Лента новостей

 
 
  • 19 июня 2017
    IT-компании о новом этапе развития промышленного интернета

    Ассоциация содействия развитию и стандартизации систем управления на основе индустриального интернета «НППА»,  примет активное участие в работе V международного форума технологического развития «Технопром» 20-22 июня 2017  в МВК «Новосибирск Экспоцентр»

  • 01 июня 2017
    Российские разработчики в области промышленной автоматизации создали ассоциацию развития систем индустриального интернета

    Российские организации сферы высоких технологий в области промышленной автоматизации объявляют о создании некоммерческой организации Ассоциация содействия развитию и стандартизации систем управления на основе индустриального интернета НППА

  • 28 апреля 2017
    Состоялся рабочий визит Губернатора Новосибирской области Городецкого Владимира Филипповича в компанию «Модульные Системы Торнадо»

    Состоялся рабочий визит Губернатора Новосибирской области Городецкого Владимира Филипповича в компанию «Модульные Системы Торнадо»

  • 14 апреля 2017
    Полномочный представитель президента РФ в СФО посетил "Модульные Системы Торнадо"

    Полпред Президента РФ в НСО Сергей Меняйло посетил "Модульные Системы Торнадо"

  • 10 апреля 2017
    iPC Gridex II

    Мы постоянно совершенствуем платформу, старт продаж iPC gridex II запланирован на осень 2017

  • 04 апреля 2017
    Четырнадцатый форум СТПА прошел в праздничной обстановке

    31 марта 2017 в рамках торжественной части XIV форума СТПА отпраздновали своё 25-летие Модульные Системы Торнадо

  • 14 февраля 2017
    АСДУ Усть-Хантайской ГЭС на этапе пусконаладки

    Видеосюжет с пусконаладки новой автоматизированной системы диспетчерского управления Усть-Хантайской ГЭС

  • 26 января 2017
    Сервисные мероприятия на Южно-Сахалинской ТЭЦ 1

    Специалисты Модульных Систем Торнадо обследовали состояние 4-го и 5-го энергоблоков Южно-Сахалинской ТЭЦ-1

  • 10 января 2017
    Поздравляем с новогодними праздниками!

    ООО Модульные Системы Торнадо от всей души поздравляет с наступившим Новым 2017 Годом!

  • 30 декабря 2016
    Казахстанским представительством Торнадо запущено полностью автоматизированное производство удобрений в г.Степногорск на заводе Август НАН

    Казахстанским представительством Торнадо запущено полностью автоматизированное производство удобрений в г.Степногорск на заводе Август НАН

  • 16 декабря 2016
    Торнадо-N прошёл проверку на безопасность

    Программно-технический комплекс Торнадо-N прошёл проверку на безопасность

  • 24 ноября 2016
    ООО «Модульные Системы Торнадо» в Реестре Российской системы калибровки

    ООО «Модульные Системы Торнадо» внесено в Реестр Российской системы калибровки

Все новости
 
 

Файл статьи: Файл статьи

Издание: Журнал “ИСУП” № 2(50)_2014

Дата публикации: 08.02.2014


Опыт создания АСУ ТП на базе ПТК «Торнадо-N» (часть 1)

«ИСУП». 2014, № 2
Новосибирская компания «Модульные Системы Торнадо» успешно разработала и апробировала программно-технический комплекс «Торнадо-N», на основе которого возможно создание современных распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами с общим количеством каналов контроля и управления от нескольких де- сятков до нескольких десятков тысяч. В первой части статьи сравнивается организация ПТК «Торнадо-N» с организацией традиционных программно- технических комплексов для АСУ ТП. ЗАО «Модульные Системы Торнадо», г. Новосибирск


Введение

На базе разработанного компанией «Модульные Системы Торнадо» программно-технического комплекса (ПТК) «Торнадо-N» успешно построены автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) на энергоблоках ряда крупных объектов теплоэнергетики в России. Эти работы выполнены в рамках технологической платформы «Интеллектуальная энергетическая система России», главная цель которой – формирование высокоэффективной, экологически чистой, надежной и безопасной энергетической системы нашей страны на основе внедрения интеллектуальных технологий, обеспечивающих инновационный прорыв в развитии российской энергетики, резкое повышение ее эффективности, надежности и безопасности. ПТК «Торнадо-N» также был успешно применен за рубежом, в Республике Сербской (Босния и Герцеговина), при замене на современную АСУ ТП старой системы контроля и управления энергоблока мощностью 300 МВт тепловой электрической станции «Углевик». О том, как и в какие сроки был осуществлен этот проект, можно прочесть в № 5 журнала «ИСУП» за 2013 год. Следует подчеркнуть, что ПТК «Торнадо-N» можно использовать не только на крупных объектах энергетики. Есть примеры его успешного применения как универсальной платформы при решении задач автоматизации в других отраслях промышленности, когда нужно было реализовать относительно небольшое количество каналов контроля и управления: от нескольких десятков до нескольких сотен. Но прежде, чем перейти к описанию решений, построенных на базе ПТК «Торнадо-N», сравним его организацию с организацией традиционных программно-технических комплексов для АСУ ТП.

Традиционная организация ПТК для АСУ ТП

При создании АСУ ТП традиционно используются контроллеры, в которых осуществляется ввод текущих значений контролируемых параметров технологического оборудования, исполняются управляющие программы и формируются сигналы управления. Установленные на контроллерах управляющие программы выполняются в реальном времени и взаимодействуют через специализированные сети уровня управления или сети нижнего уровня. Типичный контроллер состоит из процессорного устройства, взаимодействующего с устройствами ввода/вывода через внутреннюю магистраль. Процессорное устройство имеет непосредственный доступ только к собственной подсистеме ввода/вывода, к которой привязано изолированное подмножество каналов сопряжения с технологическим оборудованием. При этом максимально возможное количество подключаемых к контроллеру каналов всегда ограничено в силу физической организации ввода/вывода и из-за ограничений по быстродействию процессорного устройства. В системах управления большими и сложными технологическими объектами приходится использовать не один, а несколько контроллеров (рис. 1), взаимодействующих в реальном времени через сети нижнего уровня (уровня управления). При построении таких сетей применяются специализированные программные и технические средства, которые могут быть дублированы. Опыт создания АСУ ТП на базе ПТК «Торнадо-N» (часть 1) Новосибирская компания «Модульные Системы Торнадо» успешно разработала и апробировала программно-технический комплекс «Торнадо-N», на основе которого возможно создание современных распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами с общим количеством каналов контроля и управления от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч. В первой части статьи сравнивается организация ПТК «Торнадо-N» с организацией традиционных программнотехнических комплексов для АСУ ТП. ЗАО «Модульные Системы Торнадо», г. Новосибирск 70 Журнал «ИСУП № 2(50)_2014 Автоматизация на практике».

Составляющие верхний уровень системы серверы и рабочие станции (автоматизированные рабочие места обслуживающего персонала) подключаются к сетям верхнего уровня, которые соединяются с сетями нижнего уровня. На всех этапах жизненного цикла АСУ ТП с такой классической многоуровневой архитектурой приходится учитывать ряд присущих им весьма жестких ограничений, обуславливающих высокую стоимость и длительные сроки реализации возможных решений.

Например, в тех нередких случаях, когда топология имеющихся кабельных трасс не соответствует функционально-технологической структуре объекта, передаваемые по отдельному кабелю сигналы необходимо вводить не в один, а в несколько контроллеров. Для этого полевой кабель приходится подключать к дополнительным коммутационным элементам, а затем через вторичные цепи подключать сигналы к контроллерам. При этом значительно повышается стоимость решения, одновременно снижается надежность системы и усложняется ее обслуживание.

Модификация систем классической архитектуры также затруднена. Например, когда ранее введенный в систему сигнал необходимо подключить к другому контроллеру, приходится существенно изменять и технические средства, и управляющие программы. Стоимость такой переделки может оказаться весьма высокой. Непростой задачей является и расширение систем классической архитектуры (введение дополнительных функций и/или подключение дополнительных сигналов). При этом практически невозможно избежать потенциально разрушительного вмешательства в ранее отлаженную реализацию технических и программных средств. Часто оказывается, что проще и дешевле добавить в систему новый контроллер, чем модернизировать имеющиеся технические средства.

Организация ПТК «Торнадо-N»

В ПТК «Торнадо-N» опробована архитектура одноранговой распределенной отказоустойчивой высокопроизводительной среды управления (рис. 2), обладающей новыми свойствами и преимуществами в сравнении с традиционной архитектурой ПТК для АСУ ТП. При разработке ПТК учитывались следующие требования, обязательные для АСУ ТП крупных энергетических объектов:

  • 1) охват всего объекта автоматизации без исключений;
  • 2) устойчивость к любым единичным отказам;
  • 3) отсутствие критических элементов отказа.

Также учитывалось, что к ПТК «Торнадо-N» в виде отдельных подсистем могут подключаться специализированные программно-технические средства, например, для регистрации аварийных ситуаций. Системообразующей основой ПТК служит однородная распределенная среда передачи данных, объединяющая на одном уровне все элементы системы:

  • устройства сопряжения с объектом (УСО);
  • процессорные устройства, обрабатывающие информацию в реальном времени;
  • серверы и рабочие станции для обслуживающего персонала.

Любой элемент системы может взаимодействовать с любым другим элементом через общую одноранговую скоростную магистраль передачи данных, которая дублируется. В качестве общей магистрали в ПТК использована среда передачи данных Fast Ethernet, выбор которой обусловлен следующими ее характеристиками:

  • широкая номенклатура сетевых средств, выпускаемых большими сериями и, что существенно для внедрения, относительно недорогих по сравнению со специализированными сетевыми средствами;
  • отсутствие проблем совместимости устройств и программного обеспечения различных производителей;
  • высокая скорость передачи данных (100 Мбит в секунду);
  • использование массово выпускаемого недорогого кабеля типа «промышленная витая пара», который хорошо защищен от индустриальных помех;
  • подключения узлов «звездой» сводит к минимуму эффект единичных отказов, в отличие от подключений типа «общая шина» и «от узла к узлу».

К общей магистрали ПТК подключаются модули УСО и процессорные устройства (управляющие компьютеры) промышленного исполнения. Модули УСО пассивны: взаимодействие с ними путем сетевого обмена пакетами осуществляется только по инициативе управляющего компьютера. Модули УСО с функциями ввода осуществляют:

  • ввод текущих физических значений контролируемых параметров;
  • диагностику работоспособности полевых технических средств;
  • первичную обработку сигналов (линеаризацию, масштабирование, табличные преобразования и др.);
  • частотную фильтрацию;
  • определение качества (статуса) измерений;
  • формирование пакетов с первично обработанными физическими значениями.

Модули УСО с функциями вывода формируют управляющие сигналы, принимая сетевые пакеты с текущими значениями этих сигналов. Связь между управляющими компьютерами (УК) и модулями УСО осуществляется через единую коммуникационную среду – общую для всех технических средств системы сеть Fast Ethernet со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, при построении которой могут использоваться несколько уровней коммутаторов Ethernet.

В ПТК для средних и больших объектов применяется следующая компоновка технических средств: модули УСО устанавливаются в отдельных шкафах и подключаются к установленным в тех же шкафах коммутаторам первого уровня.

Управляющие компьютеры также устанавливаются в отдельных шкафах и подключаются к установленным там же коммутаторам второго уровня. Для подключения компьютеров верхнего уровня (серверов и АРМ) используются установленные в отдельном шкафу коммутаторы третьего уровня. Коммутаторы первого уровня подключены к коммутаторам второго уровня, которые, в свою очередь, подключены к коммутаторам третьего уровня. Взаимодействие между модулями УСО и управляющими компьютерами осуществляется через две дублированные сети нижнего уровня 1 и 2. Взаимодействие между УК и компьютерами верхнего уровня осуществляется через две дублированные сети верхнего уровня A и B. Сеть 2 и сеть B сделаны изолированными, а сеть 1 и сеть A связаны друг с другом, образуя единую магистраль ПТК, к которой подключены все его технические средства.

Такая компоновка обеспечивает удобство монтажа, наладки и технического обслуживания, а также гарантирует устойчивость к единичным отказам сетевых средств. По экономическим соображениям для небольших объектов все технические средства ПТК, кроме АРМ, могут быть установлены в одном шкафу. При этом в ПТК есть только одна пара коммутаторов Ethernet, и, соответственно, реализованы две дублированные сети Ethernet. Каждое техническое средство ПТК подключено к обеим этим сетям, что обеспечивает устойчивость к единичным отказам сетевых средств.

Установленное на управляющих компьютерах программное обеспечение (управляющие программы) исполняется в среде ISaGRAF и осуществляет:

  • опрос и диагностику работоспособности модулей УСО;
  • дополнительную обработку сигналов;
  • обмен данными с другими управляющими компьютерами;
  • обмен данными с серверами верхнего уровня АСУ ТП;
  • исполнение управляющих программ в реальном времени.

В ПТК реализована пакетная передача данных между модулями УСО и управляющими компьютерами по протоколу Modbus поверх протокола UDP по сети Ethernet со скоростью 100 Мбит в секунду. Модуль УСО объявляется неисправным, если он не ответил на три запроса подряд через оба реализованных в нем порта Ethernet. Благодаря организации ПТК любая из управляющих программ может взаимодействовать с любым из модулей УСО, что позволяет создавать конфигурации АСУ ТП, устойчивые к единичным и множественным отказам на полевом уровне системы, непосредственно взаимодействующем с технологическим оборудованием.

Для обеспечения устойчивости к отказам могут быть также дублированы или резервированы основные элементы ПТК. Как правило, в ПТК дублируется информационная магистраль и резервируются управляющие компьютеры. При отказе основного компьютера резервный компьютер автоматически берет на себя функции управления объектом. После восстановления работоспособности основного компьютера к нему автоматически возвращаются функции управления. Для этого на основном и резервном компьютерах устанавливаются идентичные комплекты управляющих программ и специальное программное обеспечение для согласования контекстов исполнения управляющих программ. Контексты передаются между компьютерами в реальном времени через выделенные дублированные линии связи.

Такая организация ПТК дает полную свободу в проектировании и эксплуатации АСУ ТП, для нее нет ни топологических, ни конструктивных ограничений, в любой момент можно перераспределить нагрузку, добавить дополнительные недостающие вычислительные мощности и каналы ввода/вывода. Фактически в ПТК «Торнадо-N» реализовано общее «коммутационное поле», через которое от каждого активного элемента системы может быть статически проложен и настроен виртуальный канал связи с любым пассивным элементом системы, с гарантированным временем доставки. В реализации такого виртуального канала используются не специализированные, а широко распространенные недорогие программные и технические сетевые средства.

При добавлении в систему новых технических и программных средств необходимо выполнить только их настройку, но не требуется вносить изменения в ранее установленные средства. Перепривязка сигнала (его переброска от одной управляющей программы к другой) производится только программно, а не программно и технически. Фактически любой сигнал в системе можно привязать к любой управляющей программе. При расширении и модернизации системы можно добавлять только отдельные модули УСО, а не новые контроллеры с вновь разработанными программами. Управляющее программное обеспечение выделяется в полностью обособленный слой системы. Его декомпозиция зависит только от запроектированного функционала системы и никак не зависит от компоновки технических средств. Вместо дорогих решений сложных технические проблем решаются относительно простые задачи по перенастройке и/или перекомпоновке программного обеспечения. Появляется практически ничем не ограниченная свобода в части организации работ по проектам. Для конкретного объекта, конкретных исполнителей и конкретных условий производства можно задать уникальную дисциплину проектирования, разработки и изготовления АСУ ТП, адекватную решаемой задаче. Также кардинально меняются способы и стоимость решения многих задач автоматизации. Примеры таких решений приведем в следующем номере.



Вернуться к списку публикаций
 

* 

*

*

*

*