Система сбора и визуализации котла №1 цеха ТЭЦ
| Начат: 07(июль) 2012г Завершён: 08(август) 2012г Расположение: г.Каменское, котлоагрегат "ТП-35–39 М №1" Заказчик:  ПАО «ЕВРАЗ БАГЛЕЙКОКС»,  Денис АученковУчастники: ООО НИП "ДІЯ", Роман СавоченкоОписание: Замена ранее созданной системы диспетчеризации котла и ПЛК №1, по причине её неподдерживаемости и общего критического состояния, на окружение с OpenSCADA. |  |
1. Объект автоматизации
Объектом выполнения работ выступает коксохимическое производство г.Днепродзержинск ПАО «ЕВРАЗ БАГЛЕЙКОКС», в составе которого содержится котлоагрегат "ТП-35–39 М №1" с повышением производительности до 50 т/ч. Данный котлоаграгат работает на коксовом газе (основной) и природном (вспомогательный). Производимый котлоагрегатом пар используется для ряда технологических и энергетических целей.
На котле №1 в 2002 году фирмой АО НТП "Укрпромэнерго" была установлена система централизованной диспетчеризации в составе ПЛК сбора технологических параметров и АРМ-оператора. ПЛК выполнен на основе промышленного персонального компьютера (Industrial PC) PCA-6753 фирмы Advantech. АРМ-операторы выполнен на офисном ПК. К моменту данной работы у эксплуатации возникли серьёзные проблемы с работой и поддержкой АРМ-оператора, а именно проблемы с общей "замусоренностью" операционной системы (MS Windows® 2000) и программы визуализации, запуск которой мог продолжаться часами. При этом восстановление с резервной копии не помогало и нужна была установка с начала, для чего не было дистрибутива среды визуализации. Кроме того эксплуатация жаловалась на полную закрытость и отсутствия инструментария редактирования конфигурации ПЛК и среды визуализации, что нужно для решения вопросов технологических изменений.
ПЛК, построенный на плате индустриального ПК PCA-6753, и ряд модулей расширения на ISA-шине суммарно имеют следующие характеристики:
| 2: CPU (PCA-6753) | |
| Центральный процессор: | Мало-потребляющий NS GXm-200 МГц (безвентиляторный) |
| Оперативная память: | 64 МБ DIMM SDRAM |
| Постоянная память: | SSD DiskOnChip® 2000 (16MB, DOS), IDE (40 pin, UDMA 33) |
| Видео подсистема: | CX5530 VGA/LCD и 18-бит LCD TFT |
| Аудио подсистема: | нет |
| Интерфейсы/порты: | 10/100Mbps Ethernet (RTL-8139); RS-232 + RS-232/422/485 последовательные порты; 2 x USB 1.1 (хост), IR порт; LPT; Floppy |
| Источник питания: | +5VDC ±10% @ 1.54A |
| Рабочие условия: | 0 ... 60°C |
| Платы расширения | |
| 4,6: DIO-144 | 144DIO (ICP DAS) |
| 7: PCL-745 | 2 x RS-422/485 (Advantech) |
| 8: ACL-8113 | 32AI (ADLink) |
Суммарно ПЛК содержит четыре последовательных порта, к которым подключены:
- АРМ-оператора — опрос данных ПЛК из АРМ;
- группа регуляторов "MiniTerm400" — реально опрос не работал и цепь интерфейса была разорвана, поскольку разработчикам исходной системы не удалось запустить обмен с ними по токовой петле.
- блок сигнализации БС332С — опрос, по словам эксплуатации, шёл, но явно этого не было видно;
- пара температурных блоков TM5103 — были просто подключены, но не опрашивались поскольку подключались после сдачи системы, а доступа к ней нет.
Программное окружение ПЛК выполнено на операционной системе DOS, в виде некоторой задачи опроса и предоставления данных на ARM.
АРМ-оператора построен на офисном ПК, класса Pentium 3 с оперативной памятью 256Мб. Программное окружение основано на операционной системе "MS Windows® 2000" и среды визуализации, написанной прямо в RAD Boralnd Delphi или C++ Builder.
2. Система диспетчеризации
В процессе работы была получена исходная конфигурация ПЛК и АРМ-оператора, из которых сформирована результирующая таблица параметров, их свойства и назначения на физические каналы. Суммарно система содержит 37 (из 64) аналоговых и 98 (из 288) дискретных сигналов.
На основе существующей архитектуры и оборудования была создана система диспетчеризации с архитектурой, изображённой на рисунке 1.
Рис. 1. Структурная схема АСУ ТП.
На структурной диаграмме отчётливо видно оборудование:
- АРМ-оператора — компьютер класса Pentium 4 3000.
- Панельный ПК (PPC-L126) — врезан в шкаф контролера.
- ПЛК (PCL-745) — в шкафу контроллера.
- ACL-8113(аналог PCL-813) — аналоговые входные каналы (0-23).
- ExtMx — внешний мультиплексор расширения каналов на 2*8, на основе модулей гальванической развязки.
- DIO-144 — два модуля дискретных сигналов входа-выхода, суммарно 288 каналов. Каналы 21-23 порта 1 зарезервированы для мультиплексора ExtMx, порт 1 целиком выходной.
- TM5103 — блоки термометров (по 8 в каждом).
- БС332С — блок сигнализации, не является серийным прибором и документация по нему, а также описание протокола обмена, полностью отсутствуют. Как следствие установка связи с ним невозможна. Заказчику предложено взять реально-используемые сигналы (около 6) прямо на входы платы DIO-144 контроллера.
- MiniTerm 400 — локальные приборы регуляторов, опрос микропроцессорных регуляторов МИНИТЕРМ 400 по интерфейсу не осуществлялся поскольку разработчикам исходной системы не удалось запустить обмен с ними по токовой петле, которая к тому-же разорвана. Также не удалось добиться ответа по интерфейсу с переданным заказчиком прибором МИНИТЕРМ 400.
2.1. ПЛК
ПЛК (рис.2) конструктивно выполнен в системном блоке MiniTower (IPC-6608), где модули устанавливаются в шасси на ISA-шине. Кроме модулей непосредственно в шасси контроллер может расширяться дополнительными приборами на шинах RS-232 (COM1) и RS-485 (COM2). На данный момент к COM1 подключены два многоканальных термометра Элемер TM-5103. Состав модулей ПЛК был фактически сохранён, кроме модуля "PCL-745", который был удалён за ненадобностью:
| Слот | Модуль | Замечание |
| 1 | PCA-6753F | Процессорная плата от Advantech. |
| 2 | ACL-8113 | 32-каналов AI общего назначения от ADLink. |
| 3, 4, 5 | Свободен | |
| 6 | DIO-144 | 144 каналов DIO общего назначения от ICP_DAS. |
| 7 | Свободен | |
| 8 | DIO-144 | 144 каналов DIO общего назначения от ICP_DAS. |
Рис. 2. ПЛК PCA-6753F в системном блоке IPC-6608.
В качестве среды исполнения контроллера использована система OpenSCADA. Для добавления поддержки работы с платами фирмы Advantech в системе OpenSCADA был добавлен модуль DAQ.Comedi, использующий набор драйверов DAQ-плат Comedi. Для поддержки работы с ISA-платами фирмы "ICP DAS" к существующему модулю DAQ.ICP_DAS были добавлены заголовки структур управляющих запросов к модулям устройств в ядре Linux и непосредственная реализация поддержки этих плат.
Программное окружение контроллера основано на дистрибутива Linux "ALTLinux 5.1", ядре "Linux 2.6.29-rt-up" и "OpenSCADA 0.8.1". Выбранное ядро удовлетворяет всем предъявленным требованиям реального времени, а дистрибутив ALTLinux 5.1 позволяет собирать компактные прошивки под поставленную задачу. Окружение контроллера строилось на основе прошивки, согласно руководству здесь: http://wiki.oscada.org/Using/PLC#h802-2. К этой прошивке были отдельно собраны модули ядра Linux для платы ACL-8113 и DIO-144.
Прошивка программного окружения контроллера выполняет функции:
- опрос плат УСО ACL-8113 и DIO-144;
- опрос многоканальных термометров Элемер TM-5103;
- обработка внешнего мультиплексора на основе восьми последних каналов платы ACL-8113 и трёх выходных каналов второго порта второй платы DIO-144;
- обслуживание запросов с верхнего уровня.
2.2. АРМ-оператора
Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора выполнено на основе персонального компьютера P4-3000 и сенсорной панели PPC-L126 фирмы Advantech. Сенсорная панель врезана в шкаф контроллера.
Рис. 3. Сенсорная панель PPC-L126.
Сенсорная панель PPC-L126 имеет следующие основные характеристики:
| Центральный процессор: | VIA Eden 667 MHz |
| Оперативная память: | Два 168-pin DIMM сокет (128 МБ) |
| Постоянная память: | CompactFlash типа I/II, IDE (44 pin, UDMA 33/66/100) |
| Видео подсистема: | VIA Savage4 2D/3D/Video, сенсорный экран 12.1", фронтальная панель: IP65/NEMA4 |
| Аудио подсистема: | AC97 Ver. 2.0 |
| Интерфейсы/порты: | 10/100Mbps Ethernet (RTL-8139); 3 x RS-232 + RS-232/422/485 последовательные порты; 2 x USB 1.1 (хост); PS/2 клавиатура и мышь; LPT |
| Источник питания: | 19VDC @ 3.3A |
| Рабочие условия: | 0 ... 40°C |
Панельный ПК имеет достаточно скромные, по современным меркам, ресурсы. Поэтому была осуществлена оптимизация программного окружения, после установки. В целом на панельном ПК отдельное внимание уделялось:
- производительности носителя данных — в качестве хранилища данных использован IDE жёсткого диска, который обеспечивает 10 МБ/c, что больше чем на доступных CompactFlash;
- настройке и калибровке сенсорного экрана;
- отключению всех лишних сервисов;
- использованию окружения рабочего стола — TDE, как менее ресурсоёмкого, но более развитого; в резерве доступен IceWM;
- сборке OpenSCADA без библиотек Phonon и WebKit, которые достаточно ресурсоёмки.
На ПК АРМ-оператора установка программного окружения производилась прямо с установочного диска, подготовленного специально для данного объекта, без специфических настроек.
Для уведомления о нарушениях на АРМ-оператора был настроен синтез речи из текста и подготовлены сообщения о нарушениях.
Конфигурация и БД проекта визуализации OpenSCADA на АРМ-оператора и панельном ПК идентичны.
3. Алгоритмы
Из алгоритмов на контроллере присутствуют следующие вычисление:
- реализация связи с TM5103 посредством модуля пользовательского протокола;
- реализация мультиплексирования восьми старших аналоговых каналов на три по восемь.
На стороне АРМ-оператора и панельного ПК используются стандартные шаблоны параметров.
4. Интерфейс пользователя
Интерфейс пользователя, по просьбе заказчика, был сохранён, для мнемосхемы, которую они чаще всего используют (использовано оригинальное статическое изображение). Остальные кадры были предложены стандартного вида для OpenSCADA и они были приняты.
На экранах дисплеев оператора, при помощи программы отображения, выводятся:
- измеренные значения технологических параметров, значения уставок сигнализации, а также состояние исполнительных механизмов и пр.;
- цветовая сигнализация отклонений технологических параметров от регламентных значений: предупредительная сигнализация (ПС), аварийная сигнализация (АС) и аппаратная сигнализация;
- обобщённые сигналы «Авария»;
- архивные значения параметров и нарушений по ним, в виде графиков и протокола нарушений на различных временных интервалах;
- технико-экономические показатели на основе усреднённого архива значений за 1 час.
С рабочих мест оператор выполняет:
- квитирование мигания и речевых сообщений;
- переключение видеокадров мнемосхем, графиков, документов и др.
Рис. 4. Мнемосхема.
Рис. 5. Графики.
Рис. 6. Протокол нарушений.
Рис. 7. Протокол технико-экономических показателей.
5. Результаты
Для заказчика подготовлена и передана документация в составе:
- "Информационное обеспечение"
- "Программное обеспечение"
- "Инструкция оператора-технолога"
- "Руководство по конфигурации системы"
- "Руководство по созданию пользовательского интерфейса в модуле UI.Vision"
- "Инструкция по установке и настройке программного обеспечения"
Также подготовлен оптический диск (DVD), который включает:
- Живой диск дистрибутива ALTLinux T6, использованного на АРМ-оператора и панели, с предустановленной демонстрацией системы OpenSCADA и конфигурацией станции АРМ, с функцией установки рабочего программного окружения с конфигурацией и БД данного объекта.
- Программа проверки оперативной памяти — позволяет осуществить максимально полную проверку оперативной памяти станций АРМ прямо с DVD-диска.
- Полный комплект документации фирмы НИП «ДIЯ» по проекту системы диспетчеризации в электронном виде.
- Исходная конфигурация (БД) контроллера котла №1, а также АРМ.
- FirmWare (прошивка) ПЛК — упакованный образ ОС и среды исполнения контроллера, предназначенные для записи на диск ПЛК.
Работа выполнена и принята заказчиком.
5.1. Фото объекта
Рис. 8. АРМ-оператора.
Рис. 9. АРМ-оператора, ближе.
Рис. 10. Панельный ПК в двери шкафа.
6. Ссылки