ПТК Квинт

ПТК Квинт — российский программно-технический комплекс (ПТК), предназначенный для управления непрерывными технологическими процессами на предприятиях тепловой и атомной энергетики.

ПТК Квинт
Тип ПТК, автоматизация тепловой и атомной энергетики
Автор AO «НИИТеплоприбор»  Россия: Москва
Написана на С++, C#
Операционная система Windows, Windows CE
Языки интерфейса Русский, английский
Первый выпуск 1994
Аппаратная платформа x86, x64.
Последняя версия 6.07.14 (2010)
Кандидат в релизы 7.0.71 (2012)
Состояние Автоматизировано более 140 объектов теплоэнергетики [1]
Сайт niiteplopribor.ru

Комплекс позволяет создавать полномасштабные информационно-управляющие системы управления технологическими процессами котельного оборудования, осуществлять регулирование частоты и мощности турбин электрогенераторов малой (до 80 МВт), средней (до 300 МВт) и большой мощности (до 1200 МВт), реализовывать защиты технологического оборудования, отображать и архивировать информацию о технологическом процессе в реальном масштабе времени, принимать от центрального диспетчерского управления (ЦДУ) управляющие воздействия в соответствии с потребностями Единой энергосистемы России.

Информационный масштаб комплекса практически не ограничен вследствие применения масштабируемой архитектуры системы управления. Средний информационный размер автоматизируемых систем (один типовой блок ТЭЦ) насчитывает тысячи дискретных и аналоговых датчиков, сотни исполнительных механизмов и сотни элементов защит.

Живучесть комплекса обеспечена возможностью аппаратного и проектного резервирования программируемых логических контроллеров (ПЛК), устройств связи с объектом (УСО), операторских станций верхнего уровня.

Связь с верхним уровнем ПТК (операторские станции, САПР, архивные станции и т. п.), а также со сторонними SCADA-системами осуществляется по протоколу OPC UA. Для взаимодействия со сторонними УСО и АСУТП могут использоваться информационные каналы ввода-вывода по шинам Profibus DP, Modbus.

Структура и состав ПТК

ПТК Квинт используется для построения АСУ ТП нескольких разновидностей:

  • АСУ ТП малого масштаба (вспомогательные службы, углеподача, и т. п.)
  • АСУ ТП среднего масштаба (энергетический котел, энергоблок, турбина и т. п.)
  • Крупная АСУ ТП в масштабах всего предприятия (электростанция)

Верхний уровень
  • Средства САПР
    • Объектно-ориентированный редактор состава объекта автоматизации. Позволяет описать объект автоматизации в виде набора типизированных объектов (задвижка, двигатель, датчик и т. п.). Позволяет создавать пользовательские типы объектов (например, горелка, котел, турбина и т. п.).
    • Среда проектирования и отладки технологических, расчетных и моделирующих программ. Позволяет создавать, загружать и отлаживать различные технологические программы на двух языках программирования, семейства IEC 61131-3 — FBD, ST.
    • Среда разработки и отладки операторских интерфейсов. Позволяет создавать анимированные мнемокадры участков автоматизируемого технологического процесса, на основании составленного набора объектов. Обладает встроенным объектно-ориентированным паскалеподобным языком программирования для решения нетипичных задач анимации.
    • Виртуальный ПЛК. Позволяет отлаживать технологические программы и операторский интерфейс без привлечения реальных контроллеров и расчетных серверов.
  • Станции реального времени
    • Операторская станция (HMI). Отображает оперативную информацию для операторов энергоблока на экранах мониторов или видеостене. Позволяет осуществлять оперативное ручное управление процессом. Поддерживает многократное резервирование в силу того, что любая операторская станция может работать с любым заранее подготовленным мнемокадром.
    • Станция единого времени. Фирменный или покупной сервер точного времени промышленного изготовления, работающий по протоколу NTP. Позволяет синхронизировать время между отдельными оперативными серверами на верхнем и нижнем уровнях системы управления. Резервирование достигается за счет того, что все оперативные сервера могут получать точное время от нескольких NTP-серверов.
    • Станция архивирования сигналов, ошибок, событий и действий персонала. Предназначена для архивирования всех сигналов, ошибок и событий, приходящих от других станций реального времени и контроллеров. Позволяет архивировать более 100 000 значений в секунду. Резервирование достигается за счет использования двух параллельно работающих архивных серверов. При выходе из строя одного из серверов все клиентские соединения автоматически переключаются на другой сервер.
    • Расчетная станция. Позволяет выполнять расчеты для внутренних нужд предприятия, например, расчет технико-экономических показателей (ТЭП). Если расчетная станция выполнена в виде промышленного компьютера, она может штатно резервироваться — один из серверов в рабочем режиме, другой — в горячем резерве. Переключение серверов происходит безударно.
    • Станция анализа архивной информации. Позволяет анализировать архивную информацию, накопленную за все время существования системы в составе конкретного объекта автоматизации.
  • Вспомогательные средства
    • Администрирование базы данных проекта. Служебное приложение, позволяющее описать пользователей системы, права их доступа, аппаратный состав АСУ ТП и т. п.
    • Сервер базы данных. Обеспечивает многопользовательскую работу с базой данных проекта, позволяет создавать проект автоматизации нескольким проектантам одновременно.
    • Станция экомониторинга. Предназначена для передачи информации о составе и количестве выбросов загрязняющих веществ на сервер сбора данных Единого информационно-вычислительного центра (ЕИВЦ).

Нижний уровень
  • Программируемые логические контроллеры — Ремиконты. Предназначены для непосредственного управления технологическим процессом. Поддерживают резервирование методом дублирования[2]. Дублирование является «прозрачным» для разработчиков технологических программ (проектантов), и не требует специальных мер для своего обслуживание. Все функции, необходимые для дублирования и безударного переключения, берет на себя программное ядро контроллера.
  • Станция единого времени. Фирменная реализация сервера NTP, в промышленном исполнении. Позволяет принимать сигналы точного времени от GPS и ГЛОНАСС.
  • Шлюзы для связи с контроллерами старого поколения. Предназначены для связи с контроллерами Квинта старых поколений (200 и 300 серий). Оставлены в системе для возможности интеграции со старыми проектами автоматизации. Дублирование выполняется методом кластеризации шлюзов.

Коммуникационный уровень
  • Сетевой обмен между двумя уровнями ПТК, а также в пределах одного уровня. Физический уровень сети — Fast Ethernet или Гигабитный Ethernet. Протокол обмена — TCP/IP. Формат обмена — OPC UA. Дублирование физического уровня осуществляется одновременным использованием двух структурно одинаковых сетей, логически объединённых между собой при помощи LACP.
  • Информационный обмен с датчиками и исполнительными механизмами по полевым шинам. Физический уровень сети — RS-485 на скорости до 10 Мбит/с. Протоколы обмена: Modbus, Profibus DP, фирменный. Дублирование осуществляется за счет аппаратного резервирования сетей и коммуникационного оборудования (станций ввода-вывода).
  • Телемеханика для связи с ЦДУ ГОСТ Р МЭК 60870-5-101—2006.

Квинт 7. Современная разработка

В конце 2009 началась разработка седьмой версии ПТК Квинт, в которой полностью переработана аппаратная и программная составляющие ПЛК, а также в большой степени изменен САПР. Такое решение позволило получить универсальный контроллер общего назначения, способный:

  • поддерживать стандартные языки программирования (стандарт IEC 61131-3),
  • управлять технологическим процессом с минимальным временем реакции системы < 5 мс,
  • поддерживать многопоточное выполнение технологических программ, что позволяет совмещать задачи защит (требуют высокой скорости реакции — до 10 мс) и управления (время реакции до 100 мс),
  • решать расчетные задачи (как экономические сводки, так и оперативные расчеты, использующиеся в управлении технологическим процессом),
  • решать задачи моделирования автоматизируемых технологических процессов в реальном и виртуальном времени,
  • обеспечивать простую интеграцию с другими системами, за счет использования общераспространённых (де-факто) промышленных стандартов обмена — (Profibus DP, Modbus),
  • работать в составе сторонних SCADA-систем, за счет использования для связи с верхним уровнем стандартного протокола обмена OPC UA и поддержки расширения стандарта OPC UA Information Model for IEC 61131-3[3],
  • обеспечивать простоту интеграции УСО сторонних производителей,
  • обеспечивать прямую связь со станциями верхнего уровня через Fast Ethernet по протоколу TCP/IP с использованием LACP и формата OPC UA,
  • обеспечивать авторизованный доступ с верхнего уровня, для обеспечения безопасности управления процессом.

Весь нижний уровень разрабатывается «с нуля», меняется аппаратное и программное обеспечение контроллера и фирменных УСО. Полностью переписывается интегрированная система программирования, компиляции и отладки технологических, расчетных и моделирующих программ. Новый компилятор транслирует технологические программы в машинный код, который выполняется непосредственно центральным процессором контроллера. Одновременно полностью заменяется устаревшая СУБД, содержащая все данные о проекте автоматизации, на многопользовательскую СУБД фирменной разработки, основанную на Microsoft Extensible Storage Engine (англ.).

Верхний уровень Квинта седьмого поколения может работать с нижним уровнем четвёртого, пятого и шестого поколений. Однако новый САПР может программировать только контроллеры седьмого поколения. Для программирования контроллеров младших поколений используются старые средства САПР, так же входящие в состав Квинта 7.

История

Основные этапы развития[4]
1992 год НИИТеплоприбор начинает разработку нового поколения ПЛК — Ремиконт Р-210[5]. Аппаратная платформа контроллера была собрана на российской микроэлектронной базе. В качестве центрального процессора используется 8-разрядный микропроцессор КР580ВМ80А. Программное обеспечение контроллера содержит обширную библиотеку специализированных алгоритмов. Контроллер имеет программно-аппаратную поддержку резервирования дублированием с горячим резервом. При этом резервирование осуществляется «прозрачным» для разработчиков технологических программ образом.
1993 год В НИИТеплоприбор начинается разработка программного обеспечения станций верхнего уровня ПТК на базе Microsoft Windows 3.11. Связь с контроллерами осуществляется посредством фирменного аппаратного шлюза. Шлюз соединяется со станциями верхнего уровня через сеть Ethernet по протоколу NetBEUI, а с контроллерами через дублированную шину BitBus (семейство Fieldbus) и служит для объединения нескольких контроллеров в один сегмент, и для снижения сетевой нагрузки на контроллеры от станций верхнего уровня.
1995 год 1-я версия ПТК Квинт — Квинт 1, запущена в опытную эксплуатацию на паровом котле E-50 ТЭЦ-27 Мосэнерго.

Налажено производство контроллеров Р-210 на заводе ЭЛАРА в городе Чебоксары.

1996 год На основе полученного опыта выпущена 2-я версия ПТК Квинт - Квинт 2 (рабочее название Квинт 1.5). Основные доработки касаются общего быстродействия системы. Осенью этого года под её управлением введен в эксплуатацию 1-й энергоблок ТЭЦ-27, мощностью 80 МВт.
1997 год ПТК Квинт внедрен на ТЭЦ-20, ТЭЦ-22 и ТЭЦ-23 Мосэнерго в качестве информационно-управляющей системы.

За разработку ПТК Квинт НИИТеплоприбор удостоен премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники[6].

1998 год Выпущена 3-я версия Квинта — Квинт 3 (рабочее название Квинт 1.75), обладающая всеми ключевыми особенностями современного ПТК. Верхний уровень переведен на платформу Win32, разработан архивный сервер, полностью переделана сетевая подсистема. Под её управлением на ТЭЦ-27 Мосэнерго впервые в России запущена интегрированная АСУ ТП, охватывающая теплотехническую (энергоблоки №№ 1 и 2) и электрическую части станции.
1999 год Выпущена 4-я версия ПТК Квинт — Квинт 4. В программном обеспечении основной особенностью явилось объединение всех программных компонент в рамках интегрированной среды – «Квинтегратор» и введение контроля выполнения приложений с помощью службы «Монитор приложений».
2000 год К этому времени ПТК Квинт инсталлирован на 30 объектах, в основном, на станциях Мосэнерго [7].
2001 год Начинается внедрение 5-й версии ПТК Квинт - Квинт 5, основанной на новом 300-м семействе Ремиконтов. Ключевые нововведения:
  • Базовой моделью контроллера служит Ремиконт Р-310 (ББМ-60), выполненный на новой аппаратной платформе, на базе стандартного процессорного блока с архитектурой микропроцессора x86.
  • В качестве операционной системы используется MS-DOS 6-й версии. Программное ядро контроллера работает в реальном режиме.
  • Основательно пересмотрена логическая база контроллера — библиотека алгоритмов, применены архитектурные решения, позволяющие производить его модификации для нужд технологических процессов различного масштаба.
  • В ПТК реализованы функции теплотехнических защит. Для этого был добавлен ряд новых алгоритмов управления и введен дополнительный способ резервирования контроллеров — кластеризация, при котором несколько управляющих контроллеров одновременно принимают управляющие воздействия от верхнего уровня и выдают команды управления одним и тем же исполнительным механизмам.
  • Разрабатывается Ремиконт Р-310E — экспериментальный прототип контроллера, способный работать с верхним уровнем ПТК напрямую по сети Fast Ethernet по протоколу NetBEUI.
  • Разрабатывается Ремиконт Р-330 — малоканальный контроллер, предназначенный для работы с распределёнными полевыми УСО по фирменной полевой шине на расстояния до 1200 м[8].
  • Значительно усовершенствуются средства САПР, в первую очередь, среда разработки технологических программ — Пилон.
2002 - 2003 Реализован ряд крупнейших проектов на базе 5-й версии Квинта, среди них:
2005 год Разработана экспериментальная модель турбинного контроллера Ремиконт Р-320, который применен для автоматизации процесса регулирования частоты и мощности турбины генератора на энергоблоке №2 300 МВт Костромской ГРЭС.
2004 год На ТЭЦ-23 Мосэнерго впервые запущена подсистема управления горелками, построенная на малоканальных полевых контроллерах — Ремиконт Р-330. Полевые УСО установлены непосредственно у котла и связаны с Ремиконтами посредством полевой шины длиной 150 м.
2006 год Начинается внедрение 6-й версии ПТК, получившей название Квинт СИ (системная интеграция)[9]. Основные нововведения:
  • Новый шлюз — БМШ-80 — использует для верхнего уровня протокол TCP/IP вместо NetBEUI. Может дублироваться методом кластеризации.
  • Ремиконт Р-380 — базовый универсальный контроллер, работающий с верхним уровнем через новую аппаратную версию шлюза.
  • Ремиконт Р-390 — малоканальный контроллер, способный работать по полевой шине с распределёнными УСО и связываться с верхним уровнем посредством нового шлюза.
  • Ремиконт Р-310М — создан для перевода контроллеров Р-310 на программно-аппаратную базу Квинта СИ. Является программно-аппаратной модификацией контроллера Р-310, работающей с новым шлюзом БМШ-80. При такой модификации адаптеры связи со старым шлюзом заменяются стандартными сетевыми адаптерами Fast Ethernet, а программное обеспечение контроллера — заменяется на новое.
  • В состав ПТК включена новая станция времени БСВ-80, работающая на компактном устройстве под управлением Windows CE и использующая NTP сервер для собственной синхронизации.
  • Мезон-контроллер МК-80, работающий под управлением Windows CE. Предназначен для решения ответственных расчетных задач в реальном масштабе времени. Для его программирования используется среда разработки и отладки расчетных задач — Мезон. Связь с верхним уровнем осуществляется по одиночной сети Fast Ethernet по протоколу TCP/IP.
  • Добавлена новая подсистема Мезон, предназначенная для программирования, компиляции, загрузки, отладки и визуализации расчетных задач общего назначения. Кроме того, Мезон позволяет запускать виртуальные контроллеры, что позволяет создавать тренажеры и отлаживать технологические программы на моделях.
  • Квинт СИ поддерживает набор стандартных протоколов OPC для взаимодействия со сторонними системами.
  • Введен новый инструмент редактирования и визуализации логических шаговых программ — Полис.
  • Операторская станция поддерживает работу с несколькими мониторами.
2007 год Новая функция Квинта СИ — автоматическое вторичное регулирование частоты и мощности на базе универсального контроллера Р-380 – применяется на Киришской, Рязанской, Конаковской, Костромской, Невинномысской и Шатурской ГРЭС.
2008 год В Квинте СИ реализованы новые возможности:
2009 год Начались работы над созданием 7-й версии Квинта — Квинта 7 (см. п. Квинт 7. Современная разработка).
2010 год Квинт СИ сертифицирован в Системе сертификации оборудования для ядерных установок (ОИТ)[10] по классу безопасности 3Н.
2011 год Число инсталляций Квинта превысило 140. Выпущена англоязычная версия Квинта СИ.
2012 год Версия 7.0 запущена в опытную эксплуатацию на Костромской ГРЭС. Заключены договора на поставку версии 7.1 на 3 крупных объекта в Уральском регионе в 2013-14 гг.

Примечания
  1. ПТК Квинт на объектах (недоступная ссылка). Дата обращения: 26 января 2012. Архивировано 14 января 2012 года.
  2. Аппаратное резервирование в промышленной автоматизации
  3. PLCopen and OPC Foundation combine their technologies (недоступная ссылка). Дата обращения: 28 января 2012. Архивировано 6 августа 2011 года.
  4. Основные вехи развития Квинта (недоступная ссылка). Дата обращения: 30 января 2012. Архивировано 8 апреля 2012 года.
  5. Полигон кафедры систем управления, Иваново, Ивановский государственный энергетический университет
  6. ОАО «НИИтеплоприбор». История и награды. (недоступная ссылка). Дата обращения: 8 февраля 2012. Архивировано 14 января 2012 года.
  7. Внедрения ПТК Квинт (недоступная ссылка). Дата обращения: 27 января 2012. Архивировано 8 апреля 2012 года.
  8. Технические характеристики Ремиконта Р-330 (недоступная ссылка)
  9. Технические характеристики ПТК Квинт СИ (недоступная ссылка)
  10. РД Система сертификации оборудования, изделий и технологий для ядерных установок, радиационных источников и пунктов хранения

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.