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.

Распределенные системы АСУ ТП в энергетике – мода или необходимость. Часть 2

В статье рассматриваются технические и экономические особенности постановки задачи, проектирования и внедрения распределенных систем на энергетических объектах с применением контроллерной техники фирмы TREI. 

ООО «ТРЭИ ГМБХ», г. Пенза 

TREI-GmbH_Penza.png 

Первую часть данной статьи можно прочесть в № 2(18)_2008.


Отсутствие необходимых 
площадей на БЩУ для размещения контроллерного оборудования

Недостаток площадей на БЩУ, явление относительное, при желании место для установки шкафа можно найти всегда. Другое дело, когда в целях сокращения оперативного персонала производится объединение блочных щитов управления или присоединение к действующему БЩУ объекта управления (котла или турбины), ранее управлявшегося с другого блочного щита. Габариты контроллерного шкафа сейчас определяют не габариты контроллера, а размеры клеммного поля, подключаемого к контроллеру. Если объект управления не был ранее автоматизирован, то переносить его управление на другой БЩУ, сохраняя старое щитовое управление, практически невозможно. Поэтому у руководства станции есть несколько путей решения данной проблемы:

1_Провести реконструкцию системы управления объектом по централизованной схеме на старом БЩУ. А станции оператора (СО) перенести на новый БЩУ, благо все СО подключаются по последовательному интерфейсу (как правило, Ethernet или Fast-Ethernet), который позволяет выполнять такой перенос.

Недостатки данного решения налицо:
- вся централизованная аппаратура управления остается на старом щите управления, а значит, у руководства связаны руки по перепрофилированию данного помещения или по подготовке его для вновь строящегося объекта;
- в этом случае централизованная контроллерная система управления устанавливается как надстройка над старым электротехническим оборудованием старыми коммуникациями, поэтому старый БЩУ становится местом постоянного доступа оперативного и ремонтного персонала, а значит, цель выведения этого помещения из эксплуатации на достигается.

2_Другое решение — провести реконструкцию системы управления объекта с построением распределенной системы АСУ ТП. В этом случае на новый БЩУ кроме операторских станций дополнительно устанавливаются сетевое оборудование АСУ ТП и небольшой шкаф с центральными процессорными модулями контроллеров (Мастер-модулями). Площадь, занимаемая этим дополнительным оборудованием, меняется от 0,64 м2  до 2 м2 в зависимости от мощности объекта (например, котла или турбины). Специалистами фирмы TREI предлагается структура такой системы (рис. 8).


pic1.jpg

Рис. 8. Пример распределенной структуры АСУ ТП


Поэтапное внедрение подсистем АСУ ТП методом так называемой 
«ползучей» автоматизации

Причин, по которым руководство энергообъектов заказывает именно поэтапное внедрение АСУ ТП, несколько:
- отсутствие средств на комплексную автоматизацию;
- малый промежуток времени, выделяемый на ремонт или реконструкцию объекта автоматизации;
- неверие в готовность персонала к работе на новых технических средствах;
- нежелание рисковать большими капиталовложениями и готовность проверить собственные технические службы и организацию подрядчика в совместной работе на менее затратном проекте.

Но в любом случае для исполнителя это объективная реальность и задача предложить Заказчику решение, которое само по себе является законченным работоспособным этапом автоматизации. Решение, которое имеет все предпосылки для органичного развития системы до полномасштабной АСУ ТП. Технические средства фирмы TREI дают такую возможность при проектировании этапов систем автоматизации. Рассмотрим варианты реализации этих этапов с применением контроллеров TREI-5B.

pic2.jpg

Рис. 9. Пример структуры распределенной информационной системы

Как правило, первый этап самый дешевый — это информационная система. На рис. 9 представлен вариант структуры информационной системы.

Второй этап в большинстве применений — это САР (например, САР котла). В этой системе уже обязательным является применение процессорного  мастер-модуля контроллера, и в зависимости от ответственности регуляторов которые обслуживает система, необходимо рассмотреть применение  дублированных мастер-модулей контроллера при не дублированных интеллектуальных модулях ввода/вывода (рис. 10).

pic3.jpg

Рис. 10. Пример распределенной АСУ ТП с функциями САР и информационной системы АСУ ТП

На третий этап остается добавление в систему функций ПАЗ и дистанционного управления.

Особенность этого этапа в том, что контроллер, обслуживающий функции ПАЗ, компонуется, как правило, по централизованной схеме. Причин этому несколько:
- при реконструкции все кабельные связи от датчиков, исполнительных механизмов и органов ручного управления уже заведены  в операторную или БЩУ.
Все эти связи рабочие и регулярно проверяются при испытаниях защит при каждом пуске объекта;
- манипуляции  с переключением основного и резервного контроллера при отладке программ или корректировках, удобнее проводить, когда сами контроллеры и органы переключения резерва находятся вблизи от операторских станций и оперативного персонала;
- психологически персоналу комфортнее, когда контроллеры ПАЗ находятся в защищенном от постороннего вмешательства месте.

Именно по этим причинам специалисты фирмы TREI рекомендуют для подсистемы ПАЗ применять контроллер TREI-5B-04  в каркасном исполнении. Кроме того, данный контроллер полностью программно совместим с TREI-5B-05, а наличие сертификата TUV уровня SIL3  (уровень промышленной безопасности [1]) обеспечивает правомочность применения его в системах блокировок и защит.

Функции дистанционного управления арматурой и другими исполнительными механизмами целесообразно реализовать по распределенной схеме, разместив интеллектуальные модули контроллера непосредственно в шкафах РТЗО или заменив морально устаревшие шкафы и силовые сборки на интеллектуальные шкафы РТЗО с более высокой степенью интеграции. Таким образом мы получаем полнофункциональную АСУ ТП как итог поэтапного развития (рис. 11).


pic4.jpg

Рис. 11. Пример построения полномасштабной АСУ ТП энергетического объекта в комбинации
централизованной и децентрализованной компоновки контроллерного оборудования


Поэтапное обновление парка датчиков и исполнительных механизмов 
и, как следствие, постоянная корректировка проекта реконструкции 
по факту замены оборудования

На действующих энергообъектах датчики и исполнительные механизмы меняют, как правило, не в плановом порядке, а по мере выхода из строя последних. Данная замена в ряде случаев сопряжена с необходимостью корректировки схем АСУ ТП. Рассмотрим пример замены электроконтактного манометра ЭКМ на датчик давления с токовым выходом в системе с применением контроллеров TREI-5B-04 (05).

До замены ЭКМ функцию контроля давления по двум уставкам выполнял модуль дискретного ввода. С переходом  на унифицированный сигнал от датчика давления появляется необходимость в модуле унифицированного токового ввода 4—20 мА. В контроллерах других производителей с жесткой конфигурацией модулей ввода/вывода данная замена повлекла бы за собой необходимость установки в систему нового модуля, а так же изменения кроссировки  линий связи с датчиком внутри шкафа контроллера и, возможно, изменение всей конфигурации, если в установочном каркасе нет места для установки дополнительных модулей ввода/вывода. Что особенно сильно сказывается на стоимости в удаленных УСО.

Если же система проектировалась с применением контроллеров TREI-5B-04 (05), то у пользователя есть возможность проведения модернизации безболезненно, благодаря мезонинной технологии каналов ввода/вывода. В нашем примере замена датчика вынудила бы нас только к замене мезонина 2-канального дискретного ввода на мезонин  унифицированного токового ввода 4—20 мА, с сохранением общей компоновки контроллера или УСО и кабельных связей (рис. 12).

pic5.jpg

Рис. 12. Пример изменения компоновки мезонинного модуля ввода/вывода при заменен
датчика контроля давления с электроконтактного на датчик с токовым выходом

Кроме технических проблем при внедрении распределенных систем управления, считаю необходимым указать на некоторые организационные особенности этого процесса:
1_Централизованная система АСУ ТП полностью соответствовала структуре подразделений персонала ТЭЦ. Служба АСУ ТП (в некоторых случаях подразделение ЦТАИ) обслуживала контроллеры и границей раздела ответственности с  электриками были входные клеммники контроллера. В случае распределенной системы необходимо менять организационную структуру обслуживания, т.к. интеграция УСО в силовые шкафы электриков приводит к объединению зон ответственности службы АСУ ТП и персонала электроцеха.
2_Распределенная система предъявляет повышенные требования к сохранности децентрализованно расположенных элементов системы, а возможно, и к дополнительным мерам по вандалозащите удаленных контроллеров и УСО.
3_Практически всегда первая система на предприятии выбирается заказчиком централизованная, и, только получив опыт внедрения и эксплуатации, Заказчик делает выбор в пользу распределенных систем АСУ ТП. В практике внедрений фирмы TREI был единственный случай, когда первая система АСУ ТП на конкретной ТЭЦ сразу строилась с  частичной децентрализацией информационных и управляющих функций. Но причиной этого был просчет снабженцев при закупке контрольного и силового кабеля. Таким образом сама практика внедрения подтверждает существенный экономический эффект от внедрения распределенных АСУ ТП.


Выводы

Распределенные системы АСУ ТП в энергетике и других отраслях — необходимость. Технические средства, изготавливаемые фирмой TREI, и опыт специалистов фирмы позволяют квалифицированно и оперативно решать вопросы проектирования и внедрения данных систем. Все технические средства разрабатываются и изготавливаются на производственном предприятии фирмы в городе Пензе. Специалисты предприятия всегда готовы оказать консультационную поддержку в выборе структуры системы, подборе оборудования. На предприятии работает учебный центр по подготовке специалистов Заказчика, для фирм — системных интеграторов бесплатное обучение по индивидуальной программе.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 3(19)_2008

С.Л. Рогов,
ООО «ТРЭИ ГмбХ», г. Пенза,
тел.: (8412) 55-58-90,  
е-mail: trei@trei-gmbh.ru