Практическое воплощение на объектах газовой промышленности современных тенденций слияния автоматики и телемеханики

Б.К. Ковалёв, зам. генерального директора по НИОКР В.Е. Пальгов, начальник отдела автоматизации и программного обеспечения

Основные предпосылки и характерные особенности постепенного слияния функций автоматики и телемеханики были подробно освещены во втором выпуске ежегодника «Вестник Газпроммаша» за 2008 год. В процессе совершенствования элементной базы информационно-управляющих систем, меняются идеология и ме- тодология их построения, повышается доля решаемых данными системами интегрированных задач, а также упрощается алгоритм общения оператора или диспетчера со средствами управления технологическим процессом при одновременном отображении всех контролируемых параметров. Цель данной статьи — обобщение и краткий анализ конкретных результатов, полученных в результате объединения систем автоматики и телемеханики на газораспредели- тельных станциях.

Следует отметить, что активная модернизация элементной базы информационно-управляющих систем, происходящая в современном мире, совпала по срокам с кризисными явлениями в российской промышленности. Результатом стало серьезное отставание в оснащении действующих объектов современными средствами автоматизации. Существует и другая, не менее важная проблема: техническая подготовка обслуживающего персонала зачастую не отвечает необходимому уровню, позволяющему свободно работать с информационноуправляющими системами, традиционно разделенными по функциям на требующие принципиально разного подхода в организации обслуживания устройства автоматики и телемеханики.

Речь идет не об отдельных элитных объектах, порой ничуть не уступающих по оснащению западным образцам, а о многочисленных газораспределительных станциях удаленных регионов, находящихся в эксплуатации более 25–30 лет, оборудование которых (в том числе и средства автоматизации) не обновлялось фактически с момента ввода в эксплуатацию.

Наиболее простым и относительно недорогим решением вышеуказанных проблем, является применение информационно-управляющей системы (ИУС), объединяющей функции традиционной автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП или САУ) и классической системы телемеханики (СТМ). Обязательным условием является использование для построения ИУС современных аппаратных средств и качественного программного обеспечения, позволяющего объединить в единую систему все имеющиеся датчики и исполнительные механизмы без их дополнительного дублирования, которое нередко вводится для обеспечения раздельного функционирования САУ и СТМ. Кроме того, алгоритм общения оператора или диспетчера с такой ИУС должен быть предельно упрощен и, в общем случае, не требовать специальных знаний. То есть, надежность системы, ее минимизированная конфигурация и максимально оптимизированное программное обеспечение должны позволять качественное обслуживание и выполнение предписаний руководства по эксплуатации ИУС любому специалисту, знакомому с работой технологического оборудования и получившему познания информатики в объеме средней школы.

Сегодня известны примеры дополнения систем телемеханики управляющими функциями (Магистраль-2), а также обратные примеры: расширение функций САУ в целях реализации отдельных задач телемеханики. Специалисты завода «Газпроммаш» накопили большой опыт работы с интегрированными системами, что позволило максимально оптимизировать алгоритмы управления и телеметрии газораспределительных станций и создать на их основе собственную информационно-управляющую систему, способную легко интегрироваться с наиболее распространенными системами телемеханики, а при необходимости, в полной мере принимать на себя функции КП телемеханики.

Базовым вариантом данной системы является шкаф контроля и управления (ШКУ ГРС) на основе промышленного контроллера I-8000 фирмы ICP DAS, который в течение ряда лет на действующих объектах показывает высокую надежность и имеет оптимальное соотношение цена/возможности. Не менее популярен у заказчиков вариант ШКУ ГРС на основе хорошо известного в ОАО «Газпром» программируемого логического контроллера (ПЛК) CompactLogix фирмы Allen Bradley. Эта фирма выгодно выделяется среди конкурентов качественной системой разработки удобных для пользования прикладных программ и поставкой изделий с гарантированно высокими эксплуатационными показателями. Для приверженцев других программно-технических средств может быть предложен опыт конфигурирования информационноуправляющих систем на базе контроллеров Siemens, Schneider Electric, Advantech и других широко известных фирм.

Объединение функций автоматики и телемеханики в рамках единой ИУС позволяет не только избежать дублирования целого ряда технических средств (датчиков, первичных преобразователей, источников питания, функциональных модулей и т.д.), но и дает возможность объединить профильные службы эксплуатирующей организации, сосредоточив высококвалифицированных специалистов в одном подразделении.

К большому сожалению, в полном объеме реализовать идею объединения функций автоматики и телемеханики в единой ИУС ни на одном реальном объекте специалистам завода «Газпроммаш» не удалось по самой банальной причине: из-за отсутствия конкретных предложений со стороны Газпрома по комплексной автоматизации и телемеханизации объекта. Примеров же частичного использования ШКУ ГРС для выполнения функций КП телемеханики более чем достаточно.

 

Первым опытом расширения функций ШКУ ГРС можно считать работы 2004г., когда на ГРС «Газпроммаш-5» в г. Егорьевск, Московской области была согласована и реализована передача оперативных данных о состоянии ГРС по GSM-модему на диспетчерский узел завода «Сан Гобэн Изовер».

В дальнейшем была целая серия поставок оборудования газораспределительных станций «Газпроммаш» на различные объекты, в со- ответствии с проектом предполагающие применение КП телемеханики определенного типа. Это, например, ГРС Кетченеры (Газпром трансгаз Волгоград), ГРС Хворостянка (Газпром трансгаз Самара), ГРС Рашково (Тираспольтрансгаз) и многие другие. В этих случаях функции КП теле- механики реально сводились к осуществлению трансляции данных от диспетчерского пункта до ШКУ ГРС и обратно или к управлению ра- ботой отдельных систем, по той или иной причине не задействованных в ШКУ ГРС (например, системы катодной защиты). В связи с этим, специалисты завода, для исключения неоправданного наращивания аппаратных средств, вели работу по обеспечению полной логической и физической совместимости ШКУ ГРС с системой линейной телемеханики (СЛТМ). Наиболее полно эта задача была решена в отношении самой распространенной на объектах Газпрома СЛТМ «Магистраль-2» по следующим причинам:

  • во-первых, наработан достаточно большой опыт взаимодей- ствия ШКУ ГРС и КП «Магистраль-2» на уровне интерфейсов;
  • во-вторых, протокол обмена данной СЛТМ принят де-факто протоколом промышленной автоматизации и поддерживается многими производителями периферийного оборудования (локальные контроллеры, корректоры расхода газа, интеллектуальные датчики);
  • в-третьих — в результате эффективного профессионального взаимодействия специалистов завода с разработчиками и программи- стами СЛТМ «Магистраль-2» ОАО «Газприборавтоматика» г. Москва.

Для обеспечения совместимости на выделенной линии связи состав оборудования ШКУ ГРС был дополнен линейным модемом МЭ-03 из комплекта «Магистраль-2», предназначенным для физического и логического сопряжения между пунктом управления (ПУ) и одним или несколькими устройствами связи и управления (УСиУ) по выделенным линиям. Взаимодействие между сопрягаемыми устройствами осущест- вляется по 2-х или 4-х проводной линии связи на расстоянии до 200 км на скорости 1200 Бод.

Чтобы обеспечить логическую совместимость при обмене данны- ми между ШКУ ГРС и ПУ «Магистраль-2», программа обмена с верх- ним уровнем автоматизации была доработана с учетом выполнения запросов от системы сбора технологических данных и диспетчерского контроля «Зонд» разработки ОАО «Газавтоматика» г. Москва. В ре- зультате, ШКУ ГРС может теперь обрабатывать все основные запросы циклического сбора данных от программного комплекса «Зонд»:

  • запрос на передачу состояния дискретных датчиков телесигна- лизации;
  • запрос на передачу аналоговых сигналов телеизмерений;
  • отработка сеанса телеуправления исполнительными механизмами;
  • отработка сеанса установки параметров телерегулирования;
  • дистанционная установка характеристик газа в приборах изме- рения расхода.

Отладка и тестирование усовершенствованной программы ШКУ ГРС проводились совместно со специалистами инженерно- технического центра ООО «Газпром трансгаз Саратов». В настоящее время система автоматики и телемеханики на базе ШКУ ГРС реализована на газораспределительной станции совхоза «Весна», г. Саратов.

 

Основное окно панели оператора ГРС «Весна»

Продолжая планомерную работу по развитию систем автоматического управления с функциями телемеханики, сотрудники завода «Газпроммаш» прошли в июне 2009 года на фирме «Газприборавтоматика» теоретическую и практическую подготовку по конфигурированию, техническому обслуживанию, параметризации и эксплуатации системы телемеханики «Магистраль-2». Знания и навыки практической работы, полученные во время обучения, способствовали дальнейшему совершенствованию конструкции и программного обеспечения ШКУ ГРС. Сегодня газораспределительные станции производства завода «Газпроммаш» оснащаются информационно-управляющей системой на базе ШКУ ГРС, в полном объеме реализующей функции САУ ГРС и КП ТМ. К основным функциям САУ ГРС, таким как:

  • обеспечение автоматической работы оборудования ГРС;
  • обеспечение защиты потребителя газа от повышения/понижения давления газа на выходе ГРС;
  • обеспечение защиты оборудования от повышения/понижения авления газа на входе ГРС;
  • автоматическая остановка ГРС при пожарной опасности и критической загазованности технологических помещений;
  • сигнализация оператору ГРС о любых нарушениях технологического процесса подготовки газа;

добавлены функции, традиционно реализуемые устройствами телемеханики:

  • передача телеметрической информации о работе ГРС в диспетчерскую службу линейного производственного управления эксплуатирующей организации;
  • прием и выполнение команд управления запорной арматурой ГРС, включая охранный кран;
  • локальное и дистанционное (с диспетчерского пункта ЛПУ МГ) считывание и запись параметров станции катодной защиты;
  • прием данных с устройства коммерческого учета расхода газа;
  • дистанционная установка характеристик химического состава газа для вычисления расхода.

Существенное значение для дальнейшего развития ШКУ ГРС имеет также совместная работа завода «Газпроммаш» с компанией «Isystems Automation» (г. Москва) в создании системы диспетчеризации КГП «ОблТрансГаз» (г. Атырау, Казахстан). Структура диспетчерской сети включает 6 газорегуляторных пунктов и 4 газораспределительных станций, объединенных GSM-связью.

Структура диспетчерской сети КГП «ОблТрансГаз», г. Атырау

Шкафы контроля и управления для ГРС и ГРПБ собраны на базе ПЛК «CompactLogix» фирмы Allen Bradley. GSM-связь обеспечивается устройством удаленного сбора данных Anybus RemoteCom. Верхний уровень центрального диспетчерского пункта сбора данных построен на Matricon SCADA OPC Server. 

Благодаря наличию в системе интеллектуального модема Anybus RemoteCom, нет необходимости в поддержании постоянной связи с объектами. Сервер диспетчерского пункта ежечасно опрашивает устройства сбора данных и протоколирует текущее состояние ГРС и ГРПБ. В случае возникновения аварийной ситуации или срабатывании охранной сигнализации, в диспетчерскую службу отправляется SMS-сообщение с указанием наименования объекта и причины выдачи сигнала. На начальной стадии освоения диспетчерская система КГП «Обл- ТрансГаз» не предполагала реализации функций телеуправления и телерегулирования, но в будущем нет никаких аппаратных и программных препятствий для расширения возможностей системы. Уже в текущем году структура диспетчерской сети приросла несколькими объектами и предполагается ее дальнейшее наращивание.

Следует отметить, что по своим функциональным возможностям современные системы автоматизации мало отличаются друг от друга, поскольку развитая элементная база позволяет наращивать аппаратную часть, повышая возможности САУ до необходимых объемов.

Достоинство ШКУ ГРС, как ядра единой информационноуправляющей системы, заключается в другом. Многолетний опыт разработчиков ШКУ ГРС по его применению в самых разных регионах России и стран ближнего зарубежья, в сочетании с действующими системами телемеханики, позволил выработать комплексный подход к автоматизации газораспределительных станций как серийного, так и индивидуального исполнения.

ШКУ ГРС

При этом были достигнуты:

  • наиболее оптимальная и сбалансированная конфигурация ИУС;
  • полная интеграция всего технологического оборудования и локальных систем (блоков управления подогревателями и одоризаторами газа, устройств ограничения расхода газа, вычислителей расхода газа, хроматографов, установок катодной защиты и т.д.) в единую систему контроля и управления технологическим процессом подготовки газа;
  • дистанционный доступ по каналам телемеханической связи к любой информации о состоянии процесса, а также полная и безопасная управляемость процессом;
  • исключение дублирования аппаратных средств для решения сходных функциональных задач автоматики и телемеханики.

Конечной целью совершенствования средств автоматизации специалисты завода «Газпроммаш» считают постановку на серийное производство высокоавтоматизированных интеллектуальных газораспределительных станций, работающих в условиях безлюдной технологии. Нынешнее состояние ШКУ ГРС, при наличии качественных датчиков и надежных исполнительных механизмов на запорной и регулирующей арматуре, вполне позволяет перейти к практической реализации этой задачи. Завод «Газпроммаш» готов, при предоставлении конкретного объекта, провести полный комплекс работ по проектированию, изготовлению, монтажу, пусконаладке и сдаче под ключ головного образца