Фильтр по тематике

Автоматизированная система диспетчерского управления метрополитеном на базе ICONICS

2496 0

Рассмотрены основные этапы и специфика построения системы диспетчеризации для объекта с большим числом контролируемых систем и сигналов. Описана архитектура готового проекта с использованием 64-битовой SCADA-системы GENESIS64, сервера архивации HyperHistorian, а также некоторые ноу-хау, применённые инжиниринговой фирмой ЛАЙТОН (Москва) при разработке этой системы.

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),

микроклимата, общеобменной и тоннельной вентиляции (рис. 2),

дымоудаления и пожаротушения, отопления (рис. 3),

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. 

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. 

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. 

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).

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). 


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.

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

2496 0
Комментарии
Рекомендуем