АСУ ТП компрессорного цеха с газоперекачивающими агрегатами: внедрение передовых отечественных технологий

ООО Фирма «Калининградгазприборавтоматика» («КГПА») ПАО "Газпром автоматизация" и компания «ФИОРД» представляют успешный проект автоматической системы управления компрессорного цеха (АСУ ТП КЦ) с газоперекачивающими агрегатами (ГПА). Проект реализован специалистами ООО Фирма «КГПА» при технической поддержке компании «ФИОРД» на Пунгинском ЛПУ МГ, КЦ-1 (заказчик ООО «Газпром трансгаз Югорск») всего за 1 год: от стендовых испытаний программно-технического комплекса «Неман-Р» в апреле 2015 года до приемочных испытаний в апреле 2016 года. Успех этого проекта является результатом большого опыта, накопленного ООО Фирма «КГПА» в сфере автоматизации объектов топливо-энергетического комплекса, и ориентацией на применение передовых отечественных аппаратных и программных средств: контроллеров и модулей ввода-вывода Fastwel, ЗОСРВ «Нейтрино» КПДА.10964, инструментальной среды Изаграф 6 и пакета MasterSCADA. Все это в совокупности позволило реализовать сложный и ответственный проект в сжатые сроки и при этом обеспечить соответствие требованиям заказчика, высокую надежность, функциональность и расширяемость. Многолетние партнерские отношения с российскими производителями и поставщиками обеспечивают качественную техническую поддержку и сопровождение проекта разработчиками на всех стадиях жизненного цикла объекта. В настоящее время система работает в непрерывном режиме эксплуатации, реализованы все требования ПАО «Газпром» для АСУ ТП КЦ и САУ ГПА. Приемочные испытания подтвердили высокие эксплуатационные характеристики системы. АСУ ТП КЦ «Неман-Р-КЦ» и САУ ГПА «Неман-Р» рекомендованы для комплексной автоматизации объектов транспорта газа.

АСУ ТП КЦ

АСУ ТП КЦ представляет собой распределённую систему управления объектами основной и вспомогательной технологии КЦ с разделением функций контроля и управления между цеховым и агрегатным уровнями управления. АСУ ТП КЦ выполняет все необходимые функции: контроль параметров КЦ, технологические защиты, автоматическое регулирование производительности КЦ, распределение нагрузки между ГПА, диагностика и формирование отчетов. Пример представления информации в АСУ ТП КЦ показан на рис.1.

САУ ГПА

Важной составляющей АСУ ТП КЦ является САУ ГПА. САУ ГПА предназначена для выполнения функций автоматического управления, контроля и защиты, обеспечивающих безаварийную длительную работу ГПА, обеспечения регулирования параметров агрегата и поддержания заданного режима как непосредственно по уставкам сменного инженера, так и под управлением АСУ ТП КЦ.

Аппаратные средства

Состав аппаратных средств

В описываемом проекте в АСУ ТП КЦ входит 7 шкафов управления, включая шкаф КЦ, шкаф коммуникационного оборудования, шкаф узла подключения, шкафы УСО (2 шт.); стойка серверного оборудования, пульт резервного управления. В состав каждой САУ ГПА входит блок распределения питания, блок связи, блок управления двигателем, блок управления нагнетателем, блок управления кранами, локальные УСО (3 шт.), пульт резервного управления. В системе использованы универсальные программируемые контроллеры Fastwel МК-150 (рис.2), распределенная периферия Fastwel I/O, защищенная операционная система реального времени «Нейтрино» КПДА.10964-01 и инструментальная среда Изаграф 6. Связь между контроллерами и верхним уровнем осуществляется по Ethernet/UDP. Связь с УСО – Ethernet/UDP и ModbusRTU.

Для АРМ и серверов применен программный пакет MasterSCADA. Созданная система управления имеет следующие технические характеристики: 800 физических сигналов ввода-вывода, 5 интерфейсных каналов, 7800 переменных тегов, 150 аварийных сигналов, 240 трендов (архивируемых аналоговых параметров, период 250 мс), резервированный сервер (СУБД Firebird), 2 АРМ.

Изаграф

Программный пакет Изаграф – один из ключевых элементов решения: функциональность, быстродействие и архивы

Важной программной составляющей в АСУ ТП КЦ является пакет Изаграф, предназначенный для программирования ПЛК на базе международных стандартов МЭК 61131-3 и МЭК 61499. Адаптацию, внедрение и поддержку Изаграф 6 выполняет компания «ФИОРД» (Санкт-Петербург). При проектировании системы специалистами ООО Фирма «КГПА» были разработаны дополнительные платы ввода-вывода для поддержки экосистемы распределенной периферии Fastwel I/O в среде Изаграф 6. Благодаря открытости исполнительной системы и среды разработки Изаграф 6, необходимые модификации были встроены в ядро системы, что позволило достигнуть требуемого уровня быстродействия – обновление входов и выходов линейки из 64 модулей (до 440 сигналов), подключенных по шине FBUS, за 6 мс, а подключенных по Ethernet – 50 мс.

САУ ГПА была спроектирована как распределенная система управления. Четыре управляющих контроллера объединены по каналу связи Ethernet отказоустойчивым кольцом. Межконтроллерное взаимодействие реализовано прозрачно с использованием штатных средств («связывание») Изаграф (рис.3). Проведенные испытания подтвердили, что задержка при обмене данными между контроллерами не превышает 50 мс. По сравнению с предыдущими версиями, быстродействие исполнительной системы Изаграф 6 существенно увеличилось. Достигнутые характеристики позволили в полной мере реализовать требования по управлению газотурбинной установкой: цикл программ топливного и противопомпажного регулирования составил не более 20 мс, задержка формирования команд управления не более 50 мс.

В ходе последующей работы по проведению испытаний системы на моторном стенде с газотурбинным двигателем ПС-90 реализован быстрый технологический архив на RAM-диске контроллера: архивирование до 16 аналоговых параметров и до 32 дискретных параметров с периодичностью цикла ПЛК (20 мс). Программа архивирования взаимодействует с исполнительной системой Изаграф через открытые интерфейсы межпроцессного взаимодействия. Архивирование выполняется циклически в кольцевой буфер глубиной 10‑60 минут. Сохранение на RAM-диск выполняется при аварии или по команде оператора. Данные с RAM-диска в формате CSV могут быть сохранены по протоколу samba, ftp или через съемный носитель USB для последующего анализа.

Полная поддержка стандартов МЭК 61131-3 позволила прозрачно реализовать алгоритмы управления газоперекачивающим агрегатом в форматах языков ST (структурированный текст), FBD (функциональные блоковые диаграммы) и SFC (последовательные функциональные схемы) (рис.4), позволяющих провести верификацию программного обеспечения САУ относительно технической документации завода-изготовителя, снизить влияние человеческого фактора и в конечном счете сократить затраты на пуско-наладочные работы. Исходные тексты программы управления передаются инженерам АСУ ТП эксплуатирующей организации: привязка входных-выходных каналов, корректировка технологических алгоритмов – все это может быть выполнено в кратчайшие сроки уже на объекте, ведь среда разработки входит в комплект поставки системы. В это же время отдельные подпрограммы, составляющие «ноу-хау» производителя или требующие высокой квалификации для корректировки, защищаются паролем.

Использование технологии Изаграф в качестве инструмента программирования контроллеров значительно сократило сроки внедрения проекта на объекте, обеспечило требуемую надежность, функциональность, быстродействие и поддержку архивов. Также важно отметить, что решение на базе Изаграф является открытым и расширяемым, поддерживается опытными и профессиональными разработчиками (компанией «ФИОРД»), используется многими российскими производителями контроллеров (специальный обзор приведен в журнале «Автоматизация и IT в нефтегазовой области», № 6, 2016 г.).