Абсолютно гибкая платформа от НТЦ «Механотроника»

 13.10.2021 В статье представлено решение НТЦ Механотроника для систем АСУ ТП: многофункциональное устройство распределенного ввода/вывода БМРЗ-УРП, служащее для централизованного сбора и обработки данных. Описана структура системы на базе БМРЗ-УРП, перечислены преимущества этого решения, в частности, гибкость архитектуры. Рассмотрены применяемые протоколы.

Первые в стране микропроцессорные устройства релейной защиты бы­ли разработаны 30 лет назад и выпускались НТЦ «Механотроника». Для своего времени это был большой шаг в развитии отечественной электроэнергетики. С момента выхода первых устройств релейной защиты БМРЗ НТЦ «Механотроника» продолжает выполнять большой объем НИОКР по развитию технической ба­зы, обновлению и дальнейшему развитию программного обеспечения и модернизации аппаратной части устройств.

Сейчас компания выпускает уст­ройства релейной защиты, противоаварийную автоматику, шкафы РЗА, системы оперативного тока СОПТ-МТ и системы АСУ ТП. Запущены серьезные проекты по обновлению всех выпускаемых решений, но одним из самых глобальных можно назвать устройство распределенной периферии БМРЗ-УРП, используемое сейчас в шкафах АСУ ТП производства НТЦ «Механотроника».




Устройство распределенной периферии

БМРЗ-УРП – это многофункциональное устройство распределенного ввода/вывода, позволяющее использовать в своем составе сигнальные, функциональные и коммуникационные модули, управляемые центральным программируемым контроллером. Устройство применяется для построения как АСУ, так и АСУ ТП и позволяет решать широкий круг задач по централизованному сбору данных со всех контролируемых устройств в пределах заданного объекта энергетики, технологических процессов предприятий (добывающих, обрабатывающих, производственных) и обработке собранной информации.

Комплекс устройств БМРЗ-УРП предназначен для построения централизованных или децентрализованных систем управления и телемеханики и размещается на стандартной DIN-рейке (35 мм) на монтажной панели в ячейках КРУ, КСО и шкафах ШПДС.

В состав БМРЗ-УРП входят следующие модули:
- интерфейсный модуль для обмена данными с ведущим устройством сети;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов;
- модули ввода аналоговых сигналов.

Сейчас устройства БМРЗ-УРП устанавливаются почти во все шкафы АСУ ТП производства НТЦ «Механотроника». Планируется, что с 2022 го­да устройства, входящие в комплекс БМРЗ-УРП, поступят в продажу для установки в шкафы автоматизации и управления партнеров компании.


Структура системы на базе БМРЗ-УРП

АСУ ТП и распределенная периферия на ба­зе БМРЗ-УРП имеют трехуровневую иерархическую структуру.


На верхнем уровне с участием оперативного персонала решаются задачи диспетчеризации процесса, оптимизации режимов, подсчета технико-экономических показателей производства, визуализации и архивирования процесса, диагностики и коррекции программного обеспечения системы. Верхний уровень АСУ ТП реализуется на ба­зе серверов, операторских (рабочих) и инженерных станций.

Средний уровень отвечает за автоматическое управление и регулирование, пуск и останов оборудования, логико-командное управление, аварийные отключения и защиты. Средний уровень реализуется на основе БМРЗ-УРП.

Нижний (полевой) уровень обеспечивает сбор данных о параметрах технологического процесса и состояния оборудования, реализует управляющие воздействия. Основными техническими средствами нижнего уровня являются датчики и исполнительные устройства, станции распределенного ввода/вывода, пускатели, концевые выключатели, преобразователи частоты.

БМРЗ-УРП оптимизирован для работы с программируемыми контроллерами, поддерживающими протокол обмена, описанный в стандарте МЭК/ГОСТ 61158, с системами управления непрерывными процессами. Для обеспечения работы с другими программируемыми контроллерами или системами управления непрерывными процессами может использоваться соответствующий GSD-файл.

Стандарт МЭК 61158, посвященный полевым шинам, вместе с сопутствующими ему стандартами МЭК 61784-1 и МЭК 61784-2 определяет набор протоколов передачи данных, которые позволяют осуществлять распределенное управление приложениями автоматизации. Коммуникационные уровни безопасности, определенные указанным стандартом, обеспечивают уверенность в том, что полевые ши­ны могут применяться в ситуациях, требующих обеспечения функциональной безопасности для конкретного уровня.

Применение распределенной периферии на ба­зе БМРЗ-УРП позволяет получать существенную экономию денежных средств по сравнению с традиционными вариантами построения систем автоматизации для любых типов контролируемых объектов. Эта экономия обеспечивается отказом от использования многочисленных разделительных барьеров, а также снижением затрат на прокладку кабельной се­ти. Широкие диагностические возможности станции позволяют существенно упростить выполнение пусконаладочных работ и ее дальнейшую эксплуатацию.

БМРЗ-УРП имеет абсолютно гибкую архитектуру благодаря следующим особенностям:
- распределенные, автоматически конфигурируемые вводы/выводы;
- «горячая» замена вводов/выводов;
- меньшее количество проводов, больше цифровых связей;
- совместимость с МЭК 61850 (контроллер, пьезодатчик);
- повышенный уровень безопасности и гальваническая развязка оборудования;
- сокращение полной стоимости основного капитала (на величину до 35 %);
- ускорение реализации проекта (на величину до 30 %);
- локальная экспертная поддержка.


Программное обеспечение БМРЗ-УРП

Преимущества программного обеспечения БМРЗ-УРП:
- протоколы Profinet, Profibus являются стандартизированными протоколами обмена, описанными в МЭК 61158;
- протокол Profinet имеет встроенный протокол синхронизации времени IEEE 1588, не требующий дополнительной настройки;
- Profinet использует стандартный протокол TCP/IP для назначения параметров, настройки диагностики и режима реального времени Ethernet;
- поддерживаются топологии: шлейфовая, звезда, кольцо, дерево;
- управление: централизованное, децентрализованное;
- Profinet RT позволяет создавать автоматизированные решения без привязки к производителям оборудования, на основе открытого стандарта;
- Profinet IRT (Isochronous Real Ti­me) – изохронные (астатические) коммуникации реального времени;
- низкая стоимость разработки.

Для разрабатываемой коллекции устройств нет необходимости писать ПО верхнего уровня. Проекты составляются на территории НТЦ «Механотроника», а шкафы АСУ ТП передаются заказчику настроенными, в полной заводской готовности.

Протоколы MRP и MRPD

Для резервирования среды передачи данных Profinet предлагает два решения: протоколы MRP и MRPD. Применение этих стандартизированных протоколов закреплено в разделах 1, 2, 3 МЭК 62439.

Протокол резервирования мультимедиа (MRP) описывает объединение в кольцо группы коммутаторов, один из которых берет на се­бя роль ведущего. MRP позволяет создавать независимую от протокола кольцевую топологию с временем переключения менее 50 мс. Этого достаточно для стандартной связи с Profinet в реальном времени.

Чтобы переключить избыточность в случае ошибки без задержки по времени, необходимо использовать резервирование носителей для запланированного дублирования (MRPD) в качестве концепции бесшовного резервирования носителей. По протоколу MRPD циклические данные в реальном времени передаются в обоих направлениях в кольцевой топологии. Отметка времени в пакете данных позволяет получателю удалить избыточные дубликаты.

Дальнейшее развитие платформы будет направлено на интеграцию с традиционными протоколами передачи связи, применяемыми в релейной защите (МЭК 60870-5-101/103, МЭК 60870-5-104, МЭК 61850), а также на расширение сферы применения и реализации функций преобразователя дискретных и аналоговых сигналов (ПДС и ПАС в соответствии со стандартами ПАО «Россети»).