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).
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.
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.
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.
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
Рис 5. План кабельных трасс сбора данных. Пример 2
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.
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.