Система оперативного диспетчерского управления ЦТП

Описана система управления и контроля технологических параметров центральных тепловых пунктов жилищно-коммунального хозяйства г.Сарапула и проблемы, с которыми столкнулись разработчики при проектировании. Система построена с использованием отечественного пакета программ диспетчерского управления «MasterSCADA» и технологического оборудования отечественного производства.

Введение

Диспетчерское управление и сбор данных (SCADA — Supervisory Control And Data Acquisition — система сбора данных и оперативного диспетчерского управления) является основным и в настоящее время остается наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами в жизненно важных и критичных, с точки зрения безопасности и надежности, областях. Именно на принципах диспетчерского управления строятся крупные автоматизированные системы в промышленности, энергетике и других структурах. SCADA — процесс сбора информации реального времени с удаленных объектов для обработки, анализа и возможного управления удаленными объектами. Требование обработки реального времени обусловлено необходимостью доставки всех необходимых событий и данных на центральный интерфейс оператора.

Применительно к ЦТП диспетчерское управление позволяет решать следующие задачи:

• экономить энергоресурсы на основе оперативного дистанционного управления параметрами оборудования и оптимизации режимов работы ЦТП;
• предотвращать аварийные ситуации и сокращать время на ликвидацию нештатных и аварийных ситуаций за счет практически мгновенного получения аварийных сообщений;
• снижать трудоемкость обслуживания ЦТП оперативным персоналом;
• планировать предупредительные работы на основе объективных данных о состоянии оборудования;
• обеспечить возможность для более точного планирования расхода денежных средств на оплату энергоресурсов.

Задачи, возникающие при проектировании системы

При проектировании системы автоматизации разработчик сталкивается с несколькими задачами (рис. 1). Во-первых, необходимо выбрать SCADA-пакет, на основе которого будет построена система. Во-вторых, определиться с составом технологического оборудования ЦТП или выбрать SCADA-пакет на основе имеющегося оборудования. В-третьих, выбрать и обеспечить канал связи между контроллером технологического оборудования и ПК оператора. Остановимся подробнее на этих задачах.

Рис.1
Состав системы диспетчерского управления

Выбор SCADA-системы

Выбор SCADA-системы представляет собой достаточно трудную задачу, усложненную невозможностью количественной оценки ряда критериев из-за недостатка информации. В настоящее время на рынке специализированного ПО для проектирования АСУ ТП предлагается достаточно большое количество программно-аппаратных комплексов (пакетов), ориентированных на разработку АСУ, от простых до очень сложных.

Мы ограничили круг рассмотрения следующими критериями:

• не рассматривались системы, не имеющие официальных дистрибьюторов в России;
• только Windows-программы;
• разумная ценовая политика как на основной пакет, так и на пакеты расширения;
• желательно отечественный разработчик, что обеспечивает своевременную и полную техническую поддержку.

Для решения задач, поставленных заказчиком на разработку АСУ ЦТП и с учетом вышеприведенных критериев, в наибольшей степени отвечают пакеты MasterSCADA ЗАО «ИнСАТ» и TRACE MODE фирмы AdAstra Research group LTD.

По количеству реализованных проектов пакет «TRACE MODE» — безусловный лидер в этой области. Однако пакет MasterSCADA фирмы ЗАО «ИнСАТ», в отличие от TRACE MODE, можно приобретать на минимальную конфигурацию разрабатываемой системы с последующим наращиванием мощностей пакета. Это серьезно отражается на цене базового пакета, поэтому выбор был за пакетом MasterSCADA компании Insat.

Отечественный разработчик системы гарантировал своевременную и полную техническую поддержку, что в последствии и подтвердилось.

Адаптация SCADA-системы к имеющемуся технологическому оборудованию

В ЦТП имеется набор технологического оборудования. Каждый прибор содержит свой оригинальный протокол обмена данными. Одним из плюсов системы MasterSCADA явилась возможность написания собственных программных функциональных блоков, что позволило реализовать индивидуальные протоколы обмена с каждым устройством. Другой способ взаимодействия технологического оборудования со SCADA-пакетом — написание OPC-серверов (OLE for Process Control) каждого устройства. Заказ написания ОРС-сервера разработчикам SCADA пакета выливается в серьезные проблемы формулирования технических требований, взаимодействия с программистами и ценовой политикой.

Выбор контроллера ЦТП

Контроллер управления технологическим оборудованием выбирался исходя из требований SCADA-системы (обычно SCADA-пакеты поддерживают только широко распространенные контроллеры), функциональных характеристик и стоимости.

Количество разных контроллеров на рынке велико. Стоимость похожих по характеристикам импортных контроллеров примерно одинакова. По сравнению с отечественными, импортные обладают рядом преимуществ: большой срок присутствия на рынке, мировая популярность, отличный дизайн, большое количество исполнений одного контроллера, наличие разнообразных дополнительных модулей, совместимых с выбранным типом контроллера. Мы остановились на распространенном PC-совместимом контроллере I-7188XAD компании IСPDAS.

Выбор канала связи

Канал связи между контроллером технологического оборудования и ПК-оператора определяет своевременность получения и достоверность информации о состоянии оборудования. Видов каналов связи, доступных системе MasterSCADA, не так уж и много, а именно: сети Ethernet, телефонные линии связи, сети связи GSM и CDMA и другие радиоинтерфейсы. Так как объект находится на значительном расстоянии от ПК оператора, а телефонного канала до объекта нет, мы использовали существующую сеть GSM-оператора. Таким образом, в состав оборудования добавились GSM-модемы.

Рис.2
Структурная схема АСКУ ЦТП-144 г. Сарапула

Разработка проекта

После выбора основных элементов системы начинается процесс соединения их в одно целое. Связующим звеном аппаратных объектов системы (рис.2) является пакет программ MasterSCADA.

На рис. 2 показана структурная схема автоматизированной системы контроля и управления (АСКУ), включающая технологическое оборудование ЦТП, контроллер, автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, модемы.

Блоки защиты линий, гальванические развязки обеспечивают защиту входов и выходов электронного оборудования от воздействия искусственных и естественных помех.

Регулятором потребления тепловой энергии в проекте выбран двухконтурный регулятор АРТ-01.02, позволяющий производить одновременное регулирование комбинации систем (в нашем случае системы отопления и горячего водоснабжения). АРТ01.02, получая информацию от датчика температуры наружного воздуха, поддерживает заданный график отопления подачей управляющих сигналов на регулирующий электрический клапан, который изменяет количество сетевой воды, поступающей на теплообменник подачи первичного контура системы отопления. Температура в обратном трубопроводе системы отопления первого контура контролируется датчиком температуры.

В системе подачи горячего водоснабжения АРТ01.02 получает информацию от датчика температуры, установленного на выходе теплообменника системы горячего водоснабжения, и в автоматическом режиме поддерживает установленное значение температур, воздействуя на электрический клапан. Оператор может дистанционно задавать необходимые значения температур в системах отопления второго контура и горячего водоснабжения.

В проекте применяется двухконтурный теплосчетчик ТЭМ106. Для измерения расхода воды совместно с теплосчетчиком используются расходомеры. Датчики температуры и давления штатные из комплекта поставки ТЭМ.

ТЭМ106 при помощи датчиков обеспечивает коммерческий учет потребления тепловой энергии, объемного и массового расходов, температуры теплоносителя по каждой подключенной системе. Прибор обеспечивает хранение накопленной информации и ее передачу по RS-485 через контроллер на АРМ оператора по запросу или по запрограммированному графику опроса.

Блок управления двигателями предназначен для контроля параметров двигателей насосов ЦТП и переключения на резерв в случае отказа работающего двигателя. Переключение происходит автоматически, при этом на АРМ оператора поступает аварийное сообщение. Счетчик электрической энергии ЦЭ6850М предназначен для измерения активной и реактивной электрической энергии, активной, реактивной и полной мощности, коэффициента мощности, среднеквадратичного значения напряжения и силы тока в трехфазных цепях переменного тока и организации многотарифного учета электроэнергии на промышленных предприятиях и объектах энергетики.

АРМ диспетчера позволяет отображать текущие параметры технологических процессов ЦТП, изменять параметры, выдавать аварийные сообщения, вести архивы.

Технические решения, принятые в проекте, соответствуют требованиям экологических, санитарно-гигиенических, противопожарных и других норм, действующих на территории РФ, и обеспечивают безопасную для жизни и здоровья людей эксплуатацию объекта при соблюдении мероприятий, предусмотренных рабочим проектом.

На рис. 3 показана мнемосхема ЦТП-144 г. Сарапула, которая появляется на экране АРМ оператора при запуске и эксплуатации системы.

На мнемосхеме ЦТП показана разводка трубопроводов, подключение насосов и датчиков давления, расхода и температуры. Также имеются кнопки управления технологическим оборудованием.

Рис.3
Мнемосхема ЦТП-144 г. Сарапула

Заключение

На базе отечественной SCADA-системы разработана и внедрена АСКУ ЦТП с использованием стандартных компонентов, обладающая модульностью и масштабируемостью, т. е. в полной мере соответствующая концепции открытых систем.

Разработанная АСКУ ЦТП, помимо решения задач управления и контроля, позволяет решать задачи обеспечения безопасности ЦТП (контроль датчиков движения и противопожарных датчиков, а также видеонаблюдение).

В целом система позволила удовлетворить все запросы заказчика и отлично показала себя в работе.

Разработанная система АСКУ ЦТП позволяет:

• получить экономию расхода теплоносителя и воды, при этом затраты на проект окупаются в течении 1,5-2 лет;
• облегчить работу операторов и уменьшить влияние человеческого фактора на технологические процессы ЦТП.

Литература

MasterSCADA.
Документация на программный продукт.
— М., — ИнСАТ, 2006.