Современные тенденции развития систем автоматического управления и телеметрии в газовой промышленности

В.Е. Пальгов, начальник отдела автоматизации и программного обеспечения

Стремительное развитие микроэлектронной промышленности и внедрение малогабаритных вычислительных систем, сравнимых по производительности с персональными компьютерами, привело фактически к возникновению отдельного направления в электронно-вычислительной отрасли – производство программируемых логических контроллеров (ПЛК). От традиционных персональных компьютеров ПЛК отличаются наличием специализированных портов ввода-вывода для приема сигналов от разнообразных датчиков и выдачи сигналов управления на исполнительные устройства, а также развитыми средствами коммуникации: последовательные интерфейсы ввода-вывода данных, промышленный Ethernet, и, все шире используемая, технология беспроводной связи.

На опасных промышленных объектах, к которым относятся газораспределительные станции, для обеспечения надежности и безопасности технологического процесса используется оборудование различных производителей, и, соответственно, применяются десятки коммуникационных технологий и протоколов. Они позволяют создавать распределенные системы, объединяющие различные датчики, контроллеры и исполнительные устройства. Подключение перечисленных устройств к сетям обычно осуществляется с помощью сложных специализированных протоколов: Profibus, FIP, ControlNet, Interbus-S, DeviceNet, P-NET, WorldFIP, LongWork, Modbus или ModbusTCP. Протоколы разработаны с учетом особенностей производства и технических систем. Они обеспечивают надежные соединения и высокую точность управления. Между тем, кроме надежности функционирования, все более важными требованиями в системах АСУ ТП становятся функциональные возможности, простота инсталляции и обслуживания.

Несмотря на предпринимаемые в отдельных отраслях попытки ограничить многообразие создаваемой аппаратуры, производители продолжают развивать различные технологии, шинные интерфейсы, архитектуры контроллеров, операционные системы реального времени, протоколы, языки программирования и продвигать собственные сетевые решения для связи оборудования контроля и управления технологическими процессами. В качестве примера разобщенного подхода к типовой задаче можно привести устройства измерения и вычисления расхода газа. В таблице 1 приведены некоторые, наиболее известные, отечественные и зарубежные производители такого оборудования и используемые ими протоколы обмена данными.

Несогласованность производителей промышленного оборудования, их различный подход к обеспечению информационного доступа к своим продуктам, делает процесс объединения в сеть промышленных устройств зачастую более сложным, чем объединение персональных компьютеров. Наличие многочисленных несовместимых реализаций в области промышленных сетей затрудняет интеграцию в единую систему компонентов разных производителей, препятствует широкому распространению интеллектуальных устройств и исключает взаимозаменяемость приборов автоматизации. И пока производители промышленного оборудования пытаются договориться об унификации протоколов взаимодействия и технологии, объединяющей различные

интеллектуальные устройства, весь объем работы по интеграции разномастного приборного парка ложится на разработчиков и производителей конкретных систем автоматического управления промышленными объектами. Наглядным примером этому могут служить современные системы автоматического управления газораспределительными станциями (САУ ГРС).

Ключевым элементом современной САУ ГРС, в большинстве случаев, является ПЛК. Специфика газотранспортной отрасли предъявляет жесткие требования к надежности ПЛК, его техническим характеристикам и программному обеспечению. На первый взгляд, к типовым задачам САУ ГРС не добавилось ничего нового: осуществить ввод данных от первичных сенсоров и датчиков, обработать полученную информацию по заданным алгоритмам, произвести, если требуется, управляющее воздействие на исполнительные устройства, передать данные на верхний уровень автоматизации. Между тем, каждая из перечисленных процедур требует на современном этапе качественно иного подхода.

Первичные сенсоры и датчики постепенно видоизменяются, превращаясь в коммуникационные устройства. Происходит постепенная «интеллектуализация» периферийного технологического оборудования, и появление цифровых интерфейсов требует организации локальной сети, функционирующей на нижнем уровне автоматизации в зоне технологических процессов. Вместо простой процедуры измерения какого-либо технологического параметра появляется сеанс обмена данными с интеллектуальным устройством, прием по цифровому интерфейсу совокупности параметров и передача в обратном направлении технологических уставок и режимов работы.

На этапе формализации алгоритмов работы ПЛК появляется необходимость не только выдать управляющее воздействие при получении некоего сигнала, но и рассчитать величину этого воздействия. Например, вычислить необходимую дозу одоранта, зная объем газа в единицу времени, и по величине дозы вычислить период включения дозирующего насоса.

Обмен данными с верхним уровнем автоматизации (применительно к ГРС – с диспетчерским пунктом ЛПУМГ) сейчас целиком ложится на САУ ГРС. Во втором и третьем ежегодном выпусках «Вестника Газпроммаша» за 2008 и 2009 годы были подробно рассмотрены вопросы объединения в САУ ГРС функций автоматики и телемеханики.

В результате этого, современная САУ ГРС становится центральным коммуникационным узлом, связывающим между собой оборудование разных производителей по различным промышленным интерфейсам и протоколам.

Принимая во внимание значительную информационную нагрузку, ПЛК должен обладать возможностью свободного программного доступа к последовательным портам ввода-вывода для реализации обмена данными по протоколам, не входящим в комплект типового программного обеспечения. К сожалению, такие возможности предоставляют далеко не все фирмы производители ПЛК.

Завод «Газпроммаш» в своих базовых исполнениях САУ ГРС, функции которой выполняет шкаф контроля и управления (ШКУ ГРС), использует два типа ПЛК: CompactLogix фирмы AllenBrabley и I-8000 фирмы ICP DAS. Сравнительные характеристики приведены в таблице.

При всем различии параметров и средств программирования, эти ПЛК имеют одно существенное преимущество перед контроллерами других фирм – возможность наращивания коммуникационных портов. Именно эта особенность позволяет строить на их основе централизованные системы сбора и обработки данных от устройств с различными протоколами обмена. Причем внешне, на уровне человеко-машинного интерфейса, различия в типах применяемых ПЛК практически не заметны для оператора ГРС.

Учитывая высокую концентрацию информации в ПЛК САУ ГРС, целесообразно организовать на его основе единый центр управления оборудованием ГРС, в том числе и устройствами, имеющими в своем составе блоки локальной автоматики (например, подогреватель газа, одоризатор газа и т.п.). При этом все функции человеко-машинного интерфейса будет выполнять панель оператора ГРС.

Разработка программного обеспечения для централизованных систем сбора и обработки данных обычно сложнее, чем для типовых решений систем автоматики. Однако, в дальнейшем, правильно выбранная аппаратно-программная конфигурация ПЛК, объединяющего на своих интерфейсах многочисленное оборудование ГРС с разными характеристиками сигналов и разными протоколами обмена данными под единой системой управления, с общей системой визуализации

человеко-машинного интерфейса, позволяет в короткие сроки освоить управление САУ ГРС специалистам службы эксплуатации и операторам, не имеющим специального образования.

Сделать доступ к данным всех периферийных устройств САУ ГРС «прозрачным» и для оператора ГРС и для диспетчера ЛПУМГ – это задача, которая требует от разработчиков систем автоматики умения оптимально использовать высокотехнологичные изделия разных компаний. В настоящее время на первый план выходят задачи системной интеграции, которые требуют комплексных решений в создании сложных взаимоувязанных систем функционирования разнородных технологий и оборудования различных производителей. На этом этапе наиболее ощущается потребность в унификации технологий и протоколов взаимодействия.

Специалисты завода, имеющие многолетний опыт работы с различным оборудованием, предлагают комплексные решения в области автоматизации сложных технологических объектов, начиная от блоков локальной автоматики газового оборудования (подогреватели газа, одоризаторы газа, котельные установки) и заканчивая системой автоматического и дистанционного управления технологическими процессами, выполняющей полный объем поставленных задач с учетом современных тенденций в газовой промышленности.