Найти в Дзене

Опыт внедрения АСУ ТП Проблематика

Основными требованиями к АСУ ТП являются безопасность, надежность, приспособленность к развитию, экономичность. Истины банальные, но на практике часто не соблюдаются. Основной причиной этого является отсутствие или слабость единоначалия при внедрении АСУ ТП: проектирует один, поставляют оборудование другие, осуществляет монтаж третий, занимается пуско‐наладкой четвертый.
Какой смысл подрядчику,
Оглавление

Основными требованиями к АСУ ТП являются безопасность, надежность, приспособленность к развитию, экономичность. Истины банальные, но на практике часто не соблюдаются. Основной причиной этого является отсутствие или слабость единоначалия при внедрении АСУ ТП: проектирует один, поставляют оборудование другие, осуществляет монтаж третий, занимается пуско‐наладкой четвертый.

Какой смысл подрядчику, делающему только проект, заботиться об экономичности? Ему важно быстрее "привязать" имеющиеся наработки с прошлых заказов.

Если проектные решения окажутся необоснованно дорогими, монтажники возражать не будут ‐ заберут больше денег по проектным сметам. Производителям оборудования и ПО также часто не по пути с заказчиком ‐ им нужно продать подороже и обеспечить себе статус единственного поставщика на перспективную комплектацию для ремонта или расширения системы.

Этим и прочим конфликтам интересов заказчику нужно эффективно противодействовать. Для этого у него в штате должны быть мотивированные на интересы заказчика (не подрядчиков!) квалифицированные специалисты АСУ ТП. А у этих специалистов, в свою очередь, должно быть время на курирование внедрения АСУ ТП.

На практике по разным причинам это обеспечивается редко. Чтобы как‐то облегчить работу служб заказчика в таких условиях, мы выпускаем серию статей по проблемам достижения каждого из вышеназванных требований на основе опыта нашего предприятия.

В выводах каждой статьи ‐ относительно несложные вопросы, которые должен уточнять заказчик у подрядчиков на каждом этапе внедрения системы.

Часть первая

Экономичность кабельных связей АСУ ТП на взрывоопасных производствах

Основные составляющие стоимости внедрения системы:

· кабельные связи,

· аппаратная часть,

· программное обеспечение,

· стоимость пуско‐наладочных работ,

· аттестация (сертификация).

Основные составляющие стоимости эксплуатации системы:

· заработная плата оперативного персонала,

· плановое обслуживание,

· ремонты.

Рассмотрим подробнее проблему затрат на кабельные связи.

Особенно важен этот вопрос, когда автоматизируемый объект имеет протяженные габариты. На рис. 1 представлен эскиз типовой АСУ ТП, на котором видно три вида кабельных связей – входные сигналы (синие), выходные сигналы (зеленые), силовая электросеть (желтые).

Рис 1. Типовая структура АСУ ТП
Рис 1. Типовая структура АСУ ТП

Прежде чем начать разговор о рациональности, проведем параллель с сетью железных дорог. Там, если путь короткий, а трафик вагонов мал (например, ветка к небольшому складу), отдельные вагоны перегоняют по отдельному пути. При больших расстояниях и объемах, вагоны собирают в составы на сортировочных станциях и по общим путям гонят друг за другом согласно диспетчерского графика.

В сетях АСУ ТП аналогично ‐ на короткие расстояния малые объемы сигналов передают по отдельным жилам кабеля. При больших расстояниях и объемах, сигналы собирают в пакеты, в модулях аналоговых вводов (например, 4‐20 мА/RS‐485) и передают друг за другом, скажем по витой паре, в соответствии с определенными протоколами (например, Modbus TCP).

На рис. 1 видно, что потоки выходных сигналов относительно коротки и слабо ветвятся в пространстве. По силовой электросети передается энергия, а её «уплотнять» так, как сигналы,

невозможно. Поэтому обычно оптимизируют потоки входных сигналов, устанавливая полевые шкафы, так как это показано на рис. 2.

Рис 2. Типовая структура АСУ ТП с полевым шкафом
Рис 2. Типовая структура АСУ ТП с полевым шкафом

Как это выглядит внешне показано на рис. 31: полевой шкаф управления взрывозащищенного исполнения. Благодаря такому решению густые пучки кабелей заканчиваются в нем, а после него, до операторной, идет несколько кабелей цифрового интерфейса и электропитания. В некоторых случаях вместо одного большого шкафа, применяют несколько малых, расставленных равномерно по пути сбора сигналов.

Рис 3. Полевой взрывозащищенный модуль сбора сигналов
Рис 3. Полевой взрывозащищенный модуль сбора сигналов

Это целесообразно не только экономически, но и с точки зрения удобства обслуживания: объем работ по внеплановым снятиям/установкам герметичных крышек в процессе эксплуатации меньше у разукрупненных шкафов. Опять же, рассредоточенные узлы в случае аварийной ситуации одновременно не повредятся.

Встает вопрос: есть ли методология выбора мест сбора аналоговых и дискретных данных в общий цифровой интерфейс, где лучше территориально осуществлять обработку сигналов и выдачу управляющих воздействий?

Удешевление элементной базы в последние годы, конечно же располагает к максимальному приближению мест «оцифровки» сигналов к датчикам, все больше применяются датчики с цифровым интерфейсом, но на объектах со взрывоопасной средой ситуация не так однозначна, т.к. там цифровая аппаратура должна быть соответствующим образом защищена и сертифицирована, что приводит к её удорожанию в разы.

Рассмотрим логику решения данной проблемы на паре характерных примеров.

На рис. 4 представлен план кабельных трасс традиционной архитектуры сбора данных с некоей технологической установки. Традиционность заключается в том, что каждый сигнал передается по отдельной жиле кабеля вплоть до помещения операторной, где установлены шкафы автоматики. Сигналы собираются по дереву кабельных потоков, начиная с тонких (зеленых) веток и заканчивая финальными (синие, желтые, красные). В узлах дерева находятся соединительные взрывозащищенные коробки.

Ключевые показатели в пределах рассматриваемого участка:

· количество входных сигналов – 130,

· количество жил в «красном» кабельном потоке – 300,

· приведенная к сечению «красного» потока, длина финальных потоков – 30 м,

· количество шкафов управления – 5,

· стоимость организации кабельных потоков – 1,8 млн. руб.,

· стоимость шкафов управления – 6,2 млн. руб.

Рис 4. План кабельных трасс сбора данных. Пример 1
Рис 4. План кабельных трасс сбора данных. Пример 1

Конструктивные особенности системы:

· «красный» кабельный поток значителен по габаритам, для его крепления требуются мощные металлоконструкции и проемы в стенах;

· в 5‐ти шкафах управления, 30% объема занимают модули вводов, заходы кабелей и клеммные ряды;

· привычность большинству специалистов АСУ ТП в процессе наладки и эксплуатации, подчеркнем ‐ именно привычность, но не простота.

В случае замены шести соединительных взрывозащищенных коробок на установке полевыми модулями ввода, стоимости кабельных потоков снижаются вдвое, стоимость шкафов управления в операторной – на 30%.

В табл. 1 представлен расчет положительного эффекта от данного решения.

Табл. 1

Следующий пример имеет большую длину финального потока и другую архитектуру: часть сигналов оцифровывается «на дальних рубежах» (на рис. 5 и 6 красным показаны цифровые цепи, синим ‐ аналоговые).
Следующий пример имеет большую длину финального потока и другую архитектуру: часть сигналов оцифровывается «на дальних рубежах» (на рис. 5 и 6 красным показаны цифровые цепи, синим ‐ аналоговые).
-6

Рис 5. План кабельных трасс сбора данных. Пример 2

Рис 6. План кабельных трасс сбора данных. Пример 3
Рис 6. План кабельных трасс сбора данных. Пример 3

Ключевые показатели в пределах рассматриваемого участка:

· количество входных сигналов – 24,

· количество жил в финальном кабельном потоке – 60,

· приведенная длина финальных потоков – 200 м,

· количество шкафов управления – 2,

· стоимость организации кабельных потоков с учетом строительства новой эстакады – 4,8 млн. руб.

Конструктивные особенности системы: в отличие от предыдущего примера, финальные кабельные потоки меньше в сечении, длиннее и для них требуется строительство отдельной эстакады, начиная от фундамента. И если первые два фактора взаимно компенсируют друг друга по стоимости, то последний значительно удорожает поток.

Так же, как и в предыдущем примере меняем шесть соединительных коробок полевыми модулями, в которых, выполняются относительно несложные операции – сбор дискретных сигналов. Соответственно стоимость таких модулей меньше.

Стоимость кабельного потока снижается в три раза за счет отказа от новой эстакады, все оставшиеся кабели питания и цифровых интерфейсов пробрасываются по альтернативной трассе, по существующим конструкциям.

Стоимость шкафов управления в операторной – не изменяются. В табл. 2 представлен расчет положительного эффекта от данного решения.

-8

Резюме

Из описанных и аналогичных примеров при реализации АСУ ТП, специалисты нашей компании сделали вывод, что предпосылкой применения полевых модулей на взрывоопасных объектах, является наличие хоты бы одного фактора:

· количество передаваемых аналоговых и (или) дискретных сигналов 40 и более;

· длина финальных кабельных потоков 40 м и более;

· отсутствие возможности разместить кабельный поток на существующих, или проектируемых для других коммуникаций, опорных конструкциях (эстакады, стены).

При наложении таких факторов, эффект от применения полевых модулей особенно высок. На рынке в основном предлагаются полевые взрывозащищенные модули индивидуального изготовления – проектировщики подбирают подходящий взрывозащищенный корпус исполнения

1Exd и размещают в нем серийную элементную базу.

Такой подход имеет два недостатка:

· повышенная в разы стоимость, обусловленная штучной разработкой, комплектацией и сборкой;

· при отказе необходима дефектовка и замена элементов, что увеличивает срок восстановления, либо в комплекте ЗиП необходим запасной модуль (опять же дорогой).

ООО «Нефтепромавтоматика» с учетом таких потребностей предлагает линейку серийных полевых взрывозащищенных изделий БРИГ‐015 с модификациями под конкретные задачи – полевые взрывозащищенные модули ввода, терминалы для управления технологическим процессом, с авторизацией оператора по карточной системе, контроллеры с встроенным ПО, либо с открытой средой программирования. Подробно ознакомиться с номенклатурой модификаций БРИГ‐015 можно по ссылке https://npaufa.ru/resheniya‐i‐uslugi/avtomatika/.

Работы по модернизации и расширения линейки БРИГ‐015 на предприятии

«Нефтепромавтоматика» идут непрерывно, в связи с чем мы просим заинтересованных лиц высказывать пожелания по его функционалу, вопросы можно направлять через форму обратной связи на сайте https://npaufa.ru/kontakty/forma‐obratnoy‐svyazi/.

Также компания «Нефтепромавтоматика» готова выполнить аудит рабочей документации на АСУ ТП по вышеописанной проблеме, с возможной выдачей альтернативного решения архитектуры сети сбора и передачи данных.