Практическая конвергенция автоматики и телемеханики
Б.К. Ковалёв, заместитель генерального директора по НИОКР
В.Е. Пальгов, начальник отдела автоматизации и программного обеспечения
Автоматика и телемеханика обычно рассматриваются в сочетании, как единый комплекс технических средств автоматизации промышлен- ных объектов (1). Вместе с тем, каждое из этих направлений зачастую решает свои конкретные задачи вполне автономно.
В основу задач телемеханики традиционно закладываются сбор и передача информации для систем верхнего уровня управления, а также дистанционное управление отдельными исполнительными ме- ханизмами объекта (нередко по физическим линиям). В процессе вы- полнения общей задачи приходится осуществлять прием информации от первичных датчиков с преобразованием в цифровую форму, коди- ровать информационные сообщения, формировать каналы передачи информации, производить декодирование запросов с верхнего уровня управления, исправлять ошибки передачи данных и решать целый ряд других сопутствующих проблем.
В основе задач автоматики (АСУ ТП или САУ) лежат организация сбора, обработки и отображения информации для конкретного уровня (объекта) управления, а также обеспечение заданных параметров тех- нологического процесса с одновременной реализацией автоматической защиты оборудования и обслуживающего персонала.
Нетрудно заметить: фактическое разделение функций автоматики и телемеханики происходит по форме и уровням представления конечного результата, который достигается в обоих случаях выполнением очень близких текущих задач по сбору и обработке информации от первичных датчиков и преобразователей. Такое разделение функций во многом объясняется использованием до определенного момента громоздкой устаревшей элементной базой, основанной на жесткой дискретно-линейной логике, что создает необходимость конфигурирования функциональных модулей и блоков, выполняющих на разных уровнях управления операции сбора, кодирования, декодирования и передачи данных. Таким образом, на протяжении долгого времени возможность и целесообразность создания комплексной информационно- управляющей системы, в которой могут быть использованы единые решения по сбору, обработке и представлению данных различным пользователям даже не рассматривалась. Как следствие, за сравнительно небольшой срок на ряде объектов магистральных газопроводов, в частности на газораспределительных станциях, оказались задействованы в совместной работе по две, три и более информационно-управляющие системы автоматики и телемеханики, выполняющие сходные функции и имеющие при этом различные внутренние и внешние интерфейсы.
Бурное развитие в конце XX века рынка промышленных контрол- леров (ПК) и программируемых логических контроллеров (ПЛК) за короткое время изменило отношение к традиционным системам авто- матики и телемеханики. На основе высокоинтегрированных микропро- цессорных систем стало возможным и даже необходимым объединение функций и задач, относящихся к системам телемеханики и АСУ ТП.
Непрерывно изучая особенности современных промышленных контроллеров и возможности реализации с их помощью всей сово- купности задач контроля и управления газораспределительной станцией, специалисты завода «Газпроммаш» создали серию устройств, объединенных общим назначением и набором выполняемых функций, на основе различных ПК и ПЛК. Шкаф контроля и управления газора- спределительной станцией (ШКУ ГРС) имеет несколько исполнений, отличающихся применением в качестве центральных управляющих элементов контроллеров различных фирм-производителей. Базовым исполнением в настоящее время является ШКУ ГРС на основе про- мышленного контроллера I-8000 фирмы ICP DAS, который в течение длительного времени показывает высокую надежность и оптимальное соотношение цена/возможности (2; 3). Следующим по количеству инсталляций в продукции завода «Газпроммаш» идет широко исполь- зуемый на объектах ОАО «Газпром» ПЛК CompactLogix фирмы Allen Bradley, выделяющейся среди конкурентов наиболее качественной си- стемой разработки прикладных программ наряду с высокими эксплуа- тационными показателями изделий (4). Имеется также опыт конфи- гурирования систем на базе контроллеров Siemens, Schneider Electric, Advantech и других известных фирм.
Вычислительные и коммуникационные возможности этих кон- троллеров позволили к традиционному набору выполняемых задач автоматического управления, таких как:
- чтение состояния двухпозиционных объектов;
- чтение значений давления и температуры газа в течение всего процесса его подготовки;
- слежение за уровнем концентрации газа в блок-боксах и на территории ГРС;
- управление запорной арматурой по заданным алгоритмам; обмен данными с локальными системами автоматизации;
- отображение состояния ГРС на панели оператора, добавить функции, которые раньше традиционно оставляли контролируемым пунктам телемеханики, а именно:
- передача данных на верхний уровень автоматизации средствами, обеспечивающими физический, канальный и представительский уро- вень организации информации;
- объединение множества устройств с различными протоколами обмена и перекодирование получаемой от них информации в единый сетевой протокол, принятый в конкретной реализации системы телемеханики;
- телеизмерение и телерегулирование системы катодной защиты газопровода;
- дистанционное телеуправление оборудованием ГРС (краны, за- движки, клапаны и т.д.);
- управление системой ограничения подачи газа потребителям; прием данных о составе газа и корректировка параметров, вводи- мых в устройства коммерческого учета расхода газа.
Внедряя средства автоматического управления ГРС «ГАЗПРОМ- МАШ» с использованием ШКУ ГРС, специалисты завода приобрели большой положительный опыт интеграции созданной системы в существующие и проектируемые сети передачи данных на основе широкораспостраненной системы телемеханики «Магистраль-2», как в плане сопряжения с КП СЛ ТМ «Магистраль-2», так и с полной заменой технических средств КП СЛ ТМ на собственные.
В настоящее время происходит ощутимая и эффективная конвергенция автоматики и телемеханики, в результате которой телемеханизация промышленных объектов уже не осуществляется в отрыве от процесса автоматизации, а является его составной частью. При этом повышенный уровень автоматизации позволяет получить максималь- ную технико-экономическую эффективность телемеханики, а развитая телемеханика, в свою очередь, расширяет возможности автоматики.
На современном уровне развития средств микропроцесорной техники автоматизация и телемеханизация объекта может быть осуществлена различными способами на основе разнообразных систем. Получаемые при этом результаты в большей мере зависят от элементов технической реализации, от качества применяемого оборудования, от квалификации обслуживающего персонала, от условий эксплуатации и в меньшей степени — от самого принципа технического решения.
Тенденция всеобъемлющей конвергенции на рынке систем ав- томатизации управления технологическими процесами приводит к тому, что закрытые вычислительные системы, с использованием со- временных программируемых логических контроллеров, становятся все более доступными, приобретая несвойственные им ранее интер- фейсы открытых систем: USB, Ethernet, Flash Card. В то же время и про- мышленные компьютеры, использующиеся в управлении процессами, начинают приобретать больше свойств и функций ПЛК. Так, отдельные модификации современных промышленных компьютеров сегодня имеют встроенные устройства сопряжения с объектами и сторожевые таймеры; конструктивно они размещаются на DIN-рейке, выпускаются в формфакторах, характерных для ПЛК, а в некоторых из них присут- ствуют аппаратные средства обеспечения горячего резервирования. В ближайшем будущем можно ожидать появления универсальных программированых контроллеров нового уровня для широкого применения в системах автоматизации, которые станут закономерным результатом такой конвергенции технологий.
Наглядным примером технической конвергенции может служить также постепенное превращение телефонного аппарата из обычного средства связи в элемент телекоммуникационной системы, обеспечи- вающий в условиях современной распределенной телемеханической системы сбор данных по беспроводным линиям связи (5). Специали- сты завода «Газпроммаш» еще в 2004 году реализовали в системе ав- томатического управления газораспределительной станцией передачу потребителю разрешенной информации о параметрах ГРС по сотовой телефонной связи, что подтверждается протоколом эксплуатационных испытаний станции «ГРС ГАЗПРОММАШ-5», проведенных комисси- ей ОАО «Газпром» в Ногинском УМГ ООО «Мострансгаз». С тех пор произошло серьезное развитие как программных, так и аппаратных средств связи и специализированных контроллеров, что позволяет вывести на качественно новый уровень не только обеспечение опе- ративной диспетчерской связи на промышленных объектах, но и соз- даваемые при этом распределенные телемеханические системы сбора данных, совмещенные с системами управления.
Следует также отметить, что в условиях быстро меняющихся тенденций в идеологии автоматизации промышленных объектов зна- чительно возрастает роль отраслевых координаторов этого процесса. Ведь от того, как на местах будут решаться вопросы материального, программного обеспечения и сервисного обслуживания, во многом зависит эффективность и качество работы выбранной для автомати- зации комплексной системы. Необходимо также помнить, что эксплуа- тирующие организации могут заниматься непрерывным обновлением оборудования только в том случае, если новое оборудование легко встраивается в существующее, а замена выработавших свой ресурс из- делий или их частей не влечет за собой полной смены элементной базы и программного обеспечения сопрягаемых узлов и систем.
Помимо прочего, применение нового оборудования на опасных производственных объектах (к которым относятся очень многие объ- екты газовой промышленности), регламентируется рядом обязательных к исполнению ведомственных стандартов и нормативно-технических документов Ростехнадзора, не всегда успевающих отразить результаты научно-технического прогресса. С этим обстоятельством тоже необхо- димо считаться разработчикам и производителям современного авто- матизированного оборудования.
Опыт работы специалистов завода «Газпроммаш» с различными газотранспортными организациями показывает, что, разрабатывая си- стемы автоматизации и телемеханизации объектов нефтегазовой про- мышленности, необходимо с одной стороны тщательно отслеживать технические новинки целого ряда фирм, специализирующихся на по- ставках программно-технических средств, а с другой стороны — строго учитывать изложенные выше рекомендации. Созданные в результате такого подхода системы непременно будут востребованы.
Список литературы:
1. С.В. Щелкунов — Разработка и внедрение унифицированных проектных реше- ний по телемеханизации и автоматизации газораспределительных станций//Эксплуа- тация, диагностика, проектирование и изготовление газораспределительных станций магистральных газопроводов. Материалы отраслевого совещания (Москва, декабрь 2004г.). — М. ООО «ИРЦ Газпром», 2005.
2. Б.К. Ковалёв, В.В. Гнеушев — Шкаф контроля и управления газораспределитель- ными станциями//Эксплуатация, диагностика, проектирование и изготовление газо- распределительных станций магистральных газопроводов. Материалы отраслевого совещания (Москва, декабрь 2004г.). — М. ООО «ИРЦ Газпром», 2005.
3. Б.К. Ковалёв, В.Е. Пальгов — Автоматизированное управление газораспределитель- ной станцией//Статьи, доклады, сообщения. Вестник Газпроммаша, 2007. Выпуск 1.
4. М.А. Балавин, С.В. Лазаревич, Г.С. Нахшин, С.П. Продовиков, А.З. Шайхутдинов Опыт создания и внедрения систем автоматического управления//Газовая промыш- ленность, 2006. №8.
5. И.В. Кравченко — Технологии SCADA TRACE MODE 6 для создания телемехани- ческих систем управления//Автоматизация в промышленности, 2008. №4.