ПИК ПРОГРЕСС
разработка, производство, внедрение АСУТП

Построение надежной АСУ ТП водогрейной котельной

Все большей популярностью в настоящее время пользуются автоматизированные водогрейные котельные, способные работать без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Особенно это актуально для компаний нефтегазового сектора, объекты нефтедобычи которых расположены в труднодоступных местах, и добраться до них бывает довольно непросто.

Для управления котельной без присутствия персонала используется общекотловая автоматика, т.е. АСУ ТП котельной. Чтобы повысить надежность системы автоматизации, различные ее узлы могут быть дублированы (резервированы).

Резервирование может быть "холодным", когда дублирующий комплект оборудования приводится в действие только в случае возникновения внештатных ситуаций, либо "горячим". В последнем случае оба комплекта работают параллельно.

В данной статье рассматривается структура АСУ ТП водогрейной котельной, построенная по схеме горячего резервирования контроллеров, с применением российского программно-технического комплекса "Космотроника".

АСУ ТП котельной выполняет следующие основные функции.

Технологические блокировки:

  • переключение насосов (через заданное время) и управление режимами их работы, АВР насосов;
  • подпитка внутреннего и внешнего контура;
  • поддержание давления во внешнем контуре;
  • поддержание температуры в помещении котельной;
  • поддержание температуры прямой сетевой воды в теплосети по сетевому графику;
  • поддержание температуры во внутреннем контуре котлов ("точка росы");
  • поддержание уровня воды в подпиточном баке.

Технологические защиты:

  • общекотельные защиты,
  • отключение котлов по аварийным технологическим параметрам.

Схема построения АСУ ТП котельной с горячим резервированием контроллеров изображена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема АСУ ТП водогрейной котельной с горячим резервированием контроллеров

Рис. 1. Структурная схема АСУ ТП водогрейной котельной с горячим резервированием контроллеров

Структура АСУ ТП котельной по схеме горячего резерва

АСУ ТП котельной с горячим резервированием контроллеров, построенная с применением ПТК "Космотроника", состоит из следующих основных элементов.

  • Шкаф АСУ ТП. Предназначен для размещения оборудования АСУ ТП котельной. Имеет гибкую иерархическую структуру, проектируемую в соответствии с требованиями автоматизируемых технологических процессов. В состав шкафа АСУ ТП входят следующие модули.
    • Основной контроллер. Выполняет функции управления, контроля, измерения и обработки информации, а также координирует действия всех узлов системы.
    • Резервный контроллер. Работает параллельно с основным контроллером, и в случае выхода из строя основного контроллера берет функции управления на себя.
    • Учетный контроллер. Предназначен для обработки и передачи данных, поступающих с приборов технического учета газа, тепла и электроэнергии.
    • Набор модулей ввода-вывода (устройств связи с объектом, УСО). Осуществляют сбор параметров телесигнализации, телеизмерений, а также выводы (аналоговый и дискретный) для контроля работы станции управления сетевыми насосами, и прочего оборудования. Количество модулей УСО зависит от количества сигналов на конкретной котельной. Набор УСО подключен к двум контроллерам посредством двух линий RS-485.
    • Прочее оборудование. В частности, в состав шкафа может быть включен один или несколько модулей расширения COM-портов. Также типовая структура шкафа АСУ ТП предполагает наличие резервированного питания, и другого вспомогательного оборудования.
  • Рабочее место оператора-технолога (АРМ ОТ). Это локальный пульт управления котельной, с помощью которого производится контроль параметров котельной, а также управление оборудованием и технологическими задачами. Выполнено на базе компьютера с экраном, расположенным непосредственно в котельной. Часто для экономии места АРМ ОТ монтируется прямо на корпус шкафа АСУ ТП.
  • Коммуникационный сервер (сервер ввода-вывода). Предназначен для организации обмена данными между АСУ ТП котельной и внешними потребителями информации. Позволяет транслировать команды управления с внешнего (удаленного) пульта оператора-технолога.
  • Сетевое оборудование. Взаимодействие между контроллерами в составе АСУ ТП, а также с пультом АРМ ОТ и программным обеспечением верхнего уровня осуществляется посредством линии Ethernet.

Оборудование комплекса АСУ ТП котельной

Оборудование АСУ ТП котельной располагается в специальном пыле-влагозащищенном шкафу АСУ ТП (СШМК.466535.001, рис. 2). Стандартный размер шкафа - 2200х800х600мм. Преимущество такой конструктивной схемы аппаратной части: малые габариты, малый вес, облегченный тепловой режим, меньшее количество соединительных кабелей. Для повышения надежности в состав шкафа входит подсистема резервирования питания.

Рис. 2. Шкаф АСУ ТП Космотроника: a - общий вид, b - развернутый вид, c - шкаф АСУ ТП в составе оборудования автоматизированной котельной

Рис. 2. Шкаф АСУ ТП "Космотроника": a - общий вид, b - развернутый вид, c - шкаф АСУ ТП в составе оборудования автоматизированной котельной

Контроллеры АСУ ТП

На представленной схеме в качестве основного, резервного и учетного контроллеров выбран промышленный контроллер УСО-КО (СШМК.467449.029) (рис. 3,4). Приставка "КО" означает "каналообразующий", и это не случайно, ведь "на борту" данного устройства есть все необходимое, чтобы обеспечить не только выполнение технологических алгоритмов и обработку поступающей с УСО и устройств учета информации, но и передачу данных по линии Ethernet и каналу 3G с буферизацией данных на случай обрыва связи.

Рис. 3. Промышленный контроллер УСО-КО в пластиковом корпусе

Рис. 3. Промышленный контроллер УСО-КО в пластиковом корпусе

Рис. 4. Промышленный контроллер УСО-КО в металлическом корпусе с внешней антенной

Рис. 4. Промышленный контроллер УСО-КО в металлическом корпусе с внешней антенной

Промышленный контроллер УСО-КО
Контроллер выполнен на базе промышленного модуля VDX-DIP-ISA с интегрированным 32-разрядным процессором, работающим на частоте 800 МГц. Имеет встроенный клеммник для подключения телесигнализации с возможностью подсчета импульсов, телеуправления, телеизмерения нормированных значений тока. Доступные коммуникационные интерфейсы - USB, Ethernet, 3G RS485 (до 4 линий) и RS232 (2 линии). Встроенная статическая память (Static RAM) объемом 512 кБ с резервным питанием. Поставляется в пластиковом (рис. 3) или металлическом (рис. 4) корпусе.
Смотреть подробнее...

Рис. 5. коммуникационный модуль МИМ-001-R4

Рис. 5. коммуникационный модуль МИМ-001-R4

Основной и резервный контроллеры соединены между собой по линии Ethernet, и в штатном режиме работают параллельно. Параметры измерений одновременно поступают на оба устройства. При этом основной является главным, он осуществляет управление оборудованием котельной по заложенным в него алгоритмам, а также передает команды телеуправлений с пульта АРМ ОТ или с верхнего уровня. Для переключения на резервный комплект имеется линия синхронизации in/out. В случае выхода из строя основного контроллера, резервный перехватывает управление на себя.

Учетный контроллер предназначен для осуществления технического учета. Обрабатывает и передает данные с приборов учета тепла, газа, горячей и холодной воды, и др. Исходя из его назначения, учетный контроллер должен обладать большим набором коммуникационных интерфейсов. Для расширения последовательных портов применяются коммуникационные модули серии МИМ-001 (Рис. 5).

Коммуникационный модуль МИМ-001-R4
Преобразователь интерфейсов МИМ-001-R4 предназначен для подключения устройств с последовательным интерфейсом к сети Ethernet. Позволяет организовать двусторонний «прозрачный канал» между Ethernet и 4 линиями RS485/422. Может работать в режиме конвертера протоколов (шлюза) Modbus RTU - TCP или организовать виртуальный COM-порт. Обладает повышенной защитой последовательных портов и питания от импульсных перенапряжений (до 5 кВ).
Смотреть подробнее...

Модули ввода-вывода

Модули УСО обеспечивают приём и выдачу всей номенклатуры сигналов, используемых на современных технологических объектах. Они предназначены для электрофизической стыковки и обеспечения необходимой гальванической изоляции аппаратуры контроллеров от датчиков и исполнительных механизмов, а также в случае интеллектуальных УСО – для автоматического опроса датчиков, предварительной обработки и оцифровки сигналов.

В представленной структуре резервируются только контроллеры, а модули ввода-вывода передают значения параметров по двум каналам RS-485, к каждому контроллеру по своей линии (на рис. 1 это линии RS1 - RS4). Такая схема обеспечивает серьезную экономию средств за счет отказа от дублирования модулей УСО, при этом сохраняя высокий уровень надежности.

Состав и количество УСО зависит от объема сигналов на конкретном объекте. ПТК "Космотроника" обладает большим набором универсальных модулей УСО.

  • Модифицированный универсальный модуль гальванической изоляции цифрового ввода на 64 канала УСО-ТС64К. Обеспечивает считывание телесигнализации - до 64 гальванически изолированных канала.
  • Модифицированный универсальный модуль аналогового ввода на 32 канала УСО-ТИ32К. Служит для измерения параметров телеизмерений - 32 гальванически изолированных канала 0 … +5В, или 0 … 20мА, или 4 … 20мА.
  • Модифицированный универсальный модуль гальванической изоляции цифрового вывода на 16 каналов УСО-ТУ16К. Предназначен для выполнения команд телеуправлений - до 16 гальванически изолированных управляемых каналов.
  • Модифицированный универсальный модуль аналогового вывода на 8 каналов УСО-ЦАП8K. В составе АСУ ТП котельной используется для контроля станций управления сетевыми насосами. Имеет 8 выходных каналов (по напряжению 0…5/0…10 В).

Все представленные модули УСО обеспечены двумя каналами RS-485. Количество модулей может отличаться. Например, может быть два или более УСО-ТС64К, и т.д. Как видно на схеме рис. 1, модули УСО-ТС64К, УСО-ТИ32К и УСО-ЦАП8К подключены по одной линии RS485 (RS2 и RS4), а модуль телеуправления УСО-ТУ16К находится на отдельной линии (RS1 и RS3). Это сделано для обеспечения более быстрой реакции на команды оператора.

Программное обеспечение комплекса АСУ ТП котельной

В данном примере в качестве подсистемы верхнего уровня применен программный комплекс "Космотроника", включающий два основных компонента - АРМ ТМ, выполняющее в данном случае функции оперативного рабочего места оператора-технолога (АРМ ОТ) и Коммуникационный сервер.

Автоматизированное рабочее место оператора-технолога (АРМ ОТ)

С помощью программного средства "Автоматизированное рабочее место Телемеханика" (АРМ ТМ) из состава программного комплекса "Космотроника" производится контроль параметров, а также управление оборудованием и технологическими задачами. Это своеобразный пульт управления котельной.

Технологическая сигнализация фиксирует все аварийные и предаварийные ситуации, и выдает на экране соответствующее оповещение, а также звуковую сигнализацию. Состояние технологического процесса отображаетсяв наглядной форме, в виде мнемосхемы (рис. 6).

Рис. 6. Экранная форма автоматизированной котельной

Рис. 6. Экранная форма автоматизированной котельной

Для локального контроля ПО АРМ ТМ устанавливается непосредственно на объекте. Удаленный контроль объекта может осуществляться с помощью web-интерфейса, либо через удаленный пульт оператора АРМ ТМ.

Для изменения и отладки программы основного и рабочего контроллера в состав поставки входит среда проектирования технологических алгоритмов "Конфигуратор контроллера "Космотроника" (рис. 7). При этом возможно и удаленное изменение прошивки контроллера, без выезда на объект.

Рис. 7. Окно редактора алгоритмов на экране ПО Конфигуратор контроллера

Рис. 7. Окно редактора алгоритмов на экране ПО "Конфигуратор контроллера"

Сервер ввода-вывода

Для обеспечения бесперебойной передачи данных на верхний уровень используется Коммуникационный сервер "Космотроника". Он является промежуточным звеном между контроллерами нижнего уровня и потребителями информации, которыми могут являться автоматизированные рабочие места пользователей, базы данных, внешние системы, и пр.

Поддержка стандартных коммуникационных протоколов

Коммуникационный сервер позволяет организовать обмен данными со сторонними системами, например, SAP, серверами АИИС КУЭ и АРМ РЗА, по стандартным коммуникационным протоколам. Для стыковки со сторонними системами и обеспечения работы всех систем как единое целое комплекс "Космотроника" обеспечивается поддержкой стандартных протоколов передачи данных, таких, как:

  • OPC (UA / DA);
  • МЭК 60870-5-101 (IEC 60870-5-101);
  • МЭК 60870-5-103 (IEC 60870-5-103);
  • МЭК 60870-5-104 (IEC 60870-5-104);
  • MODBUS RTU;
  • MODBUS TCP.

Посредством коммуникационного сервера можно обеспечить не только получение данных с контроллеров, находящихся вне зоны действия сети сотовой связи и Ethernet (например, где действует только связь по радиоканалу), но и осуществить телеуправление, и получить удаленный доступ к контроллеру для изменения его настроек и обновления программного обеспечения.

Создание АСУ ТП котельной "под ключ"

АО "ПИК ПРОГРЕСС" имеет большой многолетний опыт внедрения АСУ ТП котельных, работающих в суровых климатических условиях без присутствия человека. Программно-технический комплекс (ПТК) "Космотроника" позволяет обеспечить управление всеми процессами и технологическим оборудованием по оригинальным алгоритмам.

ПТК "Космотроника" является полностью российской разработкой, что особенно актуально в связи с общим трендом на импортозамещение. Оборудование адаптировано для применения в суровых условиях окружающей среды: от -40 до +60 ºС.

Вы можете заказать АСУ ТП котельной "под ключ" у нас. Поставка комплекса включает предпроектное обследование объекта, проектирование, разработку, производство и поставку оборудования, пуско-наладочные работы, а также гарантийное и постгарантийное обслуживание.

Обучение сотрудников Заказчика в случае заказа "под ключ" бесплатное. Техническая поддержка по электронной почте также бесплатна.

Мы также можем поставить отдельно оборудование для АСУ ТП из состава комплекса "Космотроника". Программное обеспечение контроллеров может быть наше (под управлением ОСРВ QNX6.4.1), либо без ПО.

Чтобы заказать комплекс АСУ ТП или задать вопросы, Вы можете позвонить по телефону +7 (495) 365-5036, либо заполните форму ниже:

Нажимая на кнопку "отправить", вы даете
согласие на обработку своих персональных данных.


Файлы для скачивания:

Буклет "Разработка, производство и внедрение АСУТП для котельных" (PDF, 780 кБ).