет собой многоуровневую иерархическую распределенную систему с выделением «Верхнего» (Станционного) и «Нижнего» (Агрегатного) уровня управления (рис. 1).

pic1.jpg

Рис. 1. Структура АСУ ТП, реализованной на Волховской ГЭС

«Нижний» уровень управления АСУ ТП (на первом этапе – АСУ ТП ГА1, в дальнейшем планируется расширение системы до 8 гидроагрегатов) – уровень непосредственного управления технологическим оборудованием гидроагрегата. «Нижний» уровень обеспечивает ввод и обработку информации от технологического оборудования ГЭС и вывод управляющих воздействий на устройства управления различными исполнительными механизмами технологического оборудования гидроагрегата. 

Агрегатный уровень предназначен для:
- управления гидроагрегатом (пуск, останов, перевод режимов работы);
- обеспечения технологических защит гидроагрегата;
- регулирования частоты вращения и активной мощности;
- управления вспомогательным оборудованием;
- обеспечения безаварийной эксплуатации основного и вспомогательного оборудования гидроагрегата.

«Верхний» уровень управления АСУ ТП – уровень, предназначенный для наблюдения за ходом процессов, задач дистанционного управления, изменения параметров настроек работы системы, архивирование и протоколирование. Этот уровень позволяет осуществлять управление технологическим процессом минимальным количеством дежурного персонала с центрального пульта управления (ЦПУ) станции.

Станционный уровень управления предназначен для:
- автоматизированного выполнения заданных параметров текущего режима с учетом наиболее полного использования энергии водотока и установленной мощности ГЭС;
- предоставления оперативному персоналу Волховской ГЭС необходимой информации о состоянии технологического оборудования для выполнения заданных параметров текущего режима;
- дистанционного управления каждым агрегатом (пуск, останов, перевод режимов работы, регулирование активной и реактивной мощности);
- контроля состояния и сигнализации выключателей и разъединителей главной электрической схемы, вводными и секционными выключателями КРУ 110 кВ, 10 кВ, 0,4 кВ общестанционных собственных нужд;
- оперативно-технологической связи программно-технических комплексов АСУ ТП Волховской ГЭС. 

Интерфейс операторов АСУ ТП Волховской ГЭС построен таким образом, чтобы блокировать ошибочные действия оперативного персонала. Разделение уровней допуска персонала к управлению технологическим процессом позволяет предотвратить несанкционированные изменения режимов работы оборудования, уставок срабатывания сигнализации и защит. Регистрация всех событий в системе в хронологическом порядке с метками времени позволяет анализировать возникшие нештатные ситуации и действия операторов по их ликвидации и тем самым повышать уровень подготовки оперативного персонала.

pic2.jpg

Рис. 2. Шкафы с реализованным ПТК «Апогей»


pic3.jpg

Рис. 3. Один из гидроагрегатов 
мощностью 12 МВт, работающих на Волховской ГЭС

Объединение «Верхнего» уровня управления с «Нижними» уровнями управления реализовано с помощью двух независимых дублированных сетей Ethernet через дублированный PCS-сервер. Для этого в каждом узле сети установлены два независимых сетевых модуля. Устройства «верхнего» уровня связаны между собой по терминальной шине. Терминальная шина выполнена в виде электрической сети Fast Ethernet с лучевой топологией.

В составе АСУ ТП Волховской ГЭС реализована система единого времени, которая построена с помощью устройства синхронизации времени Siemens Siclock TM с приемником GPS. Siclock принимает сигнал точного времени со спутника GPS и выдает по сети Ethernet в системную шину сигналы точного времени по протоколу NTP. Контроллеры и серверы ввода/вывода принимают сигнал точного времени из системной шины и синхронизируют свое время. Точность синхронизации времени внутри АСУ ТП – 1 мс.


Общие функции АСУ ТП Волховской ГЭС

ПТК, поставляемые в составе АСУ ТП, обеспечивают реализацию следующих функций:
- сбор и обработка аналоговой и дискретной технологической информации;
- формирование и выдача команд управления;
- обмен информацией между про­граммно-техническими средствами;
- организация представления информации. Формирование и выдача технологической (вводимой и расчетной) информации на средства отображения и устройства печати;
- ввод директив управления (человекомашинный интерфейс). Организация взаимодействия эксплуатационного персонала с ПТК;
хранение информации;
- самодиагностика, контроль работоспособности и выявление неисправностей составляющих ПТК;
- синхронизация работы всех технических средств сбора, обработки и передачи информации. 

Ввод в эксплуатацию АСУ ТП ВУ и 1-го гидроагрегата для Волховской ГЭС – 2009 год.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(22)_2009

ООО «НПФ «Ракурс», г. Санкт-Петербург,
тел.: (812) 702-47-53, 
е-mail: market@rakurs.com