В статье рассматриваются актуальные вопросы построения тренажеров для обучения диспетчеров компрессорных станций, что позволит им оперативно принимать управленческие решения в нештатных и аварийных ситуациях управлению процессом транспортировки газа с использованием систем управления. Рассматриваются преимущества использования SCADA системы WinCCдля созданиятренажера диспетчера на примере Долинского линейного-производственного управления магистральных газопроводов.
Ключевые слова:тренажер, диспетчер, компрессорная станция,SCADA система.
Введение
Газотранспортная система (ГТС) Украины является одной из крупнейших в мире, как по протяженности, так и по объему транзита газа. Газотурбинный парк компрессорных станций (КС), который введен в эксплуатацию в 70–80 -ых годах прошлого века, сегодня продолжает активно использоваться. Сегодня 50 % парка ГПА отработало установленный моторесурс или близки к этому, а за длительный период эксплуатации (более 30 лет) магистральные газопроводы практически выработали установленный срок службы. В связи с этим актуальной является задача повышения надежности и эффективности эксплуатации ГТС, что предполагает как совершенствование существующих и разработку новых методов и средств диагностирования технического состояния газотурбинного парка КС и линейной части магистральных газопроводов, так и внедрения современных систем управления КС.
В тоже время, как показывает практика, наличие на КС современных систем управления и диагностирования не предотвращает возникновения нештатных ситуаций, которые могут привести не только к значительным материальным затратам, но и человеческим жертвам. При этом значительная доля в возникновении нештатных ситуаций припадает на человеческий фактор — неверные действия диспетчера по управлению процессом транспортировки газа с использованием систем управления.
Специфика ГТС состоит как в значительной удаленности и закрытости отдельных объектов контроля, так и в сложности управления ГПА и КС в целом, а также невозможности отработки на реальном объекте всех возможных штатных и нештатных ситуаций, что обуславливает проблему разработки тренажера-диспетчера [1, 2].
Анализ исследований и публикаций
В последнее время все больше внимания уделяется разработке промышленных тренажеров в различных отраслях промышленности, которые предназначены для обеспечения формирования и развития профессиональных навыков путем выполнения упражнений, которые способствуют появлению верных представлений и отображений в сознании оператора о состоянии объектов управления и внешней среды, что облегчает в последующем принятии управленческих решений в нештатных и аварийных ситуациях функционирования сложных технологических процессов или объектов управления. Известен ряд публикаций, посвященных разработке тренажеров-диспетчеров КС или тренажеров-операторов ГПА [1–4 и др.]. В [1, c. 49] рассматриваются перспективы использования компьютерных газодинамических симуляторов для повышения безопасности в газотранспортной отрасли. В [2, c. 47] приводится структура и функции тренажера диспетчера линейно-производственного управления газотранспортного общества ОАО «Газпром». В [3, c. 424–427] рассматривается структура промышленного тренажера, принципы построения моделей сложных технических объектов и предлагается структура компьютеризированной системы обучения и тренажа, а также структурная схема ее программных средств. Структура многофункциональной обучающей системы и тренажа операторов ГПА рассматривается в [4, c. 262–263]. Возможности компьютерных тренажерных комплексов при использовании их в нефтегазовой промышленности для обучения персонала, который занимается обслуживанием сложных технологических процессов или объектов управления рассматриваются в [5, с. 102].
Выделение нерешенных проблем
Анализ публикаций, посвященных вопросам разработки тренажеров диспетчеров КС, показал, что вопросам использования специализированного программного обеспечения, позволяющего эмулировать технологические процессы и работу оборудования, уделялось недостаточно внимания. Известна работа [6, с. 123], в которой проведен обзор систем диспетчеризации и визуализации технологических процессов для создания компьютерных тренажеров, а также работа [7, с. 102], в которой рассматривается практическая реализация тренажера диспетчера линейного производственного управления на примере моделирования реальной аварийной ситуации с частичным разрывом газопровода.
Формирование цели
Целью данной работы является обоснование использования SCADA системыWinCCдля создания тренажера диспетчера компрессорной станции и ее практическая реализация на примере Долинского линейного-производственного управления магистральных газопроводов (ЛПУМГ) УМГ «Прикарпаттрансгаз».
Результаты
В Долинском ЛПУМГ установлен программно-аппаратный комплекс для автоматизации технологических процессов ГПА. Комплекс предназначен для автоматического (или за командой оператора) управления процессами пуска, остановки, изменения и поддержки режима работы ГПА, автоматической защиты, сигнализации, индикации, сбора, обработки, анализа и отображения информации.
Область применения таких комплексов — КС магистральных газопроводов транспортировки газа.
Комплекс обеспечивает:
- сбор, первичную обработку аналоговой и дискретной информации;
- управление исполнительными механизмами (ИМ) по заданным алгоритмам, защита основного и вспомогательного технологического оборудования ГПА на всех режимах его работы;
- оперативное отображение достоверной информации о ходе технологического процесса в цифровой и графической форме;
- накопление, сортировку, регистрацию информации с возможностью вывода ее на печать;
- вычисление расчетных параметров, которые характеризуют отдельные показатели работы ГПА;
- вычисление времени наработки основного и вспомогательного технологического оборудования ГПА;
- диагностику состояния технических средств комплекса и контроль целостности цепей ИМ.
Комплекс построен на базе современных унифицированных программно-технических средств промышленной вычислительной техники. Принцип построения комплекса позволяет расширение и увеличение его функциональных возможностей изменением конфигурации программно-технических средств. Информация от датчиков проходит обработку в программируемых логических контролерах (ПЛК). В зависимости от текущего значения параметра программа ПЛК выдает исходные дискретные сигналы для управления исполнительными механизмами. Вся обработанная информация передается на персональный промышленный компьютер (ППК) для отображения.
Комплекс осуществляет автоматическое управление ИМ ГПА в режимах холодной прокрутки, автоматического пуска, нормальной, аварийной и экстренной аварийной остановки. В комплексе предусмотрено дистанционное управление ИМ и вспомогательным оборудованием ГПА за командами оператора.
Данные между ПЛК и ППК передаются с помощью специально прописанных тегов. Теги делятся на: внутренние и процессорные. Внутренние теги — это области памяти внутри WINCC, которые обеспечивают такие же функциональные возможности как и реальный ПЛК. Процессорные теги — области памяти в ПЛК подключенном к процессу. Теги могут быть упорядочены по группам или располагаются отдельно под каждым соединением. Теги хранятся в иерархии Tag Management (Управление тегами). С использованием процессорных тегов создается коммуникация между нижним и верхним уровнями проектируемой системы управления. На нижнем уровне данные с датчиков поступают в ячейку памяти ПЛК для сохранения данных MD (memory data). Пример создания тега Pressure в WINCC представлен на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Параметры созданного тега Pressure
Рис. 2. Созданные теги
После создания и настройки системы тегов появляется возможность приступить к разработке технологических мнемосхем.
Для проектирования отображения технологического процесса средствами SCADA WINCC, используется редактор Graphics Designer (Графический редактор). Этот редактор представляет собой компонент для проектирования графической системы в данном пакете программы. Каждый экран процесса состоит из отдельных объектов, которые доступны из библиотеки данного графического редактора.
Среди доступных типов объектов можно выделить наиболее распространенные:
- статические объекты — не изменяются в процессе выполнения;
- динамические объекты — меняются в зависимости от конкретных значений процесса;
- объекты управления — позволяют активно влиять на процесс. К таким объектам относятся кнопки, ползунки, поля ввода-вывода, которые используются для ввода определенных параметров процесса.
Проект чаще всего состоит из нескольких экранов процесса. На каждом экране показаны различные этапы процесса или отображаются соответствующие данные самого процесса. Графическая система является подсистемой WINCC. Эта подсистема используется для проектирования экранов процесса. Она может выполнять следующие задачи:
- отображение статических и управляемых оператором объектов, например текстов, графиков и кнопок;
- обновление динамических объектов, например измерения длины столбца гистограммы в зависимости от значения процесса;
- реакция на ввод оператора, например нажатие кнопки или ввода в поле ввода.
Графическая система состоит из компонентов проектирования и среды исполнения. Редактор Graphics Designer (Графический дизайнер) является компонентом проектирования. В этом редакторе происходит разработка экранов процесса проекта. В Graphics Runtime (Графическая среда исполнения) происходит выполнение процесса, отображения экрана в среде выполнения, и происходит управление всеми вводами и выводами.
Диалоговое окно динамики используется для динамизации свойств объекта. Его можно использовать для преобразования значения тегу в такое значение, которое может быть интерпретировано оператором. Например, в диалоговом окне динамики можно превратить диапазон значений тега в значение цвета. В диалоговом окне можно создать выражение с помощью тегов, функций и арифметических операций. Значение выражений, состояние, а также код качества тегов, использованных в выражении, используются для формирования значения свойства объекта в среде выполнения. Пример использования редактора Graphics Designer приведен на рисунке 3, на котором отображена мнемосхема ГПА.
Как можно увидеть на рис. 3, все процессы, которые происходят на ГПА не отображаются на этой схеме, на ней представлены только индикаторы определенных параметров протекающего процесса. Проведя динамизацию кадров технологического процесса, можно создать реальное отражение протекающих процессов на ГПА. Результат такой динамизации приведен на рис. 4 на примере мнемосхемы кранового узла.
Рис. 3. Мнемосхема ГПА
Рис. 4. Мнемосхема кранового узла
Выводы
Таким образом, можно утверждать, что использования SCADA системыWinCCдля создания тренажера диспетчера компрессорной станции поможет повысить уровень профессиональных навыков оператора, путем выполнения упражнений, которые способствуют появлению верных представлений и отображений в сознании оператора о состоянии объектов управления и внешней среды. Это облегчит в последующем принятие управленческих решений в нештатных и аварийных ситуациях функционирования сложных технологических процессов или объектов управления.
Литература:
1. Селезнев, В. Е. Использование компьютерных газодинамических симуляторов для повышения безопасности. Безопасность труда в промышленности. 2004, № 7, С. 48–53.
2. Бухвалов, И. Р., Кульпин, С. И., Пимкин, А. Г. Тренажер диспетчера линейно-производственного управления газатранспортного общества ОАО «Газпром». Материалы III Международной научно-технической конференции “Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами” — DISCOM-2007. — М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2007, C. 47.
3. Замиховский. Л. М., Матвиенко, Р. М. Компьютерный тренажерный комплекс для обучения операторов ГПА. Материалы IV Международной научно-технической конференции “Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами” — DISCOM-2009. М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009, C. 422–430.
4. Заміховський, Л. М., Матвієнко, Р. М. Створення комп'ютеризованої системи контролю і тренажу операторів газоперекачувальних агрегатів. Прикарпатський вісник НТШ. Число. Івано-Франківськ, 2008, Вип. № 1 (1), С. 257–265.
5. Матвієнко, Р. М., Сав’юк, Л. О. Огляд можливостей комп’ютерних тренажерних комплексів в нафтогазовій промисловості. Збірник праць П'ятої Міжнародної конференції “Нові інформаційні технології в освіті для всіх: неперервна освіта”. Київ, 2010, C. 99–106.
6. Матвиенко, Р. М. Сравнительная характеристика объектно-ориентированных сред WinCC и LabVIEW для создания компьютерных тренажерных комплексов. Наукові вісті ІМЕ “Галицька академія” (технічні науки). Івано-Франківськ, 2010, Вип. № 17 (1), C. 120–126.
7. Бухвалов, И. Р. Методы и алгоритмы информационной поддержки управления газотранспортной системой. Диссертация на соиск. ученой степени канд. техн. наук. Владимир, 2007, 130 с.
