Опыт использования RealFlex для создания больших АСУ ТП

Опыт использования RealFlex для создания больших АСУ ТП
С.Золотарев
В статье даются примеры применения SCADA-пакета RealFlex в крупных системах
автоматизации российских предприятий - Оренбургского газоперерабатывающего завода,
Оренбургского гелиевого завода, ТЭЦ25 Мосэнерго, газоперекачивающих станций РАО
"Газпром", Выксунского металлургического завода.
Возможность использования SCADA-пакета RealFlex (разработка фирмы RSI, США) для
создания крупных АСУ ТП с высокими требованиями к надежности и
производительности во многом определяется применением мощной операционной
системы реального времени QNX (разработка фирмы QSSL, Канада). Для SCADA-пакетов
особенно важны такие особенности ОС РВ QNX, как развитые многозадачные
возможности, 32-битовая архитектура, диспетчеризация с использованием абсолютных и
относительных приоритетов, возможность удаленного подсоединения и работы в
локальной сети, надежная файловая система, избыточная сетевая архитектура, работа в
режиме защищенной памяти.
Пакет RealFlex поставляется с полным набором модулей, обеспечивающих пользователя
всем необходимым для разработки и функционирования систем контроля и управления
процессами, включая утилиты конфигурирования в режиме "on-line", средства обработки
данных реального времени и тревог, архивирование данных предыстории, обработку
вычислений, несколько графических редакторов, тренды реального времени и
предыстории, генератор отчетов.
Существует множество дополнительных программных продуктов для обеспечения таких
возможностей, как удаленная коммуникация через различные среды и горячее
резервирование с автоматическим восстановлением конфигурации. RealFlex
поддерживает обширную библиотеку протоколов для многих типов устройств
ввода/вывода зарубежного и отечественного производства. Базовая версия RealFlex
рассчитана на работу с более чем 100 тыс. параметров.
Наиболее крупной системой, реализованной в России на базе RealFlex является АСУ ТП
"Бензол" на предприятии Салаватнефтеоргсинтез, г. Салават, в которой объем базы
данных параметров RealFlex превысил 16 тыс. точек. Кроме того, среди первых крупных
внедрений RealFlex - АСУ ТП на медном заводе комбината "Норильский никель" (3000
параметров, 800 точек предыстории), Северном магистральном нефтепроводе в г. Ухте
(3000 параметров, 150 точек предыстории). Все три указанных АСУ ТП работали под
управлением QNX версии 2.15 и RealFlex версии 1.3 . В данной статье я хотел бы
остановиться на конкретных примерах достаточно больших АСУ ТП на базе QNX версии
4.2 и RealFlex 4.2, внедренных за последние 2-3 года, и тем самым показать адекватность
SCADA-пакета RealFlex в первую очередь крупномасштабным АСУ ТП. Именно эта
особенность (но не единственная) отличает RealFlex от других SCADA-пакетов,
внедрение которых приходится в основном на малые и средние АСУ ТП (Это относится в
первую очередь к SCADA-пакетам на базе DOS и MS Windows/95/NT).
Оренбургский Газоперерабатывающий Завод
На рис. 1 показана конфигурация АСУ ТП Оренбургского газоперерабатывающего завода
(ОГПЗ). АСУ ТП включает в себя 3 главные станции RealFlex, а также связь с удаленными
устройствами Логика СПТ-92, Т-1600, Micro PC. В качестве PLC в системе используются
контроллеры ЛОМИКОНТ, ПС-1001. АСУ ТП внедрялась сотрудниками института
ВолгоУралВНИПИгаз.
Рис.1 Конфигурация АСУТП ОГЗП
ПС-1001 - это мини-ЭВМ типа СМ-2 с УСО на различные типы сигналов, такие как
дискретные входы, дискретные выходы, аналоговые входы низкого (термопары) и
среднего (0...5,4...20 мА) уровня. Реализована эта ЭВМ на базе микросхем серии К1804.
Дискретные входы принимаются через ЛОМИКОHТ, так как на нем обработка идет
гораздо быстрее, а аналоговые - через ПС-1001. Связь с ПС-1001 осуществляется по
инициативе снизу, то есть от ПС-1001. Hа ПС-1001 работает программа, которая собирает
все аналоговые сигналы и преобразует их в коды АЦП, затем эти коды в виде 6-байтных
ASCII-символов пересылаются в RealFlex. Данные обновляются примерно один раз в 30
секунд. Hа верхний уровень они пересылаются через мультипортовую плату DigiBoard на
скорости 9600 бит/c, причем скорость передачи определяется платой сопряжения, которая
имеется в ПС-1001. За один сеанс пересылаются значения по всем аналоговым точкам
сразу. Для 1-ой очереди ОГПЗ этот объем составляет примерно 860 точек, для 2-ой
очереди - примерно 750 точек. Расходы по газу обсчитываются в RealFlex отдельной
задачей. Далее эта информация, вместе с информацией по дискретным сигналам по
выделенной линии (модем ZyXel 1496) с помощью программы MasterScan (поставляемой
вместе с RealFlex) пересылается на уровень диспетчера завода.
ЭВМ Т-1600 - это мини-ЭВМ французской фирмы Bull. Hа ОГПЗ она используется на
замерном узле по товарному (готовая продукция) и сырому газу и конденсату.
Сопряжение осуществляется через COM-порт на уровне RealFlex и через плату 719 (это
плата асинхронного ввода/вывода) на уровне Т-1600. Связь происходит через выделенный
канал связи на скорости 2400 бит/c по интерфейсу токовая петля. В качестве устройств
сопряжения с линией используются французские преобразователи RS232 - токовая петля
(ток в линии +20...-20 мА, напряжение +48...-48 В). Длина линии связи примерно 1,5 км.
Программа связи с Т-1600 работает на компьютере диспетчера завода, на которой также
работают три программы MasterScan, по одному на каждую из очередей завода. Связь
осуществляется по инициативе сверху. Данные пересылаются ASCII-символами, вся
обработка, обсчет расходов и накопление происходит в Т-1600. Аналоговые значения
передаются 10-байтными ASCII-кодами, дискретные - однобайтными. В программе связи
(сканнере) формируются 4 запроса, по одному на каждый тип данных: аналоговые
значения (200 значений), аналоговые накопленные за текущие сутки (100 значений),
аналоговые накопленные за прошедшие сутки (100 значений), дискретные сигналы (50
значений). Информация в Т-1600 обновляется примерно через 1 минуту. Сканнеp
посылает запросы через каждые 40 секунд.
Оренбургский Гелиевый Завод
Ha верхнем уровне АСУ ТП Гелиевого завода ранее использовалась СМ-2, а на нижнем ТВСО (Терминал Вычислительный Связи с Объектом). В настоящее время вместо СМ-2
используется промышленный ПК с RealFlex. Для ТВСО был написан Device Manager и
сканнер. Device Manager работает с платами МВС (МВС - это платы сопряжения IBM PC
и ТВСО). Device Manager создает логическое устройство /dev/mvs, а сканер выполняет
функцию open() для этого устройства. Связь осуществляется по коаксиальному кабелю со
скоростью примерно 1,5 Мбит/с. К одному RealFlex подключается сразу четыре ТВСО,
каждый через свою плату сопряжения. Другими своими каналами связи ТВСО
подключается к RealFlex горячего резерва. Протокол сканнера примерно такой же, как и
для ПС-1001. Все обработанные данные за один сеанс связи примерно один раз в 30-40
секунд пересылаются в базу данных RealFlex. Суммарное количество точек всех типов по
каждому ТВСО около 800.
ТЭЦ-25 МОСЭНЕРГО
В АСУ ТП ТЭЦ-25 Мосэнерго (рис.2) используется SCADA-пакет RealFlex 4.2 в среде ОС
QNX 4.24, система технологического программирования ISaGRAF 3.2 с исполнительным
ядром в среде ОС QNX, СУБД SQL Anywhere 5.5 for Windows NT. На базе RealFlex
автоматизированы котлотурбины блоков 1, 2, 7, система химводоочистки и система
экологического контроля.
Рис. 2. Конфигурация АСУТП ТЭЦ-2 МОСЭНЕРГО
Основные функции АСУ ТП
1. Измерение, первичная обработка и вычисление технологических параметров и
показателей состояния оборудования, определение состояния исполнительных
механизмов.
2. Отображение оперативных значений технологических параметров, состояния
исполнительных механизмов и показателей состояния оборудования в виде
технологических мнемосхем, текстовых сообщений, таблиц, трендов и диаграмм.
3. Регистрация наиболее важных технологических параметров.
4. Хранение предыстории по важнейшим параметрам в базе данных АСУ ТП и в СУБД
Sybase SQL Anywhere 5.5 for Windows NT.
5. Экологический контроль работы станции.
6. Взаимодействие с ранее введенными компонентами АСУ ТП (с системой ТУРБОКОМ).
Для контроля технологических параметров котлотурбины на блоке 7 используются платы
ввода/вывода СКП и АСКР. На блоке 7 установлена главная станция SCADA-пакета
RealFlex в среде ОС РВ QNX 4.24. Количество аналоговых контролируемых параметров
по котлотурбине на блоке 7 равно 645.
Для контроля технологических параметров котлотурбины на блоках 1 и 2 используется
плата ввода/вывода СКП. На блоках 1, 2 установлена главная станция RealFlex и две
операторские станция LanFlex (одна - у оператора, другая - у начальника смены ТЭЦ).
Количество аналоговых контролируемых параметров по котлотурбине на блоках 1,2 равно
517.
Для контроля технологических параметров системы химводоочистки станции
используется 2 контроллера в формате VME 6U. Контроллеры VME работают под
управлением ОС QNX и исполнительного ядра системы технологического
программирования ISaGRAF (фирма CJ International, Франция). В качестве процессорного
модуля контроллеров VME использован процессорный модуль XVME-654 фирмы
XYCOM, и платы ввода-вывода ИТЦ "Черноголовка". Контроллеры связаны между собой
и рабочими станциями верхнего уровня в сеть Ethernet (по протоколу FLEET QNX). На
системе химводоочистки установлена главная станция RealFlex и две операторские
станции LanFlex (одна - у оператора, другая - у начальника смены химводоочистки).
Количество контролируемых параметров системы химводоочистки: 114 аналоговых, 26
дискретных.
Кроме того, АСУ ТП взаимодействует с системой ТУРБОКОМ, установленной на блоке 4,
где собирается информация с питательных насосов. Из системы ТУРБОКОМ на главную
станцию RealFlex на блоке 1, 2 передается информация по 513 аналоговым параметрам.
Все главные станции RealFlex взаимодействуют между собой через пакет RealFlex Master
Scan, так что оператор на любой станции может видеть данные и управлять ими с любой
другой подсистемы (если ему это разрешено).
Система экологического контроля построена на базе СУБД Sybase SQL Anywhere 5.5 for
Windows NT. Информация в нее передается в реальном времени с главных станций
RealFlex через RealFlex ODBC-bridge по всем 1815 сигналам.
АСУ ТП газоперекачивающей станции
Система сбора и представления технологической информации компрессорной станции
газотранспортного предприятия является законченным программно-аппаратным
комплексом, программное обеспечение которого реализовано на базе SCADA-пакета
RealFlex фирмой АОЗТ НПО "ВНИИЭФ-ВОЛГОГАЗ" г.Саров (Арзамас-16) и
тиражируется на предприятиях РАО "Газпром". Система обеспечивает контроль процесса
работы газоперекачивающей станции и управление ею, контроль аварийных ситуаций и
дополнительные функции. Функции контроля процесса включают подсистему парольной
защиты от несанкционированного доступа, визуализацию процесса на экране ПК,
графическое отображение кривых трендов и архивов значений параметров за любой
промежуток времени, протоколирование действий операторов, системных и
технологических сообщений, создание отчетов о ходе процесса в виде суточной
ведомости, оперативное изменение уставок (границ) аварийной сигнализации. Контроль
аварийных ситуаций включает вывод аварийных сообщений на экран ПК и на принтер,
звуковую сигнализацию об аварийных ситуациях, создание отчета в случае аварийного
останова объекта. Дополнительные функции включают средства обмена информацией
между сменами с помощью электронного блокнота, вывод на экран монитора нормативносправочной информации.
Аппаратное обеспечение накладывает минимальные требования, а именно: рабочее место
операторов - IBM PC AT 486DX2-66/8/340, а также промышленный микропроцессорный
программируемый IBM PC-совместимый контроллер. Рабочий диапазон температур
контроллеров от -40° до +85°С. Контроллер принимает от датчиков следующие типы
сигналов: аналоговые (4-20 мА), дискретные (0 - 0,5/5В; 1 - 9,6/27В), дискретные типа
"сухой контакт", числоимпульсные. Всего база данных RealFlex включает 1450
аналоговых и 1300 дискретных сигналов. Предыстория собирается по 1400 параметрам.
На рис.3 представлена минимальная конфигурация такой АСУ ТП.
Рис. 3. Минимальная конфигурация АСУТП газоперекачивающей станции
Одним из последних примеров внедрения SCADA-пакета RealFlex является
реконструкция системы телемеханики Выксунского металлургического завода. Система
состоит из трех подсистем: подсистемы реконструкции энергохозяйства, водоснабжения и
газоснабжения. База данных RealFlex содержит свыше 10 тыс. параметров. В настоящее
время конфигурация RealFlex включает главную станцию и 2 сетевые станции RealFlex
(LanFlex).
Все описанные в статье примеры внедрения АСУ ТП на базе SCADA-пакета RealFlex реально действующие системы, подтверждающие эффективность данного пакета
применительно к крупным АСУ ТП.