Система сбора и визуализации котла №1 цеха ТЭЦ
| Начат: 07(июль) 2012г Завершён: 08(август) 2012г Расположение: г.Днепродзержинск, 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. |  |
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 вроде 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.
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.
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 так-же 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.
ПЛК
Состав модулей ПЛК был фактически сохранён, кроме модуля "PCL-745", который был удалён за ненадобностью.
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.
Результирующее 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.
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.
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 рабочего окружения. 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 рабочего окружения 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 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.
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.
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.
Рис. 1. Мнемосхема.
Рис. 2. Графики.
Рис. 3. Протокол нарушений.
Рис. 4. Протокол технико-экономических показателей.
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 функцией установки рабочего программного окружения с конфигурацией и БД данного объекта.
- Полный комплект документации в электронном виде.
- Все файлы конфигурации и БД (на момент сдачи) для ПЛК и АРМов.
Работа выполнена и принята заказчиком.
Фото объекта
Рис. 1. АРМ-оператора.
Рис. 2. АРМ-оператора, ближе.
Рис. 3. Панельный ПК в двери шкафа.
Ссылки