330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1СУводянойЗавесой-6

ВВЕДЕНИЕ

дичностью обходил хранилища и изме

канал Санкт Петербурга» была разра

Расходный склад жидкого хлора

рял концентрацию хлора переносным

ботана, смонтирована и введена в дей

(РСЖХ) включает в свой состав разгру

прибором. В случае обнаружения утеч

ствие автоматизированная система уп

зочную площадку, на которой осуще

ки и увеличения концентрации хлора

равления водяной завесой (АСУ В3).

ствляются разгрузка и погрузка балло

до 20 мг/м3 (20 кратное значение пре

нов жидкого хлора, и шесть хранилищ,

дельно допустимой концентрации —

ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

в которых складируется и хранится за

ПДК) вручную включались исполни

Объектом автоматизации

является

пас жидкого хлора, используемый за

тельные механизмы (ИМ), приводя

комплекс оборудования, обеспечиваю

тем в процессе водоподготовки на во

щие в действие водяную завесу для ло

щий постановку водяной завесы при

допроводной станции.

кализации места утечки.

обнаружении утечки хлора в хранили

РСЖХ является объектом повышен

Очевидно, что оперативность дейст

щах и на разгрузочной площадке

ной опасности.

вий персонала по обнаружению и лик

РСЖХ (рис. 1).

При транспортировке и хранении

видации аварии при такой организа

В состав оборудования входят:

баллонов, а также при погрузочно раз

ции работ была крайне мала. Кроме то

● погружные насосы фирмы Grundfos

грузочных работах возможны утечки

го, существовала вероятность попада

со шкафами местного управления;

жидкого хлора, опасные для окружаю

ния незащищённого персонала в зону,

● электрифицированные

задвижки

щей среды, здоровья и жизни людей.

загазованную хлором. Поэтому по за

(рис. 2);

До настоящего времени рабочий пер

казу производственного управления

● дизель генератор;

сонал склада с определенной перио

аварийных работ (ПУАР) ГУП «Водо

● трубопроводная арматура.

Рис. 2. Электрифицированные

60

задвижки с пультами местного

Рис. 1. Расходный склад жидкого хлора и вид хранилища изнутри

управления

www.cta.ru

СТА 2/2003

Рис. 5. Монтажный каркас 5205&RMН

OAC5R для управления насосами и

Octagon Systems в собранном виде

выдачей сигналов в систему локаль

ного оповещения.

Необходимо отметить, что

работа

Аппаратура среднего уровня собрана

датчиков хлора (впрочем, как и работа

в универсальном шкафу серии EPNET

всей системы в целом) была проверена

фирмы Schroff (1800×600×600 мм), ко

эталонными газоанализаторами газо

торый установлен в комнате оператора

спасательной службы ГУП

АСУ ВЗ (рис. 7). Шкаф

«Водоканал Санкт Петербур

Schroff обеспечивает удоб

га» при проведении испыта

ный доступ к аппаратуре

Рис. 8. АРМ оператора АСУ ВЗ

ний.

Показания датчиков

как при монтаже, так и

полностью совпали с показа

при

её обслуживании

в

между собой. У разработчиков не воз

ниями контрольных перенос

процессе

эксплуатации.

никло практически никаких проблем

ных приборов.

Электропитание системы

при сведении аппаратуры системы в

осуществляется от дубли

единое целое.

Средний уровень

рованных цепей через ис

В состав аппаратуры сред

точник

бесперебойного

Верхний уровень

него уровня, помимо уст

питания

(ИБП)

Pulsar

Верхний уровень системы представ

ройств электропитания и ин

EХtreme 2500 В •А, а пита

ляет собой автоматизированное рабо

дикации, входят:

ние

логической

части

чее место (АРМ) оператора АСУ ВЗ.

● программируемый логичес

(контроллера,

плат вво

Аппаратно АРМ реализовано на базе

кий

микроконтроллер

да вывода и панелей

IBM PC совместимого компьютера ти

Fastwel CPU 188 5BS;

МРВ 24) — через блок пи

па Pentium III и принтера HP DeskJet

● 8 канальный модуль после

тания 5105 Octagon Sys

840C. Обмен информацией с програм

довательного интерфейса

tems,

установленный

в

мируемым логическим контроллером

5558 Octagon Systems;

Рис. 7. Шкаф фирмы

монтажном каркасе. Кро

(ПЛК) организуется через COM порт с

● универсальная плата ввода

Schroff для размещения

ме того, в состав системы

использованием стандартного интер

вывода Fastwel UNIO96 1;

аппаратуры среднего

электроснабжения входит

фейса RS 232 (рис. 8).

● 95 (по числу каналов управ

уровня

устройство

аварийного

АРМ предназначено для решения

ления и контроля) модулей

включения резервного пи

следующих основных задач:

УСО

с

гальванической изоляцией

тания (АВР), позволяющее в случае от

● обеспечения удобного и информа

фирмы Grayhill серии G5.

ключения штатной сети перейти на ре

тивного интерфейса оператора;

Модуль

микропроцессора,

платы

зервное электропитание от дизель ге

● получения от ПЛК информации о

UNIO96 1 и 5558 размещены в каркасе

нератора.

состоянии периферийных устройств,

5205 RMH Octagon Systems (рис. 5),

Средний уровень АСУ ВЗ предназна

анализа сложившейся обстановки и

модули УСО — на платах МРВ 24

чен для решения следующих задач:

отображения её на экране монитора;

Octagon Systems (рис. 6). В системе ис

● сбора информации о состоянии сис

● автоматической генерации сменного

пользованы модули следующих типов:

темы и её анализа;

файла отчёта и регистрации в нём

● выходные модули коммутации цепей

● автоматического управления поста

всех событий, происходящих в сис

переменного тока 70G ОАС5А для

новкой водяной завесы в случае ава

теме за смену;

рии;

● создания и ведения архивов штатных

● формирования и передачи на АРМ

и аварийных отчётов функциониро

информации о состоянии системы;

вания системы;

● приёма от АРМ разовых команд уп

● ведения журнала событий;

равления периферийными устройст

● обеспечения возможности работы

вами или имитации аварийных ситу

АРМ в штатном, аварийном и учеб

аций (например, в учебном режиме

но технологическом режимах;

работы системы) и их отработки.

● реализации функций администриро

Следует сказать, что при разработке

вания (ограничение доступа пользо

и наладке системы устройства среднего

вателей системы к тем или иным

уровня различных производителей по

операциям или режимам функцио

62

Рис. 6. Модули УСО фирмы Grayhill серии G5

на платах МРВ&24 Octagon Systems

казали абсолютную

совместимость

нирования).

www.cta.ru

СТА 2/2003

АРМ обеспечивает выполнение оп

● просмотр реакции системы на со

выбрана Genie 3.0. Данный выбор был

ределённых наборов функций в раз

ответствующую учебно аварийную

обусловлен

наилучшим, на наш

личных режимах работы системы.

ситуацию;

взгляд, соотношением «цена качест

Функции АРМ в штатном режиме:

● приведение системы в исходное

во» даже с учётом того, что для нашего

● отображение состояния системы в

состояние.

применения у данного пакета оказа

виде мнемосхемы периферийных

лись слабая подсистема генерации от

устройств и общего вида контро

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

чётов (впрочем, справедливости ради

лируемой территории РСЖХ;

Программное обеспечение (ПО) под

стоит отметить, что данный недоста

● составление штатного отчёта;

разделяется на базовое и прикладное.

ток присущ абсолютному большинст

● печать отчёта;

Базовое ПО ПЛК представляет со

ву из рассмотренных нами SCADA си

● обеспечение интерфейса установ

бой операционную систему MS DOS

стем) и недостаточно удобная и эф

ки/отключения любого контура

6.0. На компьютере АРМ установлена

фективная подсистема администриро

контроля и управления;

операционная система Windows 98.

вания.

● отображение признаков аварии;

Управляющие алгоритмы ПЛК реа

Однако эти недостатки не повлияли

● отображение реакции системы на

лизованы с использованием языка Bor

на конечный результат, а наличие

аварию;

land C.

встроенного языка Basic (а точнее, ис

● сохранение аварийного отчёта в

АРМ оператора программно реали

пользующего его функционального

архиве аварийных отчётов.

зовано на основе SCADA системы Ge

блока) позволило с лихвой их компен

Функции АРМ в технологическом

nie 3.0 фирмы Advantech.

сировать.

режиме:

При выборе программного обеспе

● выдача в ПЛК команд управления

чения верхнего уровня разработчики

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ

периферийными устройствами;

системы долго не могли решить, что

СИСТЕМЫ

● формирование записей в файле от

предпочтительнее: создать собствен

АСУ ВЗ функционирует в непрерыв

чёта.

ный продукт с помощью современных

ном режиме. ПЛК с периодичностью

Функции АРМ в учебном режиме:

средств разработки или использовать

0,5 с производит опрос периферийных

● имитация аварии в контуре путём

стандартный пакет SCADA. В конце

устройств,

анализирует полученную

нажатия соответствующих кнопок;

концов чаша весов склонилась в сто

информацию, которая считывается на

● запрос на выдачу сигнала в систе

рону готового решения, и из представ

АРМ с последующим отображением

му локального оповещения под

ленных на рынке SCADA систем в ре

состояния

системы на мнемосхеме

разделений гражданской обороны;

зультате сравнительного анализа была

(рис. 9).

СТА 2/2003

www.cta.ru

Для повышения на

НАДЕЖНОСТЬ

дёжности системы

ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

предусмотрена

воз

СИСТЕМЫ

можность управления

В связи с использованием надежной

периферийными уст

элементной базы авторы разработки

ройствами (задвижка

отказались

от такого тяжеловесного

ми и насосами) с

решения, как резервирование.

пультов местного уп

Необходимое для обеспечения на

равления.

дёжного контроля количество датчи

Технологический

ков хлора размещено в хранилищах

режим работы систе

попарно. При этом датчики одной па

мы предназначен для

ры подключены к разным блокам ин

технического

обслу

дикации, что позволяет обеспечивать

живания периферий

непрерывность

функционирования

ных устройств (разо

системы и

сохранение постоянного

задвижек и насосов).

объема информации о концентрации

Рис. 9. Главное окно системы

вых включений

Учебный режим необходим для прове

хлора в случае отказа любого датчика

В штатном режиме работы системы

дения тренировок персонала РСЖХ по

и любого блока индикации.

постоянно проверяется

концентра

отработке действий в аварийных ситуа

Очевидно, что здесь идет речь не о

ция хлора в каждом контролируемом

циях. При этом предусмотрены 2 вида

традиционном аппаратном резервиро

контуре. При достижении концент

учебного режима: «сухой» и «полный».

вании, а о введении информационной

рации 1 ПДК включается аварийная

Их различие заключается в том, что при

избыточности. При этом

оказалось

сигнализация. При

достижении

«сухом» режиме подача воды в систему

возможным достаточно просто орга

20 ПДК контроллер включает водя

трубопроводов не производится (насосы

низовать контроль исправности и до

ную завесу путём запуска насосов и

не включаются), а при «полном» режиме

стоверности показаний датчиков на

открытия задвижек на соответствую

отработка аварийной ситуации происхо

алгоритмическом уровне.

щем контуре. Сначала включаются 2

дит в условиях задействования всех тех

Контроль

исправности

датчиков

из 3 насосов (один остаётся в резер

нических средств системы.

давления и правильности выполнения

ве), но если давление воды в системе

В АСУ ВЗ предусмотрено ограниче

команд исполнительными механизма

ниже требуемого, включается резерв

ние доступа пользователей к опреде

ми организован также алгоритмичес

ный насос.

лённым режимам работы.

ки путем анализа состояния и положе

ния ИМ и показаний датчиков.

Защита от возможных сбоев в рабо

те аппаратуры осуществляется путём

трехкратного опроса устройства, сбой

которого зафиксирован. Если после

третьего опроса сбой не снимается,

то АСУ ВЗ фиксирует отказ устройст

ва.

Защита от случайного срабатывания

датчика хлора обеспечивается анали

зом информации, поступающей сразу

с нескольких соседних датчиков в те

чение определённого промежутка вре

мени.

Таким образом, надежность функ

ционирования системы обеспечивает

ся за счет:

● использования

современной эле

ментной базы;

● введения информационной и вре

менной избыточности;

● организации контроля технического

состояния аппаратуры.

Кроме того, наличие в составе сис

темы ИБП мощностью 2500 В·А для

электропитания всех основных уст

ройств позволяет сохранить работо

способность АСУ ВЗ в режиме мони

торинга при отсутствии внешнего пи

64

тающего напряжения в течение, как

минимум, 40 минут.

www.cta.ru

СТА 2/2003

Р А З Р А Б О Т К И /К О М М У Н А Л Ь Н О Е Х О З Я Й С Т В О

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Расчётная высота водяной

Введение в эксплуатацию АСУ ВЗ

завесы была достигнута че

РСЖХ позволило повысить опера

рез 4 минуты после срабаты

тивность реагирования на пролив

вания датчиков (рис. 10).

хлора примерно с 1 часа (в худшем

Срабатывание и показания

случае) до 2 3 минут. Кроме того, бо

датчиков хлора контролиро

лее чем в 10 раз сократилось время

вались представителями газо

включения водяной завесы и опове

спасательной

службы

щения подразделений гражданской

ГУП «Водоканал Санкт Пе

обороны об аварийной ситуации.

тербурга», оснащёнными ин

При этом обнаружение утечки и

дивидуальными средствами

включение завесы не зависят от дей

защиты и переносными эта

ствий персонала, и персонал склада

лонными газоанализаторами.

не подвергается риску нахождения в

Одновременно осуществлял

зоне утечки при возникновении ава

ся визуальный контроль ра

рии и запуске системы.

боты системы рядом с храни

На момент написания статьи

лищами, а также в помеще

АСУ ВЗ успешно прошла государ

нии АРМ на экране монитора

ственные испытания на расходном

и по показаниям устройств в

складе жидкого хлора Северной во

шкафу оборудования.

допроводной станции г. Санкт Пе

Таким образом,

испыта

тербурга и сдана в промышленную

ния показали, что введение

эксплуатацию.

в эксплуатацию

АСУ ВЗ

При проведении испытаний сис

позволило существенно по

и оперативность. Так, обнаружение

плуатации РСЖХ. ●

ПДК произошло в течение примерно

ной завесы: включилась аварийная сиг

Авторы — сотрудники

40 секунд с момента пролива хлора, что

нализация, открылись задвижки соот

ГУП «Водоканал СПб»

соответствует реальной скорости рас

ветствующего контура и задвижки насо

и ООО «СтройПрофКомплекс»

пространения газа в хранилище. Одно

сов, после подтверждения факта откры

Телефоны: (812) 252$1986/7549,

временно с этим начался запуск водя

тия задвижек были запущены насосы.

321$5440

СТА 2/2003

www.cta.ru