Опыт реконструкции программно-технического комплекса автоматизированной системы контроля и управления технологическим процессом мазутонасосной станции №4 (перевалочного комплекса) на правобережной ТЭЦ-5 в городе Санкт-Петербурге, выполненной ОАО «Приборостроительный завод «ВИБРАТОР». Особое внимание уделяется вопросам надежности и выполнениям работ по реконструкции АСУ ТП без остановки технологического процесса.
На территории ТЭЦ-5 находится мазутонасосная станция которая функционирует в качестве перевалочного комплекса (риунок 1). Мазут поступает в цистернах по железной дороге, далее разогревается и перекачивается в баки хранения, после этого его перекачивают в автомобильные цистерны и развозят по назначению. Такой технологический процесс тесно связан с экологией, так как разлив мазута может привести к необратимым последствиям в природе. Данный фактор требует чтобы надежность системы управления таким комплексом была достаточно высокая. Ещё одним фактором для повышения надежности являются экономические показатели – время простоя комплекса должно быть сведено к минимуму. Исходя из вышеперечисленного, система управления таким комплексом должна иметь высокие показатели надежности.В начале 2014 года в состав АСУ ТП перевалочного комплекса имела входили 2 PC совместимых контроллера К1 и К2, 2 коммутатора «оптика-Ethernet» и один АРМ оператора (рисунок 2). Все датчики и исполнительные механизмы были подключены либо к одному, либо второму контроллеру. У такой системы имелись следующие проблемы:
- Низкая надежность. Выход из строя одного из контроллеров лишал оператора управления половиной оборудования. Что и произошло в 2013 году, последующий год приходилось управлять половиной задвижек и пускать насосы по месту. Оптические коммутаторы, кабель оптики, АРМ – неисправность любого участка приводит к потере управления всей системой.
- Отсутствие документации. Когда руководство ТЭЦ-5 приобрело перевалочный комплекс и существующую АСУ ТП, на неё имелось минимум документации, что усложняло выявления и устранения неисправностей.
- Несовместимость. Используемое программное обеспечение сильно устарело, и в службе АСУ ТП ТЭЦ-5 не было специалистов способных полноценно вести поддержку системы.
Все эти факторы привели к решению произвести реконструкцию АСУ ТП перевалочного комплекса, с целью решить все вышеперечисленные проблемы. Одной из проблем реконструкции была невозможность остановить оборудование на длительное время, руководство станции обозначила срок остановки – не более 2-х дней.
Сотрудниками ОАО «Приборостроительный завод «ВИБРАТОР» была предложена новая структура АСУ ТП:
- Шкаф АСУ (рисунок 3). На среднем уровне вместо двух независимых контроллеров было решено установить 2 резервируемых контроллера S7-300 фирмы “Siemens”. Мощности серии S7-300 вполне достаточно для данного объекта, а так как все происходящие процессы не являются быстродействующими, то решено было отказаться от аппаратного резервирования (серия S7-400H) и применить программное резервирование (пакет SW-Redundancy). Отличием программного от аппаратного резервирования является время переключения на резервный контроллер, если в S7-400H это время составляет ~30 мс, то для программного резервирования это время зависит от размера программы и составляет 1-5 секунд. Это решение позволило сэкономить значительную часть бюджета без потери функциональности и качества. К 2-м контроллерам подключаются 3 стойки расширения ET200M, к которым подключаются все датчики и исполнительные механизмы. Также в шкафу стоит коммутатор «Ethernet-оптика» для передачи данных на верхний уровень. Для увеличения надежности в шкаф установлена локальная панель управления (ЛПУ) на основе панельного компьютера “Advantech” с установленной SCADA-системой WinCC с возможностью ведения архива. Тем самым, даже при обрыве оптики, не происходит аварийной ситуации, и работа может быть продолжена непосредственно с ЛПУ.
- Шкаф ДРМ. В качестве модернизации системы была применена инновационная система диагностики роторных машин, разработанная на заводе «ВИБРАТОР». Система позволяет диагностировать состояние электродвигателей и генераторов по спектру потребляемого ими тока. На данном объекте осуществляется диагностика 7 электродвигателей, используемых в качестве приводов насосов перекачки мазута. Основным элементом ШДРМ является прибор «УДЭ1975-АД», к которому через переключатель подключаются токи, потребляемые каждым из насосов.<br>
Для выявления развивающихся дефектов электродвигателя УДЭ1975-АД использует методику, основанную на математическом моделировании. В основе данной методики лежит концепция математической модели, описывающей электродвигатель и систему, в которой он работает, и представляет идеальный электродвигатель.
Как и в реальном двигателе, в математической модели входными величинами являются напряжения, а выходными ток.
В процессе моделирования сравнивается измеренный и рассчитанный токи. По их разнице делается вывод о степени дефекта. Чем больше разница, тем более серьезный дефект.
Более подробная информация о дефектах может быть получена при анализе дополнительных параметров. Любые механические дефекты такие как нарушение балансировки, несоостность, износ подшипников, будут выявлены по изменению параметров математической модели. Таким образом, данная технология чувствительна не только к электрическим дефектам, но также и к механическим.
В процессе работы УДЭ1975-АД сравнивает измеренные параметры двигателя, с параметрами, опорной модели, полученными в процессе обучения устройства. Если параметры значительно отличаются друг от друга, то УДЭ1975-АД указывает на дефект двигателя. Чем выше это отличие, чем дольше оно продолжается и чем больше отличающихся параметров, тем выше степень и серьезность дефекта. Данные с прибора поступают на верхний уровень, через коммутатор расположенный в шкафу АСУ, где архивируются на сервере и выдают информацию о состоянии двигателей оператору. - Верхний уровень. Верхний уровень системы состоит из сервера, клиента и принтера для распечатки отчётов. Все данные с контроллеров и УДЭ архивируются на сервере, на котором также возможно управление процессом. В качестве SCADA-системы используется WinCC фирмы «Siemens».
Основной экран машиниста мазутной станции:
Основной экран системы диагностики двигателей:
Выполнение работ.
Так как управление объектом нельзя было прерывать на длительное время, было принято решение наладить новую систему не нарушая работоспособности старой. Работы проходили в несколько этапов.
На первом этапе была собрана монтажная панель и установлено оборудование в помещении операторов, также была налажена связь клиент-сервер-контроллер. Затем происходила поочередная наладка каналов следующим образом: один из датчиков отключался от старой системы и подключался к новой для наладки. После полной отладки канала, датчик вновь подключался к старой системе. Также происходило обучение операторов работе на новой системе.
Далее было выбрано 2 дня для остановки мазутонасосной станции, за эти 2 дня необходимо было полностью избавиться от старой системы и перейти к новой. Так как новая система уже была поканально налажена, то после выполнения перемонтажа наладка свелась к минимуму. В результате за 2 дня произошло полное обновление системы.
Результат.
Результатом реконструкции ПТК АСУ ТП мазутной станции сотрудниками «ОАО Приборостроительный завод «ВИБРАТОР» являются следующие факты:
- Значительное увеличение надежности системы;
- Возможность расширения силами сотрудников ТЭЦ;
- Возможность поддержки системы сотрудниками ТЭЦ;
- Снижение количества и времени простоев оборудования.
Статья опубликована в журнале ИСУП №3 (57)_2015 и размещена на сайте журнала ИСУП.
