101812 (Применение интегрированных АСУ для ТЭС), страница 2

Рисунок 2 – Обобщённая схема ИАСУ предприятием

Графическое отображение укрупненной схемы модели функционирования интегрированной системы предприятия приведено на рисунке 3. Средним овалом схемы условно представлена та часть системы, в которой происходит наиболее интенсивный обмен информацией между другими подсистемами интегрированной системы предприятия. Анализ существующих разработок АСУ показывает, что, несмотря на функциональную значимость, данная часть интегрированной системы в большинстве случаев автоматизирована недостаточно. В общем случае обмен данными между бизнес-системами и АСУ ТП осуществляется по вертикали во встречных направлениях. В силу этого можно говорить о нисходящем и восходящем потоках данных.

Рисунок 3 – Укрупнённая схема модели функционирования интегрированной системы предприятия

Нисходящий поток — на нижний технологический уровень передаются производственные задания, графики работы и ремонтов, технологические регламенты, спецификации на качество вырабатываемых продуктов и др.

Восходящий поток формируется производственной информацией, поступающей с технологических участков, установок и цехов. Данные восходящего потока обеспечивают менеджеров верхнего уровня сведениями о количественных и качественных показателях переработанного сырья и продуктах переработки, технологических режимах и их нарушениях, состоянии технологического оборудования, потреблении реагентов и энергоносителей, затратах труда и др.

Даже краткий перечень информации, формирующей встречные потоки, характеризует сложность автоматизации обменных процессов. В то же время многие предприятия, специалисты информационных подразделений которых имеют мощный творческий потенциал, в целях сокращения временных и финансовых затрат, пытаются собственными силами решать частные задачи интеграции функционально неоднородных систем. В большинстве случаев такой подход позволяет добиться временного успеха, но в стратегическом смысле подобные решения необоснованны.

Во-первых, в этом случае крайне затруднительна техническая поддержка и развитие «самодельных» систем в силу низкой системной проработки принимаемых решений. Динамичное производство постоянно выдвигает новые задачи, требующие развития программного обеспечения. Во-вторых, кадровые перемещения разработчиков ПО и отсутствие формализованных описаний проведенных разработок ставят предприятие в тяжелейшее и иногда безвыходное положение. При этом необходимо отметить, что, несмотря на кажущуюся простоту, «средний» уровень системы управления не менее важен и сложен, чем ERP- или SCADA-системы.

На нижнем уровне АСУ ТП используются:

• Контрольно-измерительные приборы, необходимые для контроля за ходом ТП на данном участке

• Исполнительные механизмы, необходимые для управления ТП на данном участке

• Преобразователи сигналов, обеспечивающие связь датчиков и исполнительных механизмов с программируемыми контроллерами (при необходимости)

• Контроллеры обеспечивают ввод, обработку и вывод всех сигналов датчиков и устройств системы

• Дублированная локальная вычислительная сеть (ЛВС) 10/100 Мбит/сек – 100% «горячее» резервирование.

В системе среднего уровня АСУ ТП используются:

Серверы оперативной (архивной) базы данных на базе персональных компьютеров или серверов в комплекте с цветными графическими мониторами, клавиатурами и промышленными манипуляторами типа "мышь"

Дублированная локальная вычислительная сеть (ЛВС) 10/100 Мбит/сек – 100% «горячее» резервирование

Станция инжиниринга на базе персонального компьютера в комплекте с цветным графическим монитором, клавиатурой и манипулятором типа "мышь". Обеспечивает сетевую загрузку и модификацию ПО контроллеров, а также позволяет осуществлять диагностику контроллера и его модулей в режиме on-line.

В системе верхнего уровня АСУ ТП используются :

• Станции оператора на базе персональных компьютеров в комплекте с цветными графическими мониторами, функциональными клавиатурами и манипуляторами типа "мышь"

• Дублированная локальная вычислительная сеть (ЛВС) 10/100 Мбит/сек – 100% «горячее» резервирование

• Принтеры, подключенные через принт-сервер к локальной вычислительной сети

• Клиенты Web-Контроль обеспечивают мониторинг технологического процесса, используя стандартные программные средства Internet/Intranet (Web-браузер).

Анализ состояния и тенденций развития ИАСУ показывает, что в настоящее время в области разработки функциональной части ИАСУ наблюдаются следующие процессы:

• расширение числа компонент системы путем выделения различных подсистем в качестве самостоятельных АС;

• охват автоматизированным управлением нескольких фаз жизненного цикла изделия – от управления научно-исследовательскими разработками до непосредственного управления технологическими процессами, контроля и анализа функционирования и надежности изделия в эксплуатации;

• охват автоматизацией различных иерархических уровней управления – от управления отраслью до управления технологическими операциями на рабочих местах;

• интеграция функций управления, реализуемых на различных уровнях иерархии с различными периодами управления по всем элементам технологического цикла;

• использование методов оптимизации и адаптации ИАСУ;

• использование диалогового режима для непосредственного участия человека в процессе решения задач управления и корректировки полученных результатов.

Как уже говорилось, отличительными особенностями современной ИАСУ является модульная структура, а также возможность разработки и внедрения системы по частям с последующим ее развитием и наращиванием.

ИАСУ на современном этапе характеризует:

1) функциональная полнота, обеспечивающая автоматизацию всех видов деятельности – от технической подготовки производства до реализации готовой продукции;

2) открытость и адаптивность в отношении изменения состава функций и приспособленность к изменениям параметров объекта;

3) применение большого числа вариантов алгоритмов и методов управления;

4) представление в распоряжение пользователя персональных средств;

5) высокая скорость реакции на запросы, очень малые задержки в обработке данных;

6) возможность общения пользователя с системой в активном режиме;

7) использование средств искусственного интеллекта и экспертных систем для консультирования персонала в случае принятия управленческих решений;

8) применение средств регулярного обучения пользователей;

9) децентрализация выполняемых функций по функциональному, организационному и территориальному признакам;

10) широкое применение средств управления распределенными данными и процессами обработки данных;

11) использование сетевых методов организации коммуникации разнородной вычислительной техники, обрабатывающего оборудования и промышленных контроллеров на базе стандартных процедур взаимодействия ЭВМ в сетях (сетевых протоколах).

ИАСУ будущего имеет многоуровневый многомашинный иерархический комплекс средств автоматизации.

Сложность и комплексный подход в проектировании и эксплуатации ИАСУ требует разработки новых методик расчета экономической эффективности, которые позволят устранить имеющиеся противоречия между организациями-разработчиками и пользователями.

II РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЭС

На рисунке 4 представлена структура автоматизированной системы управления ТЭС.

Рисунок 4 – структура ИАСУ ТЭС

АСУ ТЭС представляет собой интеллектуальную систему управления сложными непрерывными технологическими, организационно-экономическими и производственно-техническими процессами на ТЭС.

Вновь создаваемая АСУ 'ГЭС должна проектироваться в виде интегрированной системы управления.

ИАСУ ТЭС — человеко-машинная многоуровневая иерархическая функционально и территориально распределенная открытая совокупность взаимоувязанных автоматизированных систем управления, объединяемые в единую систему межсистемными и локальными связями в соответствии с технологической структурой ТЭС и содержанием и иерархией задач управления ТЭС.

В ИАСУ ТЭС обеспечивается координированное управление:

• электрическими и тепломеханическими технологическими процессами на агрегатном, блочном и общестанционном уровнях управления ТЭС;

• взаимодействием общестанционного уровня управления ТЭС с уровнями управления энергосистемы и теплосети,

• процессами организационно-экономического и производственно-технического управления различными взаимодействующими структурными подразделениями ТЭС;

• технологическими процессами ТЭС и процессами производственно-технического управления структурными производственными подразделениями ТЭС.

Функциональная типовая структура ИАСУ ТЭС отображает в обобщенном виде функциональные связи между различными иерархическими уровнями управления.

Функциональными связями определяются направления основных информационных потоков, необходимых для выполнения типовых управляющих и информационных функций АСУ. Объем и интенсивность информационного обмена между компонентами ИАСУ ТЭС устанавливаются в рамках конкретного технического задания на АСУТП и АСУП, разрабатываемого заказчиком применительно к особенностям станции с учетом этапности внедрения компонентов ИАСУ и ее открытости.

Согласно функциональной типовой структуре ИАСУ ТЭС содержит два основных уровня управления:

• общестанционный уровень;

• уровень локальных АСУ:

• АСУТП энергоблоков, общестанционных технологических установок, РУ высокого напряжения;

• АСУ управленческих и структурных производственных подразделений.

Локальные АСУТП создаются для управления комплексами технологически специализированного оборудования ТЭС независимо от наличия или отсутствия на этих комплексах индивидуальных щитов оперативного управления.

Локальные АСУ имеют свою иерархию управления по их назначению.

Технической основой ИАСУ ТЭС является программно-технический комплекс (ПТК), реализованный на базе промышленных микропроцессорных устройств с использованием минимально возможного числа типов и конструктивов оборудования.

ИАСУ ТЭС выполняет управляющие, информационные и вспомогательные (сервисные) функции.

Состав управляющих и информационных функций для АСУТП и АСУП специфичен, а вспомогательные функции для обеих систем имеют общий характер. Вспомогательные функции обеспечивают:

• метрологический контроль, аттестацию, тестирование и самодиагностику устройств ПТК;

• резервирование технических средств;

• ведение нормативно-справочной информационной базы.

Программно-технические комплексы для АСУТП ТЭС и АСУП ТЭС, как и их функции, различны. Однако архитектура и все виды обеспечения АСУТП и АСУП должны определяться генеральным разработчиком АСУ ТЭС системно в рамках ПАСУ ТЭС независимо от этапности создания АСУ.

АСУТП ТЭС в составе ИАСУ ТЭС — человеко-машиннаямногоуровневая иерархическая функционально и территориально распределенная открытая система реального времени.

С помощью АСУТП ТЭС достигаются:

• эффективное управление технологическими параметрами режима эксплуатации оборудования ГЭС;

• оптимизация режимов эксплуатации;

• повышение надежности и безопасности работы автоматизируемого оборудования, оперативности и комфортности работы оперативного и обслуживающего персонала;

• обеспечение возможности взаимодействия с автоматизированными и автоматическими системами вышестоящего иерархического уровня управления энергосистемой.

АСУТП ТЭС на обоих основных уровнях управления: общестанционном и уровне локальных АСУТП - выполняет управляющие, информационные и вспомогательные функции.

В число управляющих функций входят:

• дистанционное управление;

• автоматическое регулирование и программное управление;

• автоматическое логическое управление;

• технологические защиты и блокировки.

В число информационных функции входят:

• сбор и первичная обработка входной информации;

• контроль за текущим состоянием технологического оборудования и работой автоматических устройств;

• регистрация, протоколирование и архивация данных;

• отображение информации оператору-технологу и технологическая сигнализация;

• регистрация аварийных ситуаций;

• информационно-вычислительные функции, связанные с расчетом и анализом технико-экономических показателей, анализом поведения технологических защит и противоаварийной автоматики, оперативной диагностикой оборудования и пр.;

• внутри- и межсистемный обмен информацией АСУТП и АСУП.

Перечень выполняемых функций и их содержание, состав используемого ПТК различаются для обоих уровней управления АСУТП ТЭС и различных локальных АСУТП в зависимости от назначения последних.

Состав комплексов задач по каждой функции (например, для функции автоматического регулирования — комплексы задач автоматического регулирования активной и реактивной мощности ТЭС в нормальных режимах, комплекс задач регулирования технологических параметров режима энергоблока и пр.) и требования к временному регламенту и качеству их реализации должны определяться типовыми техническими требованиями к АСУТП ТЭС.

АСУТП ТЭС обеспечивает управление технологическими процессами ТЭС на основе использования, как правило, неоднородного ПТК серийного производства, учитывающего специфику эксплуатации оборудования в производственных условиях ТЭС путем применения специализированных промышленных компьютеров, контроллеров, функциональных модулей и др.

В общем случае в состав ПТК АСУТП в виде УСО и интерфейсов, обеспечивающих взаимодействие с автономными внешними системами и устройствами, контроллеров, операторских и инструментальных станций, микро - и/или мини-ЭВМ, систем передачи данных, периферийного оборудования и пр. входят технические средства:

• сбора, распределения и первичной обработки информации, получаемой от датчиков технологических параметров, измерительных трансформаторов, автономных и взаимодействующих систем управления в виде сигналов: унифицированных аналоговых и дискретных, цифровых и аналоговых переменного тока;

• дистанционного управления разнотипным приводом исполнительных механизмов;

• автоматического регулирования, логического управления, защит иблокировок;

• информационно-вычислительной системы;

• создания и ведения информационной базы и архива;