Найти тему
Электроцех

Управление и мониторинг оборудования на современных предприятиях.

Здравствуйте дорогие читатели. Сегодняшняя статья посвещена очень интересной, на мой взгляд, теме - АСУ ТП или автоматизированная система управления технологическими процессами, на современных или модернезированных предприятиях. Данная статья основана на моем личном опыте работы с АСУ ТП электростанции, где я работаю, а конкретнее на одном дефекте в системе, который я недавно диагностировал.

Краткое описание системы АСУ ТП.

Для начала давайте в кратце разберемся, на физическом и программном уровнях, что в себя включает система АСУ ТП. Для удобства восприятия систему разбивают на три уровня: нижний, средний и верхний.

1) нижний уровень - это уровень оборудования, которым мы управляем и за которым мы наблюдаем в процессе его работы. Например: электродвигатели, трансформаторы, генераторы, электрооборудование распределительных устройств и тд. Наблюдение просиходит за счет разлиных измерительных устройств. установленных на конечном оборудовании, а управление происходит за счет воздействия на управляющие органы оборудования;

2) средний уровень - это уровень преобразования данных, между нижним и верхним уровнями. На среднем уровне данные, полученные с измерительных устройств, преобразуются в цифровой вид, а управляющие команды с верхнего уровня преобразуются из цифрового вида в электрический сигнал, который воздействует на управляющий орган оборудования;

3) верхний уровень - это уровень обработки и предстовления данных. На данном уровне, в так называемые SCADA программы или системы (на русский переводтся как диспетчерское управление и сбор данных) стекается вся информация о происходящем на предприятии. SCADA системы работают на серверном оборудовании. Система может самомстоятельно поддерживать, заданый оператором, режим, сигнализировать о неисправностях оборудования, архивировать данные, предоставлять информацию для оператора в удобном для человека виде (в виде мнемосхем), и принимать от оператора комнады на управление оборудованием.

Очень упрощенная схема АСУ ТП. Рисунок мой.
Очень упрощенная схема АСУ ТП. Рисунок мой.

Как АСУ ТП выглядит на практике.

Давайте теперь все описанное посмотрим, что называется в "железе", на примере ТЭЦ.

Верхний уровень АСУ ТП.

Вот так выглядит Блочный щит управления какой ни буть современной ТЭЦ:

Картинка с сайта https://forca.ru/knigi/arhivy/ustroystvo-i-obsluzhivanie-vtorichnyh-cepey-22.html
Картинка с сайта https://forca.ru/knigi/arhivy/ustroystvo-i-obsluzhivanie-vtorichnyh-cepey-22.html

Все эти мониторы это и есть АРМ (автоматизированное рабочее место) операторов. На них дежурный персонал видит мнемосхемы технологических процессов проиходящих на станции.

А вот кадр мнемосхемы управления и мониторинга за распредеделительным устройством собственных нужнд напряжением 0,4 кВ (РУСН-0,4 кВ):

Фото с моей ТЭЦ.
Фото с моей ТЭЦ.

На кадре мы видим текущие электрические велечины: напряжение на секциях и электрический ток (нагрузка) трансфоматоров, информационную сигнализацию и положение коммутационных аппаратов.

Как раз на примере одного из выключателей, а именно 2 АВ СРП ПНС ( 2-ой Автоматический Выключатель Секции Резервного Питания Противопожарной Насосной Станции) мы и рассмотрим всю систему АСУ ТП.

Для управления данным выключателем мы кликаем два раза мышкой на его изображение, и получаем вот такое диалоговое окно:

-4

Ни одна кнопка управления, однако, не активна. Есть какая то проблема.

Давайте заглянем под "капот" этого выключателя и увидим следущую картину:

Фото с моей ТЭЦ.
Фото с моей ТЭЦ.

Это программный (блочная форма программирования) код выключателя 2 АВ СРП ПНС и на данном кадре мы обнаруживаем проблему: SCADA система не может определить, в каком положении сейчас находится выключатель. Всего таких положений может быть три: включен, отключен, выкачен в контрольное или ремонтное положение. Фактически выключатель отключен, но сигнал об этом в SCADA систему не поступает. На основании этого система принимает решение о блокировке управления выключателем.

Кадр мнемосхемы, различные параметры и фрагмент кода - все это и есть верхний уровень АСУ ТП. А вот так выглядят серверы, на которых и работает SCADA:

Фото с сайта https://piklvs.ru/pozharnaja-bezopasnost-servernoj-v-ofise/
Фото с сайта https://piklvs.ru/pozharnaja-bezopasnost-servernoj-v-ofise/

Это фото с интернета, на моей ТЭЦ серверная выглядит похоже. Куча проводов, лампочек и обязательно шум вентиляторов.

Средний уровень АСУ ТП.

Если SCADA не видит нужных сигналов, значит они в нее не приходят - логичное заявление и мистер Шерлок Холмс одобрительно кивает мне в ответ :)

Мы идем в соседнее помещение - там находятся шкафы сопряжения оборудования. В них происходит преобразования полевых сигналов в сигналы, которая SCADA понимает.

Внутренне наполнение шкафа выглядит вот так:

Фото с моей ТЭЦ.
Фото с моей ТЭЦ.

Белые провода приходят, с полевого уровня, на платы преобразования сигналов с напряжения 220 Вольт (т.е входящее напряжение) на 24 Вольта (исходящее напряжение). Далее сигнал 24 Вольта уже идет в SCADA систему.

В данном конкретном случае по этим проводам приходит информация в дискретном виде (т.е либо напряжение есть либо его нет) от коммутационных аппаратов. Где то в этом шкафе есть плата, отвечающая за наш выключатель.

А вот и она:

Фото с моей ТЭЦ
Фото с моей ТЭЦ

На проводах мы видим какие то обозначения, многА букоФФ и цифр. Собственно понять, что тут происходит, нам поможет электрическая схема:

Часть принципиально схемы управления выключателем. Блок передачи информации на верхний уровень.
Часть принципиально схемы управления выключателем. Блок передачи информации на верхний уровень.

На схеме видно, что за передачу информации о положении выключателя "Отключено" отвечают: терминал А2 (это полевой уровень, терминал релейной защиты, об этом чуть далее) провод с номером 133 и реле К06 . Вот этот провод и реле (обвел красной рамкой):

Фото с моей ТЭЦ. За проводами не видно, что индикатор реле К06 не горит, а должен.
Фото с моей ТЭЦ. За проводами не видно, что индикатор реле К06 не горит, а должен.

Далее мультиметром я замеряю напряжение на этом проводе относительно "земли" и получаю значение + 90 Вольт, при том что должно быть + 110 Вольт. При этом между этим проводом и общим "минусом" питания, напряжение получается вообще нулевым. Из этого можно предположить (творится какая то фигня!), что проблема где то на полевом уровне, куда мы и отправимся дальше.

В дополнении хочу отметить, что в этом шкафе происходит не только разделение уровней, но и разделение зоны ответственностей - за сам шкаф и SCADA отвечает цех АСУ ТП, за белые провода и за электрооборудование на другом конце - отвечает электроцех, я в том числе.

Нижний уровень уровень АСУ ТП.

Мы определились, что проблема возможно находится где то на уровне оборудования. В нашем случае это распределительное устройство ПНС (РУ ПНС). Само РУ состоит из шкафов, а шкафы разделены на отсеки:

Это шкаф выключателя 2 АВ СРП ПНС, управление которым мы видели на верхнем уровне, в виде нарисованного символа мнемосхемы.

-11

Сам шкаф разделен на отсеки:

1) отсек сборных шин - через эти отсеки проходят общие силовые шины 0,4 кВ;

2) релейный отсек - в нем находится терминал управления и релейной защиты (сразу рядом с цифрой 2, и тот самый элемент А2 на принципиальной схеме) и вспомогательные элементы управления;

3) отсек выключателя - собственно в нем и находится тот самый объект мониторинга и управления, который сейчас не управляется с верхнего уровня.

4) ниже есть еще клеммный отсек, на данном фото его нет, он будет далее и работать я буду только в нем.

Готовимся к работе:

Инструмент, мультиметр и схема.
Инструмент, мультиметр и схема.

Открываем клеммный отсек и видим такую картину:

-13

Вот отсюда и уходят провода в шкаф на среднем уровне. Находим наш 133 провод и мультиметром замеряем напряжение между клеммой 6 (+ 110 В) и клеммой 11 (- 110 В) и получаем 220 Вольт, что является нормой Значит сигнал "отключено" уходит на средний уровень. Далее я замерил напряжение на клемме 7 (положение включено) и получил ноль. Исходя из этого можно сделать заключение, что терминал релейной защиты (элемент А2 на принципиальной схеме) выдает правильную информацию о текущем положении выключателя - выключатель отключен (клеммы 6 - 11 дают 220 В) и не включен (клеммы 7 - 11 дают 0 В). Важно именно промерить оба положения, потому как может быть и такое, что приходит информация, что выключатель включен и отключен одновременно.

По результатам диагностики я сначала делаю предположение о проблеме в проводах - возможно ухудшение изоляции.

Но прежде чем делать окончательный вывод я прошу коллегу из цеха АСУ ТП отключить провод с его стороны, т.е в шкафе среднего уровня, и в таком положении померить напряжение между проводом 133 и общим минусом (с моей стороны общий минус эта та самая клемма 11, номер провода 102). В результате замера коллега получает те самые 220 В.

Значит проблема не в проводе и вообще не а полевом уровне. Но в чем же тогда дело. А вот в чем:

Фото с моей ТЭЦ.
Фото с моей ТЭЦ.

Это резистор и со времем его характеристики ухудшаются, так назывемое старение. Он еще не в состоянии "сломан" но уже близко к такому состоянию. Именно по этому при начальном измерении, в шкафе среднего уровня, получались ненормальнын показания. Мы называем это "плавающий дефект"

Данная проблема решается переключением провода на свободную клемму и перепрограммирование блока в SCADA системе. Это уже работа моих коллег. Моя же часть работы окончена, как и заканчивается данная статья.

Надеюсь, что вам было интересно и что вы не превратились в скелет, читая данную статью до конца.

Спасибо за просмотр, за лайк, если статья понравилась.

Увидимся в следущей статье :).

С подпиской рекламы не будет

Подключите Дзен Про за 159 ₽ в месяц