Заказчик: ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург».
Используется: АГНКС г.Тосно
Дата внедрения АСУ ТП: ноябрь 2007 года
Поставлено: 1 система

1. Объект управления:

«АГНКС - Автомобильная газонаполнительная компрессорная станция, осуществляет заправку автомобилей и других транспортных средств, двигатели которых конвертированы или изначально рассчитаны на работу на сжатом (компремированном) природном газе и имеют соответствующую систему. Природный газ поступает на АГНКС по газопроводам. На станции давление газа повышается до 20 МПа (200 атм) и в таком виде закачивается в баллоны транспортных средств.» - wikipedia.org.
 Структурно АГНКС г. Тосно состоит из трех независимых компрессоров (КУ№1...№3), и общецехового оборудования, в которое в том числе входят четыре газораздаточные колонки и емкость - аккумулятор газа. Газ, поступающий на АГНКС по трубе, сжимается и закачивается в аккумулятор газа до давления 235 атм., в последствии из него осуществляется заправка автотранспорта. Структурная схема изображена на Иллюстрации 1, которая демонстрирует одну из мнемосхем верхнего уровня системы управления.
  

 Иллюстрация 1: Структурная схема АГНКС г. Тосно

На каждую компрессорную установку приходится:

• 38 дискретных входа;
  

• 29 дискретных выхода;
  

• 17 аналоговых входа.
  

На общецеховую часть системы приходится:

• 50 дискретных входа;
  

• 25 дискретных выхода;
  

• 26 аналоговых входа.
  

Каждый компрессор может находится в одном из следующих режимов работы:

• Дистанционное Управление (ДУ) механизмами (Отключен) — существует для проверки и наладки технологического оборудования;
  

• Проверка защит — принудительно взводятся все существующие защиты для проверки системы в комплексе с технологическим оборудованием на срабатывание Аварийных защит. В этом режиме не выдаются управляющие воздействия на исполнительные механизмы;
  

• Автоматический пуск компрессорных установок;
  

• Нормальный останов КУ (НО КУ);
  

• Аварийный останов (АО КУ).
  

Весь ЦЕХ может быть в трех основных режимах работы:

• Отключен — все компрессоры в отключенном состоянии;
  

• В работе — работает хоть один из КУ;
  

• Аварийный останов АГНКС.

Во время работы комплекса автоматически поддерживается давление газа в аккумуляторах в заданном диапазоне, автоматически осуществляется продувка влагомаслотделителей каждой компрессорной установки.
 Заправка осуществляется персоналом, путем открытия соответствующего колоночного крана и установкой необходимого давления в баллоне автомобиля. Закрытие крана происходит автоматически после достижения указанного давления. На газораздаточных колонках действует цветовая сигнализация процесса заправки.

2. Нижний уровень: 

 Нижний уровень АСУ КР-1200-АГНКС-1 построен на следующем оборудовании:

• Устройство управления (УУ):
  

• Процессорный модуль Fastwel СРС10803 с целевой системой ISaGRAF 5, работающей на операционной системе Linux;
  

• Аналоговой- цифровой преобразователь Octagon Systems 5710;
  

• Модули дискретного ввода вывода Octagon Systems 5600;
  

• Устройство связи с объектом
  

• Модули нормализации аналоговых сигналов Analog Devices серии 7B;
  

• Модули дискретного ввода вывода производства ООО «Крона»;
  

• Коммутатор аналоговых сигналов собственного производства.
  

 Алгоритм управления создан на программном комплексе ISaGRAF 5 с применением драйверов ввода вывода, производства ООО «Крона». Как выглядит определение УУ в окне ISaGRAF 5 можно увидеть на Иллюстрации 2.
 Для упрощения и ускорения отладки алгоритма на этапе пусконаладки реализован программный имитатор объекта, который может подключаться «на лету» из SCADA системы (обладая необходимым уровнем доступа). Для реализации такого подхода пришлось отказаться от прямого монтирования параметров. Привязка дискретных параметров к физическим каналам осуществляется кодом, изображенным на Иллюстрации 3. Аналоговые переменные привязываются аналогично.
 

Иллюстрация 2: ISaGRAF определение устройства управления

Иллюстрация 3: Привязка переменных 

 Особенности реализации аналогового ввода:

 Аналоговый ввод реализован следующим образом: с первичного преобразователя (датчика температуры, давления, тока) сигнал попадает на вторичный преобразователь Analog Devices серии 7В, далее на коммутатор аналоговых сигналов и наконец на модуль АЦП 5710. В программу управления измеренное значение попадает в виде кода АЦП, после чего направляется в функциональный блок пересчета в физические величины. Одновременно каналы, к которым подключены термометры сопротивления ТСП100П, пересчитываются с помощью полинома, т.к. вторичный преобразователь Analog devices имеет характеристику pt100. Реализация показана на Иллюстрации 4. Для преобразования используется функциональный блок, разработанный ООО «Крона» - Kr-anpar (подробное описание в файле demoisaie.pdf). Вход «freeze» используется для возможности ремонта любого аналогового канала «на ходу». При подаче на этот вход сигнала «true» выходной аналоговый сигнал в физических величинах, используемый в алгоритме, замирает. Но в тоже время на верхний уровень передается не замерший сигнал, что позволяет после починки канала измерения провести его проверку не воздействуя на алгоритм управления. 

Иллюстрация 4: Пересчет в физические величины 

Одновременно с измерениями в программе идет постоянный контроль исправности аналоговых цепей. Датчики и вторичные преобразователи контролируются по «зашкалу». Вторичные преобразователи группируются на бэкплейнах по 15 штук, а 16 канал используется для контроля нуля аналогового коммутатора, т.е. каждый 16 — й канал перемычками соединен с 0В. На каждом цикле измеряется код нуля и контролируется его отклонение от номинального. При большом отклонение диспетчер получает предупредительный сигнал с точным указанием неисправного модуля. Величина отклонения кода нуля на каждом цикле измерения используется для коррекции измеренных значений всех аналоговых параметров, подключенных к данному коммутатору. Это позволяет значительно снизить погрешность измерений при коммутации сигналов. Аналогичным образом происходит контроль исправности самого АЦП.

3. Верхний уровень — SCADA система. 

Верхний уровень системы управления построен на основе программного комплекса SCADA PCVue от ARC Informatique (далее ПК «SCADA-система»).

Виды представляемой информации: 

ПК «SCADA-система» позволяет оператору получать следующую информацию:

• текущие значения аналоговых параметров и состояния исполнительных механизмов (ИМ);
  

• список активных в данный момент аварийных, ограничительных и предупредительных сообщений;
  

• список условий, препятствующих запуску ТОУ (предпусковые условия);
  

• сообщения о текущем режиме работы ТОУ и об изменениях режимов АСУ ТП;
  

• перечень имеющихся неисправностей в аппаратуре АСУ ТП;
  

• ретроспективу значений аналоговых параметров, переключений ИМ, появления, квитирования и снятия сигнализационных и режимных сообщений, а также предпусковых условий, протокол управляющих действий оператора.

Организация экрана:

 Интерфейс главного окна «Scada-системы» представлен на Иллюстрации 5. Главное окно отображается на экране ПЭВМ сразу после загрузки операционной системы, его нельзя закрыть, свернуть и производить с ним какие-либо другие манипуляции. Любое другое окно, открытое в процессе работы, можно масштабировать с помощью комбинации клавиши CTRL-вращение колеса манипулятора мыши.

Иллюстрация 5: Главное окно «SCADA-системы» 

 В левой части главного окна «SCADA-системы» располагается панель управления, в составе которой расположены кнопки вызова других элементов управления, визуально разбитые на блоки: «КУ1», «КУ2», «КУ3», «ЦЕХ», а также текущее состояния компрессорных установок и общецеховое состояние (например: «резерв», «пуск», «нормальный останов», «аварийный останов» и др.). Мигание блока объекта желтым цветом говорит о наличии как минимум одного не подтвержденного предупредительного сигнала (сопровождается соответствующей звуковой сигнализацией). Постоянное окрашивание блока объекта желтым цветом говорит о наличии как минимум одного подтвержденного предупредительного сигнала. Мигание блока объекта красным цветом говорит о наличии как минимум одного не подтвержденного аварийного сигнала (сопровождается соответствующей звуковой сигнализацией). Постоянное окрашивание блока объекта красным цветом говорит о наличии как минимум одного подтвержденного аварийного сигнала. Приоритет сигналов выстраивается следующим образом:

• Аварийные не подтвержденные сигналы
  

• Аварийные подтвержденные сигналы
  

• Предупредительные не подтвержденные сигналы
  

• Предупредительные подтвержденные сигналы 
  

Прежде чем приступить к работе со «SCADA-системой» оператору необходимо авторизоваться в ней, для чего в нижней части панели нажать левой кнопкой мыши на кнопку (или клавиша F2) (все действия в «SCADA-системе» производятся левой кнопкой мыши) и затем в появившемся окне ввести свое индивидуальное имя учетной записи и пароль (Иллюстрация 6). 

Иллюстрация 6: Окно авторизации 

 Мнемосхемы:

 Для вызова окна «Мнемосхема» интересующей компрессорной установки или цеха необходимо нажать на кнопку главной панели управления (блока «КУ1», «КУ2», «КУ3» или «ЦЕХ» соответственно). 

 Внешний вид мнемосхем «КУ1», «КУ2» и «КУ3» идентичен. Исполнительные механизмы (ИМ) на мнемосхеме отображаются в виде пиктограмм, изменяющих свой цвет в зависимости от состояния соответствующих ИМ. Аналоговые параметры на мнемосхемах отображаются в цифровом виде. Пример мнемосхемы «КУ2» приведен на Иллюстрации 7.

Из мнемосхемы можно осуществлять дистанционное управление ИМ. Для того, чтобы, например, открыть(закрыть) кран «ВН7»(Иллюстрация 7) необходимо навести указатель мыши на пиктограмму, соответствующую этому крану один раз нажать на нем левой кнопкой мыши. Вслед за этим появится диалоговое окно управления данным ИМ (Иллюстрация 8), в котором необходимо выбрать требуемую команду щелчком левой кнопкой мыши. Управление другими ИМ (двигатели, насосы и т.д.) производится аналогично.
 

 Иллюстрация 8: Управление ИМ

Кнопка в левом верхнем углу мнемосхем компрессорных установок предназначена для управления их состояниями («основной», «резервный», «отключено»). Окно управления состояниями КУ представлено на Иллюстрации 9.

Иллюстрация 9: Управление состояниями КУ 

 В левом нижнем углу мнемосхем представлен блок «Сигнализация» (Иллюстрация 10), в котором выводятся сообщения предупредительной сигнализации (желтого цвета), а также сообщения аварийной сигнализации (красного цвета). Одновременно с появлением текстового сообщения сигнализации включается звуковая сигнализация. Блок «Сигнализация» также может быть вызван в отдельном окне нажатием кнопки  главной панели инструментов.

Иллюстрация 10: Блок сигнализации 

 В правом нижнем углу мнемосхем расположен блок «Технологические сообщения» (Иллюстрация 11).

Иллюстрация 11: Технологические сообщения 

 Здесь отображаются сообщения о неисправностях каналов ввода-вывода, предпусковые условия, не отработке ИМ-ов и т.д.
 Общецеховая мнемосхема (Иллюстрация 12) содержит индикацию состояний всех общецеховых исполнительных механизмов, аналоговых и дискретных параметров, а также, для наглядности, некоторых агрегатных.

Иллюстрация 12: Общецеховая мнемосхема 

 Из окна «Мнемосхема ЦЕХ» существует возможность отключения защиты по давлению на заправочных колонках, для этого необходимо нажать на анимированную кнопку  , после чего она изменит свое состояние на противоположное – защита выключена. В случае если защита по давлению на заправочных колонках в течение десяти минут после отключения не будет включена оператором ПК, то это произойдет автоматически. Отключение этой защиты необходимо для проверок заправочных колонок либо для заправки пустых баллонов.  
 Также из общецеховой мнемосхемы существует возможность управления уставками давления в заправочных колонках, для чего необходимо нажать на требуемую уставку и в появившемся окне (Иллюстрация 13) ввести желаемое значение (в установленном диапазоне минимум-максимум).

Иллюстрация 13: Окно загрузки уставки 

Окно тренда:

Окно трендов – это специальная анимация, которая производит отображение до 8 регистровых или битовых переменных. Для вызова окна трендов (Иллюстрация 14) необходимо нажать на кнопку   главной панели инструментов.

Иллюстрация 14: Окно трендов 

 Во время выполнения окно трендов работает в одном из 3-х режимов:

• Реальное время. 
  Трассы вычерчиваются на диаграмме в реальном времени и представляют изменения значения переменных. Окно трендов может быть сконфигурировано так, чтобы оно стартовало в реальном времени, или этот режим может быть выбран с использованием инструмента Воспроизведение во время выполнения.
  

• Исторический режим.  
  Трассы вычерчиваются на диаграмме по значениям переменных, зарегистрированных в архивных файлах. Окно трендов может быть сконфигурировано так, чтобы оно стартовало в историческом режиме, или этот режим может быть выбран с использованием инструмента Архивные данные во время выполнения.
  

• Режим паузы.  
  Трассы вычерчиваются на диаграмме по значениям переменных, зарегистрированных в дисплейном буфере. Окно трендов может быть переключено из реального времени в режим паузы с использованием инструмента Пауза или полосы прокрутки.
  

 В режиме реального времени новые значения для каждой трассы вычерчиваются, начиная с правой стороны диаграммы. Более старые данные прокручиваются через диаграмму, в конечном счете, исчезая с левой стороны. Окно трендов автоматически переключается в режим паузы всякий раз, когда вы перетаскиваете ползунок на полосе прокрутки или выбираете инструмент паузы. 
 В режиме паузы область диаграммы больше не обновляется в реальном времени, вместо этого она отображает временные исторические данные, зарегистрированные в дисплейном буфере. Однако, буфер Окна трендов все еще обновляется в реальном времени с отбрасыванием самых старых значений. В режиме паузы вы можете прокрутить данные назад и вперед с помощью полосы прокрутки и масштабирования по осям Х и Y, используя или инструментальную панель, или курсор.
 В историческом режиме область диаграммы отображает исторические данные, извлеченные из файлов архива. Для изменения периода отображения в историческом режиме используется инструмент: 

Окно аналоговых параметров. 

 В этом окне можно просмотреть текущие значения всех аналоговых параметров, обрабатываемых АСУ ТП. Окно аналоговых параметров (Иллюстрация 15) вызывается нажатием кнопки  главной панели. В случае если вместо цифрового значения аналогового параметра отображается знак «?» это свидетельствует о его неисправности.

Иллюстрация 15: Окно аналоговых параметров 

Окно журнала событий. 

 Окно журнала событий отображает данные, которые были зарегистрированы ранее: изменения состояния тревоги, изменения состояния битовой переменной, действия оператора. Для вызова журнала событий необходимо нажать на кнопку  главной панели инструментов.

Иллюстрация 16: Окно журнала событий