На электростанции Мосэнерго внедрена ИВС

Энергетическая отрасль страны нуждается как в обновлении материальных ресурсов, так и в совершенствовании технологических систем управления предприятиями отрасли. Об этом неоднократно заявляло руководство энергетического комплекса страны. Однако решение этих задач ставит перед топ-менеджментом энергетических предприятий непростые вопросы. Один из них — как подойти к выбору современной АСУ ТП, которую придется внедрять на существующем технологическом и приборном оборудовании и интегрировать с другими автоматизированными системами, чтобы минимизировать связанные с модернизацией риски. Вместе с тем на ряде предприятий отрасли уже накоплен положительный опыт обновления автоматизированных систем управления энергетическими объектами. И, как полагают эксперты, руководителям ряда компаний, которым предстоят в ближайшей перспективе такие работы, стоит воспользоваться отечественным опытом, имеющим, кстати, существенные отличия от зарубежного.

Одним из таких предприятий, внедривших у себя современную АСУ ТП на основе информационно-вычислительной системы (ИВС), является московская тепловая конденсационная электростанция (производящая преимущественно электрическую энергию) ГРЭС-3 Мосэнерго.

На пути к цели

“Наше предприятие занялось модернизацией устаревшего электрооборудования и всей системы АСУ ТП с начала 2000-х годов, — рассказывает заместитель главного инженера ГРЭС-3 Вадим Коновалов. — Работы решено было выполнять поэтапно, так как полномасштабная реконструкция требует больших финансовых и временных ресурсов. В первые два года мы провели замену устаревших и выработавших свой ресурс вторичных измерительных приборов и регистраторов на цифровые приборы НПП “Элемер” с теми же функциями. Однако качественный эффект достигнут не был. Для реализации нового качества было необходимо сведение всех вновь установленных приборов в единую информационную сеть, что позволило бы эффективно отображать параметры технологического процесса в удобном для обслуживающего персонала виде”.

Все это в комплексе, если принять во внимание еще и человеческий фактор, должно было обеспечить приемлемую оперативность и хронологическую увязку данных для принятия решений по управлению ГРЭС, а заодно позволить сократить штат сотрудников, обслуживающих устаревшее оборудование.

Цели и проблемы выбора

В 2003 г. перед руководством ГРЭС-3 уже остро встала задача кардинальной модернизации устаревшей АСУ ТП, обеспечивавшей контроль и функционирование электростанции. Анализ ситуации показал, что паллиативными мерами проблему модернизации АСУ ТП “не поднять”, и тогда было принято решение о разработке нового проекта АСУ ТП на основе современной ИВС. “Коллектив ИТ-подразделения в нашей компании обладает высокой квалификацией и большим опытом, но разработчиков у нас нет, — рассказывает Вадим Коновалов. — Понимая всю сложность задачи и объемы предстоящих работ, мы начали с анализа рынка системной интеграции и остановились на нескольких интеграторах, имеющих опыт в области автоматизации подобных объектов. Наши специалисты, хорошо зная проблемы комплекса энергетического оборудования, определили самое узкое место, которое могло оказаться критичным при автоматизации, — это быстродействие ИВС, которая должна функционировать в реальном времени в распределенном режиме, отслеживая показания нескольких сотен датчиков контроля и защиты оборудования, обобщая и анализируя их показания”.

Исходившие от трех интеграторов предложения по применению в качестве ядра такой системы ОС Linux или Microsoft Embedded не устроили специалистов ГРЭС-3 по быстродействию. Выбор остановили на фирме “Дельфин-Информатика”, которая предложила внедрить собственную разработку — аппаратно-программный комплекс “Делин”, построенный на базе ОС реального времени (ОСРВ) QNX и удовлетворявший требованиям заказчика. Большую роль в данном выборе, по словам г-на Коновалова, сыграло и то, что “Дельфин-Информатика” уже много лет специализируется на автоматизации предприятий теплоэнергетического сектора и ее специалисты, накопив значительный опыт в этой сфере, чувствуют проблемы, которые им предстоит решать. В результате с фирмой был заключен договор о создании ИВС для трех газотурбинных установок (ГТУ) мощностью по 100 МВт.

“Изучив особенности объектов, подлежащих автоматизации, мы пришли к выводу, что программный комплекс (ПК) “Делин”, который к тому времени прошел довольно жесткую обкатку на ряде предприятий этой отрасли, позволяет решить поставленную здачу, — рассказывает руководитель проекта Юрий Чаусов. —Однако все энергетические предприятия имеют существенные различия, которые приходится учитывать при построении ИВС. Так, ПК “Делин” пришлось дополнить вновь разработанными драйверами связи со всеми типами измерительных приборов “Элемер”, применявшихся на ГРЭС-3. Здесь нам диктовал условия заказчик, который выбрал состав приборов”.

Этапы пути

“В работе над проектом, — продолжает г-н Чаусов, — нашим специалистам существенно помог опыт, полученный при внедрении комплекса “Делин” на Ново-Иркутской ТЭЦ, которая к этому времени уже работала под управлением этой системы, обеспечивая эффективное управление и контроль параметров технологических объектов. Этот опыт ускорил проектные работы: первая ИВС для всех ГТУ была спроектирована нами в 2003 г.”.

Затем началось внедрение, которое проводилось поэтапно — по мере готовности полевого уровня. В 2004 г. “Дельфин-Информатика” поставила заказчику вычислительное оборудование и программное обеспечение “Делин”, что позволило ввести в эксплуатацию систему температурного контроля трех генераторов. В следующем году контроль технологических параметров был дополнен и начал осуществляться в полном объеме на третьей ГТУ, в 2006-м — на первой и, наконец, в прошлом 2007 году — на второй установке.

Параллельно с внедрением в 2004-м спроектирована вторая ИВС для трех энергетических котлов паропроизводительностью 90 тонн в час. В 2005 году на ГРЭС-3 были поставлены оборудование и программы, а также введена в эксплуатацию система температурного контроля котлов. В следующем 2006 г. вторая ИВС была введена в строй уже в полном объеме. В том же году разработан проект и выполнена интеграция обеих ИВС с расширением состава потребителей информации, которая выведена на АРМ станционного инженерного центра АСУ ТП и АРМ главного инженера ГРЭС.

“На этапе опытно-промышленной эксплуатации ИВС показала высокое быстродействие и надежность, — комментирует г-н Коновалов. — Обеспечен определенный в техническом задании период сбора информации (две секунды по каждому параметру) и сохранен значительный резерв производительности контроллеров. Хотелось бы отметить важную функцию ИВС: при обрывах линий связи (как с полевыми приборами, так и с операторскими станциями и архивными серверами) с последующим устранением физической неисправности ее восстановление не требует никаких действий персонала АСУ ТП, восстановление функций системы происходит автоматически. Все узлы системы являются автономными, и отказ или отключение одного или нескольких из них не вызывает отказа системы в целом. Кроме того, благодаря выбранной архитектуре добавление новых вычислительных узлов к системе производится достаточно просто”.

Преодоление препятствий

Основная проблема при реализации проекта заключалась в том, что все практические работы, связанные с внедрением и испытанием оборудования, приходилось вести без остановки мощных турбогенераторов и котлов. Здесь специалисты обеих сторон — заказчика и исполнителя — находили взаимопонимание, и задержек в выполнении графика не происходило. Специалисты “Дельфин-Информатики”, по словам г-на Чаусова, производили совместно с персоналом ГРЭС пуско-наладку и обучали персонал в ходе этих работ и опытной эксплуатации. Кроме того, при построении ИВС было уделено внимание экономичности компоновочных решений и минимизации необходимых монтажных работ.

“Одной из проблем, возникших при тестировании и внедрении ИВС, — рассказывает Юрий Чаусов, — стали сбои (возникавшие, правда, достаточно редко для интерфейса RS232, в среднем раз в три часа) в доставке информации от новых приборов или её искажение. По ходу дела оперативно вносились корректировки в программу обслуживания вновь разработанных приборов. Теперь поступающие недостоверные данные автоматически обнаруживаются и исключаются из дальнейших расчетов”.

Особое внимание было уделено совершенствованию хранения данных в архиве, так как требования к этому компоненту системы возрастали по мере его внедрения. В связи с достаточно большим объемом сигналов, требующих архивирования, и их частым незначительным изменением введена система фильтрации от “белого” шума аналоговых сигналов, который засорял архив неактуальными значениями. Эта проблема была решена путем введения индивидуальных настроек архивирования для каждого архивируемого значения. Для поддержки архива в нештатных ситуациях (чрезмерное разрастание архивной базы данных — АБД —из-за неудачной конфигурации архива или фрагментации) были разработаны и переданы заказчику средства реструктуризации архива, обеспечивающие сохранение всех накопленных данных при минимизации объема АБД. При возникновении нештатных ситуаций с системой архивирования данных формируется предупредительное сообщение, которое выводится на экраны мониторов рабочих станций. Если в течение заданного интервала времени меры приняты, ситуация в большинстве случаев исправляется автоматически.

Уже в процессе эксплуатации архив для ГРЭС-3 дополнился событийным архивом и архивом диагностики оборудования. Принципиальная неограниченность времени хранения, заложенная в задачу архивирования, позволила удовлетворить желание заказчика хранить данные в АБД в течение трех лет.

Авторизованный доступ к архиву возможен с компьютера, работающего под управлением любой ОС, по Web-интерфейсу с использованием стандартных средств Интернета.

Что сделано

Все спроектированные ИВС имеют идентичную структуру и базируются на ОСРВ QNX версий 4 и 6. Сбор аналоговой информации от вторичных приборов “Элемер” выполняется процессорными модулями ТЕКОНИК производства фирмы “Промконтроллер” (по одному модулю на каждый агрегат и один общий резервный). На верхнем уровне ИВС находятся сервер, операторские и инженерная станция, сетевые принтеры.

Приборы “Элемер” подключены к каждому контроллеру по четырем лучам, реализующим интерфейс RS-232 через усилители-преобразователи ПИ 232/485. К каждому лучу подключено от 11 до 20 приборов. Все лучи опрашиваются параллельно, что заметно ускоряет сбор технологической информации. Объединение в лучи выполнено в соответствии с топологией расположения приборных панелей и с учетом равномерности загрузки сети по лучам. Незначительный объем кабельных и иных монтажных работ позволил заказчику выполнить монтаж своими силами.

Процессорные модули, сервер и усилители ПИ 232/485 собраны в общем шкафу автоматики. В том же шкафу установлено общее резервное оборудование с возможностью оперативного ввода его в работу. Все оборудование питается от источника бесперебойного питания.

Всего по трем ГТУ информация о значениях 580 параметров, получаемых с датчиков, собирается от 208 приборов; 27 параметров рассчитываются в контроллерах.

Первичная обработка данных в ИВС включает, в частности, расчеты максимальных значений по полям температур, например по сечениям турбины, а также критически важного для газовых турбин запаса давления до появления помпажа компрессора.

Представление информации оператору производится в разных формах: в виде фрагментов мнемосхем, гистограмм полей распределения температур, текущих и архивных графиков, таблиц текущих и архивных значений контролируемых параметров, протоколов событий, а также видеокадров диагностики состояния приборов и средств ПТК.

Предусмотрена индивидуальная и групповая сигнализация нарушений. Новые нарушения выделяются миганием. Мигание снимается квитированием индивидуальных сигналов.

Доступ к информации выполнен по принципу “от главного — к второстепенному”. Главная информация присутствует на экране вне зависимости от вызванного видеокадра. К ней относятся значения важнейших параметров, последние события, групповые сигналы нарушений. Информация средней важности (большинство видеокадров) вызывается одним нажатием клавиши, совмещенной с индикатором группового сигнала нарушения. Вызов второстепенной информации (графиков) производится по соответствующим процедурам. Графики могут выводиться по заранее заданным или оперативно созданному спискам параметров с большей или меньшей степенью подробности. Предусмотрены оцифровка значений параметров на любой момент “по визиру”, листание графиков, гашение и восстановление отдельных линий.

Таблицы изменения значений параметров во времени формируются из архивных данных и выводятся в специальной удобной для восприятия форме. Данные по значениям каждого параметра печатаются в столбец во временной последовательности с заданным при вызове интервалом. Первая строка на каждой странице таблицы всегда заполнена полностью, а в последующих строках выводятся только те значения, которые существенно изменились по сравнению с предыдущим. Таким образом внимание привлекается к наиболее важным данным.

Итоги и перспективы

По словам Вадима Коновалова, комплекс “Делин”, который обслуживается персоналом ГРЭС, прост в обращении и никаких проблем при освоении не вызвал. “Сейчас нам полностью переданы средства проектирования системы, с помощью которых был создан первоначальный вариант проекта, — добавляет он. — Благодаря этому инструментарию, включающему конфигуратор разработки “Дельфин-Информатики”, мы имеем возможность самостоятельно вносить корректировки и дополнения в проект. Прилагаемое к конфигуратору ПО для получения конфигурационных файлов, их трансляции и автоматической рассылки по контроллерам упрощает внесение любых изменений и их реализацию в режиме run-time”.

“Внедренная ИВС, — говорит г-н Коновалов, — позволила в реальном времени отслеживать оперативную обстановку на наших трех энергетических объектах, получая на мониторах полную информацию от нескольких сотен датчиков, представленную в обработанном графическом виде. Эта информация, обновляемая каждые две секунды, доступна как технологическому персоналу, так и операторам АСУ ТП, а также руководству компании, что позволяет с учетом обстановки на действующем оборудовании оперативно принимать решения по управлению ГРЭС и практически исключать при этом незапланированные остановки. Кроме того, реализация архивной базы обеспечила возможность анализа хронологически увязанной архивной информации на глубину до трех лет”.

По словам Юрия Чаусова, полученный его компанией положительный опыт при разработке и внедрении ИВС на основе ПК “Делин” на ГРЭС-3 теперь вполне может быть использован и на других теплоэнергетических объектах страны с учетом адаптации оборудования и ПО к архитектуре предприятия.

В 2006 г. практически параллельно с оснащением ИВС первых трех турбин были запущены два дополнительных проекта, которые также выполняла “Дельфин-Информатика”: одним предусматривалось расширение ИВС ГТУ подсистемой контроля последовательности срабатывания защит; вторым — создание третьей ИВС для контроля температурного режима четвертого и пятого генераторов мощностью по 150 МВт. Реализация первого из этих проектов намечена на текущий год, а второго — на 2009-й.

В ближайшей перспективе планируется использование ИВС на базе “Делин” для регистрации последовательности срабатывания защит.