16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/46/3102.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 6 (46) июнь 2004 года

Новые многофункциональные контроллеры для систем управления крупными энергетическими объектами

Наука и новые технологии О. В. СЕРДЮКОВ, к. т. н., технический директор ЗАО “Модульные Системы Торнадо” Э. В. БОРИСОВ, к. т. 1134

При строительстве новых и реконструкции действующих крупных энергетических объектов возникает задача их оснащения современными микропроцессорными системами управления с рядом специфических требований, связанных с природой этих объектов. В основе построения большинства общепромышленных контроллеров лежит использование параллельной шины и централизованной обработки информации, что приводит к связанности программного обеспечения, снижению надежности, устойчивости систем управления на их основе и другим недостаткам, существенным при автоматизации крупных генерирующих энергетических объектов. Ниже излагается новый принцип построения контроллеров повышенной надежности с внутренней последовательной шиной и с разбивкой аппаратно-программного обеспечения на слабосвязанные интеллектуальные модули, каждый из которых “отвечает” за решение своей технологической задачи.

Системы управления, применяемые на крупных энергетических объектах, таких, как крупные котлоагрегаты, реакторы, турбины и энергоблоки тепловых и атомных электростанций, должны максимально исключать возможность возникновения нежелательных последствий, вызванных самой системой управления, и повышать надежность функционирования объекта. Ошибочный выбор системы управления с неадекватной требованиям задачи архитектурой может привести к невозможности решения задачи управления объектом либо к серьезным последствиям при эксплуатации объекта, оснащенного несовершенной системой управления. Поэтому применение адекватной решаемым задачам архитектуры системы автоматизации и ее узлов является актуальной проблемой.

Современные программно-технические комплексы (ПТК), применяемые на крупных энергообъектах, имеют сложную иерархическую структуру, включающую:
- верхний уровень, представленный автоматизированными рабочими местами (АРМ) операторов, технологов, инженеров и другого персонала, серверами, на котором используются операционные системы класса Windows, SCADA системы организации человеко-машинного интерфейса, системы управления базами данных и т.д.;
- сетевой уровень, представленный сетями верхнего и нижнего уровней, сетевыми маршрутизаторами, цифровыми кабельными связями;
- нижний уровень, представленный контроллерами, реализующими алгоритмы непосредственного управления объектом автоматизации, ввод и обработку информации, поступающей с объекта управления через датчики и исполнительные механизмы.

Особенностью ПТК, применяемых на крупных объектах энергетики, является то, что все технологическое управление объектами сосредоточено в контроллерах. АРМы и серверы верхнего уровня обеспечивают интерфейс между системой и персоналом, а сетевой уровень - взаимодействие верхнего уровня и контроллеров. По этой причине контроллеры являются ключевым элементом в системе управления и технические возможности контроллеров в основном определяют свойства ПТК.

Для контроллеров таких систем особое значение приобретают вопросы повышения надежности, безударное восстановление их функций в режиме горячей замены, автоконфигурирование, распределенная обработка информации, использование открытых технологий и другие.

Используемые в настоящее время контроллеры часто не адекватны требованиям задач управления крупными объектами энергетики, обладают высокой стоимостью и закрытой архитектурой, базирующейся на “частно-фирменных” решениях, препятствующих развитию и модификации системы.

В основе большинства из них лежит использование внутри контроллера параллельной шины и централизованной обработки информации, приводящей к связанности программного обеспечения, что накладывает серьезные препятствия в развитии и совершенствовании функций и возможностей контроллеров, сужает область их применения.

Существующие стандартные архитектуры, такие, как VME, Multibus, PC-104, ISA, PCI, и другие не удовлетворяют целому ряду специальных требований, таких, как: отсутствие критических элементов отказа, наличие чрезмерной централизации обработки и управления, отсутствие “горячей” замены модулей в контроллере и другие. В результате стандартные системы объективно проигрывают ряду специализированных систем в случае их применения для автоматизации крупных энергообъектов.

Новый многофункциональный MIF-контроллер является первой российской разработкой для крупной энергетики, не уступающей по своим характеристикам контроллерам специализированных ПТК ведущих производителей, но при этом основанной только на использовании международных стандартов и технологии системной интеграции и обладающей ценой, сравнимой с ценой стандартных магистрально-модульных контроллеров, например VME.

Нами предложен принцип построения контроллеров повышенной надежности на основе внутренней последовательной шины, которая существенно более устойчива к сбоям, и разбивки аппаратно-программного обеспечения на слабосвязанные интеллектуальные модули, каждый из которых “отвечает” за решение своей технологической задачи.

Сущность подхода, использованного при построении контроллеров нового типа, заключается в следующем.

Известно, что для решения крупной и сложной задачи ее разбивают на совокупность более мелких и простых задач. Сложный объект автоматизации представляется совокупностью технологических подсистем, которые, в свою очередь, состоят из более мелких технологических функциональных узлов, а те - из совокупности агрегатов, механизмов, датчиков и т.д. В частности, в энергетических объектах выделяют три основных технологических уровня:
- уровень технологических подсистем (котел, турбина и т.д.);
- уровень технологических функциональных узлов (пылесистемы, пароперегреватели и т.д.);
- уровень технологического оборудования внутри функционального узла (задвижки, механизмы, измерительные каналы и т.д.).

Уровень технологического оборудования (или “полевой”) представлен датчиками и исполнительными механизмами, обычно взаимодействующими с вышестоящими уровнями посредством аналоговых и дискретных сигналов, передаваемых по прямым проводным связям. Этот способ сопряжения с “полевым” уровнем наиболее широко распространен сегодня, хотя последнее время очень интенсивно развивается направление интеллектуализации датчиков и исполнительных устройств.

Разбивка объекта на функциональные узлы основана на выделении отдельной технологической задачи либо нескольких тесно связанных задач в единый узел. Особенность энергетических объектов состоит в том, что внутри функционального узла может присутствовать достаточно сложный алгоритм управления с высокими требованиями по быстродействию, например многокаскадный регулятор топлива должен иметь цикл порядка 100 мс, в то время как сам функциональный узел является достаточно автономным. Интенсивность его взаимодействия с остальной системой или другими узлами на порядки ниже, чем внутри него.

Поэтому структура микропроцессорной системы управления, образованная связанными сетью автономными контроллерами, каждый из которых обслуживает свой функциональный узел, будет наиболее адекватной функционально-технологической структуре объекта и иметь минимальную интенсивность взаимосвязей между образующими ее элементами.

Предложенное решение позволило создать контроллер с архитектурой, названной нами как MIF-контролллер (Modular Intellectual Functions), обладающий достоинствами специализированных контроллеров для крупных энергетических объектов, но при этом основанный на “открытых” международных стандартах.

MIF-контролллер обладает рядом свойств, необходимых как для создания, так и для обслуживания систем управления крупными энергетическими объектами, а именно: отсутствием критических элементов отказа, высоким коэффициентом готовности, оригинальным механизмом автоматической инициализации модулей “plug-and-play” на основе “географической” адресации в контроллере, “горячей” заменой элементов без отключения питания, многопроцессорностью и распределенной обработкой и управлением, возможностью создания структур с любой глубиной резервирования, автономностью любого модуля.

Разработанный MIF-контролллер прошел всесторонние испытания и был использован в составе программно-технических комплексов (ПТК) на ряде объектов энергетики, в том числе в энергоблоке 200 МВт Новосибирской ТЭЦ-5 и Читинской ТЭЦ-1. ПТК “Tornado-M” получил сертификат соответствия ГОСТ Р и занесен в Государственный реестр средств измерений. Эксплуатация контроллеров в составе внедренных систем в течение двух лет показала их высокую надежность - за это время не было зафиксировано ни одного системного сбоя. Благодаря малой связанности аппаратурно-программных средств в разработаннгом контроллере обеспечивается параллельность наладки различных систем объекта. Так, на 500-тонном пулеугольном котле Бийской ТЭЦ-1 пусковой комплекс был налажен меньше чем за месяц.

Работа выполнялась при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Применение такого контроллера, естественно, не ограничивается только областью крупной энергетики. Он может с успехом применяться и в других областях промышленной автоматики.

Кабельная арматура, Кабель, Сети , Топливо, Турбины, ТЭЦ, Провод, Система автоматизации, Электростанция,

Новые многофункциональные контроллеры для систем управления крупными энергетическими объектамиКод PHP" data-description="При строительстве новых и реконструкции действующих крупных энергетических объектов возникает задача их оснащения современными микропроцессорными системами управления с рядом специфических требований, связанных с природой этих объектов. В основе построения большинства общепромышленных контроллеров лежит использование параллельной шины и централизованной обработки информации, что приводит к связанности программного обеспечения, снижению " data-url="https://www.eprussia.ru/epr/46/3102.htm"" data-image="https://www.eprussia.ru/upload/share.jpg" >

Отправить на Email


Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.