Разработка симулятора-тренажера для диспетчера в АСУ производства тепловой энергии

Авторы: Хаким Д.Л., Абдула А.Г.;
Источник: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering

Аннотация. Тренажер диспетчерской подготовки (DTS) - это инструмент управления в режиме реального времени на основе интерфейса человек-машина (HMI), который способен визуализировать процессы в промышленной системе управления. Настоящее исследование было направлено на разработку средства моделирования для котлов на тепловой электростанции. Прототип DTS был разработан с использованием технических данных котлов ТЭЦ в Индонезии. Затем он был спроектирован и реализован в Wonderware Intouch 10. Получившийся в результате симулятор имел изображение компонента, анимацию, дисплей управления, сигнализацию, обмен в реальном времени и т.д. Это приложение использовало 26 тэгов и было оснащено системой безопасности. Тест показал, что принципы контроля в реальном времени хорошо работали. Ожидается, что это исследование может внести существенный вклад в развитие ТЭЦ, особенно с точки зрения ее применения в качестве учебного тренажера для начинающих диспетчеров.

1. Введение

SCADA (диспетчерское управление и сбор данные) система контролирует и регулирует систему от системы дистанционного управления. На практике система SCADA является промышленной система управления, состоящая из HMI (человеко-машинного интерфейса), мониторинга компьютерной системы, сбора и обработки данных и сложной визуализации, которую можно рассматривать под разными углами. Система SCADA работает путем получения данных с завода, которые, в свою очередь, отправляются в центр управления. Данные содержат информацию о состоянии оборудования, контролируемого системой SCADA. Таким образом, в сложной производственной системе, система SCADA становится необходимой для облегчения работы операторов или техников при выполнении процесса технического обслуживания и автоматизации [1]

На тепловой электростанции система SCADA используется для выполнения различных процессов на электростанции. Система SCADA функционирует в качестве инструмента мониторинга, записи данных в режиме реального времени и управления оборудованием электростанции [2]. Одним из важных компонентов теплоэлектростанции, который может контролироваться системой SCADA, является котел. Котел генерирует пар высокого давления, используемый для привода турбин. Вращение турбины преобразуется в механическую энергию, которая в свою очередь преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора. Необходимо управлять котлом, чтобы облегчить работу системы электростанции и уменьшить вмешательство человека. Таким образом, система SCADA нуждается в развитии [3]. Одной из программных систем, которая может поддерживать систему SCADA, является стороннее программное обеспечение, такое как Wonderware Intouch [4].

В этом исследовании описывается опытный образец тренажера диспетчера (DTS) в системе генерирования тепловой энергии, особенно в системе управления котлом. Программное обеспечение, используемое для визуализации потока энергии, было Wonderware Intouch [5]. Получившийся инструмент в этом исследовании был еще прототипом, который можно было использовать в качестве учебного пособия для диспетчеров начального уровня. Эти диспетчеры нуждаются в обучении с использованием виртуального симулятора системы SCADA, чтобы они могли избежать ошибок в работе, когда они работают в реальной рабочей ситуации.

2. Метод

Процедура исследования показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Процедура исследования

Как показано на рисунке 1, на первом этапе рассматривался литературный источник из надежных источников, таких как международный журнал Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), книги и статьи о системе SCADA и теплоэлектростанции. Вторым этапом было определение схемы генерации тепловой электростанции, которая будет использоваться в качестве эталона для проектирования тренажера. Третий этап - определение технических данных и отчетов от Сиребонской ТЭС для настройки параметров каждого объекта в симуляторе [6].

Четвертый этап - разработка симулятора системы SCADA Cirebon для теплоэлектростанций с использованием Wonderware Intouch. Это началось с создания потока генерации со ссылкой на схему генерации. Следующими шагами были добавление тэга и вставка анимационных ссылок в каждый объект в симуляторе, создание в реальном времени и исторических трендов для отображения графиков прошлых событий, произошедших в определенный период времени, и создание систем сигнализации и безопасности.

Пятый этап - моделирование и испытания системы безопасности, потока генерации, тренда в реальном времени, исторического тренда и системы сигнализации. Когда возникла какая-либо неисправность, процедура вернулась к четвертому этапу, чтобы перепроектировать симулятор для достижения желаемых результатов.

В этом исследовании использовалось различное программное обеспечение, такое как Microsoft Visio, используемое для создания блок-схемы исследования, CorelDraw и Photoshop, используемое для рисования объектов, не обнаруженных в заводских символах Wonderware Intouch, и Microsoft Access, используемый для хранения базы данных, имитирующей дизайн тепловой электростанции SCADA системы.

2.1. Факторы, контролируемые в системе SCADA

Система управления является наиболее важным компонентом для управления и контроля электростанции во время работы. Прежде чем приступить к проектированию, прежде всего необходимо понять концептуальный дизайн котла на Сиребон. В системе SCADA котла есть три параметра, на которые необходимо обратить внимание:

2.1.1. Давление

Давление воды влияет на полученный пар. Данные показывают, что котел на Чиребонской ТЭЦ способен вырабатывать до 2100 тонн пара в час. Для производства пара давление воды, проходящей через трубы в котле, должно быть повышено. В котле есть семь типов труб, через которые вода должна проходить следующим образом:

• Экономайзер - первая труба, через которую проходит вода. Однако вода, поступающая в трубный экономайзер, уже находится под высоким давлением, она была нагрета с использованием остаточного тепла, выделяемого выхлопным газом;
• Печь - это вторая труба, расположенная в камере сгорания котла. В результате процесса сгорания вода превращается в пар в этой трубе;
• Сепаратор - это трубчатый барабан, который отделяет пар от конденсированной воды;
• LTSH (низкотемпературный суперобогреватель). Труба LTSH - четвертая труба. На этом этапе вода превращается в пар, но все еще находится под низким давлением;
• SH (DIV.PANEL) - состоит из нескольких небольших отопительных труб;
• FSH (Последний Супернагреватель). Здесь генерируется рабочий пар. Давление в этой трубе составляет 246 кг / см2. На этой стадии пар направляется в лопатки турбины высокого давления (HP), которые соединены с лопатками турбины промежуточного давления (IP).
• Подогреватель - это подогрев остаточного пара, который испытывает снижение давления и температуры в турбине высокого давления. Разогретый пар используется для привода лопаток турбины IP. Турбина IP управляет турбиной низкого давления (LP) и турбиной B низкого давления, оси которой соединены с генератором.

2.1.2. Температура

Температура, которая должна контролироваться - это температура экономайзера, стенки печи, LT SH, SH (DIV. Panel), подогреватель, и в окончательной таблице 1 показано давление и температура, отмеченные на теплоэлектростанции Сиребон.

Таблица 1. Температура и давление труб

Номер	Компонент	Давление (Кг/см2)	Температура (°C)
1	Экономайзер	305	358
2	Печь	274	414.3
3	Сепаратор	265	482.4
4	LTSH (низкотемпературный суперобогреватель)	258	529.6
5	SH (DIV.PANEL)	246	569
6	FSH (Последний Супернагреватель)	500	569
7	Подогреватель	-	-

2.1.3. Расход пара

Как показано на рисунке 2, необходимо визуализировать процесс генерации пара, поскольку визуализация может облегчить наше понимание процесса превращения воды в пар.

Рисунок 2 - Поток пара на теплоэлектростанции Сиребон

3. Проектирование системы

Далее обсуждаются этапы проектирования системы SCADA котла на Тиребонской ТЭЦ с использованием Wonderware Intouch. 2007. Эти шаги заключаются в следующем:

3.1. Создание шаблона создателя.

Создание создателя шаблонов - первый шаг в проектировании системы SCADA [7]. Его функция заключается в классификации типов компонентов, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 - Отображение шаблонов

Этот инструмент оснащен функцией «добавить участника». Эта функция заключается в добавлении имен компонентов, подлежащих классификации. Возьмем для примера компоненты турбины. Существует четыре типа компонентов, включая HP (высокое давление), IP (промежуточное давление), LPA (низкое давление A) и LPB (низкое давление B). И дискретный относится к типам тегов. Детали показаны на рисунке 4.

Рисунок 4 - Добавить функцию участника

3.2. Создание словаря тэгов

Второй шаг - организация словаря тэгов. Этот инструмент используется для добавления идентичности к каждому компоненту для легкого распознавания при вставке сценариев анимации [8].

3.3. Создание анимационной ссылки

Третий шаг - создание анимационной ссылки. Этот инструмент используется для добавления компонентов, которым был присвоен тэг.

3.4. Создание тенденции в реальном времени

Следующим шагом является создание тренда в реальном времени. Этот инструмент предназначен для проверки состояния системы при работе. В этом инструменте есть параметры, настроенные в соответствии со спецификацией Сиребонской ТЭЦ. В этом инструменте 13 параметров. Это параметры давления и температуры экономайзера, печи, низкотемпературного супернагревателя, супернагревателя DIV. Панель, конечный супернагреватель, подогреватель и входной поток экономайзера питательной воды.

3.5. Создание исторической тенденции

Следующим шагом является создание исторической тенденции. Этот инструмент служит системным регистратором прошлой активности [9]. Этот инструмент также может отслеживать производительность системы, чтобы можно было спроектировать время жизни каждого компонента. Из-за ограничений программного обеспечения, авторы включают в этот инструмент только 8 параметров.

3.6. Создание сигнализации в реальном времени

Седьмой шаг - создание трендовой сигнализации в реальном времени. Этот инструмент очень важен для предоставления информации и предупреждения при сбоях в работе системы.

3.7. Создание системы безопасности

Этот инструмент предназначен для сохранения права на доступ, чтобы не каждый мог получить доступ к системе. Это можно сделать, щелкнув «Специальные» в мастере окон, затем «Безопасность», затем «Выбрать тип безопасности», а затем «InTouch». Детали показаны на рисунке 5.

Рисунок 5 - Начальный этап создания системы безопасности

Затем вернитесь к «Special», нажмите «Security» и нажмите «Log on». Появится вдова, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 - Вход в систему

После этого введите желаемое имя и пароль. Доступ будет ограничен зарегистрированной учетной записью. Полная визуализация работы SCADA системы паровой электростанции с использованием программного обеспечения Wonderware In Touch представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Визуализация системы SCADA работы паровой электростанции Cirebon
с использованием Wonderware In Touch

4. Вывод

Разработка Диспетчерского учебного симулятора для генерации тепловой энергии с использованием Wonderware Intouch могла бы работать хорошо и могла фактически выполнять функции системы генерации тепловой энергии.

Литература

1. Thomas M S 2004 Design, Development, and Commissioning of a Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Laboratory for Research and Training IEEE Transactions on Power Systems 19
2. Humoreanu B and Nascu I 2012 Wastewater Treatment Plant SCADA Application IEEE International Conference on Automation, Quality and Testing, Robotics, AQTR Proceedings 575-580
3. Otani T and Kobayashi H 2013 A SCADA System Using Mobile Agents for Next Generation Distribution System IEEE Transactions On Power Delivery 28
4. Penniman A L 1924 Power Plant Auxiliaries and Their Relation to Heat Balance Transactions of the American Institute of Electrical Engineers XLIII 1 230–235
5. Normanyo E, Husinu F and Agyare O R 2014 Developing a Human Machine Interface (HMI) for Industrial Automated Systems using Siemens Simatic WinCC Flexible Advanced Software Journal of Emerging Trends in Computing and Information Sciences 5 2 134–144
6. Portilla N B 2014 Integration of Supervisory Control with SCADA System for a Flexible Manufacturing Cell IEEE Computer Applications in Power 2 14 261–266
7. Thomas M S 2004 Design, Development and Commissioning of a Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Laboratory for Research and Training IEEE Transactions on Power Systems 19
8. Wijaksono U, Abdullah AG, Hakim DL. Design of virtual SCADA simulation system for pressurized water reactor. InAIP Conference Proceedings 2016 Feb 8 (Vol. 1708, No. 1, p. 050005). AIP Publishing.
9. Abdullah AG, Putra AP. Water Level Measurement Altitude Trainer Integrated With Human Machine Interface. Indonesian Journal of Science and Technology. 2017 Sep 17;2(2):197-210.