автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Оптимизация взаимодействия подсистем автоматизации теплоэнергетических объектов

На правах рукописи

ТАРАСОВ ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ

Оптимизация взаимодействия подсистем автоматизации теплоэнергетических объектов

Специальность 05.13.06- Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в энергетике)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы управления тепловыми процессами» Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Аракелян Эдик Койрунович

Официальные оппоненты. доктор технических наук

Давыдов Наум Ильич

Ведущая организация'

кандидат технических наук Уланов Александр Георгиевич ОАО «Электроцентроналадка»

Защита диссертации состоится Я^ноября 2005 г в 14 00 в аудитории Б-205 на заседании диссертационного совета Д 212 157 14 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу г Москва, Красноказарменная ул , дом 17

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим присылать по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул., дом 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МЭИ (ТУ)

Автореферат разослан _октября 2005 г

Ученый секретарь

/

диссертационного совета Д 212 157.14

ювВ.Д.

к.т.н., доцент

100^4

Ъноъ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные предприятия не только выпускают промышленную продукцию, но и «вырабатывают» информацию, которую необходимо собирать, контролировать, взаимоувязывать и анализировать. В качестве источников данных выступают различные подсистемы - SCADA, DCS, лабораторные системы, реляционные базы данных, пакеты автоматизации бизнес процессов и т.д. Как правило, эти системы разобщены, и информация между ними не передается, либо для этого требуется достаточно громоздкая и длительная процедура. С другой стороны, любое предприятие - это единый организм, разделение его на независимые подсистемы обработки данных достаточно искусственно и ограничивает возможности по эффективному управлению.

Глобальная интеграция приложений и пользователей в масштабе предприятия объективно сдерживается разнообразием используемых технических и программных средств и отсутствием единой платформы на уровне предприятия (тем более на уровне энергосистемы, отрасли). Кроме того, единое информационное решение на предприятиях вряд ли возможно ввиду уже вложенных больших финансовых средств в существующие системы автоматизации. Поэтому приходится согласиться с тем фактом, что различные подсистемы автоматизации есть и будут, а решение проблемы интеграции следует искать в средствах объединения «островов автоматизации» на базе некоторой стандартной платформы.

Это многообразие приводит к тому, что, вводя новые подсистемы АСУ ТП необходимо обеспечивать их взаимодействие с существующими. В процессах, где участвует несколько субподрядчиков, нужно обеспечивать совместимость и взаимодействие подсистем от разных производителей. При этом ocipo встает вопрос, кому придется модифицировать свою подсистему для обеспечения совместимости. В этой ситуации много времени приходится тратить на проработку взаимодействия подсистем, зачастую изменяя и добавляя в них новые коммуникационные элементы. Архитектура таких систем становится громоздкой, искусственной и трудно модифицируемой.

Т.о. создание методической основы и программно-технических рекомендаций по оптимальной интеграции подсистем автоматизации теплоэнергетических объектов в единую глобальную инте охваты-

"ЗИ75Я

вающую все ее жизненно-важные аспекты функционирования, является весьма актуальной задачей.

Научная новизна работы состоит в:

- применении методов и процедур анализа иерархий к оптимизации взаимодействия подсистем автоматизации на энергетических объектах;

- разработке методических основ и подходов с их теоретической проработкой по оптимальному объединению на электростанциях разрозненных и разнородных подсистем автоматизации.

Практическая значимость работы заключается в:

- создании единой методической основы для оптимизации взаимодействия на энергетических объектах разрозненных систем автоматизации;

- разработке программных и технических рекомендаций для создания интегрированных систем управления энергетическими объектами;

- реализации на основе предложенных методических подходов и рекомендаций реально действующей интегрированной АСУ ТЭЦ.

Диссертант выносит на защиту:

- новый методический подход к созданию интегрированной АСУ ТЭЦ;

- способ объединения разнородных систем автоматизации на базе "резидентного шлюза" как оптимальный с экономической и технологической точек зрения;

- технические решения по повышению производительности производственных сетей на основе их сегментации и использования протоколов с повышенной пропускной способностью как наиболее подходящих для ТЭЦ.

Достоверность и обоснованность результатов работы и выводов обеспечивается:

- использованием для анализа данных из первоисточников и от компетентных специалистов;

- работоспособностью реализованной на практике интегрированной АСУ ТЭЦ -27 ОАО МОСЭНЕРГО.

Апробация работы. Основные положения, решения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

1. научно-техническом совете РАО ЕЭС России (28.11.2001);

2. научно-Технической конференции «Системное и приборное обеспечение

4

автоматизации технологических процессов производств» (Москва, НИИ Теплоприбор, 5.12.2001);

3. международной конференции «Эффективное оборудование и новые технологии - в Российскую тепловую энергетику» (Москва, ВТИ, 9.10.2001);

4. на международных научных конференциях СОЫТКОЬ-2000 и СОШЖ)Ь-2003 (Москва, МЭИ, 29.09.2000 и 23.10.2003);

5. заседаниях кафедры АСУ ТП МЭИ (ТУ).

Публикации. Основные положения и результаты диссертации отражены в шести печатных трудах.

Личный вклад автора состоит в следующем:

- объединении и анализе технической документации на различные программно-технические системы и средства, с выработкой рекомендаций по их использованию;

- разработке концепции резидентного шлюза, обеспечивающего взаимодействие подсистем управления;

- практической реализации интегрированной АСУ ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго" на базе разработанной стратегии оптимизации взаимодействия подсистем автоматизации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, 11 приложений и библиографического списка использованной литературы из 144 наименований. Она изложена на 129 страницах основного машинописного текста, включает 39 рисунков и 9 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены современные тенденции развития микропроцессорных программно-технических комплексов. Произведен обзор современных средств промышленной автоматизации, и конкретно для энергетики, а также анализ используемых ПТК в энергетике и требований к ним.

На сегодня рынок средств промышленной автоматизации производства характеризуют:

- высокая конкуренция сотен фирм, выпускающих однотипные средства автоматизации и распространяющих их в разных странах;

- наличие как очень крупных разработчиков средств, так и достаточно мелких системных интеграторов, зачастую предлагающих продукцию близкого качества;

- быстрое развитие микропроцессорных элементов, позволяющее производителям программно-технических средств (ПТК) модернизировать технические средства каждые несколько лет;

- существованием международных организаций и объединений крупнейших фирм, работающих в области унификации средств автоматизации.

Дальнейшее углубление и совершенствование этих свойств прогнозируются и на ближайшие годы, чему способствуют основные направления развития программных и технических средств:

- международная типизация и стандартизация отдельных программных и технических средств, повышающая их качественный уровень и облегчающая взаимодействие средств разных фирм; типизация является основой развития и совершенствования всех видов средств, охватывая все большее число разных характеристик, имеющих важное значение для пользователей; (сами стандарты получены путем открытого обсуждения их проектов между ведущими производителями средств и их крупнейшими пользователями);

- открытость программных и технических средств разных фирм друг к другу, унифицирующая их интерфейсы; такая тенденция позволяет заказчику не быть заложником фирм, продукция которых уже используется на предприятии; при каждой модификации средств автоматизации (СА) или их расширении благодаря этому свойству заказчик может выбирать новые средства из всего спектра продукции, представленного на рынке при условии наличия у новых и уже эксплуатирующихся средств открытых интерфейсов;

- модульность построения отдельных средств позволяет производить сборку конкретных средств и систем с индивидуальными свойствами из набора типовых модулей; развитие этой тенденции наряду с открытостью и стандартизацией позволяет системным интеграторам собирать из готовых модулей разных производителей необходимые системы управления.

С каждым годом уменьшается число фирм, которые сами разрабатывают для своего ПТК оригинальные БСАБА-программы, и растет число, специализиро-

ванных фирм, которые выпускают открытые SCADA-программы, используемые практически с любыми ПТК. Открытость SCADA-программ обеспечивается рядом факторов:

- возможностью их работы в типовых операционных средах;

- наличием типовых программных интерфейсов (DDE. OLE, ODBS, SQL и др.), связывающих их с другими программами и СУБД;

- включением специальных драйверов для связи SCADA-программ с наиболее популярными контроллерами разных фирм (в ведущих открытых SCADA-программах имеется несколько сотен различных драйверов);

- присутствием в них особого инструментального средства для создания новых драйверов.

Несмотря на разнообразие предложений, использование существующих средств для построения АСУТП энергетических объектов порождает ряд серьезных проблем:

- традиционные многоканальные контроллеры требуют больших средств на приобретение сопутствующего оборудования (шкафов, кабелей, пультов местного управления) и выполнение проектных и монтажных работ;

- при модернизации существующих СУ возникает проблема размещения шкафов контроллеров в заполненных оборудованием релейных и щитовых помещениях;

- распределенные системы управления (РСУ), построенные на «сетевых» микропроцессорных датчиках и индивидуальных контроллерах на каждый ИМ, оказываются дороги и недостаточно надежны для автоматизации крупных территориально сосредоточенных объектов типа энергоблока (их узким местом становится нерезервированная низкоскоростная полевая сеть, а затраты на микропроцессорные устройства возрастают так резко, что экономия сигнального кабеля не способна их компенсировать)

Решение указанных проблем требует нахождения компромисса между распределенностью, надежностью и стоимостью компонентов ПТК. Обеспечение требуемых качественных характеристик ПТК (надежность, функциональность, удобство в эксплуатации и т.п.) должно сопровождаться минимизацией суммарной (совокупной) стоимости внедрения АСУТП на его основе. Можно показать, что минимизация совокупной стоимости внедрения ПТК при постоянных качественных характеристиках обеспечивает минимизацию совокупной стой-

мости (ремонт и обслуживание за время жизни изделия).

Современные многоуровневые РСУ строятся по объектному принципу - каждый уровень АСУТП соответствует некоторому уровню технологического объекта управления (ТОУ), а каждому элементу АСУТП - один или несколько элементов ТОУ соответствующего уровня. Установление такого соответствия значительно повышает надежность системы и уменьшает интенсивность сетевых обменов, т.к. ввод/вывод информации и ее обработка максимально локализуются.

Несмотря на мировую тенденцию к типизации и стандартизации отдельных программных и технических средств, все возрастающую «открытость» программных и технических средств различных фирм друг к другу, говорить о полной их интеграции (даже для вновь создаваемых АСУ ТП) по принципу «Plug And Play» в ближайшее время еще рано.

В первую очередь речь идет о возможности организации информационного обмена по сети с ПЛК и другими системами управления. Утверждение фирм производителей о том, что современные SCADA-системы стали «открытыми» часто воспринимается, как гарантия отсутствия каких бы то ни было проблем по стыковке с любыми программно-техническими средствами. На самом деле это не так:

- В отношении промышленных протоколов жесткие рамки открытости более прозрачны: надо использовать только те ПЛК, драйвер для которых разработан под конкретную SCADA-программу. Разработка же нового драйвера влечет за собой дополнительные проблемы: организационные, программные, финансовые.

- Для локальных вычислительных сетей проблема стыковки часто завуалирована словами «поддержка TCP/IP», на самом деле не являющаяся достаточным основанием того, что данные, полученные от другой системы управления, попадут в «вашу» БД. Дело в том, что в соответствии с моделью связи OSI (Open Systems Interconnection) протокол TCP/IP функционально занимает четвертый уровень (уровень транспорта). На этом уровне гарантируется надежное построение сообщений, и обеспечиваются механизмы проверки на ошибку и управление элементами потока данных. Механизм интерпретации данных уровень транспорта (т.е. любой транспортный протокол, включая TCP/IP) не предусматривает, а это значит, что без дополнительных средств

получатель не способен понять, какую именно информацию (файл, сообщение, массив данных и т.д.) передал ему отправитель. Нужен драйвер уровня приложений, идентичный используемому в другой АСУ. На сегодняшний день нет такого единого драйвера для АСУ ТП, у каждой 5САОА-программы он свой.

- Кроме протокольных проблем остается проблема взаимопонимания между специалистами (разработчиками разных систем): сверки терминов, понимания решаемых задач и т.д. Также необходимо четко определиться по сетевому взаимодействию, объему параметров и представлению их в двоичном виде, а также по интерпретации блоков данных (какую информацию несет бит данных).

Все вышеизложенное относится в первую очередь к вновь создаваемым АСУ, а с учетом уже существующих АСУ, замена которых в ближайшем будущем (по различным причинам, в том числе и экономическим) не представляется возможным, интеграция различных программно-технических средств друг с другом (в том числе и действующих) невозможна без дополнительных разработок.

Во второй главе, на основе результатов анализ первой главы, излагается методика выбора оптимальной архитектуры системной сети для интегрированной АСУ ТП ТЭЦ, исходящая из следующих предпосылок:

1. В системе существуют как постоянные короткие (сотни байтов), так и длинные эпизодические сообщения. Первые связаны с постоянными оперативными запросами к контроллерам, командами ручного управления и записями в архив; вторые - с эпизодическими запросами к архиву (тренды и т.п.) и серверу БД. Поток оперативных сообщений оценивается в 1020 тысяч сигналов в секунду, а длина неоперативных сообщений - в 10-20 Мбайт. На оперативном фоне необходимо достигнуть задержек при передаче сообщений между абонентами сети 0,1 секунда (с вероятностью 99%). На неоперативном фоне допустима задержка до 1-2 секунд (предполагается, что данные сообщения достаточно редки).

2. Должна обеспечиваться живучесть системы при отказе отдельных сетевых компонентов; особое внимание должно быть обращено на недопустимость одновременной потери контроля и управления крупными единицами технологического оборудования или большим числом более мелких

9

единиц.

3 Возможность подключения к сети удаленных (до 5 км) абонентов

4. Должна обеспечиваться надежность обмена информацией на фоне высокого уровня промышленных помех.

5. Должна обеспечиваться масштабируемость системы.

6. Сетевая архитектура должна быть способна к модернизации с учетом быстрого развития в сфере информационных технологий.

Методика строится на основе теории многоуровневых иерархических систем. В этой же главе ТЭЦ представляется в виде такой системы с декомпозицией математических моделей, целей и принятия решений. Практическая реализация данного подхода рассмотрена на примере автоматизации пуско-остановочных режимов энергоблока ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго", где ведущая роль принадлежит пошаговому логическому управлению.

В этой же главе рассмотрены ограничения традиционных сетевых технологий (Ethernet, Token Ring), основанных на разделяемых средах передачи данных. Увеличение мощности информационных потоков в системе, связанное с охватом новых контуров управления, увеличением количества решаемых задач, повышением требований к надежности и точности данных ведет к проблеме нехватки возможностей имеющихся на станции сетей для своевременной передачи информации. Для повышения пропускной способности сетей в АСУ ТЭЦ-27 на основе анализа существующих подходов к эффективному построению ЛВС предложено использовать следующие способы:

- сегментация сетей с помощью мостов и маршрутизаторов;

- сегментация сетей с помощью коммутаторов;

- повышение пропускной способности самого протокола (использование Fast Ethernet).

Третья глава посвящена практической реализации разработанной методики, а именно, описанию архитектуры системной сети интегрированной АСУ ТП (ИАСУТП), реализованной на ТЭЦ-27 «/Мосэнерго». Сформулированы требования, которым должна удовлетворять ИАСУТП:

- соответствие существующим нормативным документам и принципам управления, сложившимся в отечественной энергетике;

- эффективное управление каждым технологическим процессом при максимально полном использовании свойств всех локальных подсистем;

- обеспечение необходимого информационного и управляющего взаимодействия между автоматическими компонентами различных подсистем, включая взаимодействия подсистем автоматизации теплотехнической и электрической частей ТЭС;

- обеспечение необходимой информации и средств дистанционного управления для оперативного персонала в соответствии с их должностными инструкциями (а не технической структурой ПТК);

- привязка всех событий, генерируемых в системе, к единому времени ТЭЦ;

обеспечение единых средств архивирования и ретроспективного анализа для всех компонентов АСУ станции;

- обеспечение всей необходимой информации для проведения расчетов оперативных и отчетных ТЭП и других расчетно-диагностических задач;

- сохранение интегрируемыми подсистемы своей автономности и соответствия ТУ производителя.

На основе систематизации и обобщения опыта интеграции подсистем автоматизации теплоэнергетических объектов в единую глобальную интегрированную АСУ станции можно сделать вывод, что оптимальным путем решения большинства возникающих при этом проблем является выделение в системе программно-технического элемента {резидентного шлюза) с возложением на него всех функций по взаимодействию различных подсистем, что освобождает от необходимости изменять уже существующие подсистемы, тк. функция их встраивания в общую систему лежит именно на нем.

На Рис.1 представлена схема подключения различных ПТК к верхнему уровню ИАСУ. Реальная схема существенно сложнее, включает в себя разнообразное коммутационное и другое оборудование, обеспечивающее, в частности, требуемую производительность, степень защиты, живучесть и надежность сетей верхнего уровня и системы в целом. Как следует из Рис.1, подключение контроллеров базового ПТК и других интегрируемых подсистем осуществляется единообразно с помощью специальных узлов - базовых или резидентных шлюзов. Для резидентных шлюзов можно назвать две основные их функции: обеспечить взаимодействие с локальной (интегрируемой) подсистемой и представить ее работу как некоторую совокупность стандартных «объектов»

При определении структуры ИАСУ учитывалось, что выделение шлюза как

Кошроиери ПТХ «кшрнрув™« певвяст«

Рис.1. Общая схема подключения ПТК различных подсистем к верхнему уровню ИАСУ ТП ТЭЦ-27

самостоятельного устройства, в частности, позволяет:

- физически распараллелить процессы, получить нужную производительность и более надежно работающее программное обеспечение (вопросы аппаратной надежности решаются выбором соответствующих технических средств и резервированием);

- разделить систему на совокупность достаточно слабо связанных подсистем, что в сочетании с сетевым коммутационным оборудованием позволяет значительно повысить живучесть ИАСУ в целом.

Структура программного обеспечения всех резидентных Шлюзов единообразна (Рис.2). С помощью резидентного Шлюза подключаемая локальная подсистема представляется для ИАСУ как совокупность технологических алгоритмов, реализуемых специальными программными модулями Шлюза. Эти алгоритмы совместно с сетевой подсистемой выполняют всс необходимые функции для соответствующего Объекта и функционально неотличимы от 'базового Алгоритма, т.е., как это принято называть в OLE технологии, реализован двоичный стандарт взаимодействия.

Подсистема ввода-вывода Шлюза выполняет необходимый набор протоколов физического уровня для связи с конкретным ПТК. Так, например, в ПТК ЦНС и ХВО используется протокол полевой шины BITBUS в спецификации Intel; в подсистеме ГРП - протокол ИРПС (RS-232, НМ МПК по ВТ); для связи с подсистемой БАРС применен RS-485 и протокол, разработанный специалистами ВЭИ и т.п.

В программном обеспечении резидентных Шлюзов можно выделить два

Рис.2. Структурная схема программного обеспечения резидентного шлюза

1. технологические Алгоритмы и сетевая подсистема образуют слой, который не зависит от типа подключаемой подсистемы, но однозначно специфицирует набор технологических свойств, которые подсистема должна реализовать как элемент ИАСУ;

2. методы доступа и алгоритмы преобразований осуществляют адаптацию параметров конкретной подсистемы, необходимую для обеспечения ра-

боты первого слоя.

В ПО Шлюза четко выделено ядро - так называемое базовое программное обеспечение. Базовое ПО представляет собой некоторый костяк приложения, которое можно оттранслировать и получить "пустой" шлюз, который даже будет работать, взаимодействовать с Инженерной станцией, хотя ничего ни полезного, ни вредного не сделает.

Основным компонентом ПО Шлюза является его исполняющая система (ИС). ИС, в частности, обеспечивает переносимость ПО Шлюза на разные платформы (DOS, Win9x, WinNT) и позволяет создавать адресуемые псевдопараллельные процессы. Каждый такой процесс наделяется стандартными свойствами (например, процесс может находиться в состоянии РАБОТА, СТОП, НЕИСПРАВЕН, ОТКЛЮЧЕН), средствами управления, диагностики, удаленной отладки и др.

Способ адресации процессов, прежде всего, определяется функциями Шлюза. С одной стороны принятая адресация учитывает особенности ПТК КВИНТ, в котором алгоритм обычно помещается в программный раздел контроллера, который в свою очередь подключен к некоторому базовому шлюзу ПТК. С другой стороны эта адресация позволяет естественным образом строить процессы для управления, например, несколькими адаптерами BITBUS, каждый из которых порождает несколько процессов в соответствии с числом контроллеров на магистрали, которые в свою очередь порождают процессы, соответствующие задачам контроллера. Так как состав процессов при работе Шлюза не меняется, то удалось достаточно эффективно реализовать выполнение большого числа псевдопараллельных процессов с древовидной адресацией. На процессоре типа ¡486DX-66 цикл обслуживания всех процессов не превосходит нескольких миллисекунд.

ПО Шлюза включает библиотеку классов, облегчающих создание конкретных реализаций Шлюза. Так, например, для создания нового технологического Алгоритма разработчику нужно реализовать только несколько виртуальных функций базового класса. Базовый класс скрывает от Алгоритма большинство относительно сложных функций, требующих детального понимания работы системы (например, взаимодействие с другими Алгоритмами других шлюзов) и предоставляет минимально-достаточный функционально очевидный сервис (функции типа «прочитать вход» или «сформировать событие»).

Таким образом, сложность разработки нового шлюза определяется главным образом объективной сложностью технологических взаимосвязей с подключаемым ПТК.

Одним из наиболее важных компонентов при создании интегрированной АСУ является так называемый Конфигуратор резидентных Шлюзов. С одной стороны Конфигуратор входит в состав инструментальных средств Шлюза, с другой - является неотъемлемой частью САПР всей системы. Конфигуратор представляет собой специализированную базу данных и соответствующий интерактивный интерфейс, которые позволяют осуществить параметрическую настройку всех компонентов Шлюза. Так же как Шлюз, Конфигуратор имеет два слоя. Первый слой не зависит от типа подключаемого ПТК, определяет состав Алгоритмов и такие их свойства, как технологическое имя, сетевой адрес и некоторые другие. Эти данные Конфигуратор экспортирует в САПР, на основании которых САПР создает соответствующие Объекты. После того, как этим Объектам будут назначены все необходимые свойства (марка, шкала и др.), САПР возвращает необходимые данные в Конфигуратор. Другими словами, существует некоторый механизм, обеспечивающий целостность конфигурации как при создании новой, так и при внесении изменений в уже существующую.

Второй слой Конфигуратора настраивает компоненты Шлюза в соответствии с требованиями подключаемого ПТК, привязывает входы-выходы Алгоритмов к оперативной базе, назначает адреса регистров адаптеров связи, устанавливает канальную скорость и т.д. Здесь следует отметить, что, использую значительные вычислительные мощности Шлюза, Конфигуратор может осуществлять весьма тонкие и сложные алгоритмы оптимизации доступа к параметрам ПТК. В этих алгоритмах учитываются как технологические требования к реактивности системы, так и пропускная способность каналов связи, а также особенности используемых протоколов (подобные функции практически отсутствуют даже в самых последних современных 8САОА системах).

Изложенные выше принципы создания интегрированной АСУ ТП привели к четкой и строгой последовательности шагов, необходимых для включения некоторой локальной подсистемы в ИАСУ:

1. Сформулировать, какие технологические функции локальной подсистемы должны быть интегрированы в ИАСУ.

2. Представить перечисленные функции в виде некоторой совокупности

Объектов.

3. Провести анализ технологического программного обеспечения локальной подсистемы и составить список технологических параметров, необходимых для реализации указанных Объектов.

4. Разработать алгоритмы преобразований и косвенных вычислений недостающих параметров, если возникает такая необходимость. Согласованные материалы по пп. 1-4 представляют собой не что иное,

как четкое, однозначно трактуемое техническое задание на подсистему ИАСУ. На основании этого ТЗ необходимо разработать частные ТЗ на программирование соответствующих компонентов резидентного Шлюза.

1. Запрограммировать недостающие компоненты Шлюза.

2. Доработать "второй слой" Конфигуратора.

3. Сконфигурировать Шлюз.

Четвертая глава диссертационной работы посвящена описанию последовательности внедрения интегрированной АСУ ТП ТЭЦ-27, а также оценке надежности внедряемых средств автоматизации. Проведенный надежностный анализ показал, что:

1. Авторегуляторы, выполненные на технических средствах "КВИНТ" по надежности превосходят электронные регуляторы традиционных аналоговых исполнений.

2. Запас аппаратной надежности принятых решений позволяет рекомендовать переход на односменное обслуживание авторегуляторов блока.

3. Надежность авторегуляторов лимитируется недостаточной надежностью исполнительных механизмов.

4. Схема электропитания аналоговых датчиков не полностью удовлетворяет требованиям надежности. Следует вернуться к ее дополнительной проработке.

В настоящее время ИАСУ ТП ТЭЦ-27 включает следующие системы:

- АСУ ТП энергоблоков №1 и № 2:

. Котел 1,2; турбина 1, 2; ОСО 1,2;

• газораспределительная подстанция ГРП - «Ломиконт-110»;

• циркуляционные насосные станции ЦНС - «ТСМ-51»;

• пиковая водогрейная котельная (ОСО ПВК, ВК-5 и т.д.) и др.

- АСУ электрической части:

. КРУЭ-220. ГРУ 10, КРУ 10, КРУ6;

• терминалы релейной защиты и автоматики (КРУЭ-220, ГРУ 10. КРУ 10, КРУ6) - «АББ»;

• регистраторы аварийных событий (КРУЭ-220, ГРУ 10, КРУ 10, КРУ6) - «БАРС».

- АСУ системы цеха химической подготовки воды

• реагентное хозяйство, подпитка теплосети, обессоливающая установка, солевая скважина, коррекционная обработка воды, разбавление засоленных стоков, узел ливневых насосных станций, канализационная насосная станция и др. - «ТСМ-51».

Верхний уровень ИАСУ ТП реализован на базе ПТК КВИНТ и представляет собой совокупность:

автоматизированных рабочих мест (операторских станций - ОС), специализированных в соответствии с должностными инструкциями оперативного персонала станции;

- ОС начальников смен станции, начальников цехов, руководства станции, ПТО и др.;

- средств архивирования оперативной технологической информации, расчетных данных, ТЭП, состояния оборудования, действий оперативного персонала и др.;

- средств связи с вышестоящими уровнями иерархии управления.

На уровне контроллеров, непосредственно взаимодействующих с технологическим оборудованием, используются:

- контроллеры Р210 ПТК КВИНТ (разработка НИИТеплоприбор, производство АО Элара);

- микропроцессорные защиты производства «АББ Реле Чебоксары» и фирмы АББ;

- быстродействующие регистраторы аварийных событий «БАРС» (разработка ВЭИ, производство АО «Элара»);

- контроллеры Ломиконт Л-110 производства АО «Электроприбор»;

- контроллеры ТСМ51, разработка АО «Текон», производство АО «Электроприбор» и АО «Текон».

В таблице 1 приведены количественные характеристики - число объектов типа аналоговый/дискретный вход, задвижка, двигатель и т.п. Выделено коли-

17

чество объектов, реализуемых базовыми ГГГК (Р-200), и в ПТК других подсистем. Из таблицы видно, что использование различных подсистем не только значительно увеличило информационный объем системы, но и качественно изменило возможности, предоставляемые оперативному персоналу.

Таблица 1.

АРМ оператора-технолога Число объектов, реализуемых Общее число объектов

ПТК Р-200 Другими подсистемами

Блочный щит управления: Блока №1 Блока №2 6200 2635 325 -ЦНС (ТКМ-51) 240-ГРП (Л-110) 6200 3200

Центральный щит управления 7010 1490 -АББ I 9400 900 - БАРС |

Цех химической водоочистки 3050 - ТСМ-51 3050

Щит управления ПВК

Интегрированная АСУ ТЭЦ-27 - не просто совокупность разнотипных контроллеров, реализующих набор функций. Простое соединений нескольких даже самых хороших программно-технических средств, как правило, не дает положительного эффекта, а иногда даже ухудшает характеристики отдельных компонентов. Только многоуровневая тесная интеграция в рамках заранее определенной концепции позволяет получить новое качество, так называемый системный эффект. Вот основные положения:

- локальные подсистемы интегрируются в базовый ПТК целиком (со своими сетями, устройствами верхнего уровня, системой единого времени и программами);

- локальные подсистемы автономны, т.е при нарушении связи с базовым ПТК они хотя и теряют часть функций (единое время, архивирование), но остаются полностью работоспособны;

- задачи решаются одновременно на нескольких уровнях - контроллерном, верхнем уровне АСУ ТП, уровне АСУ П;

- все подсистемы работают в едином информационном пространстве (единая система архивирования и ретроспективного анализа, единые принципы представления информации, единая база данных, единое время и т.д.);

- осуществляется взаимообмен информацией между АСУ ТП и АСУ П. Дальнейшее развитие автоматизированной системы управления производством ТЭЦ-27 направлено на обеспечение решения следующих задач: создание информационно-управляющей системы предприятия, организации электронного документооборота, накопления и обработки бизнес-информации о хозяйственной деятельности предприятия для принятие на ее основе управленческих решений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведен обзор современных программно-технических средств промышленной автоматизации и анализ тенденций их развития, показавшие, что интеграция разнородных систем на их основе невозможна сегодня без серьезных доработок и научной методической базы.

2. Для преодоления имеющихся ограничений программно-технических средств и сетевых технологий, связанных с увеличением информационных потоков при внедрении новых диагностических, расчетных, экономических, управленческих задач в рамках интегрированной АСУ предприятия на ТЭЦ-27 разработана и применена методика оптимизации взаимодействия подсистем автоматизации.

3. Предложено новое программно-техническое решение при построении интегрированной АСУ ТЭЦ, заключающееся в выделение в ИАСУ программно-технического элемента (резидентного шлюза) с возложением на него функций по взаимодействию различных (в программном и аппаратном планах) подсистем между собой.

4. Предложены в качестве оптимальных для объектов энергетики программно-технические решения по повышению пропускной способности сетей на основе их сегментации и применения протоколов с более высокой скоростью передачи данных.

5. Произведена комплексная оценка надежности внедряемых средств автоматизация, сделаны выводы по путям повышения итоговой надежности интегрированной АСУ ТЭЦ.

№18 8 19

6. Предложенная методика и программно-технические решения позволили максимально эффективно использовать возможности интегрированной АСУ

1. Долинин И.В., Тарасов Д.В, Оптимизация структуры сети и информационных потоков интегрированной АСУ ТЭЦ-27 «Мосэнерго» // Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП. Междунар. научн. конф. CONTROL-2003.- Москва, 2003.-С. 17-20.

2. Долинин И.В., Тарасов Д.В., Гельфанд А.М., Яхин Е.А. Интегрированная АСУ ТП ТЭЦ-27. Технология интеграции // Датчики и системы.- 2000 - № 2,- С. 49-52.

3. Долинин И.В., Курносое Н.М., Тарасов Д.В., Яхин Е.А. Опыт внедрения интегрированной АСУ ТП на ТЭЦ-27 Мосэнерго // Сборник докладов 80 лет ВТИ под общей редакцией члена-корреспондента РАН Ольховского Г.Г.Москва, 2001.-С. 65-71.

4. Долинин И.В., Тарасов Д.В. Интегрированная АСУ ТЭЦ-27 // Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП. Междунар. научн. конф. CONTROL-2000.-Москва, 2000 - С. 48-51.

5. Долинин И.В., Горожанкин П.А., Тарасов Д.В. Опыт интеграции задач АСУ П и АСУ ТП на ТЭЦ-27 ОАО Мосэнерго // Информационно-методические материалы. Опыт разработки, внедрения и эксплуатации автоматизированных систем управления предприятием тепловых и атомных электростанций. Раздел №45: Опыт внедрения пользовательских приложений АСУ П электростанций - Москва, ЭНАС, 2000,- 54 с.

6. Барский JI.A., Зайденберг Л.М., Гельфанд A.M., Говорко В.П., Тарасов Д.В. Автоматизированная система управления цехом химической водопод-готовки ТЭЦ-27 Мосэнерго // Теплоэнергетика - 1999- № 7 - С. 44-49.

Подписано в печать IS Ю< 0bГ. Зак. AfH Тир. ¡СС> П.л. Ц Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул., д. 13

ТЭЦ-27 при небольших финансовых затратах.

Основные положения диссертации отражены в следующих публщ 13403

Аннотация.

Список принятых сокращений.

Введение.

Глава 1. Современные тенденции развития микропроцессорных ПТК.

1.1. Обзор современных средств промышленной автоматизации.

1.2. ПТК для энергетики.

1.3. Требования к ПТК.

1.4. Анализ эксплуатируемых АСУ ТП в энергетике.

Выводы.

Глава 2. Выбор оптимальной архитектуры системной сети для интегрированной АСУ ТП ТЭЦ.

2.1. Основные подходы.

2.2. Иерархия математических моделей.

2.3. Декомпозиция математических моделей.

2.4. Иерархия целей и принятия решений.

2.5. Ограничения традиционных технологий (Ethernet, Token Ring), основанных на разделяемых средах передачи данных.

2.6. Fast Ethernet как развитие классического Ethernet'a.

2.6.1. Рост требований к пропускной способности локальных сетей.

2.6.2. Способы повышения пропускной способности сети.

Выводы.

Глава 3. Архитектура системной сети интегрированной АСУ ТП (реализованная на ТЭЦ-27 «Мосэнерго»).

3.1. Основные понятия.

3.2. Сетевая топология.

3.2.1. Сетевая иерархия.

3.2.2. Резервирование сетевых средств.

3.3. Сетевые технические средства.

3.4. Принципы и методика построения интегрированной АСУ ТЭЦ.

3.5. Формализация понятий и свойств ИАСУ ТЭЦ.

3.6. Принципы интегрирования.

3.7. Методика создания интегрированной АСУ ТП ТЭЦ-27.

Выводы.

Глава 4. Внедрение интегрированной АСУ ТП ТЭЦ-27.

4.1. Этапы создания интегрированной АСУ ТП ТЭЦ-27.

4.2. Оценка надежности внедряемых средств автоматизации.

4.2.1. Надежность схем электропитания устройств автоматики.

4.2.2. Схемы основного регулятора уровня в барабане котла.

4.2.3. Схемы регулятора температуры пара на выходе из котла.

4.2.4. Исходные данные для расчетов надежности.

4.2.5. Расчет надежности типовых модулей "КВИНТ".

4.2.6. Расчет надежности регуляторов.;.

Выводы.

4.3. Некоторые итоги внедрения.

Современные предприятия не только выпускают промышленную продукцию, но и «вырабатывают» информацию, которую необходимо собирать, контролировать, взаимоувязывать и анализировать. В качестве источников данных выступают различные подсистемы - средства автоматизации технологических процессов реального времени (SCADA, DCS, лабораторные системы, реляционные базы данных, пакеты автоматизации бизнес процессов и т.д.). Как правило, эти системы разобщены, и информация между ними не передается, либо для этого требуется достаточно громоздкая и длительная процедура. С другой стороны, любое предприятие - это единый организм, разделение его на независимые подсистемы обработки данных достаточно искусственно и ограничивает возможности по эффективному управлению.

Глобальная интеграция приложений и пользователей в масштабе предприятия объективно сдерживается разнообразием используемых технических и программных средств и отсутствием единой платформы на уровне предприятия (тем более на уровне энергосистемы, отрасли). Кроме того, единое информационное решение на предприятиях вряд ли возможно ввиду уже вложенных больших финансовых средств в существующие системы автоматизации. Поэтому приходится согласиться с тем фактом, что различные подсистемы автоматизации есть и будут, а решение проблемы интеграции следует искать в средствах объединения «островов автоматизации» на базе некоторой стандартной платформы.

Это многообразие приводит к тому, что, вводя новые подсистемы АСУ ТП необходимо обеспечивать их взаимодействие с существующими. В процессах, где участвует несколько субподрядчиков, нужно обеспечивать совместимость и взаимодействие подсистем от разных производителей. При этом остро встает вопрос, кому придется модифицировать свою подсистему для обеспечения совместимости. В этой ситуации много времени приходится тратить на проработку взаимодействия подсистем, зачастую изменяя и добавляя в них новые коммуникационные элементы. Архитектура таких систем становится громоздкой, искусственной и трудно модифицируемой.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать цели и задачи диссертационной работы.

Цель работы - создание методической основы и программно-технических рекомендаций по оптимальной интеграции подсистем автоматизации теплоэнергетических объектов в единую глобальную интегрированную АСУ станции, охватывающую все ее жизненно-важные аспекты функционирования.

Задачи, решаемые в работе. Систематизируя и обобщая опыт создания таких систем можно сделать вывод, что большинство проблем можно разрешить, выделив в системе программно-технический элемент (резидентный шлюз), возложив на него все функции по взаимодействию различных подсистем. Причем функция «подстраивания» лежит именно на нем, что освобождает от необходимости изменять уже существующие подсистемы.

Требования к этому элементу системы. Шлюз - это отдельный узел АСУ, связанный с подсистемами и/или контроллерами и оснащенный необходимыми, в зависимости от выполняемых функций, программными и аппаратными средствами.

Основными задачами этого узла являются:

- Сбор данных от различных подсистем АСУ и/или контроллеров, преобразование их в единый формат (логический и физический) и передача на верхний уровень для визуализации, архивирования и т.д., а также передача команд управления от верхнего уровня в формате понятном контроллерам;

- Взаимодействие между различными подсистемами АСУ ТП и/или контроллерами. Помимо разработки шлюза, в работе также решается задача выбора оптимальной сетевой топологии и сетевых средств, уровня резервирования и оптимизации информационных потоков между уровнями АСУ станции.

Научная новизна работы состоит в:

- применении методов и процедур анализа иерархий к оптимизации взаимодействия подсистем автоматизации на энергетических объектах; разработке методических основ и подходов с их теоретической проработкой по оптимальному объединению на электростанциях разрозненных и разнородных подсистем автоматизации.

Практическая значимость работы заключается в:

- создании единой методической основы для оптимизации взаимодействия на энергетических объектах разрозненных систем автоматизации;

- разработке программных и технических рекомендаций для создания интегрированных систем управления энергетическими объектами;

- реализации на основе предложенных методических подходов и рекомендаций реально действующей интегрированной АСУ ТЭЦ;

Достоверность и обоснованность результатов работы и выводов обеспечивается: использованием для анализа данных из первоисточников и от компетентных специалистов; работоспособностью реализованной на практике интегрированной АСУ ТЭЦ -27

ОАО МОСЭНЕРГО.

Личный вклад автора состоит в следующем: объединении и анализе технической документации на различные программно-технические системы и средства, с выработкой рекомендаций по их использованию; разработке концепции резидентного шлюза, обеспечивающего взаимодействие подсистем управления; практической реализации интегрированной АСУ ТЭЦ-27 ОАО "Мосэнерго" на базе разработанной стратегии оптимизации взаимодействия подсистем автоматизации.

Апробация работы. Основные положения, решения и результаты разработки докладывались на научно-техническом совете РАО ЕЭС России (28.11.2001), на научно-технической конференции «Системное и приборное обеспечение автоматизации технологических процессов производств» (Москва, НИИ Теплоприбор, 5.12.2001), на международной конференции «Эффективное оборудование и новые технологии - в Российскую тепловую энергетику» (Москва, ВТИ, 9.10.2001), на международных научных конференциях CONTROL-2000 и CONTROL-2003 (Москва, МЭИ, 29.09.2000 и 23.10.2003), на заседаниях кафедры АСУ ТП МЭИ (ТУ).

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 6 публикаций, перечень которых приведен ниже.

1. Долинин И.В., Тарасов Д.В. Оптимизация структуры сети и информационных потоков интегрированной АСУ ТЭЦ-27 «Мосэнерго» // Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП. Междунар. научн. конф. CONTROL-2003.- Москва, 2003.

2. Долинин И.В., Тарасов Д.В., Гельфанд A.M., Яхин Е.А. Интегрированная АСУ ТП ТЭЦ-27. Технология интеграции // Датчики и системы.- 2000 - № 2.

3. Долинин И.В., Курносов Н.М., Тарасов Д.В., Яхин Е.А. Опыт внедрения интегрированной АСУ ТП на ТЭЦ-27 Мосэнерго // Сборник докладов 80 лет ВТИ под общей редакцией члена-корреспондента РАН Ольховского Г.Г.- Москва, 2001.

4. Долинин И.В., Тарасов Д.В. Интегрированная АСУ ТЭЦ-27 // Теория и практика построения и функционирования АСУ ТП. Междунар. научн. конф. CONTROL-2000.- Москва, 2000.

5. Долинин И.В., Горожанкин П.А., Тарасов Д.В. Опыт интеграции задач АСУ П и АСУ ТП на ТЭЦ-27 ОАО Мосэнерго // Информационно-методические материалы. Опыт разработки, внедрения и эксплуатации автоматизированных систем управления предприятием тепловых и атомных электростанций.- Москва, ЭНАС, 2000.

6. Барский JI.A., Зайденберг JI.M., Гельфанд А.М., Говорко В.П., Тарасов Д.В.

Автоматизированная система управления цехом химической водоподготовки ТЭЦ-27 Мосэнерго // Теплоэнергетика - 1999 - № 7.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведен обзор современных программно-технических средств промышленной автоматизации и анализ тенденций их развития, показавшие, что интеграция разнородных систем на их основе невозможна сегодня без серьезных доработок и научной методической базы.

2. Для преодоления имеющихся ограничений программно-технических средств и сетевых технологий, связанных с увеличением информационных потоков при внедрении новых диагностических, расчетных, экономических, управленческих задач в рамках интегрированной АСУ предприятия на ТЭЦ-27 разработана и применена методика оптимизации взаимодействия подсистем автоматизации.

3. Предложено новое программно-техническое решение при построении интегрированной АСУ ТЭЦ, заключающееся в выделение в ИАСУ программно-технического элемента (резидентного шлюза) с возложением на него функций по взаимодействию различных (в программном и аппаратном планах) подсистем между собой.

4. Предложены в качестве оптимальных для объектов энергетики программно-технические решения по повышению пропускной способности сетей на основе их сегментации и применения протоколов с более высокой скоростью передачи данных.

5. Произведена комплексная оценка надежности внедряемых средств автоматизация, сделаны выводы по путям повышения итоговой надежности интегрированной АСУ ТЭЦ.

6. Предложенная методика и программно-технические решения позволили максимально эффективно использовать возможности интегрированной АСУ ТЭЦ-27 при небольших финансовых затратах.

Заключение

Современные электростанции не только производят электроэнергию, но и «вырабатывают» информацию, которую необходимо собирать, контролировать и анализировать. В качестве источников данных выступают различные подсистемы -средства автоматизации технологических процессов реального времени, реляционные базы данных, пакеты автоматизации бизнес-процессов и т.д.

Любое предприятие - это единый организм, разделение его на независимые подсистемы обработки данных искусственно и ограничивает возможности по эффективному управлению. Поэтому в настоящее время имеется устойчивая тенденция к объединению существующих локальных АСУ в большие интегрированные системы, позволяющие решать диагностические, расчетные, экономические, управленческие задачи.

В результате происходит значительное увеличение информационных потоков в интегрированной АСУ, как между различными ее абонентами, так и внутри локальных подсистем, постоянно повышаются требования к пропускной способности каналов между абонентами сети.

Однако программно-технические средства и сетевые технологии имеют свои ограничения, с которыми неизбежно приходиться сталкиваться при создании и дальнейшем развитии интегрированной АСУ предприятия [27].

Поэтому простое «механическое наращивание» новых задач приводит к ухудшению технических и эксплуатационных параметров интегрированной АСУ (включая локальные подсистемы), а в дальнейшем возможно полное несоответствие ее техническому заданию и требованиям нормативно-технической документации (т.е. система становится неприемлемой для эксплуатации). С другой стороны, экономический эффект от внедрения АСУ возрастает с увеличением решаемых задач, причем по мере их освоения, потребность в них только возрастает.

Одним из вариантов выхода из данной ситуации является увеличение пропускной способности сетей путем их модернизации [22] с одновременным снижением загрузки локальных сетей путем оптимизации сетевой структуры и информационных потоков интегрированной АСУ на основе принципа декомпозиции многоуровневых иерархических систем [26].

Этот подход реализован при создании интегрированной АСУ ТЭЦ-27, охватывающей все основное и вспомогательное технологическое оборудование ТЭЦ как тепломеханическое, так и электротехническое (АСУ ТП), а также производственнохозяйственную деятельность предприятия (АСУ П). При этом АСУТП и АСУ П неразрывно связаны между собой, образуя единую АСУ предприятия.

За время эксплуатации интегрированной АСУ, при практически неизменной структуре программно-технических средств, постоянно ведутся работы по внедрению новых задач, как связанных с непосредственным управлением технологическим оборудованием (например, программно-логическое управление энергоблоком - в том числе полностью автоматизированы процессы останова и пуска из различных тепловых состояний; технологическими процессами химического цеха - мехфильтры, Na-катионитовые, Я-катионитовые и т.д.), так и с реализацией расчетно-диагностических функций (например, термонапряженное состояние турбины и определение остаточного ресурса, контроль выбегов температур поверхностей нагрева, контроль и учет технической, городской, химочищеноой воды по ТЭЦ и т.д.).

Для повышения пропускной способности сетей в АСУ ТЭЦ-27 применены несколько способов:

• сегментация сетей с помощью мостов и маршрутизаторов;

• сегментация сетей с помощью коммутаторов;

• повышение пропускной способности самого протокола.

Используя принципы декомпозиции многоуровневых систем, произведена сегментация существующих сетей АСУ ТЭЦ [3].

Сегментация сетей с помощью мостов и маршрутизаторов позволила повысить пропускную способность сегментов сетей за счет их разгрузки от трафика других сегментов (для случаев, когда максимальный трафик составляет незначительную долю от внутрисистемного, поскольку мосты и маршрутизаторы не обладают высокой внутренней пропускной способностью).

Для сетей, в которых межсегментный трафик не очень отличается от внутрисегментного, применены коммутаторы (в отличие от традиционного моста они имеют большое количество портов и обеспечивают передачу данных между портами одновременно) [3].

Одновременно с этим в магистральных сетях (включая сети верхнего уровня локальных АСУ ТП) применен протокол Ethernet с более высокой битовой скоростью передачи данных (а именно: 100 Мб/с вместо 10 Мб/с). Все это позволило повысить пропускную способность сетей, тем самым, обеспечив проектные технические характеристики АСУ ТЭЦ при дальнейшем наращивании функций (включая внедрение новых приложений и расчетно-диагностических задач).

Одновременно с оптимизацией сетевой структуры АСУ ТЭЦ (включая АСУТП и

АСУ П) произведена и оптимизация информационных потоков (включая изменения в структурных схемах локальных АСУ ТП).

Так, например, при реализации автоматизации пуска/останова отдельных агрегатов и энергоблока в целом из различных тепловых состояний, а также других задач программно-логического управления выяснился ряд ограничений, связанных с использованием конкретных программно-технических средств.

Реализация задач программно-логического управления на уровне контроллеров (например, Р-200 ПТК «Квинт») с использованием существующей библиотеки алгоритмов привела к значительному увеличению времени цикла контроллеров примерно в 2-3 раза в зависимости от объема контроллерной задачи (в среднем на обработку одного алгоблока затрачивается примерно 2,5 мс). Это привело к резкому ухудшению времени реакции системы в целом и дальнейшее наращивание функций АСУ за счет увеличения объема контроллерных задач стало невозможным.

Для приведения в соответствие с проектом технических характеристик системы (в том числе и уменьшению времени реакции) на ТЭЦ-27 произведена оптимизация информационных потоков, и частично структуры локальных АСУ.

На основании анализа технологических потребностей и возможностей программно-технических средств регламентирован объем задач, решаемых на контроллерном уровне и на верхних уровнях локальных АСУ ТП, а также на уровне АСУ П. Так, например, расчет ТЭП (технико-экономических показателей) электростанции производится на трех уровнях:

• На контроллерном уровне:

Происходят 15-минутные усреднения по различным формулам в зависимости от состояния (вкл./выкл.) и режимов (растопочный, расхолаживание и т.д.) технологического оборудования с последующей записью результатов в архив локальной АСУТП (т.е. выполнение 1-го этапа расчета ТЭП).

• На блочном уровне:

На основе текущей архивной информации с помощью расчетной станции, входящей в состав локальной АСУТП, производится расчет так называемых оперативных ТЭП, а также текущих расчетных параметров, непосредственно не участвующих в контроллерных задачах. Результаты расчетов записываются в архив и выводятся на операторские станции локальной АСУТП, а также АРМы руководителей.

• На станционном уровне:

Для задачи «Расчет ТЭП электростанции» данный уровень реализуется АРМ ПТО, где производится сбор архивной информации от локальных АСУТП (энергоблоки, ХВО, электротехническое оборудование и т.д.) и дальнейшие расчеты (включая контроль технологической достоверности), позволяющие оценить фактические и нормативные ТЭП станции и сформировать отчетные документы.

Таким образом, весь алгоритм расчета ТЭП реализован не в одном месте, а частями на разных уровнях интегрированной АСУ ТЭЦ (причем, два уровня относятся к локальным АСУТП, а один к АСУ П). Одновременно результаты промежуточных расчетов использованы для решения других задач как АСУ П, так и АСУТП, а также для дальнейших расчетов с учетом решения других задач, как правило производственно-технического назначения.

Еще одним эффективным способом оптимизации информационных потоков, применяемым в интегрированной АСУТП ТЭЦ-27 является выделение отдельной станции в локальных АСУТП для реализации программно-логического управления. Как уже отмечалось выше, в частности, попытки автоматизации пусковых (из различных тепловых состояний) и остановочных режимов энергоблоков на контроллерном уровне привели к недопустимым ухудшениям технических характеристик локальных АСУТП. Для устранения этого были жестко регламентированы задачи программно-логического управления в контроллерах (блокировки, запреты и т.д.) и на верхнем уровне локальных АСУТП (в том числе все задачи программно-логического управления технологическим оборудованием, выполняемые периодически, а не постоянно).

К таким задачам можно отнести остановы/пуски энергоблоков из различных тепловых состояний, подключение/отключение групп оборудования по энергоблокам, химводоочистке (например, различные фильтры) и т.д.

Эти задачи реализованы в отдельной (добавленной) станции верхнего уровня локальных АСУТП - «станции ПЛУ» и запускаются по запросу оператора-технолога с операторской станции локальной АСУТП. Оператор-технолог как бы включает «автомат» для решения конкретной технологической задачи, при этом надежность системы в целом не снижается, т.к. оператор-технолог может в любой момент (в том числе и при отказе станции ПЛУ) перейти на ручной режим.

Вместе с тем такое решение позволило без ухудшения технических характеристик АСУТП продолжать дальнейшее наращивание функций программно-логического управления (от управления отдельными технологическими узлами, агрегатами до управления установкой в целом), что подтверждено конкретными реализациями.

Кроме того, такой подход значительно сократил трудозатраты и время внедрения задач (т.к. контроллерные задачи остаются без изменений, а внесение изменений и отладку задач ПЛУ можно производить на «ходу»).

1. Плетнев Г.Г1. Автоматизированные системы управления объектами тепловых электростанций.- М.: МЭИ, 1995. 352 с.

2. Стефани Е.П. Основы построения АСУ ТП.- М.: Энергоиздат, 1982.

3. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей.- М., 2002.

4. Ястребнецкий М.А., Иванова Г.М. Надежность автоматизированных систем управления технологическими процессами.-М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Бурков В.Н. Основы математической теории иерархических систем.- М.: Наука, 1976.

6. Плетнев Г.П., Долинин И.В. Основы построения и функционирования АСУ тепловых электростанций.- М.: МЭИ, 2001.

7. Козлов Б.А., Ушаков И.А. Справочник по расчету надежности аппаратуры радиоэлектроники и автоматики.- М.: Советское радио, 1975.

8. Ястребенецкий М.А. и др. Обзор характеристик надежности систем автоматического контроля и регулирования на тепловых электростанциях. М.: Информэнерго, 1970.

9. Давыдов Н.И., Микушевич Э.З., Росич Н.П. АСУ энергоблоков с турбинами ПТ-80 ТЭЦ 27 Мосэнерго. Структурные схемы регулирования котла.- М.: ВТИ, 1993.

10. Пакет прикладных программ "Безопасность и надежность автоматизированных технологических комплексов". Харьков, Институт безопасности и надежноститехнологических систем (БЕСТ), 1992.

11. КВИНТ. Программно-технический комплекс для автоматизации производственных процессов.- М.: НИИТеплоприбор, 2000.

12. ГОСТ 17.194-76. Автоматизированные системы управления технологическими процессами. Термины и определения.- М.: Стандарты, 1975.

13. Правила технической эксплуатации. 15-е изд. перераб. и дополнен- М.: Энергоатомиздат, 1996.

14. Плетнев Г.П. Декомпозиция распределенных систем управления в теплоэнергетике // Труды международной конференции «Control-2000».- М.: МЭИ, 2000.

15. Соболев О.С. Современный мир SCADA-систем // Мир компьютерной автоматизации.- 1999.-№ 3.

16. Свиридюк A.B. Типовая система сбора и передачи информации // Приборы и системы управления.- 1998.-№ 1.

17. Власов В.А., Лебедев В.О., Комиссарчук С.Ю. и др. Особенности организации сетевого взаимодействия в АСУ ТГ1 реального времени // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 5.

18. Корнеева А.И. НТК и SCADA-системы на отечественном рынке промышленной автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры 1999-№ 12.

19. Ицкович Э.Л. Классификация микропроцессорных программно-технических комплексов // Промышленные АСУ и контроллеры,- 1999.-№ 10.

20. Кисин В.И., Беляев Л.А., Андреев B.C. ПТК «Каскад» для построения и функционирования АСУТП // Промышленные АСУ и контроллеры 2000 - № 1.

21. Ицкович Э.Л. Мировые тенденции развития микропроцессорных ПТК // Промышленные АСУ и контроллеры.- 2000.-№ 2.

22. Менделевич В.А. Идеальный ПТК для энергетики: от постановки проблемы к решению // Промышленные АСУ и контроллеры.- 2000.- № 3.

23. Барский Л.А., Гельфанд A.M., Зайденберг Л.М. и др. Автоматизированная система управления горелочными устройствами котельного агрегата АСУ ТП «Факел» // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 1.

24. Аксенов A.C. Опыт организации доставки данных в многоуровневой системе управления энергообъектами ОАО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь // Промышленные

25. АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 11.

26. Шнлин С.М., Вениаминов П.Е. Программно-технический комплекс «Сириус»: российский продукт для комплексной автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№2.

27. Гармаш В.Б., Шустов В.И., Минкин А.Д., Мишин Н.К. Опыт создания АСУ «Н.Новгород» на базе многозадачной сетевой ОС РВ QNX // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 4.

28. Прокопчик В.Ф., Вениаминов П.Е., Халтурин М.В. Опыт интеграции микропроцессорных защит линий электропередачи в систему телемеханики // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 4.

29. Гармаш В.Б., Шустов В.И., Минкин А.Д., Хасман В.Я. Программный технический комплекс «Сириус» на базе многозадачной сетевой ОС РВ QNX в Октябрьских электрических сетях ОАО Мосэнерго // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№5.

30. Елисеев В.В., Ларгин В.А., Макарова В.И., Пивоваров Г.Ю. Системы контроля и управления на базе МКСУ М для объектов тепловой и атомной энергетики // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 6.

31. Елисеев В.В., Ларгин В.А. Новое поколение средств МСКУ М // Промышленные АСУ и контроллеры 2000 - № 2.

32. Костиневич В.В. «Дирижер» программно-технический комплекс нового поколения // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 2.

33. Муругов А.Г. Выбор ПТК «Дирижер» // Промышленные АСУ и контроллеры,- 1999.-№9.

34. Цукерман Ю.Д., Волянский A.A. Опыт внедрения АСУ ТГ1 на базе программируемых логических контроллеров и персональных компьютеров // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 2.

35. Шехтман М.Б. «Круг-2000» от пакета программ к ПТК // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№3.

36. Крылов Д.Б. Разработка АСУ ТП для энергоблока 800 МВт в системе Трейс Моуд 5.0 // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 8.

37. Ковалев Н.Д. Жданов A.A. Халявка A.B. Программно-технический комплекс «Интегратор» // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999-№ 8.

38. Менделевич В.А., Зайденберг Л.М. ПТК «САРГОН» // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ И.

39. Ермилов И.В., Попов Д.Э. Интегрированное семейство средств создания системсоздания систем управления и безопасности APACS+ // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 5.

40. Ермилов И.В., Попов Д.Э. Комплекс средств для создания систем управления критическими процессами и противоаварийной защиты QUADLOG // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 7.

41. Пашкин М.Н. Valmet Автоматизация на Новокуйбышевском НПЗ // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 6.

42. Первая масштабируемая система управления производством на основе полевой шины система DeltaV™ компании Fisher-Rosemount // Промышленные АСУ и контроллеры.-1999.-№ 1.

43. Программно-технический комплекс PlantScape фирмы Honeywell // Промышленные АСУ и контроллеры 2000.- № 4.

44. Матвеев В.И. Нетрадиционный подход к традиционным ПЛК // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 3.

45. Алексеев А.А., Алексеев В.А. Микропроцессорная система автоматизации нефтеперекачивающей станции на базе контроллеров «Эмикон» // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 5.

46. Кабанов Н.Д. Данилов Н.С. Калита А.В. Сергеев Л.А. Контроллеры семейства СИКОН // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 1.

47. Плескач Н.В., Марков С.К., Макаров В.Н. Промышленные контроллеры для распределенных систем серии КОНТРАСТ // Промышленные АСУ и контроллеры.-1999.-№ 11.

48. Плескач Н.В., Марков С.К., Сергеев Е.М. Промышленный контроллер повышенной надежности КР-300И сер. КОНТРАСТ // Промышленные АСУ и контроллеры 2000.-№7.

49. Галата В.Ю., Тихонов Н.И. Семейство контроллеров Микроконт Р2 эффективное средство контроля и управления // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.- № 7.

50. Уваров А.В. Информационно-измерительный и управляющий комплекс Decont для автоматизированных систем контроля, учета и управления энергосбережением // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№№ 8, 9, 10, 11.

51. PC-совместимые контроллеры компании «ТЕКОН» // Промышленные АСУ и контроллеры.- 2000.- № 8.

52. Сизов Н.Н. Состояние и перспективы развития контроллеров Ломиконт и Ремиконт // Промышленные АСУ и контроллеры.- 2000.- № 2.

53. Алюнов В.А., Деменков Н.П. Интеллектуальный шлюз к контроллеру Ремиконт Р-130для открытых систем промышленной автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры.— 2000 № 5.

54. Автономные контроллеры ROC компании Fisher-Rosemount: измерение и управление на профессиональном уровне // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999-№ 1.

55. Каллегари A. AC-Station многофункциональные программируемые контроллеры // Промышленные АСУ и контроллеры - 1999.-№ 5.

56. Виери П., Аблин И.Е., Винниченко А.П. AutoLog логичный выбор программно-технических средств для промышленной автоматизации // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999. -№ 6.

57. Виери П. Системы дистанционного управления и сбора данных AutoLog // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 7.

58. Аблин И.Е., Винниченко А.П. Контроллеры AutoLog с использованием новейших технологий // Промышленные АСУ и контроллеры.— 1999.-№ 9.

59. Виери П., Аблин И.Е. Децентрализованная система автоматического управления AutoLog 2000 FSC // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 10.

60. Деменков Н.П., Опешанский И.В. Сетевые решения Modicon TSX Quantum // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 6.

61. Захаров Н.А. Дублированные системы управления и противоаварийной .защиты на базе оборудования GE Fanuc series // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999 № 1.

62. Захаров Н.А. Новая продукция GE Fanuc VersaMax 2000 // Промышленные АСУ и контроллеры - 1999.-№ 8.

63. Лухотин А.А. Малогабаритные встраиваемые PC-совместимые контроллеры // Промышленные АСУ и контроллеры 1999.-№ 1.

64. Универсальный контроллер UMC 800 фирмы Honeywell // Промышленные АСУ и контроллеры 2000 - № 1.

65. Ицкович И.Л., Соловьев Ю.А., Мурзенко И.В. Опыт использования открытых SCADA-программ // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999 №11.

66. Власов В.А. Лебедев В.О., Комиссарчук С.Ю. и др. Обеспечение надежности АСУ ТП с использованием комплекса программных средств MIKSSys // Промышленные АСУ и контроллеры 1999-№ 12.

67. Аблин И.Е. Комплексные решения для создания АСУТП // Промышленные АСУ и контроллеры.-2000-№ 10:

68. Куцевич H.A.SCADA-системы. Взгляд со стороны // Промышленные АСУ и контроллеры.- 2000.- № 1.

69. Альперович И.В. Переход от SCADA-пакета фирмы Intellution FIX к ее новому продукту FIX Dynamics // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.- № 5.

70. Кабанов П.Н. Система программирования контроллеров ISaGRAF для операционных систем QNX и Linux // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.- № 3.

71. Золотарев C.B. Интегрированная среда АСУТП WizFactory // Промышленные АСУ и контроллеры,- 1999.-№ 1.

72. Петров В.А., Фрейдман A.B. Построение распределенных систем управления на базе пакета WizFactory // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.- № 6.

73. Фрейдман A.B. Применение SCADA Wizcon для управления уличным освещением // Промышленные АСУ и контроллеры 1999 - № 7.

74. Золотарев C.B. Распределенная корпоративная сеть реального времени на базе операционной системы QNX // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.- № 2.

75. Минкина O.E. Инструментальный пакет VIORD microSCADA (TM) // Промышленные АСУ и контроллеры.- 1999.-№ 2.

76. Бабаджан Ф.Э. SCADA-пакет рср Vigro // Промышленные АСУ и контроллеры.-1999.-№2.

77. Альперович И.В. Пакет программ «PI System» фирмы OSI Software» -информационная инфраструктура реального времени // Промышленные АСУ и контроллеры,- 2000 № 7.

78. Описание SCADA-программы "Bridge View" фирмы National Instruments,

79. Описание SCADA-программы "Cimplicity" фирмы GE Fanuc 1999.

80. Описание SCADA-программы Citect" фирмы Ci Technologies.

81. Описание SCADA-программы "Factory Link" фирмы U.S.Data.

82. Описание SCADA-программы "Genesis 32 ver.6.0" фирмы Iconics 1999.

83. Описание SCADA-программы "FIX" фирмы Intellushion Inc.- 1999.

84. Описание SCADA-программы In Touch ver.7.11" фирмы Wanderware.- 2001.

85. Описание SCADA-программы "LooKout" фирмы National Instruments.

86. Описание SCADA-программы "Maestro NT" фирмы ABB.

87. Описание SCADA-программы "MicroSCADA" фирмы ABB.

88. Описание SCADA-программы "RealFlex ver.4.2" фирмы B.J. Software Systems.- 1993.

89. Описание SCADA-программы "RSView32" фирмы Rockwell Automation 1995.

90. Описание SCADA-программы "Satt Graf 5000" фирмы ABB.

91. Описание SCADA-программы "Sitex" фирмы Jade Software.

92. Описание SCADA-программы "SCAN 3000" фирмы Honeywell.

93. Описание SCADA-программы "Vigro 2000" фирмы Altersys.

94. Описание SCADA-программы "VinCC ver. 5.0" фирмы Siemens 1999.

95. Описание SCADA-программы "Wizcon ver.7.6" фирмы eMation.- 1998.

96. Описание SCADA-программы «Круг-2000» фирмы Круг.

97. Описание SCADA-программы «Саргон» фирмы НВТ Автоматика.- М., 1996.

98. Описание SCADA-программы «СКАТ-М» фирмы Центр программ и систем.

99. Описание SCADA-программы «RTWin CACSD» фирмы SWD Real Time System.

100. Описание SCADA-программы «Trace Mode ver.5» фирмы AdAstra M., 1998.

101. Описание SCADA-программы «Viord microSCADA» фирмы Фиорд.

102. Описание SCADA-программы «VNS» фирмы ИнКАТ M., 1995.

103. Описание ПТК «Advant Master» фирмы ABB.

104. Описание ПТК «Centrum CS/CS 3000» фирмы Yokogawa.

105. Описание nTK«Damatic XDi» фирмы Neles Automation.

106. Описание ПТК «I/A Series» фирмы Foxboro.

107. Описание ПТК «RS3» фирмы Fisher Rosemount.

108. Описание ПТК «Symfony» фирмы ABB.

109. ИЗ. Описание ПТК «TDC-3000» фирмы Honeywell.

110. Описание ПТК «КВИНТ-5» фирмы ГНЦ НИИТеплоприбор.- М., 2000.

111. Описание ПТК «Космотроника Венец» фирмы Пик Прогресс.- М., 1998.

112. Описание ПТК «СПА-ПС» фирмы АО НПК «Автоматика».- Омск, 1991.

113. Описание ПТК «Сталкер МК» фирмы АО НПО Системотехника - Иваново, 1994.

114. Описание ПТК «Teleperm XP-R» фирмы Интеравтоматика, Siemens.- M., 1997.

115. Описание ПТК «Техноконт» фирмы Техноконт.- М., 1993.

116. Описание ПТК «Эмикон 2000» фирмы ЗАО Эмикон.- М., 2000.

117. Описание ПТК «МСКУ 2М» фирмы АО Импульс Северодонецк, 2001.

118. Описание ПТК «Сириус» фирмы Реалтайм.- М., 1993.

119. Описание ПТК «Униконт» фирмы НПО Квантор Северодонецк, 1993.

120. Описание контроллеров «Allen-Bradly» серии Micrologix 1000, SLC 500, PLC 5, Control Logix фирмы Rokewell Automation.

121. Описание контроллеров «Apacs», «Quadlog» фирмы Moore Products.

122. Описание контроллеров «Direct Logic» серии DL 105, DL 205, DL 305, DL 405 фирмы Koyo Electronics.

123. Описание контроллеров «GE Fanuc» серии 90-70, 90-30, 90Micro фирмы General Electric Fanuc Automation.

124. Описание контроллеров «Free Lance 2000» фирмы Hartmann & Braun.

125. Описание контроллеров «Modicon» серии 984/А120 Compact, TSX Nano, TSX Micro,

126. TSX Premium, TSX Quantum фирмы Groupe Schneider.

127. Описание контроллеров «Moscad» фирмы Motorola.

128. Описание контроллеров «Plant Scape», «FSC» фирмы Honeywell.

129. Описание контроллеров «ROC» фирмы Fisher Rosemount.

130. Описание контроллеров «Simatic S7» фирмы Siemens AG.

131. Описание контроллеров «Sysmac» серии СVM 1, C200, CQM1, CPM1 фирмы Omron.

132. Описание контроллеров «Tricon» фирмы Triconex.

133. Описание стандартного интерфейса общения программ OLE (Object Linkinng and Embedding).

134. Описание стандартного межпрограммного протокола DDE/NetDDE (Dynamic Data Exchange).

135. Описание компонентной объектной технологии COM/DCOM (Component Object Model/Distributed Component Object Model).

136. Описание взаимодействия на базе стандартной архитектуры ActiveX.

137. Описание стандартного языка запросов к реляционным СУБД SQL (Structured Query Language).

138. Описание обмена программ с СУБД на базе стандартного драйвера ODBC (Open Data Base Connectivity).

139. Описание стандартного интерфейса взаимодействия программ в промышленных системах автоматизации ОРС (OLE for Process Control).

140. Описание стандарта на порты последовательной передачи данных EIA (RS-232, RS-422, RS-485).

141. Описание технологических языков программирования контроллеров по стандарту IEC 1131.3.