Введение
Метрополитен является основным видом общественного транспорта в современном большом городе. Обладая рядом преимуществ относительно наземных средств передвижения, он принимает на себя многомиллионные потоки пассажиров ежедневно, что автоматически делает его объектом стратегического назначения и предъявляет повышенные требования к безопасности и эффективности работы всех относящихся к нему структур: станций, тоннелей, электродепо, наземных сооружений. Одним из средств обеспечения соответствия таким требованиям является наличие современной и грамотно построенной автоматизированной системы диспетчеризации и управления, дающей возможность отслеживать и корректировать работу разрозненных инженерных систем из единого центра как в автоматическом, так и в ручном режиме. От уровня исполнения такой системы зависят безопасность и надёжность функционирования объектов, качество микроклимата, комфортность пребывания в здании, эффективность использования энергоресурсов, своевременность и качество реагирования на нештатные ситуации и многое другое.
Структура проекта
Проект диспетчеризации метрополитена охватывает локальную автоматику, автоматизированную систему диспетчерского управления (АСДУ) на станциях и в электродепо, центр диспетчерского управления инженерными системами электромеханических установок, систему электроснабжения и систему защитной автоматики.
Объём проекта – семь станций метро (по 4000 сигналов с каждой), электродепо (4000 сигналов) и инженерный корпус. Общая глубина диспетчеризации – порядка 40 тысяч контролируемых точек ввода-вывода в центральной диспетчерской инженерного корпуса (ЦДУ). Сбор и обработку такого большого объёма данных обеспечивает быстродействующий сервер ICONICS Hyper Historian, который поддерживает технологию промежуточного накопления и синхронизации данных с удалёнными коллекторами, установленными в электродепо и на каждой из станций метро. Он также выполняет архивацию, «горячее» резервирование и восстановление данных в случае обрыва связи с коллектором. SCADA-пакет ICONICS GENESIS64 ведёт мониторинг и управление подсистемами освещения, электроснабжения (рис. 1),
![Рис. 1. Тяговая подстанция](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page40_pic1.jpg)
микроклимата, общеобменной и тоннельной вентиляции (рис. 2),
![Рис. 2. Тоннельная вентиляция](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page40_pic2.jpg)
дымоудаления и пожаротушения, отопления (рис. 3),
![Рис. 3. Индивидуальный теплопункт](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page41_pic3.jpg)
гарантированного электропитания и кондиционирования технологических помещений, водоснабжения, водоочистки и канализации, защитной автоматики, а также диагностики шкафов управления и сетей связи. Общая структура программного комплекса приведена на рис. 4.
Диспетчеризация электродепо и станций
Станция – это самостоятельный объект, который может работать независимо от ЦДУ. На станции связь локальной автоматики с АСДУ осуществляется по протоколу Modbus RTU в физической среде RS-485 или через Modbus TCP по Ethernet. Информационная модель автоматизированной системы управления станцией приведена на рис. 5.
![Рис. 5. Информационная модель автоматизированной системы управления станцией](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page42_pic5.jpg)
SCADA ICONICS собирает OPC-данные с ПЛК и устройств ввода-вывода через ICONICS Modbus Ethernet OPC-сервер. Данные с сетевых устройств опрашиваются по протоколу SNMP через ICONICS SNMP-Connector.
Пакет GENESIS64 содержит лицензию на указанный OPC-сервер и SNMP-Connector.
Помимо сбора данных, SCADA GENESIS64 выполняет следующие задачи:
- визуализация технологических процессов или состояния системы (модуль GraphWorX64);
- сервер ввода-вывода и обработки тегов данных (UDM);
- генерация аварийных событий, оповещение и ведение лога аварийных сообщений (модуль AlarmWorX64);
- тренды текущих и архивных значений (модуль TrendWorX64).
Все модули и уровни системы работают под управлением единого сервера безопасности ICONICS Security Server, который управляет доступом к объектам и функционалу в зависимости от прописанных политик безопасности. Пример экранной формы управления приточно-вытяжной системой показан на рис. 6.
![Рис. 6. Экранная форма приточно-вытяжной системы станции](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page42_pic6.jpg)
Диспетчер отслеживает состояние системы и управляет им с помощью мнемосхем (центральная область рис. 6), а также индикаторов событий и аварийных сигналов (верхняя область рис. 6). Диспетчер может выбрать на навигационной панели (левая область рис. 6) любой узел, любую систему объекта. Пример навигации по списку систем показан на рис. 7.
![Рис. 7. Список систем диспетчеризации станции](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page42_pic7.jpg)
Список систем содержит набор технологических мнемосхем для выбранного узла. Системы сгруппированы по планировкам (по месту нахождения системы на плане станции). Рассмотрим пример экрана планировки (рис. 8).
![Рис. 8. Пример планировки контролируемых систем](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page44_pic8.jpg)
Экран представляет собой схематичное отображение плана помещения и отображает расположенные на нём системы и их состояния через графическую анимацию и рамки аварийных сигналов.
Устройство контроля прохода в тоннель
С целью защиты от несанкционированного доступа в тоннели метрополитена используется набор программно-аппаратных средств (УКПТ – устройства контроля прохода в тоннель). Оперативная информация о состоянии системы и нештатных ситуациях выводится на отдельную мнемосхему SCADA-системы (рис. 9, 10).
![Рис. 10. Цифровое оповещение о несанкционированном доступе в тоннель](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page44_pic10.jpg)
Принцип работы устройства: система сравнивает факт нарушения целостности инфракрасного (ИК) луча для пары датчиков с целостностью ИК-луча другой пары на этом же посту. Далее проводится анализ, и при появлении несоответствия подаются сигналы об аварийной ситуации: звуковой (сирена), световой (табло около прохода в тоннель), цифровой (передача информации в SCADA-систему). На мнемосхеме при этом высвечивается изображение в виде сигнализации датчиков, ИК-лучей и изображение человека с направлением движения.
Центральная диспетчерская
Данные из всех систем станций и электродепо передаются посредством ICONICS Hyper Historian в ЦДУ. Диспетчеры ЦДУ имеют возможность управления технологическими процессами и правами доступа на любой станции и электродепо, используя GENESIS64 удалённо.
Структура АСДУ центрального диспетчерского управления приведена на рис. 11.
![Рис. 11. Структура АСДУ](/images_cta/articles/2016/2016-2/cta2016-2pr_page46_pic11.jpg)
Резервируются все основные узлы АСДУ: ПЛК, серверы АСДУ, АРМ энергодиспетчеров и АРМ электромехаников. В составе диспетчерской предусматривается две видеостены, каждая из которых состоит из двух видеокубов с разрешением экрана 1024×768 точек. На первой видеостене осуществляются мониторинг, диагностика и управление системами электромеханических устройств всех узлов. На вторую видеостену (энергодиспетчера) выводится текущая информация по состоянию элементов понизительных и совмещённых тяговых подстанций (СТП и ПП), начиная от ввода питающей городской подстанции до контактного рельса.
Каждый диспетчер получает отчёты по соответствующей подсистеме через пакет ICONICS ReportWorX в удобном и привычном интерфейсе Microsoft Excel.
Оптимизация ручного ввода больших массивов информации
Большой объём данных проекта и глубина диспетчеризации ставят перед инжиниринговой фирмой дополнительную задачу по оптимизации подключения данных к OPC-серверам и SCADA-системе. Для каждой станции число переменных для OPC-сервера достигает нескольких тысяч, а для SCADA – нескольких десятков тысяч. Ручной ввод такого числа тегов затруднителен и неизбежно ведёт к ошибкам. Помимо этого, в процессе разработки крупного объекта неизбежны корректировки, что требует внесения дополнительных изменений в перечень переменных.
Для автоматизации процесса ввода параметров интегратор ЛАЙТОН разработал уникальное решение – генератор тегов, который анализирует программу для ПЛК и формирует базу тегов для всех модулей SCADA-системы (базу алармов AlarmWorX64 Server, базу регистров переменных для обмена с устройствами через UDM и базу архивных трендов TrendWorX64 Logger) и конфигурации OPC-сервера. Логика работы генератора тегов построена на том, что среда программирования контроллеров позволяет экспортировать программу разработки в виде XML-файла, который можно обработать, используя стандартные библиотеки Microsoft для XML. Так как файлы PKGX, формируемые SCADA-системой для переноса проектов с одного ПК на другой, также представляют собой набор XML-файлов, сжатых в ZIP-архив, а файл для импорта данных в OPC-сервер представляет собой CSV-файл, для которого применимы все функции работы с текстовыми файлами, то достаточно было написать решение по анализу XML-файла контроллера с последующей генерацией CSV-файлов для OPC-сервера и PKGX для SCADA-системы. Специалисты компании ЛАЙТОН реализовали генератор тегов, тем самым автоматизировав процесс ввода данных, минимизировав число ошибок и оптимизировав время, затрачиваемое программистами на рутинную работу по созданию и ведению громадной базы тегов.
Кратко рассмотрим процесс генерации тегов в этом решении. В программе для ПЛК все переменные сгруппированы в структуры. Для управления взаимодействием с подчинёнными устройствами в программе станционного шкафа предусмотрен массив, в котором хранится служебная информация об устройствах (адрес в сети, количество данных на чтение/запись, способ обмена с устройствами, ошибки связи с устройством и т.д.). Для каждого элемента массива имеется свой комментарий в виде строки с произвольным набором символов, что позволяет указать для каждого подчинённого устройства краткую информацию о нём. В комментарий также могут быть внесены имя устройства (название шкафа автоматики), шифр и префикс имени структуры, которые содержат информацию о перемененных устройствах. Таким образом, появилась возможность при прохождении списка устройств определить связанные с конкретным устройством структуры и сформировать полный перечень переменных для обмена со SCADA-системой. В генераторе тегов возможен просмотр описания для каждой переменной: имя, тип данных и комментарий. Также возможен экспорт списка переменных в файл Excel.
В перспективе генератор тегов будет содержать стандартные шаблоны мнемосхем для автоматического создания пользовательского интерфейса и настройки компонентов, входящих в SCADA-систему.
Заключение
Система диспетчеризации на базе ICONICS, предназначенная для задач мониторинга и управления инженерными системами метрополитена, выполненная ООО «ЛАЙТОН», повышает надёжность, сводит к минимуму ручной контроль и влияние человеческого фактора, снижает аварийность и стоимость эксплуатационных расходов на обслуживание объекта. Инновационные современные технологии, заложенные в 64-битовом ядре SCADA-системы ICONICS GENESIS64 и сервера Hyper Historian, добавляют в систему диспетчеризации быстродействие, гибкость, масштабируемость и современный уровень визуализации. А для пассажиров – конечных пользователей метрополитена – система обеспечивает оптимальный уровень микроклимата пребывания на станциях и в вагонах поезда, что делает ежедневное путешествие под землёй на этом скоростном транспорте приятным, комфортным и безопасным.
Стоит отметить, что необходимость построения комплексной автоматизированной системы управления для сложных объектов, в том числе и метрополитена, – это не пожелание отдельных заказчиков, а требование нормативной документации. Согласно постановлению Правительства РФ № 375-ПП от 6 мая 2008 года мосты и тоннели длиной более 500 метров, крупные аэропорты, промышленные и высотные объекты подлежат обязательному оборудованию структурированными системами мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений.
Разработанные в ходе реализации проекта методики и подходы, рассмотренные в статье, в полной мере учитывают последние требования нормативно-технической документации и применимы в автоматизации не только в метрополитене, но и на прочих технически сложных объектах. ●
Авторы – сотрудники компании ЛАЙТОН и фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru