3.1 Структура системы

Система организуется в виде подсистем РСУ и ПАЗ на базе программно-технического комплекса DeltaV фирмы EMERSON Process Management (США).

РСУ обеспечивает:

- централизованный контроль состояния объекта;

- сигнализацию отклонения параметров от нормы;

- регулирование параметров процесса по стандартным законам;

- дистанционное управление работой объекта;

- формирование журнала аварийных и технологических сообщений;

- ведение базы данных.

ПАЗ обеспечивает защиту технологического оборудования и персонала в аварийных ситуациях, сигнализацию срабатывания подсистемы защиты, фиксирование порядка срабатывания системы защиты, возможность ручного инициирования срабатывания системы защиты [4].

Структура системы включает следующие уровни управления процессом:

1) уровень оперативно-производственной службы (далее - ОПС), реализуемый на базе операторских станций (ОС) системы DeltaV, обеспечивающий:

- сбор данных о состоянии оборудования путем опроса нижнего уровня;

- визуализацию состояния оборудования;

- дистанционное управление оборудованием;

- обработку данных;

- формирование и выдачу отчетных документов;

- световую и звуковую сигнализацию;

2) уровень автоматического управления и противоаварийной защиты, реализуемый на базе контроллеров DeltaV, обеспечивающий:

- автоматическое, и по командам с верхнего уровня управление оборудованием;

- выявление аварийной ситуации при поступлении информации от датчиков аварийной сигнализации;

- по анализу информации от датчиков сигнализации предельных значений параметров и положения исполнительных механизмов отрабатывает по соответствующему алгоритму команды аварийной защиты с выдачей сигнализации на верхний уровень.

Структурная схема системы представлена на рисунке 3.1.

Структура системы включает следующие узлы:

- РМСИ (PROFF+) - рабочее место инженера системы управления;

- РМОТ №1, 2, 3, 4 - рабочее место оператора;

- АС (HISTORY) - интеграционная (историческая) станция;

- РМРП - рабочее место руководителя предприятия;

- РМКИП (AMS) - рабочее место инженера КИП и А;

- HUB - коммутаторы внутрисистемной управляющей сети;

- RSU1, RSU2, PAZ1, PAZ2, PAZ3, NALIV, TP20_14 - контроллеры систем управления и противоаварийной защиты.

Проектом системы предусмотрено резервирование:

- резервируемые контроллеры для системы противоаварийной защиты;

- резервируемые модули вывода для особо отвественных случаев.

Связь компонентов системы реализована с помощью дублированных каналов Ethernet на базе витой пары.

Рисунок 3.1 - Структурная схема АСУТП

Обзор системы DeltaV

Отличительной особенностью масштабируемой системы управления технологическими процессами DeltaV является полностью цифровая архитектура. Для связи с полевым оборудованием поддерживаются шины FOUNDATION fieldbus, HART, AS-i, DeviceNet, Profibus. На верхнем уровне обмен ведется по Ethernet (рисунок 3.2). Обеспечивается резервирование. В составе системы используются интеллектуальные полевые приборы. Работает под управлением Windows NT.

Система DeltaV обеспечивает управление с высокой точностью, техническое обслуживание с прогнозированием и глобальный доступ к информации. Основные принципы работы системы DeltaV:

- новый подход. Полностью цифровая архитектура, обеспечивающая цифровую точность и цифровое быстродействие;

- точность и контроль доступа. Точное время и общесистемный контроль доступа;

- модульная структура оборудования. Контроллер DeltaV занимает мало места, причем размер его Вы можете выбрать сами, кроме того, он обеспечен резервированием и отличается прочностью;

- преимущества цифровых технологий. Легко пользоваться FOUNDATION fieldbus, AS-i bus, DeviceNet, Profibus DP и/или HART, которые входят в состав системы DeltaV;

- проектирование. Набор средств проектирования DeltaV как никогда облегчает конфигурирование и подготовку документации Вашей системы.

- интуитивность. Надежная, гибкая и интуитивно понятная, система DeltaV предоставляет простую в исполльзовании среду для управления процессом и глобального доступа к информации;

- ведение архива. Встроенное ведение архива облегчает ввод в эксплуатацию и обслуживание. Оперативные управляющие воздействия, изменения, внесенные в ходе технического обслуживания и управления автоматически заносятся в архив;

- техническое обслуживание с прогнозированием. Помимо традиционных для АСУ средств обслуживания, предоставляются усовершенствованные средства диагностики приборов и калибровки, с легкостью обеспечивающие техническое обслуживание с прогнозированием;

- управление с высокой точностью. Набор встроенных средств усовершенствованного управления DeltaV предоставляет возможность разрабатывать хорошие стратегии управления для автоматизации своего производства за какую-то долю затрат по сравнению с традиционными;

- усовершенствованное управление приборами. Готовые средства усовершенствованного управления приборами устраняют необходимость в подборе и согласовании данных. Ввод новых объектно-ориентированных модулей и алгоритмов фазового управления для управления и для управления периодическими процессами, и для управления сложными последовательностями операций является простой задачей;

- оптимизация предприятия. Эффективность производства, оптимальные поставки, снижение непосредственных трудозатрат, значительное уменьшение необходимых запасов комплектующих и времени поставки.

В состав оборудования системы входит следующее:

- одна или большее число рабочих станций DeltaV,

- сеть управления (с возможностью резервирования) для обмена данными между узлами системы,

- источники питания,

- один или большее число контроллеров DeltaV (с возможностью резервирования), выполняющих локальное управление и контролирующих передачу данных между подсистемой ввода - вывода и сетью управления,

- подсистема ввода - вывода у каждого контроллера, обрабатывающая информацию полевых приборов,

- системный идентификатор, поставляемый с лицензионным пакетом -- это устройство, которое вставляется в разъем параллельного порта станции “Профессиональная Плюс”. Он дает каждой системе DeltaV уникальную идентификацию и позволяет производить изменения в системе [5].

Рис. 3.2 - Архитектура работы системы DeltaV

Технические средства рабочих станций.

Операторские станции РМОТ1, РМОТ2, PMOT3, PMOT4, РМРП. Операторские станции реализуют следующие основные функции:

- графическое, многооконные отображения информации о состоянии объекта управления;

- визуальную и звуковую сигнализацию о нарушениях технологического процесса, аварийных и предаварийных ситуациях;

- формирование трендов реального времени;

- отображение исторических данных, как по аналоговым, так и по дискретным параметрам;

- формирование и отображение журнала аварийных сообщений, как по запросу оператора, так и в режиме реального времени;

- формирование журнала действий оператора;

- выдачу заданий на регуляторы и исполнительные механизмы;

- настройку коэффициентов регуляторов, параметров работы исполнительных механизмов;

- формирование и печать режимных листов и отчетных документов;

- обеспечение развитой системы безопасности.

Операторские станции РМОТ1, РМОТ2, РМОТ3, РМОТ4, РМРП строятся на базе персонального компьютера DELL Precision T3500 с процессором Dual Core с тактовой частотой 3 ГГц и включает в свой состав:

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) объемом 3 Гб;

- 2 накопителя на жестких магнитных дисках с объемом памяти 250 Гб включенных в RAID1 конфигурацию;

- устройство чтения/записи компакт-дисков CD-RW;

- 2 ЖКИ монитора 20;

- внешние громкоговорители;

- 3 сетевых порта.

Программное обеспечение (далее - ПО) операторских станций функционирует в среде Windows ХР, в качестве операторского интерфейса используются программные пакеты «Операторский». Пакет ПО «Операторский», устанавливаемый на ОС, обеспечивает функции графического интерфейса пользователя, трендов реального времени, архивных трендов, диагностических экранов.

Инженерная станция РМСИ (PROFF+). Инженерная станция реализована на базе сервера Dell Power Edge R610 c двумя процессорами Xeon Quad Core, тактовой частотой 2,66 ГГц имеющего следующие комплектующие:

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) объемом 4 Гб;

- шесть накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД) с объемом памяти 146 Гб включенных в RAID10 конфигурацию;

- устройство чтения/записи компакт-дисков DVD-CDRW;

- ЖКИ монитор 20;

- 4 сетевых порта;

- резервируемые блоки питания.

В инженерной станции используется пакет ПО «Профессиональный Плюс».

Пакет ПО «Профессиональный Плюс» поддерживает глобальную базу данных конфигураций и устройств системы. Функциональные возможности пакета включают конфигурирование, операторское управление, сбор и архивирование данных и событий, а также диагностику [6].

Инженерная станция РМСИ устанавливается в операторной парка СУГ.

Интеграционная (историческая станция) АС (HISTORY). Интеграционная станция реализована на базе сервера Dell Power Edge R610 c двумя процессорами Xeon Quad Core, тактовой частотой 2,66 ГГц имеющего следующие комплектующие:

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) объемом 4 Гб;

- шесть накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД) с объемом памяти 146 Гб включенных в RAID10 конфигурацию;

- устройство чтения/записи компакт-дисков DVD-CDRW;

- ЖКИ монитор 20;

- 4 сетевых порта;

- резервируемые блоки питания.

В интеграционной станции используется пакеты ПО «Интеграционный» и генератор отчетов SyTech XL Reporter.

Пакет ПО «Интеграционный» поддерживает сбор и архивирование показаний с датчиков системы, позволяет организовать выход на уровень автоматизации производства, с использованием лицензии WebServer обеспечивает передачу информации на уровень АСУП. Генератор отчетов SyTech XLReporter - позволяет формировать на интеграционной станции сменные и суточные балансы и режимные листы.

Интеграционная (историческая) станция АС устанавливается в операторной парка СУГ.

Станция РМКИП (AMS). Станция РМКИП (AMS) реализована на базе персонального компьютера DELL Precision T3500 с процессором Dual Core с тактовой частотой 3 ГГц и включает в свой состав:

- оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) объемом 3 Гб;

- 2 накопителя на жестких магнитных дисках с объемом памяти 250 Гб включенных в RAID1 конфигурацию;

- устройство чтения/записи компакт-дисков CD-RW;

- ЖКИ монитор 20;

- внешние громкоговорители;

- 3 сетевых порта.

Программное обеспечение (далее - ПО) станции функционирует в среде Windows ХР, в качестве рабочего интерфейса используются программный пакет «AMS». Пакет ПО «AMS», устанавливаемый на станцию, обеспечивает настройку, поверку и диагностику полевого оборудования КИП и А (датчики, преобразователи, клапаны и т. д.).

Станция РМКИП (AMS) устанавливается в операторной парка СУГ.

Технические средства нижнего уровня системы DeltaV.

Контроллер DeltaV. Контроллер выполняет локальное управление и контролирует обмен данными между подсистемой ввода/вывода и сетью управления.

Процессор контроллера (MD Plus) - VE3006 строится на базе микропроцессора Power PC860 с тактовой частотой 66 МГц и оперативной памятью объемом 48 Мб.

Для повышения надежности системы контроллеры резервируются и работают в режиме горячего резервирования. При замене процессорного модуля в схеме с резервированием загрузка конфигурации производится из работающего процессора без участия человека.

Контроллеры обеспечивают реализацию следующих функций:

- сбор, обработку, масштабирование информации, поступающей от аналоговых, дискретных датчиков объекта управления, поступающей по цифровым интерфейсным линиям связи от контроллеров смежных систем, диагностику каналов ввода;

- реализацию алгоритмов логического управления и защиты оборудования, регулирования;

- выдачу управляющих воздействий на дискретные и пропорциональные исполнительные механизмы, диагностику выходных каналов, диагностику работоспособности линий связи, функционирование программ управления.

Контроллеры системы Delta V имеют модульную структуру и строятся на основе трех типов базовых панелей:

- 2-слотовая базовая панель устройств питания/контроллеров VE3051;

- 8-слотовая базовая панель модулей ввода/вывода VE4050;

- искробезопасная 8-слотовая панель модулей ввода/вывода VE4060.

2-слотовая базовая панель предназначена для установки контроллеров и системных источников питания.

8-слотовая базовая панель предназначена для установки модулей ввода/вывода нормального исполнения с клеммными блоками.

Искробезопасная 8-слотовая панель предназначена для установки модулей с встроенной искрозащитой.

Подсистема ввода/вывода DeltaV. Подсистема ввода/вывода включает в себя интерфейсы ввода/вывода, установленные в одну или более 8-слотовые базовые панели, и поставляемые дополнительно источники питания Quint фирмы Phoenix Contact, которые обеспечивают питание КИП и А.

Интерфейс ввода/вывода состоит из компонентов:

- клеммного блока ввода/вывода, который крепится на 8-слотовой базовой панели;

- модулей ввода/вывода, которые устанавливаются на 8-слотовой панели над клеммным блоком и преобразуют сигналы с объекта в цифровой формат.

Номенклатура модулей вводавывода включает 8-канальные модули:

- модуль искробезопасного аналогового ввода 4-20 мА - VE4012S2B2;

- модуль аналогового ввода 4-20 мА - VE4003S2B2;

- резервированная пара модулей аналогового вывода: 8-канальная 4-20 мА - VE4035S2B1;

- модуль ввода дискретных сигналов - VE4001S2T2B2;

- резервированная пара модулей вывода дискретных сигналов - VE4032S1T2B1 (только для систем ПАЗ).

Также для РСУ используются модули ввода/вывода дискретных сигналов 32-канального исполнения:

- модуль ввода дискретных сигналов - VE4001S2T2B4;

- модуль вывода дискретных сигналов - VE4002S1T2B6.

Модули аналогового ввода/вывода обеспечивают работу по HART-протоколу.

Для повышения мощности выходных дискретных сигналов используются реле Phoenix Contact PLC-RSC-24DC/21.

Одна подсистема ввода/вывода поддерживает до 64 модулей ввода/вывода.

Модули ввода/вывода допускают замену в режиме on-line, загрузка конфигурации при этом осуществляется автоматически.

Для связи c оборудованием других производителей по протоколу MODBUS используются модули последовательного интерфейса RS-232/485 - VE4006P2.

Для подключения части сигналов используются контроллеры: RSU1, RSU2, PAZ1, PAZ2, PAZ3, NALIV.

Источники питания. Используются системные и групповые блоки питания.

Системные блоки питания - VE5008 устанавливаются в любой слот 2-слотовой базовой панели и обеспечивают питание контроллера и модулей ввода/вывода.

Групповые источники питания Quint фирмы Phoenix Contact обеспечивают питание полевого оборудования.

Все источники питания резервируются.

Управляющая сеть. Сеть управления системы DeltaV строится на основе резервированной локальной сети стандарта Ethernet, протокол обмена информации - TCP/IP. Сеть обеспечивает обмен информации со скоростями до 100 Мб/с, строится на основе сегментов, выполненных на базе «витой пары» или оптической линии связи при расстоянии более 100м. Сеть обеспечивает автоматическое переключение на резервную линию при выходе основной из строя и автоматическое распознавание восстановления работоспособности неисправной линии. Управляющая сеть функционирует через коммутаторы фирмы Hirschmann (HUB).

Система гарантированного питания. В системе используются два групповых источника питания (ИБП).

Один ИБП Liebert Nxe 10кВА, обеспечивает работоспособность контроллера NALIV, с подсистемой ввода/вывода и операторских станции РМОТ3, РМОТ4 после пропадания сетевого напряжения в течении 60 минут на максимальной нагрузке. ИБП установлен в операторной наливной эстакады СУГ.

Второй ИБП Liebert Nxe 20кВА, обеспечивает работоспособность контроллеров RSU1, RSU2, PAZ1, PAZ2, PAZ3 с подсистемой ввода/вывода, инженерной станции РМСИ, интеграционной (исторической) станции АС, станции РМКИП (AMS)и операторских станций РМОТ1, РМОТ2, РМРП после пропадания сетевого напряжения в течении 60 минут на максимальной нагрузке. ИБП установлен в операторной парка СУГ.

Средства и способы связи для информационного обмена между компонентами системы.

На уровне контроллера информационный обмен осуществляется по локальной шине.

Локальная шина состоит из следующих компонентов:

- локальная шина на 2-слотовой базовой панели;

- локальная шина на 8-слотовой базовой панели;

- соединительные кабели.

Локальная шина обеспечивает передачу данных, сигналов управления и системного питания между всеми компонентами контроллера Delta V.

Информационный обмен между контроллерами, станциями оператора и другими автономными узлами системы управления DeltaV осуществляется по управляющей сети. Сеть управления системы DeltaV строится на основе резервированной локальной сети стандарта Ethernet, протокол обмена информации - TCP/IP. Сеть обеспечивает обмен информации со скоростями до 100 Мб/с, строится на основе сегментов, выполненных на базе «витой пары» или оптической линии связи при расстоянии более 100м. Сеть обеспечивает автоматическое переключение на резервную линию при выходе основной из строя и автоматическое распознавание восстановления работоспособности неисправной линии [7].