Автоматизовані системи управління технологічним процесом електростанцій

Автоматизованою системою управління технологічним процесом (АСУ ТП) називають людино-машинну систему, в якій контроль за режимом устаткування, деякі функції управління, регулювання окремих параметрів, управління комутаційними операціями і ведення частини оперативної документації виконується на ЕОМ, а ухвалення і реалізація оперативних рішень і взаємодія з іншими рівнями управління належать людині.

Структура АСУ ТП. Відповідно до ієрархічної структури управління енергетичними об'єктами АСУ в енергетиці має декілька рівнів. На вищому рівні знаходиться галузева автоматизована система управління (ОАСУ), в яку закладені функції як оперативного диспетчерського, так і виробничо-господарського управління. До складу ОАСУ входить автоматизована система диспетчерського управління Об'єднаної енергетичної системи країни. ОАСУ по обох лініях пов'язана з АСУ виробничий-енергетичних об'єднань (ПЕО) або енергосистем (ЕС) з виробничими одиницями, що входять в дане об'єднання. Потім слідують АСУ електростанцій і мереж, що включають АСУ ТП окремих об'єктів - енергоблоків, підстанцій.

Відповідно до виконуваних функцій в АСУ ТП ГЕС можна виділити дві основні частини - інформаційну і управляючу (рис. 6.4).

Інформаційна частина включає підсистеми вимірювання і сигналізації. Первинна інформація поступає від аналогових і дискретних датчиків, встановлених безпосередньо на устаткуванні енергоблоку. Підсистема проводить розрахунок і аналіз техніко-економічних показників по окремих агрегатах і по ГЕС в цілому. Після відповідної обробки інформація, отримана від підсистем вимірювання, сигналізації і обчислень, поступає до оператора на автоматизоване робоче місце (АРМ) до пристрою оперативної пам’яті (ОП). Пристрій відображення інформації (ПВІ) надає операторові необхідну інформацію в зручній для нього формі.

 

Рисунок 6.4 - Структурна схема автоматизованої системи управління технологічним процесом ГЕС

 

В управляючу частину АСУ ТП входять підсистеми дистанційного і автоматичного керування, автоматичного регулювання, захисту і блокування. Всі ці підсистеми здійснюють дискретну дію на виконавські органи - первинні регулятори, комутаційні апарати електроприводів робочих машин і блокувально-регулюючої арматури. За допомогою індивідуальних або групових ключів оператор може здійснювати дистанційне керування окремими агрегатами блоку, а решта всіх управляючих частин підсистем забезпечує автоматичну дію на устаткування блоку згідно заданим логічним програмам.

З погляду централізації виконання цих функцій і ступеня використання при цьому засобів обчислювальної техніки можна виділити три характерні варіанти структури АСУ ТП. Перший варіант припускає використання засобів обчислювальної техніки тільки в інформаційно-обчислювальних цілях, тобто для централізованого збору, обробки і передачі інформації. Результати обробки інформації і обчислювальної роботи інформаційно-обчислювальної машини (ІОМ) повідомляються операторові і допомагають йому прийняти правильні рішення по управлінню енергоблоком. Застосування обчислювальної техніки в системах управління електростанціями почалося саме з цього варіанту.

У другому варіанті засоби обчислювальної техніки застосовують не тільки для вирішення інформаційно-обчислювальних завдань, але і для цілей централізованого управління - в структурі АСУ ТП з'являється обчислювальна машина (ЕВМ) – яка складає з ІВМ єдиний комплекс. Машина, що управляє, змінює завдання (уставки) локальних автоматичних регуляторів, координує роботу логічних автоматів, контролює хід виконання операцій управління і т.п. Частина операцій управління як і раніше виконує чоловік. В даний час ця структура отримала найбільше застосування в АСУ ТП електростанцій.

У повністю централізованою АСУ ТП (третій варіант структури АСУ ТП)всі функції оперативного управління енергоблоком виконує обчислювальний комплекс УВК (ЕВМ і ІВМ), що управляє, тобто тут якнайповніше використовується можливість обчислювальної техніки.

Машина, що управляє, принципово здатна вирішити будь-яку задачу по управлінню енергоблоком за умови високого ступеня надійності засобів обчислювальної техніки. За оператором зберігається можливість виконання певних операцій управління, а також втручання в роботу ЕВМ і ІВМ, тобто робота АСУ ТП відбувається в режимі діалогу чоловік - машина.

Основою АСУ ТП є функціональні групи (ФГ), в які входять робочі машини, зв'язані єдиною технологічною функцією. Функціональна група включає робочі машини з їх приводами, блоки управління 1-го рівня, які містять в собі виконавчі пристрої, що безпосередньо комутують ланцюги приводів, приймають оперативні команди від оператора, автоматичних регуляторів, технологічних захистів і від логічної частини системи управління 2-го рівня, що забезпечує виконання операцій за заданою програмою.

Особливо значний техніко-економічний ефект дає АСУ ТП, що використовує управляючий обчислювальний комплекс, який дозволяє автоматизувати інформаційні функції оперативного обслуговування. Неодмінною умовою при цьому є висока надійність засобів обчислювальної техніки.

Час напрацювання на відмову сучасних ЕОМ складає декілька сотень годин, що явно недостатньо, якщо врахувати високі вимоги до систем управління потужними енергоблоками. Підвищенню надійності АСУ ТП сприяють наступні заходи:

· резервування як самих ЕОМ, так і засобів представлення інформації операторові, тобто устаткування АРМ;

· безперервний самоконтроль функціонування УВК;

· децентралізація збору і обробки інформації і управління.

 Автоматизовані системи управління (АСУ) електричної станції повинні забезпечувати рішення задач виробничо-технологічного, оперативно-диспетчерського і організаційно-економічного управління енерговиробництвом. Ці завдання покладаються, відповідно, на:

·   автоматизовані системи управління технологічним процесом (АСУ ТП);

·   автоматизовані системи диспетчерського управління (АСДУ);

·   автоматизовані системи управління виробництвом (АСУ П).

На кожній електростанції, кожній гідроелектростанції, в кожній організації, що експлуатує електричну мережу, повинні функціонувати АСУ ТП. На диспетчерських пунктах (ДП) організацій, що експлуатують електричні і теплові мережі, в енергосистемах, органах диспетчерського управління повинні функціонувати АСДУ.

На електростанціях, в організаціях, що експлуатують електричні і теплові мережі, в енергосистемах, органах диспетчерського управління відповідного рівня повинні функціонувати АСУ П, які можуть вирішувати наступні типові комплекси завдань:

техніко-економічного планування;

управління енергоремонтом;

управління збутом електричної і теплової енергії;

управління розвитком енерговиробництва;

управління якістю продукції, стандартизацією і метрологією;

управління матеріально-технічним постачанням;

управління транспортом і перевезеннями;

управління кадрами;

підготовкою експлуатаційного персоналу;

бухгалтерського обліку;

загального управління.

Автоматичні системи управління технологічним процесом (АСУ ТП), АСДУ і АСУ П можуть функціонувати як самостійні системи і як підсистеми інтегрованих АСУ енергосистем. Вибір комплексів окремих функціональних завдань АСУ в кожній енергосистемі (на енергооб'єкті) повинен визначатися виходячи з виробничої і економічної доцільності з урахуванням раціонального використання наявних типових проектних рішень, пакетів прикладних програм і можливостей технічних засобів.

До складу комплексу технічних засобів АСУ повинні входити:

·   засоби збору і передачі інформації (датчики інформації, канали зв'язку, пристрої телемеханіки, апаратура передачі даних і т.д.);

·   засоби обробки і відображення інформації (ЕОМ, аналогові і цифрові прилади, дисплеї, пристрої друку, функціональна клавіатура і ін.);

·   засоби управління (контролери, виконавчі автомати, електротехнічна апаратура: реле, підсилювачі потужності і ін.);

·   допоміжні системи (безперебійного електроживлення.

Сучасні автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУ ТП) упроваджуються на базі розвиненої структури пристроїв мікропроцесорної техніки. Підвищення надійності, швидкодії і функціональної насиченості, а також зменшення габаритів сучасної обчислювальної техніки і споживаної нею електроенергії привело до широкого її використання для управління складними технологічними об'єктами з великою кількістю датчиків фізичних величин і керованих агрегатів.

Одна з найпростіших і популярніших структур МПС представлена на

рис. 6.5. Всі функціональні можливості системи чітко розділені на два рівні. Перший рівень складають контролери, другий - пульт оператора, який може бути представлений робочою станцією або промисловим комп'ютером. Рівень контролерів в такій системі виконує збір сигналів від датчиків, встановлених на об'єкті управління; попередню обробку сигналів (фільтрацію і масштабування); реалізацію алгоритмів управління і формування сигналів, що управляють, на виконавчі механізми об'єкту управління; передача і прийом інформації з промислової мережі. Пульт оператора формує мережеві запити до контролерів нижнього рівня, отримує від них оперативну інформацію про хід технологічного процесу, відображає на екрані монітора хід технологічного процесу в зручному для оператора вигляді, здійснює довготривале зберігання динамічної інформації (ведення архіву) про хід процесу, проводить корекцію необхідних параметрів алгоритмів управління і уставок регуляторів в контролерах нижнього рівня.

Рисунок 6.5 - Структура МПС ГЕС

 

Збільшення інформаційної потужності (кількості вхідних/вихідних змінних) об'єкту управління, розширення об’єму та функцій завдань, що вирішуються на верхньому рівні управління, підвищення показників надійності приводять до появи складніших структур програмно-технічних комплексів (рис. 6.6).

Операційні системи (ОС) сімейства Windows фірми Microsoft практично повністю завоювали ринок офісних комп'ютерів і активно освоюють рівень промислової автоматизації. Більшість серверів і робочих станцій функціонують під управлінням ОС Windows NT/2000/XP. Деякі технології Microsoft вже зараз стали промисловим стандартом.

Сервери, як правило, виконуються на базі промислових комп'ютерів і є резервованими. Найменування серверів в різних МПС розрізняється:

· сервер бази даних реального часу;

· сервер оперативної і архівної бази даних;

· сервер вводу/виводу і ін.

Основні функції:

· збір, обробка оперативних даних від пристроїв зв'язку з об'єктом і контролерів;

· передача команд управління контролерам з верхнього рівня управління;

· зберігання і відображення інформації про задані змінні;

· надання необхідній інформації клієнтським робочим станціям;

· архівація трендів, друкарських документів і протоколів подій.

 

Рисунок 6.6 - Структура МПС ГЕС із збільшенням інформаційної потужності

 

Сучасні МПС, як правило, включають станції інжинірингу, виконані на базі персональних комп'ютерів в офісному виконанні. З їх допомогою здійснюється інженерне обслуговування контролерів: програмування, наладка, настройка. У деяких МПС станції інжинірингу дозволяють проводити також інженерне обслуговування робочих станцій.

Ще одна сторона сучасних МПС пов'язана з активним проникненням Internet-технологій на рівень промислової автоматизації. Сьогодні всі провідні виробники інструментального програмного забезпечення для систем управління технологічними процесами, як зарубіжні, так і вітчизняні, вбудовують підтримку даних технологій в свої продукти.

Автоматизована системи управління технологічним процесом (АСУ ТП) розглянута на прикладі АСУ ТП Дніпровської ГЕС. Система «Централог» Дніпровської ГЕС призначена для автоматизованого управління станцією за участю оператора, який задає різні режими роботи. Система централізовано виконує функцію управління, моніторингу, а також здійснює зв'язок з диспетчерським центром. Об'єктами управління і моніторингу є гідроагрегати ГЭС-1 і ГЭС-2, ВРП 150/330 кВ, устаткування власних потреб станції.

Функціональна схема системи «Централог» представлена на рис 6.7.

Апаратна частина системи «Централог» включає дві робочі станції оператора, інженерну станцію (конфігураційний центр) і пристрої інтерфейсу (сервера обміну даних, і інші станції CVS (зв’язку) зв'язані мережею контролю CONTRONET. Архітектурно система «Централог» представлена на малюнку 6.8.

 

Рисунок 6.7 - Функціональна схема системи «Централог»

 

Станція оператора CVS виконує функції людино - машинний інтерфейсу. Кожна станція CVS оснащена клавіатурою, маніпулятором і може бути оснащена аж до трьох кольорових моніторів.

Інженерна станція ССС є головним виконавцем конфігураційних, експлуатаційних і архівних функцій. Кожна станція CСС оснащена клавіатурою, маніпулятором і кольоровим монітором.

До станції також можливі підключення модемних пристроїв, для передачі даних у віддалені диспетчерські центри.

У функцію інтерфейсних станцій CIS входить забезпечення інтерфейсного управління мережею F900 і рівнем автоматизованих робочих місць (АРМ), все це корегує система Real Time DataBase (RTDB), що формується при завантаження станції шляхом зчитування поточної бази даних з інженерної станції ССС.

Принтери системи «Централог» підключені до периферійного сервера або мережі CONTRONET мають функції роздруку екранних областей станції оператора CVS.

На Дніпровській ГЕС інтерфейсні станцій CIS підключені до подвійної оптоволоконної мережі F900. Ця можливість використана для того, щоб збільшити функціональну надійність в межах єдиної управляючої системи і системи контролю. Дві здвоєні мережі F900 приходять на кожну станцію CIS незалежно один від одного, і при втрати зв'язку одного з мереж зв'язок з контролерами не припиняється.

Рис. 6.8 – Схема пристроїв системи «Централог»