118
Комплекс распределенной периферии
для построения систем автоматизации
П
ервые в стране микропроцессорные устрой-
ства релейной защиты были разработаны
30 лет назад, их выпуск был освоен именно
на НТЦ «Механотроника». Для своего вре-
мени это был большой шаг в развитии отечествен-
ной электроэнергетики. С момента выхода первых
устройств релейной защиты БМРЗ компания НТЦ «Ме-
ханотроника» продолжает выполнять большой объем
НИОКР по развитию технической базы, обновлению
и дальнейшему развитию программного обеспечения
и модернизации аппаратной части устройств.
Сейчас НТЦ «Механотроника» выпускает устрой-
ства релейной защиты, противоаварийную автомати-
ку, шкафы РЗА, системы оперативного тока СОПТ-МТ
и системы АСУ ТП. Запущены серьезные проекты по
обновлению всех выпускаемых решений, но одно из
самых глобальных — это БМРЗ-УРП (рисунок 1), ис-
пользуемое сейчас в собственных шкафах АСУ-ТП.
БМРЗ-УРП
— это многофункциональное устрой-
ство распределенного ввода-вывода, позволяющее
использовать в своем составе сигнальные, функци-
ональные и коммуникационные модули, управляе-
мые центральным программируемым контроллером.
Устройство применяется в качестве как
АСУ
, так
и
АСУ ТП
, и позволяет решать широкий круг задач
централизованного сбора и обработки информации
со всех контролируемых устройств в пределах задан-
ного объекта энергетики, технологических процессов
предприятий (добывающих, обрабатывающих, произ-
водственных).
Комплекс устройств БМРЗ-УРП предназначен для
построения централизованных или децентрализован-
ных систем управления и телемеханики и размещает-
ся на стандартной DIN-рейке (35 мм) или на монтаж-
ной панели в ячейках КРУ, КСО и шкафах НКУ.
БМРЗ-УРП включает в свой состав:
– интерфейсный модуль для обмена данными
с ведущим устройством сети;
– модули ввода/вывода дискретных сигналов;
– модули ввода аналоговых сигналов.
Сейчас устройства БМРЗ-УРП уже устанавлива-
ются почти во все шкафы АСУ ТП производства «Ме-
ханотроники». Планируется, что с 2022 года устрой-
ства, входящие в комплекс БМРЗ-УРП, поступят
в продажу для установки в шкафы автоматизации
и управления наших партнеров.
АСУ ТП и распределенная периферия на базе
БМРЗ-УРП
имеют трехуровневую иерархическую
структуру, пример которой представлен на рисунке 2.
На
верхнем
уровне
с участием оперативно-
го персонала решаются задачи диспетчеризации
процесса, оптимизации режимов, подсчета техни-
ко-экономических показателей производства, визу-
ализации и архивирования процесса, диагностики
и коррекции программного обеспечения системы.
Верхний уровень АСУ ТП реализуется на базе серве-
ров, операторских (рабочих) и инженерных станций.
На
среднем
уровне
— задачи автоматического
управления и регулирования, пуска и останова обо-
рудования, логико-командного управления, аварий-
ных отключений и защит. Средний уровень реализу-
ется на основе БМРЗ-УРП.
Нижний
(
полевой
)
уровень
обеспечивает сбор
данных о параметрах технологического процесса
и состояния оборудования, реализует управляющие
воздействия. Основными техническими средствами
нижнего уровня являются датчики и исполнительные
устройства, станции распределенного ввода/вывода,
пускатели, концевые выключатели, преобразователи
частоты.
БМРЗ-УРП оптимизирован
для работы с про-
граммируемыми контроллерами, поддерживаю-
щими стандартный протокол обмена, описанный
в стандарте МЭК/ГОСТ 61158 с системами управ-
ления непрерывными процессами. Для обеспе-
чения ее работы с другими программируемыми
контроллерами или системами управления непре-
рывными процессами может использоваться соот-
ветствующий GSD-файл.
Стандарт МЭК 61158, посвящен-
ный полевым шинам, вместе с со-
путствующими ему стандартами МЭК
61784-1 и МЭК 61784-2 определяет
набор протоколов передачи данных,
которые позволяют осуществлять
распределенное управление прило-
жениями автоматизации. Коммуника-
ционные уровни безопасности, опре-
деленные в настоящем стандарте,
обеспечивают уверенность в том, что
полевые шины могут использоваться
в решениях по обеспечению функци-
ональной безопасности для конкрет-
ного уровня.
Рис
. 1.
Устройство
распределенной
периферии
БМРЗ
–
УРП
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА
И АВТОМАТИКА
119
Применение распределенной периферии на
базе БМРЗ-УРП
позволяет получать существен-
ную экономию денежных средств по сравнению
с традиционными вариантами построения систем
автоматизации для любых типов контролируемых
объектов. Эта экономия обеспечивается отказом от
использования многочисленных разделительных
барьеров, а также снижением затрат на прокладку
кабельной сети. Широкие диагностические возмож-
ности станции позволяют существенно упростить
выполнение пусконаладочных работ и ее дальней-
шую эксплуатацию.
БМРЗ-УРП имеет абсолютно гибкую архитектуру:
– распределенные, автоматически конфигурируе-
мые вводы/выводы;
– горячая замена вводов/выводов;
– меньшее количество проводов, больше цифровых
связей;
– совместимость с МЭК 61850 (контроллер, пьезо-
датчик);
– повышенный уровень безопасности и гальваниче-
ская развязка оборудования;
– сокращение полной стоимости основного капитала
до 35%;
– ускорение реализации проекта до 30%;
– локальная экспертная поддержка.
Преимущества программного обеспечения
БМРЗ-УРП:
•
Протоколы Profi net Profi bus
являются стан дар-
ти зированны ми протоколами обмена, описанными
в стандарте IEC/ГОСТ 61158.
• Протокол
Profi net
имеет уже встроенный протокол
IEE1588
синхронизации времени, не требующий
дополнительной настройки.
•
Profi net
использует стандартный протокол
TCP/IP
для назначения параметров, настройки диагности-
ки и режим реального времени
Ethernet
.
• Топология: шлейфовая, звезда, кольцо, дерево.
• Управление: централизованное, децентрализо-
ванное.
•
Profi net RT
— создание автоматизированных ре-
шений без привязки к производителям оборудова-
ния на основе открытого стандарта.
•
PROFINET IRT
(Isochronous Real-Time)
— изо-
хронные (астатические) коммуникации реального
времени.
• Низкая стоимость разработки.
Для разрабатываемой коллекции устройств нет
необходимости писать ПО верхнего уровня. Проекты
составляются на территории НТЦ «Механотроника»
и шкафы АСУ ТП передаются заказчику настроенны-
ми в полной заводской готовности.
MRP и MRPD: Profi net предлагает два решения
для резервирования среды передачи.
Протоколы MRP, MRPD
являются стандартизи-
рованными протоколами, применение которых закре-
плено в стандарте МЭК 62439 разделах 1, 2, 3. (Про-
токол подразумевает объединение в кольцо группы
коммутаторов, один из которых берет на себя роль
ведущего).
Протокол резервирования мультимедиа (MRP)
позволяет создавать независимую от протокола
кольцевую топологию с временем переключения ме-
нее 50 мс. Этого достаточно для стандартной связи
с Profi net в реальном времени.
Чтобы переключить избыточность в случае ошиб-
ки без задержки по времени, необходимо использо-
вать «Резервирование носителей для запланирован-
ного дублирования» (MRPD) в качестве концепции
бесшовного резервирования носителей. В MRPD цик-
лические данные в реальном времени передаются
в обоих направлениях в кольцевой топологии. Отмет-
ка времени в пакете данных позволяет получателю
удалить избыточные дубликаты.
Дальнейшее развитие платформы будет направ-
лено на интеграцию с традиционными протоколами
передачи связи МЭК 60870-5-101/103, МЭК 60870-5-
104, МЭК 61850, а также на расширение сферы при-
менения и реализации функций преобразователя
дискретных и аналоговых сигналов (ПДС и ПАС в со-
ответствии со стандартами ПАО «Россети»).
Р
Рис
. 2.
Трехуровневая
структура
распределенной
периферии
ООО «НТЦ «Механотроника»
г. Санкт-Петербург
Tел. 8-800-250-63-60
www.mtrele.ru
№
5 (68) 2021
Оригинал статьи: Комплекс распределенной периферии для построения систем автоматизации
Первые в стране микропроцессорные устройства релейной защиты были разработаны 30 лет назад, их выпуск был освоен именно на НТЦ «Механотроника». Для своего времени это был большой шаг в развитии отечественной электроэнергетики. С момента выхода первых устройств релейной защиты БМРЗ компания НТЦ «Механотроника» продолжает выполнять большой объем НИОКР по развитию технической базы, обновлению и дальнейшему развитию программного обеспечения и модернизации аппаратной части устройств.
Сейчас НТЦ «Механотроника» выпускает устройства релейной защиты, противоаварийную автоматику, шкафы РЗА, системы оперативного тока СОПТ-МТ и системы АСУ ТП. Запущены серьезные проекты по обновлению всех выпускаемых решений, но одно из самых глобальных — это БМРЗ-УРП (рисунок 1), используемое сейчас в собственных шкафах АСУ-ТП.
БМРЗ-УРП — это многофункциональное устройство распределенного ввода-вывода, позволяющее использовать в своем составе сигнальные, функциональные и коммуникационные модули, управляемые центральным программируемым контроллером. Устройство применяется в качестве как АСУ, так и АСУ ТП, и позволяет решать широкий круг задач централизованного сбора и обработки информации со всех контролируемых устройств в пределах заданного объекта энергетики, технологических процессов предприятий (добывающих, обрабатывающих, производственных).
Комплекс устройств БМРЗ-УРП предназначен для построения централизованных или децентрализованных систем управления и телемеханики и размещается на стандартной DIN-рейке (35 мм) или на монтажной панели в ячейках КРУ, КСО и шкафах НКУ.
БМРЗ-УРП включает в свой состав:
- интерфейсный модуль для обмена данными с ведущим устройством сети;
- модули ввода/вывода дискретных сигналов;
- модули ввода аналоговых сигналов.
Сейчас устройства БМРЗ-УРП уже устанавливаются почти во все шкафы АСУ ТП производства «Механотроники». Планируется, что с 2022 года устройства, входящие в комплекс БМРЗ-УРП, поступят в продажу для установки в шкафы автоматизации и управления наших партнеров.
АСУ ТП и распределенная периферия на базе БМРЗ-УРП имеют трехуровневую иерархическую структуру, пример которой представлен на рисунке 2.
На верхнем уровне с участием оперативного персонала решаются задачи диспетчеризации процесса, оптимизации режимов, подсчета технико-экономических показателей производства, визуализации и архивирования процесса, диагностики и коррекции программного обеспечения системы. Верхний уровень АСУ ТП реализуется на базе серверов, операторских (рабочих) и инженерных станций.
На среднем уровне — задачи автоматического управления и регулирования, пуска и останова оборудования, логико-командного управления, аварийных отключений и защит. Средний уровень реализуется на основе БМРЗ-УРП.
Нижний (полевой) уровень обеспечивает сбор данных о параметрах технологического процесса и состояния оборудования, реализует управляющие воздействия. Основными техническими средствами нижнего уровня являются датчики и исполнительные устройства, станции распределенного ввода/вывода, пускатели, концевые выключатели, преобразователи частоты.
БМРЗ-УРП оптимизирован для работы с программируемыми контроллерами, поддерживающими стандартный протокол обмена, описанный в стандарте МЭК/ГОСТ 61158 с системами управления непрерывными процессами. Для обеспечения ее работы с другими программируемыми контроллерами или системами управления непрерывными процессами может использоваться соответствующий GSD-файл.
Стандарт МЭК 61158, посвященный полевым шинам, вместе с сопутствующими ему стандартами МЭК 61784-1 и МЭК 61784-2 определяет набор протоколов передачи данных, которые позволяют осуществлять распределенное управление приложениями автоматизации. Коммуникационные уровни безопасности, определенные в настоящем стандарте, обеспечивают уверенность в том, что полевые шины могут использоваться в решениях по обеспечению функциональной безопасности для конкретного уровня.
Применение распределенной периферии на базе БМРЗ-УРП позволяет получать существенную экономию денежных средств по сравнению с традиционными вариантами построения систем автоматизации для любых типов контролируемых объектов. Эта экономия обеспечивается отказом от использования многочисленных разделительных барьеров, а также снижением затрат на прокладку кабельной сети. Широкие диагностические возможности станции позволяют существенно упростить выполнение пусконаладочных работ и ее дальнейшую эксплуатацию.
БМРЗ-УРП имеет абсолютно гибкую архитектуру:
- распределенные, автоматически конфигурируемые вводы/выводы;
- горячая замена вводов/выводов;
- меньшее количество проводов, больше цифровых связей;
- совместимость с МЭК 61850 (контроллер, пьезодатчик);
- повышенный уровень безопасности и гальваническая развязка оборудования;
- сокращение полной стоимости основного капитала до 35%;
- ускорение реализации проекта до 30%;
- локальная экспертная поддержка.
Преимущества программного обеспечения БМРЗ-УРП:
- Протоколы Profinet Profibus являются стандартизированными протоколами обмена, описанными в стандарте IEC/ГОСТ 61158.
- Протокол Profinet имеет уже встроенный протокол IEE1588 синхронизации времени, не требующий дополнительной настройки.
- Profinet использует стандартный протокол TCP/IP для назначения параметров, настройки диагностики и режим реального времени Ethernet.
- Топология: шлейфовая, звезда, кольцо, дерево.
- Управление: централизованное, децентрализованное.
- Profinet RT — создание автоматизированных решений без привязки к производителям оборудования на основе открытого стандарта.
- PROFINET IRT (Isochronous Real-Time) — изохронные (астатические) коммуникации реального времени.
- Низкая стоимость разработки.
Для разрабатываемой коллекции устройств нет необходимости писать ПО верхнего уровня. Проекты составляются на территории НТЦ «Механотроника» и шкафы АСУ ТП передаются заказчику настроенными в полной заводской готовности.
MRP и MRPD: Profinet предлагает два решения для резервирования среды передачи.
Протоколы MRP, MRPD являются стандартизиованными протоколами, применение которых закреплено в стандарте МЭК 62439 разделах 1, 2, 3. (Протокол подразумевает объединение в кольцо группы коммутаторов, один из которых берет на себя роль ведущего).
Протокол резервирования мультимедиа (MRP) позволяет создавать независимую от протокола кольцевую топологию с временем переключения менее 50 мс. Этого достаточно для стандартной связи с Profinet в реальном времени.
Чтобы переключить избыточность в случае ошибки без задержки по времени, необходимо использовать «Резервирование носителей для запланированного дублирования» (MRPD) в качестве концепции бесшовного резервирования носителей. В MRPD циклические данные в реальном времени передаются в обоих направлениях в кольцевой топологии. Отметка времени в пакете данных позволяет получателю удалить избыточные дубликаты. Дальнейшее развитие платформы будет направлено на интеграцию с традиционными протоколами передачи связи МЭК 60870-5-101/103, МЭК 60870-5-104, МЭК 61850, а также на расширение сферы применения и реализации функций преобразователя дискретных и аналоговых сигналов (ПДС и ПАС в соответствии со стандартами ПАО «Россети»).
