Визуализация крупных технологических объектов является одним из этапов проведения автоматизации данного объекта. Существует большое количество различных систем, при помощи которых осуществляется данная работа. Зачастую при реконструкции различных систем идет полная смена оборудования, как и произошло на котельной. Смена всего ручного оборудования привела к возможности управлять им дистанционно, где и выявилась необходимость в визуализации технологического процесса системы. Работа осуществлялась в удобной для разработки системе: TIA Portal V15.1. Которая в свою очередь имеет хорошее преимущество в том, что содержит обе системы для автоматизации объекта, а именно среду для программирования контроллера, а также среду для визуализации данного объекта.
Ключевые слова: TIA Portal, faceplate, визуализация, водогрейный газо-мазутный котел, исполнительные механизмы.
Visualization of large technological facilities is one of the stages of the automation of this facility. There are a large number of different systems with which this work is carried out. Often, during the reconstruction of various systems, there is a complete change of equipment, as happened at the boiler house. The change of all manual equipment led to the ability to control it remotely, which revealed the need for visualization of the system's technological process. The work was carried out in a development-friendly system: TIA Portal V15.1. Which, in turn, has a good advantage in that it contains both systems for automating an object, namely an environment for programming the controller, as well as an environment for visualizing this object.
Keywords: TIA Portal, faceplate, visualization, hot water gas-oil boiler, actuators.
Введение
Котельная — комплекс технологически связанных тепловых энергоустановок, расположенных в обособленных производственных зданиях, встроенных, пристроенных или надстроенных помещениях с котлами, водонагревателями и котельно-вспомогательным оборудованием, предназначенный для выработки теплоты.
Водогрейный котел — котел, необходимый для нагревания воды, его сферой применения является система отопления, вентиляция, а также горячее водоснабжение различных зданий и сооружений. Обычно водогрейные котлы используются в составах районных котельных, для покрытия пиковой тепловой нагрузки ТЭЦ.
Технологический процесс котла является сложным процессом, который время от времени проходит ряд резких изменений, в плане регулирования нагрузки, но для начала необходимо произвести начальные работы, такие как розжиг, вентиляция и опрессовка топки котла в автоматическом режиме, для облегчения работы операторов и ускорения данного процесса.
Все вышеперечисленные процессы необходимо выводить на экраны АРМ-операторов, для их корректной работы.
Визуализация техпроцесса — способ отображения информации о состоянии технологического оборудования и параметрах технологического процесса на мониторе компьютера или операторской панели в системе автоматического управления в промышленности, предусматривающий также графические способы управления техпроцессом. Система визуализации должна учитывать требования, предъявляемые к человеко-машинному интерфейсу. Визуализация техпроцесса реализуется в ряде экранов или окон, которые могут представлять собой иерархическую систему. В основе системы отображения лежит мнемосхема техпроцесса, статическое изображение в визуально простой и интуитивно понятной форме показывающей элементы оборудования, возможно, обрабатываемые материалы и продукцию, и их взаимодействие, порядок обработки. Статическая мнемосхема оживляется — анимируется, отображая реальное состояние оборудования и сырья. При этом используются различные методы:
— Изменение цвета объекта в зависимости от его состояния. Например, в соответствии с требованиями эргономики, опасные или аварийные объекты окрашиваются в красный цвет. Можно также использовать мигающую (вспыхивающую) окраску;
— Изменение графического образа в зависимости от состояния объекта. Например, полный или пустой контейнер, положение ручки рубильника;
— Использование мультипликации, то есть последовательности быстро сменяющихся кадров;
— Перемещение объектов по экрану;
— Изменение размера объекта.
- Необходимость визуализации технологического процесса работы водогрейного газо-мазутного котла № 3В
Как говорилось выше визуализация техпроцесса — способ отображения информации о состоянии технологического оборудования и параметрах технологического процесса на мониторе компьютера или операторской панели в системе автоматического управления в промышленности, предусматривающий также графические способы управления техпроцессом.
Продуктом выполненной визуализации является Scada-система. В состав визуализации данного объекта входит отображение всех показаний датчиков, управляемых ИМ; показание всего технологического процесса, в том числе газовые, мазутные, водяные и воздушные трубопроводы котельной; система администрирования; вывод аварийных и предупредительных сообщений; выбор определенных аварийных условий, а также условий блокировок.
Технологический процесс работы котла составляет следующие процессы:
— Вентиляция топки котла;
— Опрессовка газовых труб;
— Розжиг блоков горелок;
Каждый из данных процессов необходимо вывести на экран для корректной работы автоматического управления данным объектом.
Зачастую готовым продуктом данного способа отображения является Scada-система. Правильно выстроенная структура экранов Scada-системы повышает эффективность работы как обслуживающего персонала, так и операторов.
Данная котельная до проведения реконструкции обладала лишь устаревшими пультами оператора, которые служили инструментом управления котлов. После же проведения реконструкционных работ появилась необходимость создания единого продукта управления котлами. Данным продуктом является Scada-система, т. е. визуализация полного технологического процесса работы котельной. В состав которой входит не только работа самого котла, но и вспомогательные процессы влияющие на работу котельной для улучшения эффективности работы.
- Процесс визуализации
Для выполнения визуализации необходимо пройти этап в несколько пунктов, такие как:
- Первым пунктом выполнения визуализации является изучение проектной документации, которая содержит в себе большое количество информации необходимой для отображения. Туда входят датчики (как аналоговые так и дискретные), исполнительные механизмы (краны, клапана, насосы, регуляторы и т. д.), схемы автоматизации или структурные схемы и т. д.
- Вторым пунктом выполнение визуализации, необходимо разработать структуру экранов Scada-системы, где в приоритет необходимо выставить технологические схемы с наибольшей необходимостью. Также проработка структуры администрирования.
- Третьим этапом является прорисовка и отображение элементов технологических схем.
Каждый из вышеперечисленных шагов должен привести к созданию эффективной среды для работы как рабочего персонала, так и обслуживающего.
- Процесс визуализации
Визуализация данного технологического процесса производилась в среде разработки TIA Portal V15.1, в которой присутствует расширенная библиотека с различными графическими элементами (рис. 1). В ходе визуализации была разработана система администрации (оператор, начальник смены, служба эксплуатации), а также структура экранов в которых размещены все структурные схемы данного объекта (газовая линия, мазутная линия, водяная линия, воздушная линия, вспомогательное оборудование и т. д.).
Большое количество информации на главном экране зачастую приводит к загромождению начального экрана, данная проблема решается при помощи создания специальных контекстных меню (faceplate), в которых была отображена вся вспомогательная информация (рис. 2). Такой инструмент был использован для следующего числа элементов:
— аналоговые сигналы;
— исполнительные механизмы;
— некоторые автоматизированные процессы.
Также при разработке Scada-системы стоит учесть выбор цветов, которые не будут мешать работе оператора, при 8 часовой смене. Таким цветом являются однотонные светлые тона.
Рис. 1. Палитра элементов
Рис. 2. Контекстное меню (faceplate)
Также для контроля технологического процесса было разработано отдельное окно для вывода всех сообщения связанных с работой котла, а также с работой оборудования (т. е. контроллерной части). При этом сообщения делятся на аварийные, предупредительные, квитированные, действия оператора и т. д. Для их различия каждое из них выделено определенным цветом, например аварийные сообщения красным, предупредительные желтым.
Рис. 3. Окно сообщений
- Визуализация систем автоматической работы котла
Так как котел является сложным для регулирования устройством, для его работы существует ряд определенных систем, таких как система блокировок и защит, система работы котла (вентиляция топки котла, опрессовка блоков горелок, непосредственный розжиг). Каждая из перечисленных системы внедрена в визуализацию объекта, т. к. в Scada-систему котельной.
Обеспечение безопасности от аварийных ситуаций обеспечивает комплекс защит котла. Данные защиты закрывают подачу газа к котлу при различных отклонениях от системных параметров работы. Данный блок защит также был выполнен в виде контекстного меню.
Визуализация отдельных систем автоматического регулирования котла № 3 была разработана в виде контекстного меню, в их состав входят блок аварийных защит, вентиляция топки котла, опрессовка блоков горелок, а также розжиг (рис. 4). Блок технологических блокировок был разработан в виде отдельного окна, учитывая их большое количество, а также редактирование некоторых из них (рис. 5). Также блокировки котла могут быть деактивированы обслуживающим персоналом, что также повлияло на выбор оконного размещения данного блока.
Рис. 4. Контекстное меню для вентиляции топки котла и защит
Рис. 5. Технологические блокировки котла
Выводы
В век цифровых инновационных технологий все большее и большее количество различных производств нуждаются в реконструкции и цифровизации. Что влечет за собой разработку Scada-систем. Визуализация технологического процесса помогает в увеличении эффективности работы персонала, а также в цифровизации производств.
Корректное отображение информации на экранах АРМ-оператора зачастую помогает и облегчает труд операторов. Стоит учитывать большое количество нюансов при разработке данных систем. Также при разработке учитываются психологические особенности человека, такие как раздражимость от ярких цветов.
На разработку данной системы был потрачен ни один месяц работы, для более эффективного отображения информации и создания интуитивного интерфейса для пользования операторами данного объекта.
