Автоматизированная система управления заправкой вагонов транзитных пассажирских поездов на базе SCADA Trace Mode

Статья посвящена применению SCADA-системы Trace Mode при разработке системы управления для заправки вагонов транзитных пассажирских поездов водопроводной водой. Объект, для которого проект был разработан, находится на одной из станций Cеверной железной дороги. Проект предусматривает оперативное наблюдение и управление процессом заправки, подпитки и циркуляции водопроводной воды, а также предназначен для поддержания заданной температуры воды и отопления насосной станции.

ЗАО «СпецТеплоСтрой» г. Ярославль

Постановка задачи и необходимые функции системы

Целью работы является обеспечение бесперебойной круглогодичной заправки вагонов. Для этого была построена насосная станция и циркуляционные трубопроводы с двадцатью узлами заправки (для обеспечения параллельной заправки вагонов). При постановке задачи учитывались требования к технологическому режиму работы насосной станции. 

Основные требования:

- поддерживать на заданном уровне технологические параметры, необходимые для правильной работы системы;

- своевременно и достаточно подпитывать заправочную систему;

- вести постоянный коммерческий учет тепла и потребления воды;

- учитывать температурные колебания наружного воздуха в целях оптимизации работы оборудования;

- производить диагностику средств измерения и работающего оборудования;

- отслеживать и оперативно сообщать обслуживающему персоналу о возникновении нештатных ситуаций;

- осуществлять климатическое управление системой отопления помещения насосной станции.

В результате этих требований были определены функции создаваемой системы управления и выбраны основные и вспомогательные средства автоматизации. Произведен выбор SCADA-системы для обеспечения работоспособности системы в целом.

Необходимые и достаточные функции системы

Информационные функции: 

- измерение и контроль технологических параметров;

- сигнализация и регистрация отклонений параметров от установленных границ;

- формирование и выдача оперативных данных персоналу;

- архивирование и просмотр истории параметров.

Управляющие функции:

- автоматическое регулирование важных параметров процесса;

- дистанционное управление работой системы (в ручном/автоматическом режимах);

- технологические защиты и блокировки.

Сервисные функции:

- самодиагностика программно-технического комплекса в реальном времени;

- тестирование работоспособности и правильности функционирования вычислительных устройств и каналов ввода/вывода.

Выбор средств автоматизации и программного обеспечения

Выбор основных средств автоматизации происходил в основном по трем факторам – это цена, надежность и хорошие отзывы клиентов и заказчиков, влияние оказал и личный опыт использования оборудования и программных средств. Так, для работы в насосной станции и для оперативного обмена с операторской был выбран свободно программируемый контроллер серии PCD2 фирмы Saia-Burgess. Для создания операторского места была выбрана отечественная SCADA-система Trace Mode 6. Контроллер соединен с последовательным портом COM1 операторской станции через автоматический конвертор интерфейсов RS-485/232.

Рис. 1. Главный экран системы. Схема расположения объектов для заправки вагонов

Принцип работы системы и особенности реализации управления

В разработанной системе управление режим работы задается оператором, таких режимов три:

1) автоматический – управление осуществляется в автоматическом режиме;

2) ручной – управление основной функцией системы (заправкой вагонов) осуществляет оператор;

3) автономный – управление передается на нижний уровень автоматизации. Функция оператора сводится к наблюдению за процессом.

Описание работы нижнего уровня (контроллера) в данном материале сознательно опускается, основное внимание будет уделено верхним уровням.

Диспетчерское место оснащено персональным компьютером (ПК). Данные c контроллера в режиме реального времени передаются в SCADA через встроенный драйвер.

Особенностью данного процесса является точное поддержание основных технологических параметров, таких как перепад давления и температура в циркуляционных трубопроводах. При точном соблюдении этих параметров в холодное время обеспечивается создание условного вакуума в заправочных узлах. Вода, которая остается в шлангах и трубах, за счет создания вакуума, уходит в циркуляционный трубопровод, тем самым не происходит промерзание оборудования.

Особенностью реализации поставленной задачи в Trace Mode является создание эффективной и самодостаточной системы управления. При создании программы используется один основной шаблон экрана. С помощью различного переключения слоев создаются несколько полноценных пользовательских экранов. На рис.1 показан главный пользовательский экран, на котором изображена схема расположения объектов системы заправки. Насосная станция, заправочные узлы, все трубопроводы и информация о возникновении нештатных или информационных ситуаций. В правой части экрана показывается информация по режимам работы и заправки, а также температура наружного воздуха.

Вся текущая технологическая информация отображается на мнемосхеме насосной станции (рис. 2.). Переход на мнемосхему осуществляется щелчком мыши на обозначении насосной станции. Изображение оборудования и средств автоматизации на мнемосхеме насосной станции максимально приближено к реальному виду. В режиме реального времени показываются все контролируемые и регулируемые параметры, в том числе и параметры, которые считываются с теплосчетчика. Все технологическое оборудование и средства измерения снабжены всплывающими подсказками в соответствии с технической документацией. Основные трубопроводы снабжены анимационными элементами, которые показывают направление и наличие движения жидкости. В случае возникновения нештатных ситуаций происходит изменение цвета текста (для параметров) или изображения (для оборудования).

Очень важной задачей системы управления является поддержание определенного перепада давления в циркуляционном трубопроводе в режимах «Заправка» и «Постзаправка!». Для этого создан экран просмотра и изменения настроек автоматического определения режимов заправки (рис. 3). В табличной форме представлена зависимость расхода воды от перепада давления в циркуляционных трубопроводах. И параметр для определения постзаправочного режима, необходимого для полного завершения заправки. На тренде показано текущее изменение перепада давления и расхода.

Сроки разработки системы

Первый вариант системы управления в Trace Mode был разработан в течение двух недель автором этой статьи и опробован на объекте. Следующий этап – это опытная эксплуатация, в результате которого будет вестись работа по доработке системы.

Эффект от внедрения системы управления: сравнение с аналогами

Эффект от внедрения системы управления очевиден: во-первых, данный процесс уникален для подобных систем заправки, таким образом, система управления тоже уникальна. В данном процессе производится минимальный нагрев небольшой части циркулирующей воды. Циркуляционные трубопроводы находятся в земле и изготовлены из труб с заводской предизоляцией, поэтому потери тепла на всем пути заправочных узлов минимальны. 

Факторы экономии материальных и трудовых ресурсов:

- существенная экономия тепловых ресурсов;

- не требуется присутствия дежурного персонала в насосной станции;

- экономия электроэнергии, за счет погодозависимого управления процессом;

- экономия водных ресурсов, так как подпитка осуществляется в строго автоматическом режиме;

- информационная экономия, так как вся информация текущая и архивная собрана на одном месте и доступна в любой момент времени;

- экономия трудовых ресурсов, за счет самодиагностики оборудования и средств автоматизации.

Следует отметить, что внедрение системы управления позволяет оперативно реагировать и устранять ситуации, которые могут привести к непредвиденным последствиям. Существующие системы заправки предполагают значительный нагрев воды (для того чтобы она не замерзала в зимнее время года). Есть отдельные локальные решения для обеспечения автоматической заправки вагонов (например, разработки НПП Э. Дергачева), но эти решения не объединяют всю систему в целом.

Перспективы развития системы

Дальнейшее развитие системы управления целесообразно в сторону увеличения информационности – необходимо добавить в систему достаточную информацию с узлов заправки, для анализа оборудования, применяемого в узлах. Дальнейшая работа над системой управления, безусловно, будет вестись с учетом предложений и замечаний пользователей системы.

Однако уже сейчас можно сказать, что данная система управления заправкой вагонов позволяет в реальном времени довольно точно и быстро управлять технологическим процессом. А также оперативно вмешаться в процесс автоматического управления, своевременно подготовить план технического обслуживания оборудования и средств автоматизации.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(24)_2009

А.А. Коновалов, ведущий инженер-программист, 

ЗАО «СпецТеплоСтрой» г. Ярославль,

тел.: (4852) 58-81-14, 58-81-15, 58-81-16,

e-mail: konalex@mail.ru