Модернизации коммуникационной системы АСУ ТП

УДК 681.5(06) Автоматика
С.И. СМИРНОВ
Федеральное государственное унитарное предприятие
Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики
им. Н.Л. ДУХОВА, Москва
МОДЕРНИЗАЦИИ КОММУНИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
АСУ ТП ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ – ТПТС51
В данной работе рассмотрен состав шинной системы АСУ ТП для атомных и
тепловых электростанций - ТПТС51 и ее основные недостатки, послужившие причиной проведения модернизации. Представлена концепция построения современной шинной системы на базе шины Ethernet, выполненной по технологии фирмы
Hirschmann.
С 1996 года в институте начат выпуск систем автоматизации на базе
программно-технических средств ТПТС51 для автоматизированных систем управления технологическими процессами по лицензии фирмы Siemens. Изделия ТПТС51, построенные по модульному принципу, позволяют производить прием и выдачу аналоговых и двоичных сигналов, преобразование и обработку полученной информации по заданным алгоритмам,
выдавать информацию на системы отображения и формировать необходимые воздействия на управляемый объект. Базовыми изделиями ТПТС51
являются приборные стойки (ПС), являющиеся аналогами систем автоматизации (AS) фирмы Siemens и представляющие собой наборы программно-технических средств (ПТС): модулей, силовых конструкций (рам,
крейтов), соединительных проводов и кабелей, установленных в шкафах.
Приборные стойки представляют автономную систему управления, являющуюся абонентом системной шины.
В состав ТПТС51 входят две шинные системы: шинная система оперативной связи SINEC L2 и шинная система блочного уровня CS 275.
Шинная система CS275 предназначена, в основном, для передачи информации от приборных стоек нижнего уровня управления на компьютеры
верхнего уровня с целью ее архивирования, регистрации и визуального
представления операторам на блочном щите управления. Шинная система
SINEC L2 используется для передачи информации между приборными
стойками. Шинная система CS275, с точки зрения потребителя, (пропускная способность шины – 250 Кбит/с), уступает шинным системам современных комплексов АСУ ТП. Хотя реально пропускная способность шины, с учетом реализованного детерминированного доступа к шине, в целом удовлетворяет потребностям системы. Шина CS 275 построена на
_______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
51
УДК 681.5(06) Автоматика
устаревшей элементной базе, из-за чего с каждым годом возрастают
трудности с закупкой комплектующих элементов. Низкая пропускная
способность ограничивает количество подключаемых к шине абонентов.
В целом шина CS275 снижает конъюнктурные возможности системы
ТПТС51 на рынке АСУ ТП. Шина SINEC L2 также требует модернизации, т.к. снят с производства микропроцессор V25+, используемый в контроллере связи с шиной SINEC L2. Переход на микроконтроллер другого
типа потребовал бы полной переработки программного обеспечения контроллера связи. Это трудно реализуется в связи с отсутствием исходных
кодов на часть программного обеспечения.
Учитывая данные факторы и то, что в последнее время перед комплексом ТПТС51 ставятся все более сложные задачи (число обрабатываемых сигналов может доходить до 10000), а следовательно увеличивается и
объем обрабатываемой информации, для передачи которой требуются
более производительные системы передачи данных, проводился ряд работ
по модернизации данных шинных систем.
При модернизации шинной системы ТПТС51 было принято решение
полностью отказаться от использования аппаратных и программных
средств шинной системы CS 275. Новую шинную систему ТПТС51 предлагалось создать на базе сетевых средств и топологии шины промышленный Ethernet.
Разработанные во ВНИИА программно-технические средства (коммуникационные контроллеры) модернизированной шины отвечают самым
современным требованиям, предъявляемым к сетевым коммуникационным средствам АСУ ТП энергетических объектов. Выбранная для построения новой шинной системы шина Ethernet стандарта IEEE802.3, реализованная по технологии фирмы Hirschmann с топологией виртуального
кольца обеспечивает:
- пропускную способность до 100Мбит/с;
- детерминированность передачи сообщений благодаря использованию дуплексного режима передачи данных и коммутаторов, разделяющих маршруты данных;
- высокую отказоустойчивость, достигаемую путем восстановления при отказах каналов связи на основе метода виртуального кольца, эквивалентного по своей эффективности дублированию шины.
_______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
52
УДК 681.5(06) Автоматика
Трехуровневая информационная модель сети с использованием на 2ом уровне стандартного протокола LLC обеспечивает:
- индивидуальную, групповую и широковещательную адресацию;
- высокую надежность доставки сообщений, как в шине
CS275, благодаря использованию механизма квитирования, предоставляемого протоколом LLC;
- возможность отладки и диагностирования шины с помощью стандартных средств, благодаря использованию
стандартных протоколов физического и канального
уровней информационной модели сети.
В качестве вычислительного ядра для разработки специализированных
коммуникационных модулей использовался контроллер-мезонин с набором базового и сетевого программных пакетов, разработанный в МИФИ
по заказу ВНИИА. Использование высокопроизводительного 32разрядного микроконтроллера MPC860 с системой команд PowerPC и
встроенным коммуникационным 32-разрядным RISC-сопроцессором,
установленного в мезонине, а также использование высокоскоростной
шины позволили организовать передачу сообщений шин CS275 и SINEC
L2 по одной шине Ethernet под управлением одного CPU, что дало возможность минимизировать стоимость подключения к шине.
Реализация протокола прикладного уровня, идентичного по своим
функциям аналогичным протоколам существующих контроллеров связи
дало возможность сохранить неизменным базовое программное обеспечение коммуникационных контроллеров и системы верхнего уровня. Это
позволило существенно сократить сроки и затраты на разработку шины.
_______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
53