В последние десятилетия в отечественной электроэнергетике наблюдается широкое внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Существующий в отделе перспективных разработок компании «НГ-ЭНЕРГО» опыт проектирования и анализ эксплуатации АСУ ТП на объектах позволяет сформулировать основные принципы и методологию построения автоматизированных систем управления технологическими процессами современных электростанций, на поставках, сервисе и эксплуатации которых специализируется компания.
Основные цели автоматизации технологических процессов могут быть сформулированы следующим образом:
- создание условий эффективного применения оборудования, топливно-энергетических ресурсов с целью производства электрической энергии;
- централизация и автоматизация процессов управления в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах;
- увеличение надежности электростанции путем выбора оптимальных режимов использования оборудования, оценки и прогнозирования его работоспособности;
- увеличение функциональной надежности процессов управления созданием наиболее благоприятных условий для работы операторов за пультами управления, функциональным резервированием каналов управления, автоматизацией процессов восстановления функций и включения резервного оборудования;
- снижения аварийности и повышения безопасности оборудования путем использования систем автоматического контроля;
- повышения экономической эффективности электростанции путем улучшения качества процессов управления и регулирования, оптимизации процессов производства и преобразования энергии.
АСУ ТП строится по иерархическому принципу, в котором, как правило, выделяют три вида иерархии:
- концептуальную иерархию целей;
- функциональную иерархию решений (алгоритмов);
- организационную иерархию управляющих звеньев.
Иерархия целей образует три уровня. Первый уровень содержит цели, реализуемые в локальных системах управления, цели второго уровня реализуются в групповых системах управления, цели третьего верхнего уровня в центральном посту управления энергетической установки.
Для построения организационной иерархии АСУ ТП необходимо выделить управляющие звенья, которые реализуют функции, соответствующие целям. Также необходимо обосновать степень автоматизации этих функций и установить связи (соподчиненность) между управляющими звеньями.
Организационная иерархия строится с соблюдением принципа единства управления, с четким разграничением прав на принятие решений между автоматическим управляющим устройством (АУУ) и человеком-оператором. Со стороны вышележащих уровней управления необходим контроль и коррекция ошибок оператора и АУУ. Управляющие звенья должны обладать самостоятельностью в пределах предоставленных им функций. Этот принцип позволяет сократить обмен информацией между уровнями и использовать наиболее экономичные способы координации в АСУ ТП.
Самостоятельность локальных систем управления (ЛСУ) обеспечивается выбором оптимальных алгоритмов управления резервом, наличием устройств защиты и блокировки, применением самонастройки (адаптации), а также использованием взаимных компенсирующих связей между ЛСУ одной функциональной группы технических средств.
Концептуальная иерархия целей электростанции и функциональная иерархия решений совместно с изложенными принципами организационной иерархии позволяют получить функциональную и конструктивную структуру АСУ ТП электростанции. Функциональная структура АСУ ТП должна обеспечивать высокую надежность процессов управления. Этому требованию в наибольшей мере отвечает принцип постепенного наращивания функциональных возможностей и качеств системы управления. Конструктивная структура АСУ ТП и ее подсистем строится из условий обеспечения максимальной надежности и экономичности. В процессе проектирования обосновываются также с технико-экономической стороны возможности использования модулей и базовых структур цифрового и аналогового управления, элементная база, необходимый уровень стандартизации и унификации элементов, узлов и блоков и многие другие вопросы конструкции и эксплуатации систем.
АСУ ТП имеет деление, учитывающее специфику технологических процессов объекта управления. Электростанция условно делится на функциональные узлы, которые характеризуются относительной автономией технологических задач, выполняемых ими. Структура алгоритмов управления, а также видеограммы экранных изображений учитывают разграничение функциональных узлов. Это создает модульную структуру системы с хорошей обозримостью технических средств, алгоритмов управления и способов общения персонала с системой. Этим также достигается упрощение наладки, освоения ее персоналом и последующей эксплуатации.
Сформулированные в настоящей статье принципы построения и функции соответствует структура, которую будем называть типовой.
На рисунке 1 приведена обобщенная структура АСУ ТП газопоршневой электростанции (ГПЭС), разработанной в «НГ-ЭНЕРГО».
АСУ ТП построена по иерархической схеме.
Верхний уровень системы обеспечивает взаимодействие оператора с управляемым технологическим оборудованием электростанции, организует работу системы и подготовку массивов информации для использования ее неоперативным административно-техническим персоналом станции. Верхний уровень представлен компьютером АРМ оператора и сервером.
АРМ оператора размещается в оперативном контуре электростанции. АРМ предназначено для: визуализации параметров ТП, дистанционного управления исполнительными устройствами, ввода заданий регуляторам, просмотра отдельных протоколов, отчетов и сводок, включения или отключения управляющих подсистем (авторегулирования, автоматического включения резерва, функционально-группового управления и др.).
В качестве графического интерфейса использован программный пакет MS Internet Explorer, Netscape Navigator. На нем выполняются такие задачи, как проведение диагностики технических средств ПЛК, архивирование данных на долговременных носителях, формирование и просмотр отчетов и сводок, модификация параметров алгоритмов в контроллерах и другие.
Нижний уровень выполняет сбор, ввод и обработку аналоговой и дискретной информации в ПЛК, формирует и отрабатывает дискретные управляющие воздействия на агрегаты, а также осуществляет регулирование по различным законам и решает задачи защиты. Он включает контроллеры, объединенные дублированной сетью Ethernet, а также вспомогательное оборудование, обеспечивающее промежуточное усиление сигналов и другие вспомогательные функции. Нижний уровень также выполняет отдельные функции защит и автоматического управления при отсутствии связи с верхним уровнем. Компьютеры верхнего уровня и контроллеры объединены дублированной сетью Internet. Помимо основной системы выполнена и не программируемая резервная система, предназначенная для ручного управления электроагрегатов и их остановки при отказе АСУ ТП.
В целом АСУ ТП должна проектироваться с использованием системного подхода, выражающегося в том, что вопросы выбора структуры и принципов построения автоматических систем, вопросы обеспечения надежности и качества, удобства эксплуатации должны решаться в их взаимосвязи и с учетом экономических факторов, массогабаритных характеристик, опыта эксплуатации подобных систем, трудоемкости обслуживания.
В. Ю. КЛИНКОВ, начальник отдела
перспективных разработок «НГ-ЭНЕРГО».
В. Г. КАРЕВ, главный инженер проекта, профессор.
