АСУ ТП в Узбекистане

Scada системы — это совокупность периферийных устройств и информационно-коммуникационных инфраструктур, применяемых  для безопасной и надежной эксплуатации удаленных объектов.

Различные производители, промышленные компании, энерегитки и газа, а также другие отрасли используют SCADA системы для оперативного автоматизированного управления процессами и ведения учета (в т.ч. бухгалтерского). Программная система SCADA — ключ к эффективной эксплуатации сложного технологического оборудования.

Структура SCADA системы

Связующим звеном между системой SCADA и, например, газопроводом, являются контрольно-измерительные приборы, которые подключаются к программируемым логическим контроллерам, устройствам связи с объектом или системному компьютеру (потоковому). Принцип действия заключается в поступлении информации от удаленных приборов через сеть передачи данных на головной сервер SCADA (центральную станцию SCADA).

Примером такой цепочки может быть система контроля, администрирования и оптимизации — верхушка «пирамиды», — и измерительные приборы. Собранные данные используются другими структурами в рамках одного предприятия, например, для решения коммерческих задач.

Рассмотрим элементы SCADA системы подробнее.

Первичными структурными элементами системы SCADA являются периферийные устройства, так называемые устройства нижнего уровня, к которым относятся средства автоматизации, установленные на удаленном объекте для сбора информации, ее структурировании и передачи на сервер SCADA системы:

• программируемые логические контроллеры PLC предназначены для контроля и управления основными технологическими процессами и питаются от переменного тока; обычно используются на достаточно крупных объектах;
• устройства связи с объектом RTU выполняют меньше функций, они менее энергозатратные и более дешевые; в их задачу входит преобразование полученного электрического сигнала от контрольно-измерительного прибора в информационный сигнал, понятный серверу системы SCADA;
• электронное устройство контроля EFM применяется для измерения различных параметров в соответствии с требованиями государственных норм; осуществляет запись и архивирование данных в головных подразделениях предприятия.

На центральных серверах происходит управление удаленным объектом, например, насосной или компрессорной установкой, линейным арматурным узлом, узлом учета (замерной установкой) и др. К удаленным объектам также относятся и более крупные, например, газораспределительная или гидрометрическая станция и др. Принцип построения скада системы будет одинаков, отличаться будет лишь сложностью структуры.

Описание удаленных контролируемых объектов

Для примера проанализируем компрессорную станцию как объект для промышленной автоматизации и управления. Каждый компрессор должен иметь свой контроллер, который поставляется Оператору производителем вместе с самим компрессором. Контроллеры служат средством связи и собирают полученную информацию о давлении в системе, положении задвижек/кранов, уровне рабочей среды, мощности, обнаружении пожара и др. Сервер системы SCADA "общается", то есть обменивается данными с логическими контроллерами.

На большинстве компрессорных станций предусмотрено автоматизированное рабочее место с человеко-машинным интерфейсом, позволяющим оператору следить за параметрами работы системы. Зачастую рядом с компрессорной станцией располагаются другие объекты (узлы учета и арматурные узлы), и тогда они уже управляются отдельно.

Зачастую на больших компрессорных станциях устанавливаются несколько контроллеров и многокомпонентный интерфейс от каждого контроллера. Такие объекты зачастую могут выполнять роль узлов связи для сбора информации от близ лежащих управляемых объектов.

Замерные установки (узлы учета) по своей функциональности могут быть как мелкими, и для их управления достаточно однопроцессорной операции, так и достаточно крупными, для автоматизации которых уже необходимы двунаправленные, многонаправленные и многопроцессорные операции. Первичными измерительными приборами могут являться расходомерные шайбы, турбинные и ультразвуковые счетчики.

Схемы и алгоритмы работы оборудования на объектах(температура, давление, закрытие/открытие клапанов, процесс ввода одоранта и др.) могут задаваться и управляться контроллерами, при помощи устройств связи с объектом или электронными устройствами контроля. Некоторые узлы могут иметь стационарное автоматизированное рабочее место, хотя наиболее распространено управление через ноутбук.

Арматурные узлы являются наиболее простыми объектами для автоматизации на объектах. На них устанавливаются устройства связи с объектами для наблюдения за давлением в трубопроводе, положением клапанов и дистанционного открытия/закрытия задвижек.

Исторически сложилось, что SCADA системы имели достаточно узкий диапазон частот при последовательной передаче с использованием спутниковых систем и радио. Сейчас многие средства автоматизации старого поколения еще используются, но в то же время беспроводные технологии вносят все более радикальные изменения, особенно с появлением сотовой связи и Интернета.

Каналы и средства связи в SCADA системе

Развитие средств и систем связи повлияло и на скорость передачи данных от устройств нижнего уровня (контрольно-измерительных приборов) к серверу сбора данных, что позволило большинству газотранспортных операторов расширить свои региональные сети. Более мелкие объекты, которые не увидели перспектив в использовании новых технологий, были поглощены теми компаниями, которые перешли на применение передачи сигнала в широком спектре сотовой связи и Интернета.

Теперь основной задачей систем управления стала способность реагировать на поступающие сигналы в режиме реального времени. Для этого современные SCADA системы должны выполнять следующие функции:

• информационное взаимодействие с устройствами нижнего уровня
• обработка и хранение данных в режиме реального времени
• систематизация и хранение данных в режиме реального времени
• передача на контроллеры данных, визуализированных на панели управления
• функция оповещения об аварийной ситуации при превышении заданных параметров

Головной сервер системы SCADA должен быть связан с устройствами нижнего уровня посредством различных каналов связи. С аппаратным интерфейсом обычно все понятно. Сложнее дело обстоит с программным интерфейсом между головным сервером и устройствами нижнего уровня (контрольно-измерительными приборами). Другими словами, возникает "конфликт" между многочисленными асинхронными (последовательными) связями и синхронными процессами.

Обычно даже самые крупные операторы газопроводных систем не устанавливают 10,15, а то и больше различных типов контроллеров и устройств связи/контроля, которые связаны с центральным сервером обработки данных посредством различных протоколов последовательной передачи данных.

Одно время существовала тенденция к разработке единого стандарта протокола для газовой промышленности, например, протокол Modbus. Но опытным путем было определено, что наиболее выгодным и удобным вариантом является хранение в своей библиотеке данных и оперирование несколькими протоколами, которые могут взаимодействовать с различными устройствами. Программные средства должны поддерживать любые каналы связи с центральной станцией автоматизированного управления объектами.

База данных в SCADA системе режиме реального времени

Основным ядром СКАДА систем является база данных, где хранится вся информация, полученная в режиме реального времени с удаленных объектов. Для больших систем базы данных должны иметь память, достаточную для одновременного, быстрого и надежного оперирования сотнями тысяч единиц информации. Вся база данных должна находится в оперативной памяти, то есть вся информация хранится на сервере, а не на диске. Обработка аварийных сигналов, контроль последовательности операций и многое многое другое должна уметь делать база данных современной SCADA системы.

База данных также сообщается и отображается на автоматически программируемой и регулируемой панели управления с человеко-машинным интерфейсом, установленной на рабочем месте оператора. Кроме этого, она передает только что полученную информацию о работе системы оператору, например, в случае утечки газа. Надежность работы базы данных зачастую обеспечивается резервным сервером.

Автоматическая панель оператора и клиентское программное обеспечение представляет собой графический дисплей, на котором отображается информация, полученная от контроллеров управления, в виде графиков, карт, диаграмм.

Возможности SCADA систем

Программное приложение по определению степени заполнения трубопроводов газом и расчету объема потока - специальные функциональные возможности, разработанные для газотранспортных предприятий. Эти приложения позволяют оценить и рассчитать остаток газа в трубопроводе, так как иногда необходимо иметь более одного миллиарда футов газа, чтобы удовлетворить требования и заказ покупателя. Для расчета степени наполнения трубопровода оператору необходимо ввести данные о длине и диаметре трубы. Само приложение уже берет информацию о давлении, температуре и составе газа из базы данных SCADA системы. Далее результаты расчетов "возвращаются" в базу данных системы SCADA, которая, в свою очередь, уже регулирует заполнение газопровода.

Дополнительным приложением SCADA систем является приложение по планированию режимов транспорта газа: оно сравнивает заданный график с реальными параметрами транспорта газа и корректирует по необходимости, посылая сигналы на контроллеры.

Разработчики SCADA систем создали динамическую гидравлическую модель, которая может применяться как для решения оффлайновых задач (например, для обучения), так и в режиме реального времени. Данная модель позволяет решить одну немаловажную проблему - это обнаружение утечек газа из трубопровода. Принцип работы модели заключается в сравнении параметров эксплуатации трубопровода (давление, скорость потока), зафиксированных SCADA, и параметров, смоделированных и принимаемых за образец; любое несоответствие может означать утечку газа.

На принципе моделирования существует еще целый ряд дополнительных функций, которые может выполнять SCADA:

• прогнозируемая симуляция
• анализ устойчивости и работоспособности технологического процесса
• анализ возможных вариантов
• проверка корректности данных, зафиксированных SCADA системой
• внутритрубная инструментальная диагностика

Система моделирования очень удобна при создании учебных тренажеров для обучения операторов. В этом случае находит свое применение оффлайновая версия динамического моделирования - копия SCADA системы подключена к модели трубопровода. Инструктор через тренировочный пульт оператора имитирует нарушение работы "газопровода". Информация об изменении параметров эксплуатации и возможной поломке трубопровода поступает в SCADA систему, и уже тренируемый управляет программой, как будто бы он работает с газопроводом.

В результате, применение SCADA систем на предприятиях различной направленности существенно упрощает процесс управления процессами, позволяет контролировать все процессы и корректировать их течение в зависимости от ситуации.

По материалам Pipeline & Gas Journal

Специалисты "Blue Star Group" создают и программируют  SCADA системы в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами, поэтому наши разработки являются индивидуальными в каждом конкретном случае, что может гарантировать высокую степень надежности автоматизированного управления Вашим предприятием.

Для расчета стоимости разработки СКАДА системы в АСУ ТП, звоните по телефону +998 71 273 72 74 или пишите на электронную почту info@asu.uz.