ПТК «Торнадо». Универсальное решение для автоматизации технологических процессов

Версия для печати

Программно-технический комплекс нового поколения (ПТК) «Торнадо» является системой класса DCS и обладает уникальными возможностями по масштабируемости, надежности и производительности. Использование ПТК «Торнадо« при создании АСУТП позволяет в кратчайшие сроки создавать полнофункциональные системы контроля и управления любой сложности.

IMG11.png

Аппаратная часть комплекса (модули ввода-вывода и промышленные компьютеры) разработана компанией «Модульные системы Торнадо» самостоятельно. Архитектура комплекса основана на передовых открытых информационных технологиях. Построенный на современных сетевых решениях, ПТК «Торнадо» демонстрирует новый подход к созданию высокопроизводительных и надежных систем управления технологическими процессами.

Программные компоненты ПТК базируются на продуктах ISaGRAF и InTouch от ведущих мировых лидеров. Система интегрирована в единый комплекс посредством уникального программного обеспечения, разработанного компанией.

Широкий набор прикладных библиотек для реализации технологических функций и обеспечения человеко-машинного интерфейса нарабатывался на протяжении многих лет в тесном сотрудничестве с предприятиями энергетики и промышленности.

Универсальность, масштабируемость и модульная структура позволяют легко адаптировать комплекс под требования Заказчика.

Ключевым преимуществом компании «Модульные Системы Торнадо» является возможность разработки в сжатые сроки новых аппаратно-программных элементов, расширяющих функции ПТК для решения конкретных задач.

Комплекс совместим с любыми типами технологического оборудования и может применяться для создания систем управления на различных промышленных предприятиях, в том числе на критически важных объектах (АСУТП КВО).

Оборудование комплекса размещается в пыле/влаго/виброзащищенных металлических шкафах, куда подключаются управляющие механизмы и датчики. Все блоки ПТК производятся в компании «Модульные Системы Торнадо».

ПТК «Торнадо» имеет все необходимые разрешительные документы, включён в Государственный реестр средств измерения Российской Федерации и Республики Казахстан.

Функции комплекса

· управление в реальном времени технологическим оборудованием во всех эксплуатационных режимах, включая пуск и останов;

· использование эффективных алгоритмов управления и регулирования с учётом конструктивных и технологических особенностей оборудования, многообразия режимов его работы и опыта эксплуатации;

· реализация защит и блокировок;

· дублирование и резервирование составляющих ПТК для обеспечения устойчивости системы к любому единичному отказу;

· развитая диагностика АСУТП в целом, делающая эксплуатацию удобной и надежной;

· фиксация истории функционирования объекта автоматизации для ее последующей обработки (в том числе подготовки технико-экономических отчетов ).

Преимущества внедрения ПТК «Торнадо»

Внедрение комплекса:

· Повышает экономическую и экологическую эффективность объекта. За счет использования более совершенных алгоритмов сжигания и парораспределения повышается КПД энергоустановок, снижается расход топлива, минимизируются вредные выбросы.

· Увеличивает срок службы технологического оборудования. Автоматическое регулирование, автоматизированные пуск и останов оборудования в пределах технологических допусков эксплуатации, автоматика защит и интеллектуальных блокировок позволяют существенно увеличивать рабочий ресурс основного оборудования и сроки его фактической эксплуатации.

· Повышает безопасность. Система устойчива к любому единичному отказу за счет резервирования и дублирования ее ключевых элементов, включая автоматизированные рабочие места, контроллеры и сетевые средства, подсистему питания. Во время работы ПТК производится непрерывная диагностика диапазонов и скорости изменения параметров, достоверности показаний, времени исполнения команд, наличия электропитания в цепях, времени реагирования модулей, состояния коммуникаций и сетевого оборудования и многое другое. Система оповещает оперативный персонал о наличии неисправностей, идентифицирует отказавший элемент. Реализованы «горячая замена» отдельных модулей без отключения питания всего ПТК и возможность безударного перезапуска любых компонент программного обеспечения комплекса в рабочих условиях. Для технических средств комплекса характерно низкое энергопотребление, отсутствие шума и вибраций, благодаря пассивному охлаждению.

· Снижает затраты. Открытая архитектура, основанная только на стандартных технологиях, позволяет проводить поэтапное внедрение комплекса, расширять существующую систему с минимальными финансовыми вложениями, позволяет использовать оптимальное для решаемой задачи количество модулей, уменьшает расход кабельной продукции.

· Сокращает объем монтажных работ.

· Упрощает эксплуатацию. Оборудование полевого уровня подключаются напрямую в ПТК, без промежуточных клеммников, кроссовых реле и других преобразователей. Это уменьшает количество шкафов на объекте, значительно увеличивает надёжность и упрощает коммутацию, а также облегчает обслуживание АСУТП.

· Обеспечивает совместимость. ПТК может работать с любым полевым уровнем (КИП) как отечественного, так и импортного производства. Это достигается применением согласующих терминальных блоков или блоков полевых интерфейсов (БПИ), содержащих преобразователи полевых сигналов и пружинные клеммы, обеспечивающие надежное подключение кабеля сечением до 2,5 мм2 и замену отказавших элементов без перемонтажа подключённого полевого кабеля.

· Снижает риски. Значительно сокращается число трудоёмких, рутинных ручных операций при монтаже и эксплуатации системы и, соответственно, существенно снижается вероятность ошибок при их выполнении.

· Предоставляет расширенные возможности для модернизации. Гарантированный высокий уровень стабильности в работе оборудования позволяет проводить модернизацию комплекса, не прерывая управление технологическим процессом. Монтаж и демонтаж отдельных блоков производится без остановки всей системы. 

Организация технических средств комплекса «Торнадо»

Для обмена информацией внутри комплекса используется дублированная сеть стандарта Industrial Ethernet. Взаимодействие с модулями MIRage-N возможно на скорости до 100 Мбит в секунду, что обеспечивает высокую скорость передачи данных, распределённую, масштабируемую, одноранговую структуру и простую интеграцию с другими информационными сетями. Для синхронизации устройств используется протокол точного времени NTP и IEEE 1588. Опыт внедрений показывает, что ПТК позволяет одновременно обрабатывать десятки тысяч сигналов с циклами регулирования от 10мс. Унифицированное исполнение модулей ввода-вывода и контроллеров позволяет эффективно обслуживать и расширять систему, обеспечивает понятную, простую и лёгкую в обслуживании структуру средств АСУТП.

IMG14.png

IMG15.png

1. Архитектура ПТК основана на дублированной сети Ethernet, объединяющей на одном уровне все оборудование комплекса: модули ввода-вывода, резервированные процессорные блоки на основе промышленных компьютеров и компьютеры верхнего уровня АРМов и серверов. В архитектуре комплекса, по сути, отсутствуют привычные, традиционные контроллеры. В ПТК «Торнадо» контроллеры виртуальны - это программы управления, функционирующие в «облаке» пула процессорных блоков. Все это обеспечивает беспрецедентную производительность, гибкость и живучесть системы.

IMG16.png

2. Модули ввода-вывода (модули УСО) осуществляют подключение КИП, ввод и нормирование сигналов от датчиков, формируют сигналы управления на исполнительные механизмы автоматизируемого объекта, полученные по сети от процессорных блоков, где выполняются программы управления технологическим объектом управления (ТОУ). В ПТК «Торнадо» перечисленные функции выполняют модули ввода-вывода MIRage-N.)

IMG17.png

3. Процессорные блоки формируют мгновенную базу данных сигналов объекта, реализуют систему обмена сообщениями и сетевыми переменными между блоками, обеспечивают стабильную работу объекта в соответствии с управляющими программами (виртуальными контроллерами). В соответствии с проектным решением процессорные блоки могут быть размещены как непосредственно в шкафах УСО, так и в отдельных шкафах. Процессорными блоками в ПТК «Торнадо» являются промышленные компьютеры IPCGridex, разработанные и производимые компанией «Модульные Системы Торнадо».

IMG18.png

4. Серверы хранят и накапливают базу данных состояний объекта, служат для коммуникаций с внешними сетями и web-сервисами. В архитектуре ПТК «Торнадо» серверы не являются элементами оперативного контура, что обеспечивает независимость управления от компьютеров верхнего уровня (АРМ и других серверов).

IMG19.png

5. АРМы оперативного персонала служат для визуального отображения процесса и управления технологическим оборудованием при помощи мнемосхем. Имеются специализированные видеокадры для визуализации защит, блокировок, сигнализации, трендов. Средствами инженерных АРМ выполняются настройка, диагностика и тестирование ПТК, калибровка средств измерений, восстановление и резервное копирование программной части комплекса, формирование отчётов, а также расширение и развитие АСУТП.

IMG120.png

6. Вспомогательное оборудование ПТК включают в себя источники электропитания в соответствии с 1 категорией особой группы в классификации ПУЭ, сетевые маршрутизаторы, ЗИП и т.д.

Программное обеспечение

Все процессорные блоки комплекса работают под управлением операционной системы Microsoft Windows 8 Embedded.

Для разработки и исполнения управляющих программ используется интегрированная среда ICS Triplex ISaGRAF, отвечающая всем требованиям международного стандарта IEC 61131-3 на инженерные языки программирования.

Среда разработки (ISaGRAF) работает под управлением Операционной системы Windows Embedded. и установленной на процессорном блоке системы исполнения — ядра ISaGRAF. При программировании можно использовать любой из пяти инженерных языков стандарта IEC 61131-3: FBD, LD, ST, SFC или IL. Детерминированная конфигурация программного обеспечения процессорных блоков гарантирует выполнение прикладных программ в среде ISaGRAF в режиме реального времени.

В помощь разработчикам управляющих программ разработана и поставляется проверенная на практике библиотека функциональных блоков, предназначенных для управления широкой номенклатурой технологического оборудования: задвижками, исполнительными механизмами, запорно-регулирующей арматурой, а также для программирования функционально-группового управления (ФГУ) и автоматического включения резерва (АВР).

Для интеграции современных микропроцессорных устройств электрической части используется программное обеспечение Торнадо-ТМ, обеспечивающее интеграцию сторонних устройств по протоколам МЭК-870-5-101, МЭК-870-5-104, МЭК-61850 и другим телемеханическим протоколам.

Мнемосхемы и видеокадры технологических процессов реализуются на АРМах операторов посредством разработанных в компании элементов визуализации , исполняемых в среде SCADA Wonderware InTouch. Также возможна реализация в виде «тонкого клиента» с использованием протокола http, когда визуализация осуществляется в браузере средствами ПО MSTmake разработки «Модульные Системы Торнадо».

Системы управления базами данных используют сервер Microsoft SQL. Для изменения настроек системы реализовано специализированное программное обеспечение «Конфигуратор», разработанное в компании «Модульные Системы Торнадо».

Обмен информацией в системе производится с применением стандартных протоколов связи TCP и UDP и высокоуровневых протоколов DDE, OPC и ModBus.

Расчётная оценка надёжности технических средств

ПТК разработан таким образом, чтобы обеспечить устойчивость к любым единичным отказам. Среднее время наработки на отказ процессорных устройств и модулей распределённого ввода/вывода, с учётом базовых системных решений технического обслуживания, регламентированного инструкцией по эксплуатации, составляет не менее 150 000 часов.

Среднее время восстановления работоспособного состояния процессорных устройств и модулей распределенного ввода/вывода, входящих в состав ПТК, составляет не более 1 часа.

Срок службы базовых элементов ПТК (оборудование шкафов контроллеров и шкафа питания и коммуникаций, за исключением размещенных в нем заменяемых узлов) - не менее 15 лет.

Значение коэффициента готовности ПТК - не менее 0,996, а для систем с применением резервирования - не менее 0,999.

Примеры применения комплекса

ПТК «Торнадо» с успехом применяется на объектах генерации: от автоматизации малых котельных до построения на системообразующих объектах большой энергетики (ТЭЦ, ГЭС, ГРЭС) комплексных полномасштабных АСУТП мощных энергоблоков, газотурбинных установок (ГТУ), котло- и турбоагрегатов.

На сегодняшний день в эксплуатации находятся более 150 АСУТП, построенных на базе ПТК «Торнадо», в том числе на энергоблоках таких крупных объектов энергетики как Новосибирская ТЭЦ-5, Краснодарская ТЭЦ, Красноярская ТЭЦ-3, Южно-Сахалинская ТЭЦ-1, ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 Астана-Энергия (Казахстан), ТЭС «Костолац«, РиТЭС «Углевик» (Республика Сербская) и других.

Для создания АСУТП электрических подстанций и диспетчеризации создан и развивается современный комплекс телемеханики.

Комплекс предназначен для построения автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ) и интегрированных АСУТП электросетевых объектов (подстанций и электрической части объектов генерации): от небольших силовых распределительных подстанций (ПС) класса напряжения 35кВ до территориально распределенной группы взаимосвязанных подстанций магистральных электрических сетей (МЭС) класса напряжения 500кВ. Одним из таких крупных проектов является поставка комплекса телемеханики и противоаварийной автоматики на 15 подстанций класса 500 и 1150 кВ для объединенной энергосистемы (ОЭС) Республики Казахстан.

Огромный опыт внедрения комплекса на сложнейших объектах энергетики позволяет применять ПТК «Торнадо« в любых других отраслях промышленности. Так, например, компания имеет положительный опыт решения задач для станкостроения (АСУТП для машин литья под давлением для ОАО «Сиблитмаш«, 2013 г.). 

 

* 

*

*

*

*