Практичне втілення на об’єктах газової промисловості сучасних тенденцій злиття автоматики

Б.К. Ковальов, заст. генерального директора з НДДКР В.Є. Пальгов, начальник відділу автоматизації та програмного забезпечення

Основні передумови та характерні особливості поступового злиття функцій автоматики та телемеханіки були детально висвітлені у другому випуску щорічника «Вісник Газпроммашу» за 2008 рік. У процесі вдосконалення елементної бази інформаційно-керуючих систем змінюються ідеологія та методологія їх побудови, підвищується частка розв'язуваних даними системами інтегрованих завдань, а також спрощується алгоритм спілкування оператора або диспетчера із засобами управління технологічним процесом при одночасному відображенні всіх контрольованих параметрів. Мета цієї статті — узагальнення та короткий аналіз конкретних результатів, отриманих внаслідок об'єднання систем автоматики та телемеханіки на газорозподільних станціях.

Слід зазначити, що активна модернізація елементної бази інформаційно-керуючих систем, що відбувається у сучасному світі, збіглася за термінами із кризовими явищами в українській промисловості. Результатом стало серйозне відставання в оснащенні об'єктів, що діють, сучасними засобами автоматизації. Існує й інша, не менш важлива проблема: технічна підготовка обслуговуючого персоналу часто не відповідає необхідному рівню, що дозволяє вільно працювати з інформаційно-керівними системами, які традиційно розділені за функціями на вимагають принципово різного підходу в організації обслуговування пристрою автоматики та телемеханіки.

Йдеться не про окремі елітні об'єкти, які часом анітрохи не поступаються за оснащенням західним зразкам, а прочисленних газорозподільних станціях віддалених регіонів, що перебувають у експлуатації понад 25–30 років, обладнання яких (зокрема й засоби автоматизації) не оновлювалося фактично з введення в експлуатацію.

Найбільш простим і відносно недорогим вирішенням вищевказаних проблем є застосування інформаційно-керуючої системи (ІВС), що поєднує функції традиційної автоматизованої системи управління технологічним процесом (АСУ ТП або САУ) та класичної системи телемеханіки (СТМ). Обов'язковою умовою є використання для побудови ІКС сучасних апаратних засобів та якісного програмного забезпечення, що дозволяє об'єднати в єдину систему всі наявні датчики та виконавчі механізми без їхнього додаткового дублювання, яке нерідко вводиться для забезпечення роздільного функціонування САУ та СТМ. Крім того, алгоритм спілкування оператора або диспетчера з такою ІКС має бути гранично спрощений і, загалом, не вимагати спеціальних знань. Тобто, надійність системи, її мінімізована конфігурація та максимально оптимізоване програмне забезпечення повинні дозволяти якісне обслуговування та виконання приписів посібника з експлуатації ІКС будь-якому фахівцю, знайомому з роботою технологічного обладнання та пізнання інформатики в обсязі середньої школи.

Сьогодні відомі приклади доповнення систем телемеханіки керуючими функціями (Магістраль-2), а також обернені приклади: розширення функцій САУ з метою реалізації окремих завдань телемеханіки. Фахівці заводу «Газпроммаш» накопичили великий досвід роботи з інтегрованими системами, що дозволило максимально оптимізувати алгоритми керування та телеметрії газорозподільних станцій та створити на їх основі власнуінформаційно-керуючу систему, здатну легко інтегруватися з найпоширенішими системами телемеханіки, а за необхідності, повною мірою приймати він функції КП телемеханіки.

Базовим варіантом даної системи є шафа контролю та управління (ШКУ ГРС) на основі промислового контролера I-8000 фірми ICP DAS, який протягом ряду років на об'єктах, що діють, показує високу надійність і має оптимальне співвідношення ціна/можливості. Не менш популярний у замовників варіант ШКУ ГРС на основі добре відомого у ВАТ "Газпром" програмованого логічного контролера (ПЛК) CompactLogix фірми Allen Bradley. Ця фірма вигідно виділяється серед конкурентів якісною системою розробки зручних для користування прикладних програм та постачанням виробів із гарантовано високими експлуатаційними показниками. Для прихильників інших програмно-технічних засобів може бути запропонований досвід конфігурування інформаційно-керівних систем на базі контролерів Siemens, Schneider Electric, Advantech та інших широко відомих фірм.

Об'єднання функцій автоматики та телемеханіки в рамках єдиної ІВС дозволяє не тільки уникнути дублювання цілого ряду технічних засобів (датчиків, первинних перетворювачів, джерел живлення, функціональних модулів тощо), але й дає можливість об'єднати профільні служби експлуатуючої організації, зосередивши висококваліфікованих фахівців одному підрозділі.

На превеликий жаль, у повному обсязі реалізувати ідею об'єднання функцій автоматики та телемеханіки в єдиній ІВС на жодному реальному об'єкті фахівцям заводу «Газпроммаш» не вдалося з найбанальнішої причини: через відсутність конкретних пропозицій з боку Газпрому щодо комплексної автоматизації та телемеханізаціїоб'єкт. Прикладів часткового використання ШКУ ГРС для виконання функцій КП телемеханіки більш ніж достатньо.

Першим досвідом розширення функцій ШКУ ГРС можна вважати роботи 2004 р., коли на ГРС «Газпроммаш-5» у м. Єгор'євськ, Московській області було узгоджено та реалізовано передачу оперативних даних про стан ГРС за GSM-модемом на диспетчерський вузол заводу «Сан Гобен Ізовер» .

Надалі була ціла серія поставок обладнання газорозподільних станцій «Газпроммаш» на різні об'єкти, які відповідно до проекту передбачали застосування КП телемеханіки певного типу. Це, наприклад, ГРС Кетченери (Газпром трансгаз Волгоград), ГРС Хворостянка (Газпром трансгаз Самара), ГРС Рашково (Тираспільтрансгаз) та багато інших. У цих випадках функції КП телемеханіки реально зводилися до здійснення трансляції даних від диспетчерського пункту до ШКУ ГРС і назад або до керування роботою окремих систем, з тієї чи іншої причини не задіяних до ШКУ ГРС (наприклад, системи катодного захисту). У зв'язку з цим фахівці заводу, для виключення невиправданого нарощування апаратних засобів, вели роботу щодо забезпечення повної логічної та фізичної сумісності ШКУ ГРС із системою лінійної телемеханіки (СЛТМ). Найбільш повно це завдання було вирішено щодо найпоширенішої на об'єктах Газпрому СЛТМ «Магістраль-2» з таких причин:

по-перше, напрацьовано досить великий досвід взаємодії ШКУ ГРС та КП «Магістраль-2» на рівні інтерфейсів;
по-друге, протокол обміну даної СЛТМ прийнято де-факто протоколом промислової автоматизації та підтримується багатьма виробниками периферійного обладнання (локальні контролери, коректори витрати газу, інтелектуальні датчики);
по-третє - ввнаслідок ефективної професійної взаємодії спеціалістів заводу з розробниками та програмістами СЛТМ «Магістраль-2» ВАТ «Газприладавтоматика» м. Москва.

Для забезпечення сумісності на виділеній лінії зв'язку склад обладнання ШКУ ГРС був доповнений лінійним модемом МЕ-03 з комплекту «Магістраль-2», призначеним для фізичного та логічного сполучення між пунктом управління (ПУ) та одним або декількома пристроями зв'язку та управління (УСіУ) виділеним лініям. Взаємодія між пристроями, що сполучаються, здійснюється по 2-х або 4-х провідній лінії зв'язку на відстані до 200 км на швидкості 1200 Бод.

Щоб забезпечити логічну сумісність під час обміну даними між ШКУ ГРС та ПУ «Магістраль-2», програму обміну з верхнім рівнем автоматизації було доопрацьовано з урахуванням виконання запитів від системи збору технологічних даних та диспетчерського контролю «Зонд» розробки ВАТ «Газавтоматика» м Москва. У результаті ШКУ ГРС може тепер обробляти всі основні запити циклічного збору даних від програмного комплексу «Зонд»:

запит на передачу стану дискретних датчиків телесигналізації;
запит на передавання аналогових сигналів телевимірювань;
відпрацювання сеансу телеуправління виконавчими механізмами;
відпрацювання сеансу встановлення параметрів телерегулювання;
дистанційне встановлення характеристик газу в приладах вимірювання витрати.

Налагодження та тестування удосконаленої програми ШКУ ГРС проводились спільно зі спеціалістами інженерно-технічного центру ТОВ «Газпром трансгаз Саратов». В даний час систему автоматики та телемеханіки на базі ШКУ ГРС реалізовано на газорозподільній станції радгоспу «Весна», м. Саратов.

Основне вікно панелі оператора ГРС «Весна»

забезпечення автоматичної роботи обладнання ГРЗ;
забезпечення захисту споживача газу від підвищення/зниження тиску газу на виході ГРС;
забезпечення захисту обладнання від підвищення/зниження газу на вході ГРС;
автоматична зупинка ГРС при пожежній небезпеці та критичній загазованості технологічних приміщень;
сигналізація оператору ГРС про будь-які порушення технологічного процесу підготовки газу;

додано функції, що традиційно реалізуються пристроями телемеханіки:

передача телеметричної інформації про роботу ГРС до диспетчерської служби лінійного виробничого управління експлуатуючої організації;
прийом та виконання команд управління запірною арматурою ГРС, включаючи охоронний кран;
локальне та дистанційне (з диспетчерського пункту ЛПЗ МР) зчитування та запис параметрів станції катодного захисту;
прийом даних із устрою комерційного обліку витрати газу;
дистанційне встановлення характеристик хімічного складу газу для обчислення витрати.

Істотне значення для подальшого розвитку ШКУ ГРС має також спільна робота заводу "Газпроммаш" з компанією "Isystems Automation" (м. Москва) у створенні системи диспетчеризації КДП "ОблТрансГаз" (м. Атирау, Казахстан). Структура диспетчерської мережі включає 6 газорегуляторних пунктів та 4 газорозподільні станції, об'єднані GSM-зв'язком.

Структура диспетчерської мережі КДП «ОблТрансГаз», м. Атирау

Шафи контролю та управління для ГРС та ГРПБ зібрані на базі ПЛК CompactLogix фірми Allen Bradley. GSM-зв'язок забезпечується пристроєм віддаленого збору даних Anybus RemoteCom. Верхнійрівень центрального диспетчерського пункту збору даних побудовано на Matricon SCADA OPC Server.

Завдяки наявності в системі інтелектуального модему Anybus RemoteCom немає потреби в підтримці постійного зв'язку з об'єктами. Сервер диспетчерського пункту щогодини опитує пристрої збору даних та протоколює поточний стан ГРС та ГРПБ. У разі виникнення аварійної ситуації або спрацювання охоронної сигналізації, до диспетчерської служби надсилається SMS-повідомлення із зазначенням найменування об'єкта та причини видачі сигналу. На початковій стадії освоєння диспетчерська система КДП «Обл-ТрансГаз» не передбачала реалізації функцій телеуправління та телерегулювання, але в майбутньому немає жодних апаратних та програмних перешкод для розширення можливостей системи. Вже цього року структура диспетчерської мережі приросла кількома об'єктами та передбачається її подальше нарощування.

Слід зазначити, що за своїми функціональними можливостями сучасні системи автоматизації мало відрізняються одна від одної, оскільки розвинена елементна база дозволяє нарощувати апаратну частину, підвищуючи можливості САУ до необхідних обсягів.

Гідність ШКУ ГРС, як ядра єдиної інформаційно-керуючої системи, полягає в іншому. Багаторічний досвід розробників ШКУ ГРС щодо його застосування в різних регіонах України та країн ближнього зарубіжжя, у поєднанні з діючими системами телемеханіки, дозволив виробити комплексний підхід до автоматизації газорозподільних станцій як серійного, так і індивідуального виконання.

При цьому було досягнуто:

найбільш оптимальна та збалансована конфігурація ІКС;
повна інтеграція всього технологічного обладнання та локальних систем (блоків управлінняпідігрівачами та одоризаторами газу, пристроїв обмеження витрати газу, обчислювачів витрати газу, хроматографів, установок катодного захисту тощо) в єдину систему контролю та управління технологічним процесом підготовки газу;
дистанційний доступ по каналах телемеханічного зв'язку до будь-якої інформації про стан процесу, а також повну та безпечну керованість процесом;
виключення дублювання апаратних засобів для вирішення подібних функціональних завдань автоматики та телемеханіки.

Кінцевою метою вдосконалення засобів автоматизації фахівці заводу "Газпроммаш" вважають постановку на серійне виробництво високоавтоматизованих інтелектуальних газорозподільних станцій, що працюють в умовах безлюдної технології. Нинішній стан ШКУ ГРС, за наявності якісних датчиків та надійних виконавчих механізмів на запірній та регулюючій арматурі, цілком дозволяє перейти до практичної реалізації цього завдання. Завод «Газпроммаш» готовий, при наданні конкретного об'єкта, провести повний комплекс робіт з проектування, виготовлення, монтажу, пусконалагодження та здавання під ключ головного зразка.