Назад | Исходный вариант

Современные цеховые системы автоматизации газокомпрессорных станций
Р.Я. Берман, Р.Л. Вишнепольский, ДАО "ГАЗАВТОМАТИКА", С.В. Кабаев, B.C. Тимофеев, АО РТСофт, Москва
В статье рассматривается пример цеховой системы автоматизации газокомпрессорной станции, при создании которой были использованы самые современные программно-аппаратные средства и технологии.
 
Уже сегодня достаточно много отечественных и зарубежных фирм предлагает системы автоматизации для различных уровней объектов газовой промышленности.

В этой статье мы хотим предложить к рассмотрению одну из наиболее современных и перспективных систем автоматизации цехового уровня для газокомпрессорных станций (СА КЦ) - систему КС "Алмазная", входящую в ДП "ПермТрансГаз".

Сначала отметим некоторые особенности ее создания. В качестве базовых программно-аппаратных средств разработчики системы выбрали такие, которые позволяли использовать единую сквозную технологию её проектирования. При этом применялись самые современные инструментальные программные пакеты, позволяющие практически полностью уйти от старых, рутинных, требующих серьезных затрат на отладку конечной системы методов традиционного программирования. Видимо, на сегодняшний день владение такими технологиями является необходимой составляющей успеха любой фирмы, работающей в области автоматизации самых различных производственных процессов.

Основные компоненты системы автоматизации

Подход к разработке рассматриваемой системы можно уподобить "кирпичной кладке", где "цементом" служили используемые технологии. Из каких же "кирпичиков" создавалась система?

  • На "нижнем" уровне (ввод/вывод) применялись контроллеры фирмы PEP (Германия) в двух вариантах: на базе стандарта VME и типа IUC.
  • Базовым программным обеспечением для контроллеров служила операционная система реального времени OS-9.
  • Все контроллеры программировались с помощью программного пакета ISaGRAF, полностью реализующего стандарт МЭК 1131-3 на программирование логических контроллеров.
  • В качестве промышленных сетей использовались сети ProfiBus (одна из наиболее динамично развивающихся) и ModBus.
  • На "верхнем", диспетчерском, уровне были установлены IBM-совместимые персональные компьютеры, работающие в среде WINDOWS.
Для создания прикладной программы автоматизированного рабочего места (АРМ) диспетчера использовался один из наиболее мощных и гибких SCADA-пакетов - пакет InTouch фирмы Wonderware.

Для предоставления возможности выхода APM'a сменного инженера (APM'a диспетчера) непосредственно в промышленную сеть ProfiBus был использован адаптер производства фирмы Сименс.

  • В качестве Локальной Вычислительной Сети была выбрана сеть Ethernet.
  • Обмен данными по Ethernet между цеховыми узлами системы осуществлялся с помощью программного пакета PCLink, реализующего DDE-интерфейс между операционными системами OS-9 и WINDOWS.
  • Вся прикладная система создавалась в рамках единой технологии.
  • И, наконец, самый главный "кирпичик", ставший основой рассматриваемой системы, - это знания и опыт коллектива разработчиков, которые смогли в самые минимальные сроки создать систему промышленной автоматизации чрезвычайной сложности.

Функциональные возможности системы

Небольшим коллективом разработчиков за один год была проделана работа, еще недавно требующая трудозатрат целых отделов программистов, инженеров, технологов и т.д. Итогом этой работы явилась система автоматизации компрессорного цеха СА КЦ, которая обеспечила эффективный контроль и управление технологическим оборудованием, существенно снизила затраты ручного труда, обеспечила эффективное техническое и информационное взаимодействие с верхним уровнем управления (ДП КС), обеспечила вышестоящие системы управления достоверной и оперативной информацией.

Функционально эта система - одна из самых мощных в ряду существующих сегодня на отечественных компрессорных станциях. Ее возможности позволяют осуществлять и обычный мониторинг технологических процессов, и управление всем оборудованием (краны, задвижки и т.д.), конструкция которого это предусматривает. В системе реализованы даже алгоритмы автоматического запуска и остановки цеха. При этом ядром большого набора функций являются обязательные для аналогичных систем возможности:

  • прием, обработка и передача информации из/в контроллеры "нижнего" уровня,
  • решение всех задач человеко-машинного интерфейса,
  • ведение и анализ архивов,
  • ведение и анализ аварийных трендов,
  • обмен информацией с вышестоящим уровнем (уровнем станции),
  • создание всех необходимых эксплуатационному персоналу отчетных документов,
  • решение задач, связанных со всеми аварийными и предупредительными сигналами в системе,
  • решение всех необходимых расчетных задач.
Как мы уже упоминали, расширение стандартных для отрасли функций СА КЦ осуществлено за счет реализации различных алгоритмов управления, выполнения расчетных задач в оперативном режиме, частичного резервирования функций цехового контроллера и APM'a сменного инженера и т.д.

Уровни построения системы

По логике работы система разделена на два уровня - цеховой и уровень технологического оборудования, причем один из контроллеров второго уровня имеет непосредственный выход на агрегатную автоматику.

 
Цеховой уровень
На этом уровне функции контроля и управления обеспечиваются цеховым концентратором оперативной информации ЦПК и АРМ СИ. Их информационное взаимодействие реализуется с помощью сети Ethernet (протокол TCP/IP), к которой также может быть подключен диспетчерский пункт компрессорной станции (ДП КС). Кроме того, на этом уровне располагается пульт специального блока экстренного аварийного останова цеха (БЭО) с органами управления, находящимися в диспетчерском помещении.

Как уже отмечалось, ЦПК - это контроллер модульного типа, выполненный в стандарте VME. Он базируется на процессоре 68030 фирмы Motorola и содержит все необходимые модули для выхода в сети Profibus и Ethernet и выхода на канал RS232; модули для поддержки дисководов гибких и жестких дисков, аналогового ввода и дискретного ввода/вывода для непосредственных связей с датчиками и исполнительными механизмами общецехового технологического оборудования. Конструктивно ЦПК размещается в стойке вместе со специальным коммуникационным контроллером, отвечающим за связь с агрегатной автоматикой.

АРМ СИ (АРМ сменного инженера) - это IBM-РС-совместимый персональный компьютер Pentium/166, 32 Мбайт ОЗУ, жесткий диск 1,3 Гбайт, монитор 17 дюймов, причем системный блок и клавиатура - промышленного исполнения. На пультовой секции АРМ СИ также установлен пульт БЭО.

Блок экстренного останова (БЭО) предназначен для аварийного останова цеха и запускает такие режимы, как экстренный останов цеха, останов цеха со стравливанием, останов цеха без стравливания, останов всех агрегатов цеха.

Уровень управления технологическим оборудованием
Этот уровень включает в себя локальные контроллеры, обеспечивающие взаимодействие с технологическим оборудованием, агрегатной автоматикой и выходящие на сеть ProfiBus: контроллер коммуникационный, контроллер узла подключения, АВО и УПТПИГ. Также в этот уровень можно включить промышленную сеть ProfiBus, обеспечивающую весь информационный обмен между контроллерами и цеховым уровнем.

Основные функции по взаимодействию нижнего и верхнего уровней управления возложены на ЦПК, который на ProfiBus выполняет функции основного "мастера", или на АРМ СИ (резервный "мастер"). Вся система взаимодействия в реальном времени обеспечивается аппаратно-программными средствами локальных контроллеров, коммуникационным каналом Profibus и цеховым концентратором ЦПК, являющимся связующим звеном между уровнями управления цеха и обеспечивающим взаимодействие в реальном времени с уровнем ДП КС.

Все контроллеры нижнего уровня размещены в стойках, в которых собраны также блоки питания, кроссовые средства, контакторы и т.д.

Коммуникационный контроллер предназначен для взаимодействия с агрегатами по промышленной сети ModBus (канал RS232), являясь "мастером" этой сети. Он выполнен в стандарте VME, базируется на процессоре 68030 Motorola и имеет выходы на каналы RS485 и RS232.

Контроллер узла подключения выполнен в варианте IUC-9000 и имеет в своем составе процессор 68030 Motorola, выход в сеть ProfiBus, а также необходимый набор аналоговых и дискретных входов/выходов. Особенностью этого контроллера является то, что он устанавливается в закрытом неотапливаемом помещении с температурой окружающей среды от -40°C до + 85°С и имеет соответствующее климатическое исполнение.

Контроллеры УПТПИГ и АВО имеют то же исполнение, что и контроллер узла подключения, за исключением температурного диапазона (они работают в стандартном диапазоне коммерческого исполнения оборудования - от 0°С до +70°С).

Программное обеспечение системы
Программное обеспечение (ПО) системы состоит из ПО узлов системы и сетевого ПО. Если рассматривать разделение функций ПО по уровням построения системы, то мы увидим следующее:

  • На уровне управления технологическим оборудованием:
    • прием/передача оперативной информации в/из САУ ГПА;
    • прием/передача и первичная обработка оперативной информации в/из УП, УПТПИГ, АВО;
    • обеспечение передачи оперативной информации по сетям ProfiBus и ModBus;
  • на цеховом уровне (концентратор):
    • сбор оперативной информации от всех автоматизируемых компонентов системы;
    • обработка оперативной информации;
    • создание и хранение файлов аварийных трендов;
    • усреднение параметров системы, передаваемых в АРМ СИ;
    • прием/передача оперативной информации в/из общецехового оборудования;
    • частичное резервирование функций АРМ СИ;
    • обеспечение передачи оперативной информации по сетям ProfiBus и Ethernet;
  • на цеховом уровне (АРМ сменного инженера):
    • сбор оперативной информации от всех автоматизируемых компонентов системы;
    • обработка оперативной информации;
    • создание и хранение архивов;
    • частичное резервирование цехового концентратора;
    • обеспечение передачи оперативной информации по сетям ProfiBus и Ethernet;
    • создание и поддержка графического интерфейса "человек-машина";
    • решение расчетных задач, связанных с автоматизируемыми процессами, в оперативном режиме.
ПО контроллеров "нижнего" уровня состоит из операционной системы реального времени OS-9, ядра инструментального программного пакета ISaGRAF, прикладной программы ISaGRAF, непосредственно осуществляющей обмен информацией между объектом управления и верхним уровнем системы автоматизации через сеть ProfiBus, а также ее первичную обработку.

ПО коммуникационного контроллера имеет те же компоненты, за исключением того, что в функции прикладной задачи ISaGRAF входит обеспечение обмена информацией между агрегатными контроллерами и верхним уровнем системы автоматизации.

ПО концентратора также состоит из операционной системы реального времени OS-9, ядра инструментального программного пакета ISaGRAF, прикладной программы ISaGRAF и прикладной программы (разработанной на языке С), осуществляющей функции системы управления оперативной базы данных всех цеховых и агрегатных параметров в реальном времени. В функции этой программы входит также создание и ведение файлов аварийных трендов и усреднение получаемых значений параметров. ПО сети Ethernet включает, во-первых, поддержку протоколов TCP/IP и, во-вторых - специальный пакет, реализующий стандартный для Windows-приложений интерфейс межзадачного обмена DDE, который позволяет осуществлять обмен данными между прикладными программами в OS-9 и Windows.

ПО АРМ СИ работает в среде Windows, представляя собой прикладную программу SCADA-пакета InTouch. ПО АРМ СИ выполняет функции визуализации оперативных и архивных данных, архивирования данных и сообщений (в том числе и тревоги), обработки и управления данными, ведения отчетной документации, анализа аварийных трендов, обработки аварийных ситуаций, проведения расчетных задач. То есть, ПО АРМ СИ выполняет не только задачи мониторинга системы, но и ее управления. Все данные с нижнего уровня поступают в АРМ СИ по двум каналам: ProfiBus, поддерживаемый специальным набором драйверов, и Ethernet, поддерживаемый пакетом PCLink.

Обмен данными с диспетчерским пунктом (ДП) осуществляется по протоколу ModBus.

В системе автоматизации цеха предусмотрены функции частичного взаимного резервирования АРМ СИ и концентратора. При выходе из строя концентратора (либо информационного канала Ethernet между ним и АРМ СИ) АРМ СИ будет продолжать обмениваться данными по сети ProfiBus со всеми контроллерами системы, не теряя возможностей контроля и управления. Также при выходе из строя АРМ СИ либо информационного канала Ethernet концентратор будет продолжать выполнять свои функции и накапливать информацию для последующей передачи в АРМ СИ (после устранения неисправностей).

Заключение

В этой статье представлена одна из наиболее современных СА КЦ, предлагаемых на отечественном рынке. В ней заложены все необходимые целевые возможности. В силу открытости и гибкости используемой технологии разработки, система легко и очень быстро адаптируется к любым существующим на сегодняшний день объектам (цехам газокомпрессорных станций), и, что очень важно, для этой работы требуется минимум затрат.

Контакты: тел. (095) 245-89-30 (" ГАЗАВТОМАТИКА")(095) 742-68-28 (РТСофт)факс (095) 742-68-29