Комплекс центрального отопления Москвы начал создаваться в 30-е годы. На сегодняшний день в его состав входят теплоэлектроцентрали, возвышающиеся в разных частях города, сеть трубопроводов, суммарная длина которых превышает две тысячи километров, насосно-перекачивающие станции, тепловые распределительные камеры и другое энергетическое оборудование
Исторически Москва разделена на 12 районов теплоснабжения, в каждом из которых существует районный тепловой пункт. Эти пункты, как и многие крупные предприятия, связаны с ТЭЦ радиальными трассами. Перераспределение потоков теплоносителя — нагретой до температуры 130 ?C воды — в таких случаях, как, например, изменение потребления или проведение ремонтных работ, осуществляется по связывающим трассы перемычкам. Основное отличие системы транспортировки теплоносителя от подобных систем, используемых, в частности, в нефтегазовой отрасли, заключается в установке обратного контура, по которому осуществляется транспортировка охлажденной воды.
Тепловые сети «Мосэнерго», от которых зависит жизнеобеспечение жителей столицы и работа московских предприятий, — сложная физическая система с меняющейся в процессе эксплуатации топологией. Для управления ими необходимо иметь сведения не только о величинах температуры, давления и расходе воды в трубопроводах, но и о состоянии всего комплекса технологического оборудования, а также условиях его работы, включая данные о шкафах автоматики, доступе персонала на объекты и другую подобную информацию.
Управление этой системой и мониторинг ее состояния осуществляется центральным и 12 районными диспетчерскими пунктами. Эти диспетчерские входят в структуру компании «Тепловые сети», филиала «Мосэнерго».
Немного истории
Автоматизация работы районных диспетчерских отражает этапы использования вычислительной техники в нашей стране. В конце 80-х сбор информации о состоянии оборудования распределительных камер и насосно-перекачивающих станций осуществлялся работающими в синхронном режиме дублированными комплексами телемеханики TM-120. Они передавали данные по параллельным каналам в районные диспетчерские пункты, где были установлены по две мини-ЭВМ СМ-1300, связанные, в свою очередь, с дисплеями на основе телевизоров «Рубин». В распоряжении диспетчеров находились довольно простые пульты с функциональной клавиатурой. Подобные комплексы визуализации, надежность которых оставляла желать лучшего, были характерны в то время для многих приложений, включая, например, задачи автоматизации научных исследований.
Позже, когда появились персональные компьютеры, началось обновление оборудования диспетчерских пунктов. Вполне естественно, что мини-ЭВМ заменили ПК. Принцип дублирования, обеспечивающий достижение заданного уровня надежности и возможность работы двух диспетчеров, сохранился. Для ввода информации были разработаны контроллеры, осуществляющие преобразование поступающей информации и передачу ее в ПК по интерфейсу RS-232. Тогда же на Паскале была написана SCADA-система, работающая под управлением DOS. Эти работы выполнялись специалистами НИИ космического приборостроения.
Через несколько лет встал вопрос о модернизации АСУТП технологических объектов «Тепловых сетей», а также комплекса мониторинга и управления. Была поставлена задача внедрения средств локальной автоматики, увеличения числа точек контроля и управления (сейчас в некоторых районах их количество измеряется тысячами), повышения эффективности информационного обмена. Устаревшие морально и физически системы телемеханики не могли справляться с новыми задачами, да и функциональность «самодельной» SCADA не отвечала подобным требованиям.
Новые решения
Технический директор компании «Первая миля» Владимир Вороненков начинал свою работу над автоматизацией районных диспетчерских, еще будучи сотрудником НИИ космического приборостроения, с создания контроллеров сопряжения с ПК. Его компания и сейчас отвечает за разработку программного обеспечения и поставку оборудования управления диспетчерского уровня для систем московского теплоснабжения.
«При создании новой информационной структуры районных диспетчерских требовалось учитывать специфику тепловых сетей как объекта с быстро развивающимися процессами. Авария в системе теплоснабжения способна вызвать гидравлический удар и привести к весьма тяжелым технологическим, социальным и финансовым последствиям. Поэтому время отклика системы на происходящие на объекте события и время реакции на действия оператора не должно превышать одной секунды, — поясняет Вороненков. — Диспетчеры — очень опытные специалисты. Знание особенностей теплотрасс, их объектов, режимов работы позволяет оперативно принимать решения в критических ситуациях. Но для этого нужно предоставить диспетчерам всю необходимую информацию и снабдить их инструментами управления».
Унифицированная архитектура информационных систем районных диспетчерских способна удовлетворять требованиям каждого из 12 районов Москвы в условиях количественных и качественных отличий оборудования объектов теплоснабжения и использования в них разнотипных устройств АСУТП. В ее основе — два автоматизированных рабочих места диспетчеров и два поддерживающих OPC-технологии сервера ввода/вывода информации. Любой сервер способен взаимодействовать по сети Ethernet с любым АРМом, что значительно повышает надежность при возникновении нештатных ситуаций, поскольку каждая пара компьютеров «сервер — АРМ» способна выполнять все необходимые для работы диспетчера функции. Наряду с этим предусмотрены АРМы подготовки производства, используемые для отладки программ и отработки решений при вводе в действие новых объектов теплосети, а также АРМы руководителей диспетчерских служб.
Одновременно с разработкой архитектуры осуществлялся выбор коммерчески доступной современной SCADA-системы, поскольку развитие имеющегося решения собственными силами потребовало бы значительного времени и ресурсов, которыми исполнители работ просто не располагали.
По словам Вороненкова, это был длительный и трудоемкий процесс, в результате которого остановились на комплексе приложений Genesis32 компании Iconics, предназначенном для создания программного обеспечения сбора данных и оперативного диспетчерского управления верхнего уровня систем автоматизации. Немалую роль в принятии такого решения сыграло соответствие возможностей Genesis32 принципам и механизмам, заложенным в ранее разработанной SCADA-системе. В 1999 году, когда принималось решение, Genesis32 существенно опережала продукты других производителей по OPC-функциональности (OLE for Process Control), поскольку соответствующие технологии были встроены в ядро системы.
Технологии
Используемый в системах автоматизации районных диспетчерских пунктов компонент DataWorX пакета Genesis32 обеспечивает быстрый доступ к данным и оперативное их представление операторам. Фактически DataWorX играет роль прокси-сервера в процессе обмена информацией между клиентскими приложениями и OPC-серверами, осуществляющими взаимодействие с контроллерами управляющих систем и средствами телеметрии. Такими клиентами являются, в частности, приложения операторских АРМов, архиваторы данных, а также определяющие возникновение аварийных ситуаций анализаторы реального времени.
Процесс создания данных программных систем осуществлялся в тесном контакте со специалистами компании Iconics. В Genesis32 было внесено около десятка изменений и дополнений, отражающих требования диспетчерского управления такими крупными объектами, как тепловые сети «Мосэнерго». Например, в программном компоненте AlarmWorX введены дополнительные переменные, характеризующие состояние системы, в описание таких объектов, как «событие» или «тревога».
Создание с использованием DataWorX единой централизованной базы данных точек контроля и управления упрощает администрирование и отслеживание аппаратных изменений. Так, например, при вводе в действие дополнительного оборудования его OPC-сервер подключается к DataWorX, а изменение конфигурации DataWorX позволяет начать передачу данных нового контроллера в экранные формы без их изменения и без остановки работы системы. DataWorX предоставляет также возможность осуществлять обмен информацией между разнотипными контроллерами различных комплексов локального управления. Такие «мосты» позволяют согласованно изменять рабочие режимы последних, не допуская гидроударов и других нештатных ситуаций.
Ускоряющая передачу данных технология GenBroker компании Iconics обеспечивает взаимодействие приложений, входящих в Genesis32 и установленных на различных компьютерах диспетчерских пунктов, в режиме «клиент-сервер». Такая структура дает существенный выигрыш в производительности и позволяет средствами DataWorX резервировать основные компоненты системы (серверы ввода/вывода данных и АРМы диспетчеров).
Единственным нерезервированным элементом остается сервер информационного комплекса диспетчерской, в базы данных которого заносится информация трендов и журнала событий. Его надежность обеспечивается аппаратными средствами. Но даже в случае остановки сервера не происходит критичных изменений в процессах мониторинга и управления, для выполнения которых достаточно работоспособности одного АРМа и сервера ввода/вывода.
Результаты и перспективы
Описанные методы, продукты и технологии положены в основу разработанного специалистами «Первой мили» прикладного программного обеспечения ASDU-Shell, реализующего логику работы районных диспетчерских, операторский интерфейс, алгоритмы анализа аварийных событий. В состав ASDU-Shell входят наборы связанных между собой экранных форм и приложений Genesis32, объединенные в ориентированные на задачи диспетчерского управления проекты.
На сегодняшний день без остановки технологических процессов модернизированы диспетчерские в восьми районах Москвы. В 2004 и 2005 годах планируется завершить преобразование оставшихся районных диспетчерских пунктов.
В результате проделанных работ «Тепловые сети» получили в свое распоряжение современную, модульную, способную к расширению информационную инфраструктуру мониторинга и управления, основанную на открытых стандартах. На ее базе созданы комплексы управления диспетчерских пунктов, способные принять, обработать, интерпретировать, архивировать и предоставить операторам сведения о динамически меняющемся состоянии объектов (с учетом плановых и неплановых отключений, протечек, ремонтных работ и многих других факторов) системы теплоснабжения каждого района Москвы.
Благодаря применяемым в ASDU-Shell алгоритмам и технологиям диспетчер, работа которого по сложности и ответственности не уступает, пожалуй, работе его коллег в аэропортах, может теперь видеть на экране дисплея состояние всего комплекса теплоснабжения и в случае необходимости получить детальное представление о ситуации на конкретном объекте. Созданный инструментарий позволяет максимально быстро реагировать на возникающие события, изменять режимы работы оборудования теплоснабжения, принимая меры, препятствующие возникновению аварий.
В настоящее время осуществляется создание единой автоматизированной системы диспетчерского управления теплоснабжением Москвы, которая должна предоставлять в центральный диспетчерский пункт данные районных диспетчерских, а также информацию от таких объектов контроля и управления, как оборудование ТЭЦ и контрольные точки абонентов. Ее внедрение приведет в конечном итоге к оптимизации режимов работы теплоэлектроцентралей и теплотрасс. Планируемая в 2005 году прокладка волоконно-оптических линий связи и использование уже имеющихся средств связи позволит заменить телефонные сообщения из районных диспетчерских пунктов и контрольных точек автоматической передачей данных в реальном времени в центральную диспетчерскую.
Принято решение об интеграции комплекса диспетчерского управления «Тепловых сетей» с единой информационной системой «Мосэнерго» и создании автоматизированной системы поддержки бизнес-процессов. Специалистами «Тепловых сетей», «Мосэнерго», «Первой мили» и Iconics прорабатываются вопросы использования для этого нового пакета Iconics BizViz.