16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/192/13746.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 04 (192) февраль 2012 года

АСУ гидроагрегатов Загорской ГАЭС: особенности внедрения, эксплуатации и развития

Энергетика: тенденции и перспективы Владимир ПЛЕТНЁВ, старший инженер-программист отдела разработки ПО ВУ ООО «НПФ «Ракурс» e-mail: pletnev@rakurs.com

АСУ комплексного объекта нельзя рассматривать как статичный механизм решения алгоритмизиро-ванных задач.

Хотя ей присущи такие черты и подобная позиция выглядит экономически привлекательной, однако это путь к неконтролируемой деградации объекта управления. Системный же подход требует не только выбора правильных решений для структуры и принципов функционирования, но и ежедневного компетентного анализа, внимания к деталям, доработки как объекта управления, так и АСУ в соответствии с изменившимися условиями.



Объект и стратегия автоматизации

Проведенное обследование объекта привело к выработке следующей стратегии автоматизации: было принято решение о разделении гидромеханической и электротехнической частей оборудования на две независимые системы для обеспечения возможности выбора наиболее эффективных решений, учитывающих их специфику и индивидуальные специализированные требования. Работы по автоматизированной системе управления электротехническим оборудованием (АСУ ЭТО) еще продолжаются, тогда как весь запланированный комплекс работ по автоматизированной системе управления гидроагрегатами (АСУ ГА) выполнен к концу 2011 года.

В течение пяти лет, с декабря 2006 года ООО «НПФ «Ракурс» последовательно произвело замену АСУ ГА всех агрегатов. АСУ состоит из двух частей – верхнего (общего) и среднего (поагрегатного) уровня.



Верхний уровень АСУ

Состав и функции верхнего уровня управления представлены в таблице.


Базовое программное обеспечение:

• Windows XP и Windows 2003 Server (Microsoft) – операционные системы;
• Intouch (Wonderware) – SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), обеспечивающая визуализацию технологического процесса: схема ГА, электрическая схема, гистограммы температур, диаграмма мощности, текущая сигнализация, управляющие экраны датчиков и механизмов;
• FinsRouter (ООО «НПФ «Ракурс») – сервис маршрутизации данных, кросс-конвертации стандартных протоколов связи;
• FinsLogger (ООО «НПФ «Ракурс») – сервис архивации данных аналоговой и дискретной истории;
• RawServer (ООО «НПФ «Ракурс») – сервис доступа к данным аналоговой и дискретной истории;
• Trends (ООО «НПФ «Ракурс») – программа для работы с данными аналоговой и дискретной истории – построение графиков, отчетов, отображение и фильтрация дискретной истории;
• UnitDiag (ООО «НПФ «Ракурс», «Фирма ОРГРЭС») – программа диагностирования функционирования агрегатов;
• HART-Master (ПГ «Метран») – программа для работы с агрегатными мультиплексорами и обслуживания датчиков, поддерживающих HART протокол;
• Алмаз-7010 (ООО «Диамех 2000») – программный комплекс виброконтроля.

Сетевое взаимодействие осуществляется по FINS протоколу в рамках сети Ethernet 100 Mb/s (TX, FX). Топо-логия сети – дублированная звезда на основе сетевого оборудования Moxa (EDS-5xx, EDS-7xx, NPort-5xxx). Сигналы, участвующие в алгоритмах управления, передаются только по физическим линиям.



Средний уровень АСУ

Средний уровень на каждом из агрегатов представлен 6 шкафами управления, выполненными на базе ПТК «Апогей», в основе которых микропроцессорные программируемые логические контроллеры Omron CS1D-S. Агрегатный уровень управления состоит из 6 шкафов:

1) АУГ – автоматизированное управление агрегатом;
2) ЭГР – электрогидравлический регулятор;
3) ИСУ – концентрация агрегатной сигнализации, управление синхронизацией с сетью;
4) ТК – температурный контроль;
5) УВО – управление вспомогательным оборудованием;
6) АРЗ – управление аварийно-ремонтными затворами.

Ручное управление и информационная поддержка технологического процесса на шкафах реализованы с помощью стрелочных приборов, ламп-индикаторов, кнопок и ключей. В рамках каждого ПТК всю полноту и доступность информации о подключенных устройствах и механизмах, а также функции управления обеспечи-вают сенсорные терминалы Omron NS8 и NS10. Одно из главных их достоинств – надежность и безотказность в самых жестких условиях эксплуатации.



Особенности реализации проекта

ГАЭС оказалась интересным и интенсивным объектом. Технологические процессы, такие, как пуск или останов, и связанные с ними ситуации, происходящие на обычных гидроагрегатах, паровых турбинах или водогрейных котлах десять-двадцать раз за год, здесь возникают до четырехсот раз в месяц! Не говоря уже о многообразии режимов, переходов между ними и требований к своевременному и точному их достижению. Все это приводит к тому, что эксплуатация – и оперативный, и обслуживающий персонал несут большую нагрузку. Это диктует их гораздо более широкие требования к функционалу АСУ. Они ждут от нее не только отработки стандартных действий, но и максимально возможной помощи в разборе аварий и нештатных ситуаций, информации, позволяющей выявить и предотвратить проблему, если возможно, то еще до ее появления, возможностей достигать результата разными взаимно не пересекающимися путями. Все эти требования трудно формализуемы и выкристаллизовываются как в процессе пусконаладочных работ, так и в первые несколько лет эксплуатации, когда возможности новой системы дают большую волю фантазии и позволяют переосмыслить накопленный опыт.

Ниже описаны основные результаты внедрения АСУ Загорской ГАЭС, которые, по моему мнению, можно отнести к реальным достижениям совместной работы всех участников проекта.

1. Основной целью модернизации была замена морально устаревшего оборудования технологической системы управления агрегатами на современное и более надежное. Противоаварийная эффективность – это критерий, трудно поддающийся прямой оценке, однако, принимая одним из серьезных ее показателей надежность самой АСУ ТП, уже можно говорить о ее улучшении. Вывод опирается на два фактора: первый – это уменьшение частоты выхода из строя использованной элементной базы, второй – снижение объемов и сложности операций по обслуживанию и ремонту.

2. Со времени ввода в работу первой системы прошло уже несколько итераций курсов в Учебном центре НПФ «Ракурс», инициированных самим заказчиком, для своего оперативно-ремонтного и административно-технического персонала. Это позволило повысить уровень их компетентности и дало возможность рассматривать наши системы с точки зрения разработчика – отчетливей представлять их сильные и слабые стороны, потенциал расширения и развития.

3. Необходимость срочного и оперативного восстановления программных элементов системы производства ООО «НПФ «Ракурс», оснащенных как интеллектуальная собственность механизмами защиты от копирования, могло бы представить определенную сложность для персонала станции. Специально для решения этой проблемы были внедрены два решения. Первое – использование активационных ключей ограниченного срока действия, которые генерируются автоматически при установке программного обеспечения (ПО) и дают месяц на получение бессрочного. Второе – электронный почтовый сервис, мгновенно предоставляющий оговоренное количество лицензий для всех продуктов в ответ на запрос с доверенных почтовых адресов заказчика.

4. Исходные технологические алгоритмы, повторяющие предыдущую реализацию, были предоставлены ОАО «ПИ НИИ институт «Гидропроект» имени С. Я. Жука» и в процессе ввода в эксплуатацию были доработаны при тесном сотрудничестве специалистов «Ракурса», «Гидропроекта» и ЗаГАЭС. Это позволило использовать значительный объем наших собственных наработок и весь предшествующий опыт службы эксплуатации. Со-вместными усилиями удалось преодолеть и ограничения консервативного подхода к построению АСУ, и просто поведенческого консерватизма. Из наиболее заметных достижений стоит отметить режим пуска агрегата в СКг (режим синхронного компенсатора обратимого агрегата с генераторным направлением вращения) от пускового тиристорного устройства. Ценность данного варианта в том, что становится возможным пуск агрегата без использования воды и открытия направляющего аппарата.

5. Для совместной работы с ЭГР была произведена реконструкция гидромеханических колонок (ГМК). К отличительным особенностям их реализации можно отнести наличие ручного управления с помощью механизма ограничения открытия. Это позволяет позиционировать направляющий аппарат при отсутствии электрического питания и команд от ПТК ЭГР. Таким образом, ГМК сохраняет свой статус автономного управляющего устройства, что обеспечивает дополнительные удобства и надежность при эксплуатации и ремонте гидроагрегатов.

6. В качестве системы визуализации SCADA была выбрана система Intouch, которая является одной из самых надежных. Однако ее компоненты, связанные с работой по ведению архива данных, далеки от совершенства. Они отличаются сложностью обслуживания, ограниченной расширяемостью, высокими требованиями к аппаратным ресурсам. Это отражается и на итоговой стоимости, и на удобстве использования. С самого начала работ было принято решение отказаться от их использования. По первой оценке нужды станции составляли несколько простых форм отчетов по данным термоконтроля; графики всех аналоговых параметров с широкими возможностями их масштабирования и комбинирования; обобщенный протокол событий по всем агрегатам и общестанционному оборудованию. Применение имевшихся собственных разработок позволяло не только эффективно решить обозначенные задачи, но и, имея доступ к исходному коду ПО, реализовать любые пожелания Заказчика. Первый шаг – это использование для архивации данных из контроллеров на сервера БД программы FinsLogger. Данные записываются в бинарные файлы. Так обеспечиваются простота управления архивом, переносимость, минимизация используемого для хранения места. Второе – отказ от традиционных систем управления базами данных (СУБД) на основе SQL-сервера для доступа к данным. Роль провайдера ретроспективных данных исполняет RawServer. Количество одновременных подключений ограничено лишь возможностями операционной системы; минимальные требования к доступной оперативной памяти и процессорному времени ввиду отсутствия необходимости удержания в памяти всего объема накопленной информа-ции; отсутствие ограничений на общий размер базы данных. По сути, сервер БД реализован как файл-сервер, что сводит временные задержки доступа к информации ко времени, необходимому на вычитывание файлов с жестких дисков.

7. Отображение ретроспективной информации в рамках SCADA системы Intouch или дополнительных продуктов Wonderware имеет множество ограничений: жесткость заданных принципов вывода и манипуляций объектами; обязательное лицензирование каждой копии с установкой ее самой и аппаратного ключа на компьютер конечного пользователя. В случае выбора web-ориентированного решения – низкая скорость доступа и урезанный инструментарий работы с представляемыми результатами. То есть при наиболее экономически выгодном формалистском подходе со стороны разработчика, Заказчик получает в итоге не то, что ему надо, а то, что может базовое ПО. Решением описанных проблем явилось использование собственной разработки – Trends. Одна оболочка совмещает в себе механизмы вывода отчетов, графиков, истории событий; обеспечивает выбор из предварительно сконфигурированных временных интервалов или любого произвольно заданного; позволяет параллельно работать с несколькими окнами для всестороннего анализа всего комплекса рассматриваемых данных. Построение отчетов выполнено на базе компонентов FastReport. Последние позволяют в каждом конкретном случае делать выбор реализации обработки и подготовки данных по принципу «толстого» или «тонкого» клиента. Управление графиками позволяет:

• совмещать отображение произвольного количества сигналов;
• через контекстное меню моментально изменять индивидуальные характеристики отрисовки;
• изменять масштаб и смещаться по осям времени и значения;
• показывать уставки датчиков;
• уточнять метку времени и значение сигнала в любой точке по наведению мыши или используя курсор-рамку;
• выводить значения замеров в табличном виде;
• динамически управлять пользовательскими наборами трендов.

История событий представляется в табличном виде как упорядоченный по времени с точностью до миллисе-кунд перечень зафиксированных событий. Для удобства пользователя вызов функционала рационально рас-пределен между панелью инструментов, контекстными меню и «жестами» мыши. Программа Trends была до-работана с учетом пожеланий к организации доступа не только из технологической, но и из административной сети. Для оптимизации обслуживания и обновления запуск осуществляется с общедоступного сетевого диска – на сегодня зарегистрировано одиннадцать пользователей технологической сети верхнего уровня и более 30 пользователей административной сети.

8. Слабым местом многих АСУ и программных средств автоматизации как таковых является несовершенство способов фильтрации событийных списков. В ряде решений для этого требуются знания о соответствии имен переменных искомым событиям или умение строить запросы к СУБД или представление общих списков событий, манипулирование которыми занимает гораздо больше времени, чем работа с результатами фильтрации. Нами была предложена и реализована структура упорядочивания объектов и событий по схеме: агрегат – контроллер – группа источников событий – устройство – событие. Учитывая, что разбиение технологии и управления отдельными устройствами было изначально рационально распределено между ПТК в соответствии с их обозначенными целями функционирования, причинно-следственные основания их расположения в структуре становились очевидны для персонала станции. Наиболее наглядным вариантом представления мы сочли древовидную структуру (рис. 1).


Использование такого подхода и прозрачной логики расположения элементов позволило пользователям быст-ро отмечать интересующие отдельные события или же сразу целые группы. При этом дерево фильтра постоянно находится на виду и внесение изменений в уже заданную фильтрацию становится секундным делом.

9. Суммарное количество объектов, способных генерировать события, в общей сложности составило более 60 000. Чтобы обеспечить действенный контроль информации – предоставление именно той информации, которая необходима в данный момент, была реализована возможность сохранения/загрузки подготовленных самими работниками станции фильтров. Дана возможность использовать фильтр, расположенный в произвольном месте или размещенный в библиотеке фильтров соответствующей службы (рис. 2).


Использование таких опытных наработок персонала станции расширяет доступность информации и позволяет поставить регулярность мониторинга работы на плановую основу, быстро и эффективно сравнивать текущие характеристики работы с прошлыми периодами.

10. Развитием технологии сквозного общего протокола событий и показаний датчиков стали интеграция с системами виброконтроля и АСУ ЭТО станции. Клиентская часть программного комплекса виброконтроля «Алмаз-7010» была доработана для запуска по сети и стала доступной на всех АРМ сети верхнего уровня. Дополнительно утвержденный перечень сигналов от обеих систем был добавлен в систему архивации и отображения ретроспективной информации АСУ ГА. Соответствующие группы появились в каталоге датчиков и дереве фильтра событий. Это подняло на новый уровень работу технологов, так как информация, о существовании которой они раньше не знали или были вынуждены собирать ее из разных систем, стала непрерывно доступна и в контексте основных для гидроагрегатов событий, дополняя и объясняя ее.


11. Другим инструментом, обеспечивающим требуемую высокую надежность и заблаговременное обнаружение тенденций к отказам и неисправностям на ранних стадиях развития, становится диагностика. Система диагностирования гидроагрегатов была разработана специально для агрегатов ЗаГАЭС с учетом их индивидуальных конструктивных особенностей и двунаправленного рабочего цикла. Подготовкой алгоритмической основы экспертной системы занималась «Фирма ОРГРЭС». Хочется отметить бесценный опыт и огромный личный вклад ведущего специалиста Александрова Анатолия Евгеньевича.

Программа диагностирования постоянно получает все необходимые данные от АСУ каждого агрегата, проводит их обработку и анализ. Результатом становятся расширенная интерпретация событий, прогнозирование развития дефектов и, при необходимости, выдача рекомендаций о необходимости проведения корректирующих мероприятий. Вся информация, выдаваемая системой диагностирования, попадает в единый общий архив событий, таким образом обеспечивается максимальная полнота ретроспективного анализа развития дефектов.

В программной реализации были учтены проблемы, с которыми сталкивалась эксплуатация при использовании автоматизированной системы контроля гидроагрегатов производства НПП «Мера», существовавшей на одном из агрегатов с 1998 года. UnitDiag, так же как и Trends, доступна и в сети верхнего уровня, и в административной сети станции. Таким образом, регулярный и оперативный доступ к ней имеют все заинтересованные лица. И износ, и каждый ремонт агрегата оказывают влияние на значения параметров принимаемых как номинальные, поэтому персоналу обеспечен доступ к смене всех уставок и параметров. Код алгоритмов представлен открытым скриптовым языком, что не привязывает станцию к нам как единственному разработчику и обеспечивает оперативность и простоту добавления или коррекции алгоритмов. Эффективность работы экспертной системы обеспечивается активностью персонала ЗаГАЭС по регулярному отслеживанию изменений показателей работы агрегатов и привлечению специалистов-технологов для сопровождения алгоритмического обеспечения на всем жизненном цикле.

Подводя итоги, хочу отметить выраженную тенденцию по развитию систем АСУ в течение как всего периода внедрения, так и промышленной эксплуатации. Налаженная обратная связь между специалистами Заказчика и Исполнителя дала широкое поле деятельности по анализу функционирования программной и аппаратной частей АСУ, технических средств самих агрегатов. Практическая возможность влиять на работу всего комплекса средств управления стала серьезной мотивацией в первую очередь для специалистов Заказчика, так как обеспечила ощутимый и конкретный результат их личной работы. Таким образом, по многим вопросам удалось совершить переход от формулярной функциональности, которую гарантирует исполнение технических требований и технического задания на систему, к реальной задачеориентированности, отвечающей конкретным ну-ждам и практикам при эксплуатации и обслуживания общего комплекса АСУ и объекта управления.

ООО «НПФ «Ракурс»
198095, Санкт-Петербург, Химический пер., д.1, корп. 2
Тел. (812) 252-32-44,
Факс (812) 252-59-70
www.rakurs.com

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 04 (192) февраль 2012 года:

  • Турбинные лопатки по современным технологиям
    Турбинные лопатки по современным технологиям

    ЗАО «Уральский турбинный завод» (группа «Ренова»), модернизирующее производство турбинных лопаток, приобрело высокопроизводительное металлообрабатывающее оборудование. ...

  • АСУ гидроагрегатов Загорской ГАЭС: особенности внедрения, эксплуатации и развития
    АСУ гидроагрегатов Загорской ГАЭС: особенности внедрения, эксплуатации и развития

    АСУ комплексного объекта нельзя рассматривать как статичный механизм решения алгоритмизиро-ванных задач. ...

  • Александр Епишов: «Для устойчивого развития отрасли нужны триллионы рублей и хорошие инструменты»
    Александр Епишов: «Для устойчивого развития отрасли нужны триллионы рублей и хорошие инструменты»

    ЧТО: X Московский международный энергетический форум «ТЭК России в XXI веке». ГДЕ: Москва, Центральный выставочный зал «Манеж». КОГДА: 4‑7 апреля 2012 года. ...

  • На улицы Лондона вышли электрические такси
    На улицы Лондона вышли электрические такси

    Лондонский таксопарк ClimateCars начал эксплуатацию первых такси на основе электромобилей. Это модель Renault Fluence Z. E., которая появится на британском рынке в свободной продаже только осенью этого года. Ранее эта же компания предлагала своим клиентам воспользоваться гибридными транспортными средствами. Директор ClimateCars Нико Уильямсон надеется, что компания будет в числе лидеров популяризации электрических автомобилей: –...

  • Блиц

    «РАО Энергетические системы Востока» и все его дочерние и зависимые общества выполнили поручение премьер-министра Владимира Путина об обязательном раскрытии собственников и бенефициаров контрагентов энергокомпании. Согласно приказу генерального директора «РАО ЭС» Сергея Толстогузова, в действующие и заключаемые договоры теперь должно быть внесено обязательное условие о раскрытии контрагентом информации в отношении всей цепочки собств...