Проекты и исследования. 
Системы автоматизации энергетических агрегатов и установок

К системам автоматизации агрегатного уровня будем относить системы турбинных, компрессорных, котельных агрегатов, энергоблоков малой и средней мощности, распредустройств, фильтровальных установок и др.

Резюмирую изложенное в первых двух статьях о системах автоматизации агрегатного уровня, можно выделить следующие главные требования к ним:

• — комплектность (комплектной будем называть микропроцессорную систему автоматизации агрегата, реализующую все функции локальных систем, в том числе контроля, автоматического регулирования, технологических блокировок, защиты, сигнализации и управления);
• — высокая надежность;
• — оперативность информации;
• — единство информационной базы и четкость иерархии управления.

На рис. 46 в качестве примера приведена структура комплектной системы автоматизации, в которой функции локальных систем реализуются микропроцессорными контроллерами, объединенными локальной сетью. Это позволяет легко распределять функции между контроллерами при минимально необходимом числе первичных преобразователей и датчиков. При такой структуре также легко организовать обмен информацией в вышестоящим уровнем — автоматизированным рабочим местом (АРМ) оператора — машиниста. В этом случае упрощается решение проблемы организации удаленного АРМ на объединенном или центральном щите управления и обеспечивается достоверность информации о технологическом процессе и состоянии оборудования, что необходимо для надежной эксплуатации агрегата.

Выполнение указанных четырех требований позволяет создавать систему автоматизации агрегата, обладающую такими важными качествами, как высокая оперативность, надежность, приспособленность к централизации управления и подготовленность к включению в состав иерархической структуры АСУТП. Однако практически реализация такой системы требует больших усилий, глубокой проработки архитектурных решений, сложного программного обеспечения для микропроцессорных контроллеров и АРМ оператора.

Требования к структуре локальной сети и программному обеспечении системы Из вышеупомянутого можно сформулировать требования к структуре локальной сети и программному обеспечению (ПО) системы:

• — локальная сеть должна иметь иерархическую структуру, верхним уровнем которой является ПЭВМ;
• — для создания комфортных условий работы обслуживающего персонала целесообразно предусмотреть возможность традиционного дистанционного управления несколькими важнейшими исполнительными механизмами (ИМ);
• — информация о технологическом процессе должна быть достоверной (состоять из результатов измерений и их последующей обработки);
• — алгоритмы системы должны быть легко переносимы на различные типы контроллеров и мало изменяться для широкого круга объектов.

Программные средства должны обеспечивать:

• — передачу информации от контроллеров на ПЭВМ и ее хранение в единой базе данных;
• — выполнение с ПЭВМ всех традиционных команд, а также макроопераций типа пуска-останова агрегата;
• — однозначное разрешение конкуренции между командами, поступающими от различных подсистем и от оператора;
• — удобное графическое отображение информации о технологически процессе в реальном времени.

Программное обеспечение не должно использовать трудносовместимые средства с целью обеспечения возможности включения агрегатной системы в АСУ ТП верхнего уровня.

Приведенное в статье описание архитектуры системы и алгоритмов, удовлетворяющих перечисленным выше требованиям, включает:

• — способы обеспечения необходимого уровня надежности;
• — архитектуры локальной сети и ПО;
• — характеристики подсистем ПО;
• — иерархию управления в системе;
• — вопросы комплектации;
• — вопросы разработки и внедрения системы.

Способы обеспечения требуемой надежности Для обеспечения необходимого уровня надежности применяются следующие меры:

• — дублирование контроллеров, при котором резервный комплект, работающий в режиме 100%-ного горячего резерва, осуществляет автоматический перехват управления при отказе основного комплекта, при этом резервный комплект становится полноправным элементом локальной сети;
• — контроль превышения технологически допустимых границ значений входных сигналов и выявление недопустимых комбинаций на входах, что позволяет диагностировать неисправность датчиков, не применяя дублирования измерительной аппаратуры;
• — контроль времени исполнения команд, позволяющий диагностировать неисправности ИМ;
• — использование микропроцессорных контроллеров с развитыми средствами самодиагностики;
• — дополнение технических средств системы пультом с органами дистанционного управления наиболее важными ИМ, что обеспечивает управляемость технологическим процессом и агрегатом в аварийных ситуациях при отказе ПЭВМ;
• — использование высоконадежных алгоритмов, правильность большинства из которых строго доказывается;
• — применение средств проектирования систем, позволяющих обнаруживать ошибки в проекте.

Структура ПО Программное обеспечение типовой системы автоматизации агрегатного уровня состоит из следующих подсистем:

• — управление работой локальной сети;
• — автоматический контроль технологического процесса и оборудования;
• — локальная и аварийная защита;
• — предупредительная и аварийная сигнализация;
• — автоматическое управление основным и вспомогательным оборудованием;
• — автоматизированный пуск и останов агрегата;
• — автоматическое регулирование;
• — диагностика процесса и оборудования;
• — АРМ оператора;
• — статистическое и аварийное сохранение информации (история процесса);
• — формирователь отсчетов.

Этот список можно считать неким базовым набором, к которому в конкретной системе могут быть добавлены другие подсистемы (например, подсистема расчета термодинамических характеристик).

В дальнейшем ограничимся рассмотрением подсистем, входящих в базовый список. Взаимодействие подсистем ПО между собой будет рассмотрено в разделе «Структура управления в подсистеме».