330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 2СУмагистрГазопров

В статье рассмотрены вопросы использования IBM PC совместимых контроллеров

для совершенствования распределённой системы управления линейной части

магистрального газопровода.

ВВЕДЕНИЕ

другие факторы, к числу которых отно

датчиковая аппаратура, исполнитель

ООО «Севергазпром» является пред

сятся низкая помехозащищённость,

ные механизмы и т.п. Все эти устройства

приятием с высокой степенью автома

невысокая надёжность, моральный и

связаны системами управления или яв

тизации технологических

процессов.

физический износ, обусловили необ

ляются их составными частями. Для ре

Большинство его объектов и техноло

ходимость

модернизации системы

ализации оперативного контроля и уп

гических установок оснащено система

СЛТМ СК.

равления технологическим процессом

ми автоматического управления и ре

Однако полное переоборудование

перекачки газа предназначена распреде

гулирования, телемеханическими сис

распределённой системы управления

лённая система управления магистраль

темами и иными средствами автомати

на базе современных законченных ре

ного газопровода. Данная система имеет

ки. Процесс автоматизации на пред

шений оказывается крайне дорогим и

трёхуровневую топологию, включая в

приятии «Севергазпром»

начался в

трудоёмким

мероприятием. Поэтому

себя при этом несколько подсистем (це

1975 году с внедрения первой системы

подход, базирующийся на замене от

ховую подсистему, подсистему линей

линейной телемеханики «Р 6000». С

дельных устаревших модулей системы

ной части и т.д.). Верхнее положение за

тех пор этот процесс сопровождается

современными компонентами, имею

нимает система управления (СУ) уровня

внедрением новых средств и систем ав

щими открытую архитектуру и легко

центрального диспетчерского пункта,

томатики, а также их периодической

программируемыми, является наибо

реализованная средствами SCADA

модернизацией и заменой.

лее оправданным и весьма актуальным.

RESY PMC. На среднем уровне нахо

В частности, в 1990 году началось

дятся СУ компрессорных станций, реа

массовое оснащение линейной части

МОДЕРНИЗАЦИЯ

лизованные теми же средствами. На

магистрального газопровода ООО «Се

НА БАЗЕ УПРАВЛЯЮЩИХ

нижнем уровне располагаются функци

вергазпром» распределёнными инфор

КОНТРОЛЛЕРОВ

ональные системы, к которым относят

мационно управляющими системами.

ся и СУ линейной части. Эти системы

К 1996 году большинство объектов ли

Краткое описание системы

тоже являются распределёнными, одна

нейной части магистрального газопро

управления

ко радиус их действия не столь велик,

вода было оснащено системой линей

ООО «Севергазпром» является газо

как у СУ более высоких уровней, и не

ной телемеханики СЛТМ СК произ

транспортным предприятием. Общая

превышает расстояния между соседни

водства НИИИС (г. Нижний Новго

протяжённость газотранспортной сис

ми компрессорными станциями (поряд

род). Однако к 2001 году технические

темы объединения равна 1455 км. На

ка 100 км). В число основных задач СУ

характеристики этой системы оказа

этом участке равномерно распределе

линейной части входят следующие:

лись явно недостаточными для удов

ны 12 компрессорных станций. Газо

● сбор информации о текущих значе

летворения постоянно возрастающих

провод простирается от северного Ура

ниях параметров технологического

требований диспетчерского персонала.

ла до Московской и Ленинградской

процесса (давление, температура и

Кроме того, система СЛТМ СК ис

областей. Большая часть трассы проле

т. д.);

пользует радиоканалы с частотами диа

гает по районам с суровым климатом.

● сбор информации о состоянии тех

пазона 900 МГц и выше, что приводит к

Линейная часть газопровода является

нологических объектов;

сбоям при эксплуатации

вследствие

сложным техническим сооружением с

● доставка собранной информации

30

функционирования других

систем, в

большим количеством разнообразных

потребителям на всех уровнях систе

частности, систем сотовой связи. Эти и

устройств, таких как запорная арматура,

мы;

www.cta.ru

СТА 4/2003

Рис. 2. Блок бокс контролируемого пункта газораспределительной

Рис. 1. Блок бокс контролируемого пункта кранового узла

станции

● приём управляющих сигналов со

плектованы

большим

количеством

формате MicroPC различными фир

всех уровней системы и формирова

уникальных элементов, выпускаемых

мами изготовителями, и вытекаю

ние управляющих воздействий для

ограниченным кругом

производите

щая из этого возможность варьиро

запорной арматуры и других техно

лей, что существенно снижает эксплуа

вания в широких пределах как функ

логических объектов.

тационную технологичность подобных

циональности, так и характеристик

К числу таких СУ относятся системы

систем.

создаваемого оборудования;

СЛТМ СК, УНК ТМ, «Магистраль» и

● вполне приемлемая стоимость этих

т.п. Сами по себе они тоже имеют не

Выбор базовых аппаратных

изделий и решений на их базе, кото

один уровень иерархии. На верхнем

средств

рая при прочих равных условиях су

уровне находится пульт управления. В

Анализ систем телеметрии, эксплуа

щественно меньше, нежели стои

непосредственной близости от техно

тируемых в настоящее время на магис

мость законченных решений таких

логических объектов располагаются

тральном газопроводе ООО «Севергаз

фирм, как ABB, AEG, Foxboro и т.п.

контролируемые пункты (КП), кото

пром», выявил возможность их модер

рые обслуживают датчиковую аппара

низации посредством использования

Узловой управляющий

туру и приводы запорной арматуры.

IBM PC совместимых контроллеров и

контроллер

Аппаратура КП формируется из уст

периферийных устройств, выполнен

Учитывая изложенное, авторами при

ройств, способных функционировать в

ных в формате MicroPC. Возможность

содействии других сотрудников ООО

жёстких условиях эксплуатации (тем

эта базируется на следующих факторах:

«Севергазпром» была произведена раз

пература окружающей среды от –25 до

● открытость архитектуры и интерфей

работка узлового управляющего конт

+40°С, повышенный уровень вибра

сов MicroPC, упрощающая програм

роллера телемеханического (УУКТ), на

ции и т.п.), даже несмотря на то что,

мирование этих устройств, перенос

базе которого стала возможной модер

как правило, она размещается в отап

уже разработанного

программного

низация контролируемых пунктов сис

ливаемых блок боксах (рис. 1, 2). Реа

обеспечения и его модернизацию;

темы СЛТМ СК. Сущность модерни

лизация данного требования прежни

● широкий диапазон рабочих темпера

зации заключается в удалении из упо

ми способами обычно приводит или к

тур, позволяющий эксплуатировать

мянутой системы ядра сбора, обработ

невозможности обеспечения макси

устройства MicroPC на объектах ма

ки и управления, которое морально и

мальной точности измерений, или к

гистрального газопровода;

физически устарело, и замене его кон

существенному удорожанию решения.

● наличие достаточно большой номен

троллером УУКТ. Модернизации не

31

Кроме того, такие СУ зачастую уком

клатуры изделий, выполненных в

подвергаются шкафы, клеммные уст

СТА 4/2003

www.cta.ru

Р А З Р А Б О Т К И / Н Е Ф Т Е Г А З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

Модем

ИВБ

Каркас

5278%RM

Канал

(5x86/1335066 МГц)

аналоговогоМодуль

AI16%5A%3ввода

связи

CPU

Модули дискретного

питанияМодуль 7112/24

ввода%вывода 5600%96

=27 В

Блок

питания

~220 В

УСО

AIMUX%32C%1

TBI%24/0C

TBR%8

Предоконечное оборудование

(НУСО%01)

Устройства грозозащиты

Устройства грозозащиты

Аналоговые датчики

Дискретное оконечное

первичной информации

оборудование

Рис. 5. Схема взаимодействия УУКТ с компонентами системы управления

ное количество модулей ввода вывода

Благодаря своей универсальности

в разных сочетаниях, обеспечивая гиб

УУКТ имеет весьма высокий потенци

кость конфигурирования контроллера.

ал для дальнейших модификаций.

Программное обеспечение КП, кроме

Имеются наработки для подключения

понятий «сигнал» и «модуль», может

сателлитных КП (до 223 штук) при об

оперировать понятием «технологичес

щем количестве КП, обслуживаемых

кий объект» (кран), поэтому его воз

пультом управления до 224.

можности по обработке информации

характеризуются приведённым спис

ОПИСАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ

ком:

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

● до 48 кранов;

Поскольку УУКТ полностью состоит

● до 255 сигналов разных типов со сле

из унифицированных компонентов,

дующими предельными квотами:

необходимость в разработке и произ

●

до 128 дискретных входных сигна

водстве дополнительной аппаратуры

лов,

отсутствует. Наличие на рынке средств

●

до 64 дискретных выходных сигна

автоматизации большой номенклату

лов,

ры периферийных модулей формата

● до 64 аналоговых входных сигна

MicroPC и других форматов позволяет

лов.

проводить модернизацию системы без

Ограничение на общее количество

привлечения значительных средств и

обрабатываемых сигналов (255) введе

не имея производственных мощнос

но, исходя из средней функционально

тей. Эти обстоятельства способствуют

сти КП; комбинация типов сигналов

существенному снижению затрат и

34

может быть произвольной в рамках

сроков реализации данного меропри

приведённых квот.

ятия. Такой подход также позволил в

www.cta.ru

СТА 4/2003

процессе разработки сместить акцент в

мехи датчиков. Этот фильтр базируется

наладочных работ, тестировании и в

область алгоритмического и програм

на использовании двух динамических

других ситуациях.

много обеспечения, благодаря чему

звеньев с однотипными характеристи

Универсальности УУКТ также спо

удалось существенно улучшить техни

ками, как и в методе динамических из

собствуют:

ческие характеристики системы в це

мерений, некоторые аспекты которого

● возможность работы с различным

лом и расширить её функциональные

рассмотрены в [3], [4]. Однако в дан

коммуникационным оборудованием

возможности.

ном случае, в отличие от этого метода,

(модем НИИИС, радиомодем «Тел

Несмотря на то что платы AI16 5A 3

использованы звенья с другими пере

лур» и т. п.);

и AIMUX 32 при последовательном

даточными функциями.

● гибкая конфигурация управляющих

включении не отличаются высокими

Наличие возможности введения ус

сигналов (RTS, DTR) и временных

метрологические качествами, уникаль

тавок по скорости изменения аналого

параметров аппаратуры передачи

ный алгоритм фильтрации позволил

вых параметров делает систему способ

данных;

довести класс точности измерительных

ной автоматически обнаруживать раз

● работа с различными скоростями пе

каналов КП до 0,1% в реальных усло

рывы и другие несанкционированные

редачи (300…115200 бит/с).

виях эксплуатации (без учета погреш

ситуации на эксплуатируемом объекте.

Кроме указанных достоинств, сово

ностей датчиков). Фильтр состоит из

Гальваническая изоляция подсистемы

купность обновлённых программно

двух компонентов. Первый компонент

аналогового ввода от ядра системы по

технических средств обеспечивает:

осуществляет компенсацию идентифи

зволяет сохранить в исправном состоя

● удобство и простоту конфигуриро

цированных параметров математичес

нии основные компоненты УУКТ при

вания;

кой модели ошибок измерительного

воздействии электрических

разрядов

● метку времени на блок парамет

тракта, откалиброванного предвари

на измерительные входы

(грозовые

ров;

тельно. При этом используются адди

разряды). Возможность подключения

● синхронизацию времени подчи

тивная и мультипликативная составля

различных дополнительных модулей

нённых узлов и главного;

ющие погрешности. Вопросы такого

ввода вывода создаёт условия для ра

● наличие и учёт диагностической

рода компенсации подробно рассмот

боты с комплектующими различных

информации.

рены в работах [1] и [2]. Второй компо

фирм изготовителей. Функция дис

И, наконец, при замене устаревшего

нент осуществляет фильтрацию слу

танционной перезагрузки (сброса) от

оборудования новым высвобождается

чайной помехи. При этом фильтруется

дельного узла (КП) с диспетчерского

пространство внутри монтажного шка

не только шум измерительного тракта,

пункта позволяет существенно эконо

фа (рис. 6). Это, с одной стороны, спо

но и существенная часть случайной по

мить время и средства при проведении

собствует улучшению теплового режи

СТА 4/2003

www.cta.ru

www.cta.ru

СТА 4/2003