PTK Quint
PTK Kvint je ruský softwarový a hardwarový komplex (PTK) určený k řízení nepřetržitých technologických procesů v tepelných a jaderných elektrárnách.
Komplex umožňuje vytvářet plnohodnotné informační a řídicí systémy pro řízení technologických procesů kotelního zařízení, řídit frekvenci a výkon turbín elektrických generátorů malých (do 80 MW), středních (do 300 MW) a vysokých výkonu (až 1200 MW), realizovat ochranu procesního zařízení, zobrazovat a archivovat informace o technologickém procesu v reálném čase , přijímat od centrálního dispečerského řízení (CDU) řídící akce v souladu s potřebami Jednotného energetického systému Ruska .
Informační škála komplexu je prakticky neomezená díky využití škálovatelné architektury řídicího systému. Průměrná informační velikost automatizovaných systémů (jedna typická kogenerační jednotka ) zahrnuje tisíce diskrétních a analogových senzorů, stovky akčních členů a stovky ochranných prvků.
Životnost komplexu je zajištěna možností hardwarové a konstrukční redundance programovatelných logických automatů (PLC), komunikačních zařízení s objektem (USO), špičkových operátorských stanic.
Komunikace s vyšší úrovní PTK (operátorské stanice, CAD , archivní stanice atd.), jakož i se SCADA systémy třetích stran , probíhá pomocí protokolu OPC UA . Pro interakci s USO a systémy řízení procesů třetích stran lze použít I/O informační kanály prostřednictvím sběrnic Profibus DP , Modbus .
Struktura a složení PTK
PTK Kvint se používá k vybudování systému řízení procesů několika druhů:
- Drobný systém řízení procesů (pomocné služby, dodávky uhlí atd.)
- APCS středního rozsahu (energetický kotel, pohonná jednotka, turbína atd.)
- Velký průmyslový řídicí systém v celém podniku (elektrárna)
Vyšší úroveň
- CAD nástroje
- Objektově orientovaný editor složení objektu automatizace . Umožňuje popsat objekt automatizace jako sadu zadaných objektů (ventil, motor, senzor atd.). Umožňuje vytvářet vlastní typy objektů (například hořák, kotel, turbína atd.).
- Prostředí pro navrhování a odlaďování technologických, výpočtových a modelovacích programů . Umožňuje vytvářet, stahovat a ladit různé technologické programy ve dvou programovacích jazycích, rodiny IEC 61131-3 - FBD , ST .
- Prostředí pro vývoj a ladění operátorských rozhraní . Umožňuje vytvářet animované mnemoframy úseků automatizovaného technologického procesu na základě sady objektů. Má vestavěný objektově orientovaný programovací jazyk podobný Pascalu pro řešení atypických animačních úloh.
- Virtuální PLC . Umožňuje ladit technologické programy a operátorské rozhraní bez zapojení skutečných kontrolérů a zúčtovacích serverů.
- Stanice v reálném čase
- Operátorská stanice ( HMI ) . Zobrazuje provozní informace pro obsluhu pohonných jednotek na obrazovkách monitorů nebo videostěně . Umožňuje provozní manuální řízení procesu. Podporuje vícenásobnou redundanci díky tomu, že jakákoli operátorská stanice může pracovat s jakýmkoliv předem připraveným mimickým rámcem.
- Jednotná časová stanice . Vlastní nebo zakoupený komerčně vyráběný server přesného času pracující pomocí protokolu NTP . Umožňuje synchronizovat čas mezi samostatnými provozními servery na vyšší a nižší úrovni systému řízení. Redundance je dosaženo díky skutečnosti, že všechny provozní servery mohou přijímat přesný čas z několika serverů NTP.
- Stanice pro archivaci signálů, chyb, událostí a personálních akcí. Navrženo pro archivaci všech signálů, chyb a událostí přicházejících z jiných stanic a kontrolérů v reálném čase. Umožňuje archivovat více než 100 000 hodnot za sekundu. Redundance je dosaženo použitím dvou paralelních archivačních serverů. Pokud jeden ze serverů selže, všechna připojení klientů se automaticky přepnou na jiný server.
- Osadní stanice . Umožňuje provádět výpočty pro vnitřní potřeby podniku, například výpočet technicko-ekonomických ukazatelů ( TEP ). Pokud je fakturační stanice provedena ve formě průmyslového počítače, lze ji pravidelně zálohovat - jeden ze serverů je v provozním režimu, druhý v horké pohotovosti. Přepínání serverů je bezproblémové.
- Stanice pro analýzu archivních informací . Umožňuje analyzovat archivní informace nashromážděné za celou dobu existence systému jako součást určitého automatizačního objektu.
- Pomocní pracovníci
- Správa databáze projektu . Obslužná aplikace, která vám umožní popsat uživatele systému, jejich přístupová práva, hardware APCS atd.
- Databázový server . Poskytuje víceuživatelskou práci s databází projektů, umožňuje vytvořit projekt automatizace pro několik projektantů současně.
- Ekomonitorovací stanice . Navrženo pro přenos informací o složení a množství emisí znečišťujících látek na server pro sběr dat Jednotného informačního a výpočetního centra ( EICC ).
Nižší úroveň
- Programovatelné logické řadiče - Remicons . Určeno pro přímé řízení technologického procesu. Podpora redundantní metoda [2] . Duplikace je pro vývojáře technologických programů (designéry) „transparentní“ a nevyžaduje zvláštní opatření pro její údržbu. Všechny funkce potřebné pro duplikaci a beznárazové přepínání přebírá softwarové jádro ovladače.
- Jednotná časová stanice . Proprietární implementace NTP serveru v průmyslovém designu. Umožňuje přijímat přesné časové signály z GPS a GLONASS .
- Brány pro komunikaci s ovladači staré generace. Navrženo pro komunikaci s regulátory Kvinta starších generací (řady 200 a 300). Ponecháno v systému pro integraci se starými projekty automatizace. Duplikace se provádí metodou shlukování brány.
Komunikační vrstva
- Síťová výměna mezi dvěma úrovněmi PTK a také v rámci stejné úrovně. Fyzická vrstva sítě je Fast Ethernet nebo Gigabit Ethernet . Výměnný protokol je TCP/IP . Formát výměny je OPC UA . Duplikace fyzické vrstvy se provádí současným použitím dvou konstrukčně identických sítí, logicky propojených pomocí LACP .
- Výměna informací se senzory a akčními členy přes sběrnice pole . Fyzická vrstva sítě je RS-485 s rychlostí až 10 Mbps . Výměnné protokoly: Modbus , Profibus DP , proprietární. Duplikace se provádí z důvodu hardwarové redundance sítí a komunikačních zařízení (I/O stanic).
- Telemechanika pro komunikaci s CDU GOST R IEC 60870-5 -101-2006.
Quint 7. Moderní vývoj
Koncem roku 2009 byl zahájen vývoj sedmé verze PTK Kvint, ve které byly kompletně přepracovány hardwarové a softwarové komponenty PLC a do značné míry byl změněn i CAD systém. Toto řešení umožnilo získat univerzální univerzální regulátor schopný:
- podpora standardních programovacích jazyků ( norma IEC 61131-3 ),
- řídit proces s minimální reakční dobou systému < 5 ms,
- podpora vícevláknového provádění technologických programů, což umožňuje kombinovat úkoly ochrany (vyžadují vysokou rychlost odezvy - až 10 ms) a řízení (doba reakce až 100 ms),
- řešit výpočtové problémy (jak ekonomické reporty, tak provozní kalkulace používané při řízení procesů),
- řešit problémy modelování automatizovaných technologických procesů v reálném i virtuálním čase,
- umožňují snadnou integraci s jinými systémy pomocí běžných ( de facto ) průmyslových výměnných standardů - ( Profibus DP , Modbus ),
- pracovat jako součást systémů SCADA třetích stran pomocí standardního výměnného protokolu OPC UA pro komunikaci s vyšší úrovní a podporou rozšíření informačního modelu OPC UA pro standard IEC 61131-3 [3] ,
- zajistit snadnou integraci ODR třetích stran ,
- poskytuje přímou komunikaci se stanicemi vyšší úrovně přes Fast Ethernet pomocí protokolu TCP/IP s využitím formátu LACP a OPC UA,
- poskytovat autorizovaný přístup z nejvyšší úrovně, aby byla zajištěna bezpečnost řízení procesů.
Celá nižší úroveň se vyvíjí „od nuly“, mění se hardware a software ovladače a proprietárních USO. Integrovaný systém programování, kompilace a ladění technologických, výpočtových a modelovacích programů je kompletně přepsán. Nový překladač převádí technologické programy do strojového kódu , který je spouštěn přímo centrálním procesorem regulátoru. Zároveň je zastaralý DBMS , který obsahuje všechna data o projektu automatizace
, kompletně nahrazen proprietárním víceuživatelským DBMS založeným na Microsoft Extensible Storage Engine .
Horní úroveň Quintu sedmé generace dokáže spolupracovat s nižší úrovní čtvrté, páté a šesté generace. Nový CAD však umí naprogramovat pouze regulátory sedmé generace. Pro programování regulátorů mladších generací se používají staré CAD nástroje, které jsou také součástí Quinta 7.
Historie
Milníky [4]
| 1992
|
NIIteplopribor zahajuje vývoj nové generace PLC - Remikont R-210 [5] . Hardwarová platforma ovladače byla sestavena na ruské mikroelektronické základně. Jako centrální procesor je použit 8bitový mikroprocesor KR580VM80A . Software regulátoru obsahuje rozsáhlou knihovnu specializovaných algoritmů. Ovladač má hardwarovou a softwarovou podporu pro redundanci v pohotovostním režimu. Zároveň je redundance prováděna „transparentně“ pro vývojáře technologických programů.
|
| 1993
|
NIITeplopribor začíná vyvíjet software pro špičkové PTK stanice založené na Microsoft Windows 3.11 . Komunikace s ovladači probíhá přes proprietární hardwarovou bránu. Brána se připojuje ke stanicím nejvyšší úrovně prostřednictvím ethernetové sítě pomocí protokolu NetBEUI a k řídicím jednotkám prostřednictvím duplicitní sběrnice BitBus ( rodina Fieldbus ) a slouží ke spojení několika řídicích jednotek do jednoho segmentu a ke snížení zatížení sítě řídicích jednotek z nejvyšších hladinové stanice.
|
| 1995
|
1. verze PTK Kvint- Kvint 1 byla uvedena do zkušebního provozu na parním kotli E-50 na TPP-27 Mosenergo .
V závodě ELARA ve městě Čeboksary byla zahájena výroba ovladačů P-210 .
|
| 1996
|
Na základě získaných zkušeností byla vydána 2. verze PTK Quint - Quint 2 (pracovní název Quint 1.5 ). Hlavní vylepšení se týkají celkového výkonu systému. Letos na podzim byl pod jejím vedením uveden do provozu 1. energetický blok CHPP-27 o výkonu 80 MW.
|
| 1997
|
PTK Kvint byl implementován na CHPP-20 , CHPP-22 a CHPP-23 Mosenergo jako informační a řídicí systém.
Za rozvoj PTK Kvint byl NIITeplopribor oceněn Cenou vlády Ruské federace v oblasti vědy a techniky [6] .
|
| 1998
|
Vyšla 3. verze Quinta - Quint 3 (pracovní název Quint 1.75 ), který má všechny klíčové vlastnosti moderního PTK. Vyšší úroveň byla přenesena na platformu Win32 , byl vyvinut archivační server a byl kompletně přepracován síťový subsystém. Pod jejím vedením byl poprvé v Rusku spuštěn integrovaný systém řízení procesu na CHPP-27 Mosenergo, který pokrývá tepelnou techniku (elektrárenské bloky č. 1 a 2) a elektrické části stanice.
|
| 1999
|
Byla vydána 4. verze PTK Quint - Quint 4 . V softwaru byla hlavním rysem integrace všech softwarových komponent v rámci integrovaného prostředí - "Quintegrator" a zavedení řízení spouštění aplikací pomocí služby "Application Monitor".
|
| rok 2000
|
Do této doby byl PTK Kvint instalován na 30 místech, především na stanicích Mosenergo [7] .
|
| rok 2001
|
Začíná implementace 5. verze PTK Kvint - Kvint 5 , založené na nové 300. rodině Remicont. Klíčové inovace:
- Základním modelem řadiče je Remikont R-310 (BBM-60), vyrobený na nové hardwarové platformě založené na standardní procesorové jednotce s mikroprocesorovou architekturou x86 .
- Použitý operační systém je MS-DOS verze 6. Softwarové jádro regulátoru pracuje v reálném režimu .
- Logický základ regulátoru - knihovna algoritmů - byl důkladně revidován, architektonická řešení byla aplikována tak, aby bylo možné jej upravit pro potřeby technologických procesů různých měřítek.
- PTC implementuje funkce tepelné ochrany. K tomu byla přidána řada nových řídicích algoritmů a zavedena další metoda redundantních regulátorů - clustering , kdy několik řídicích regulátorů současně přijímá řídicí akce z vyšší úrovně a vydává řídicí povely stejným akčním členům.
- Vyvíjí se Remikont R-310E - experimentální prototyp ovladače schopného pracovat s horní úrovní PTC přímo po síti Fast Ethernet pomocí protokolu NetBEUI.
- Vyvíjí se Remikont R-330 - nízkokanálový kontrolér navržený pro práci s distribuovanými polními USO přes proprietární field bus na vzdálenost až 1200 m [8] .
- Výrazně se zdokonalují CAD nástroje, především prostředí pro vývoj technologických programů - Pylon.
|
| 2002–2003 _ _
|
Byla implementována řada velkých projektů založených na 5. verzi Quinta, včetně:
|
| rok 2005
|
Byl vyvinut experimentální model regulátoru turbíny Remikont R-320, který slouží k automatizaci procesu regulace frekvence a výkonu generátorové turbíny na energetickém bloku 300 MW č. 2 Státní okresní elektrárny Kostroma .
|
| 2004
|
Mosenergo TPP-23 poprvé spustilo řídicí subsystém hořáku založený na nízkokanálových polních kontrolérech - Remikont R-330. Polní USO jsou instalovány přímo u kotle a jsou připojeny k Remikonts přes 150 m dlouhou sběrnici.
|
| 2006
|
Začíná představení 6. verze PTK, nazvané Quint SI (systémová integrace) [9] . Hlavní inovace:
- Nová brána, BMSh-80, používá pro horní vrstvu TCP/IP namísto NetBEUI. Lze duplikovat metodou shlukování .
- Remikont R-380 je základní univerzální ovladač, který pracuje s vyšší úrovní prostřednictvím nové hardwarové verze brány.
- Remikont R-390 je nízkokanálový kontrolér schopný pracovat přes fieldbus s distribuovanými dotazovači a komunikovat s vyšší úrovní prostřednictvím nové brány.
- Remikont R-310M byl vytvořen za účelem převodu regulátorů R-310 do hardwarové a softwarové základny Kvinta SI. Jedná se o softwarovou a hardwarovou modifikaci ovladače R-310, který spolupracuje s novou bránou BMSh-80. Touto úpravou jsou komunikační adaptéry se starou bránou nahrazeny standardními síťovými adaptéry Fast Ethernet a software kontroléru je nahrazen novým.
- Součástí PTK je nová časová stanice BSV-80, která běží na kompaktním zařízení s Windows CE a pro vlastní synchronizaci využívá NTP server .
- Meson controller MK-80 běžící pod Windows CE. Navrženo pro řešení kritických výpočetních problémů v reálném čase. Pro jeho programování je využíváno prostředí pro vývoj a ladění výpočetních problémů - Mezon. Komunikace s vyšší úrovní probíhá po jediné síti Fast Ethernet pomocí protokolu TCP/IP.
- Byl přidán nový subsystém Mezon určený pro programování, kompilaci, načítání, ladění a vizualizaci obecných výpočetních problémů. Mezon navíc umožňuje spouštět virtuální ovladače, což umožňuje vytvářet simulátory a ladit technologické programy na modelech.
- Quint SI podporuje sadu standardních protokolů OPC pro interakci se systémy třetích stran.
- Byl představen nový nástroj pro editaci a vizualizaci programů s logickými kroky, Polis.
- Operátorská stanice podporuje více monitorů.
|
| 2007
|
Nová funkce Kvinta SI - automatické řízení sekundární frekvence a výkonu na základě univerzálního regulátoru R-380 - se používá v Kirishskaya, Rjazanskaya, Konakovskaya, Kostromskaya, Nevinnomysskaya a Shaturskaya GRES.
|
| 2008
|
Quint SI má nové funkce:
|
| rok 2009
|
Začaly práce na vytvoření 7. verze Quintu - Quint 7 (viz str. Quint 7. Moderní vývoj).
|
| 2010
|
Quint SI je certifikován v Certifikačním systému pro zařízení pro jaderná zařízení (OIT) [10] v bezpečnostní třídě 3H.
|
| 2011
|
Počet instalací Quinta přesáhl 140. Byla vydána anglická verze Quinta SI.
|
| rok 2012
|
Verze 7.0 byla uvedena do zkušebního provozu ve společnosti Kostromskaya GRES. Byly uzavřeny smlouvy na dodávku verze 7.1 pro 3 velká zařízení v regionu Ural v letech 2013-14.
|
Poznámky
- ↑ PTK Quint na objektech (nepřístupný odkaz) . Datum přístupu: 26. ledna 2012. Archivováno z originálu 14. ledna 2012. (neurčitý)
- ↑ Redundance hardwaru v průmyslové automatizaci . Získáno 27. ledna 2012. Archivováno z originálu 12. července 2014. (neurčitý)
- ↑ PLCopen a OPC Foundation spojují své technologie (link nepřístupný) . Získáno 28. ledna 2012. Archivováno z originálu 6. srpna 2011. (neurčitý)
- ↑ Klíčové milníky ve vývoji Quintu (nepřístupný odkaz) . Získáno 30. ledna 2012. Archivováno z originálu 8. dubna 2012. (neurčitý)
- ↑ Polygon katedry řídicích systémů, Ivanovo, Ivanovo State Power Engineering University . Datum přístupu: 27. ledna 2012. Archivováno z originálu 24. června 2012. (neurčitý)
- ↑ OAO NIIteplopribor. Historie a ocenění. (nedostupný odkaz) . Získáno 8. února 2012. Archivováno z originálu 14. ledna 2012. (neurčitý)
- ↑ Implementace PTK Quint (nepřístupný odkaz) . Datum přístupu: 27. ledna 2012. Archivováno z originálu 8. dubna 2012. (neurčitý)
- ↑ Specifikace Remikont R-330 (nepřístupný odkaz)
- ↑ Technické vlastnosti PTK Quint SI (nepřístupný odkaz)
- ↑ RD Systém pro certifikaci zařízení, výrobků a technologií pro jaderná zařízení, zdroje záření a sklady . Získáno 31. ledna 2012. Archivováno z originálu 12. dubna 2021. (neurčitý)
Odkazy