Geum.ru

Ландман А. К., Петров А. М., Петров А. Э., Попов Г. П., Сакаев О. О

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
Структура КТС и системное математическое обеспечение централизованного комплекса ПА

Ландман А.К., Петров А.М., Петров А.Э., Попов Г.П., Сакаев О.О.


Институт автоматизации энергетических систем, Сибирский НИИ Энергетики


Данный доклад обобщает результаты работы ЗАО «ИАЭС» по созданию и внедрению централизованных комплексов противоаварийного управления на базе микропроцессорных устройств в промышленном исполнении.

Работы в данном направлении были начаты в конце девяностых годов в составе Сибирского института «Энергосетьпроект». С начала 1998 года уже в рамках созданного Института автоматизации энергетических систем (ЗАО ИАЭС) практически одновременно велись разработки автоматики предотвращения нарушения устойчивости (АПНУ) в Таймырской энергосистеме и реконструкция устройства АДВ на ПС Итатская.

Прежде чем перейти к рассмотрению структуры комплекса технических средств, необходимо отметить, что некоторые принятые технические решения были обусловлены имеющимися на момент начала разработки:
  • номенклатурой технических средств, доступных на Российском рынке;
  • ограничениями на стоимость оборудования и сроки поставки;
  • проблемами в организации финансирования данных работ.

В основу разрабатываемых устройств были положены следующие принципы:
  • разделение управляющей и информационной подсистем, отличающихся требованиями надежности;
  • независимость функционирования управляющей подсистемы от информационной подсистемы;
  • модульности, развиваемости и масштабируемости обеспечиваемые использованием в качестве технических средств микропроцессорных устройств общего назначения в промышленном исполнении;
  • дублирования комплекса технических средств управляющей подсистемы;
  • само- и взаимодиагностики с автоматическим переходом резервного комплекта в режим «основной» при неисправности основного комплекта или выводе последнего из работы;
  • резервирования системы сбора данных.

Исходя из данных принципов, первоначально в качестве базовой платформы для управляющей подсистемы была выбрана платформа MicroPC фирма Octagon Systems. На базе данной платформы был собран макет, из двух устройств, включающий:
  • крейт на 8 слотов;
  • модуль центрального процессора 5025A (i486DLC/50);
  • модуль дискретного ввода-вывода 5600;
  • модуль аналогового ввода-вывода 5700;
  • плата и модули оптронной развязки;
  • модуль расширения интерфейсов 5558;
  • модуль сети Ethernet 5500;
  • флоппи и жесткий диски;
  • блок питания.

В процессе разработки программного обеспечения и эксплуатации макета показали свою значимость ограничения, присущие платформе MicroPC:
  • низкая скорость передачи информации по системной шине;
  • ограничения на количество аппаратных прерываний;
  • ограничения по быстродействию модуля центрального процессора.

Поэтому разработке промышленного варианта системы противоаварийного управления были рассмотрены альтернативные варианты, и принято решение об использовании комплекса технических средств на базе шины PCI фирмы Advantech.

Для сохранения наработок в части организации ввода-вывода были оставлены модули 5558, 5600, 5700.

На рисунке представлена структура УВК ПА, установленного на подстанции «Итатская 1150».




Рис. 1 Структура управляющего вычислительного комплекса.


Таким образом, УВК ПА состоит из двух идентичных комплектов микропроцессорных устройств управления включающих:
  • Отказоустойчивое шасси (IPC-615BP4R-25R) с резервированным источником питания и контролем уровней напряжений, температуры и отказов вентиляторов;
  • Пассивную объединительную плату (PCA-6114P4R (9 ISA, 4 PCI, 1 CPU слотов));
  • Процессорную плату (PCA-6178E) с интегрированным видеоадаптером и сетевым адаптером, с установленными процессором Pentium III 850 МГц и оперативной памятью с коррекцией ошибок объемом 64 Мбайта;
  • Твердотельный диск объемом 32 Мбайта;
  • Жесткий диск объемом 15 Гбайт;
  • Флоппи диск 3.5”;
  • Модуль ввода/вывода дискретных сигналов (5600-96 Digital I/O Card);
  • Два модуля ввода аналоговых сигналов (5700 13-bit Analog Card);
  • Модуль последовательных портов (5558 Serial I/O Card);
  • Сетевой модуль (3Com509B).

Для ввода-вывода дискретной информации предусмотрены модули гальванической развязки G5 (производства фирмы Grayhill), представляющие собой оптоизолирующие модули типа 70-IAC5A (входные), которые позволяют преобразовать входной сигнал величиной 220 В в сигнал постоянного напряжения 5 В, далее непосредственно вводимый в модуль 5600 и модули типа 70-ODC5А (выходные) для вывода сигналов управляющих воздействий.

Аналоговые сигналы вводятся в комплекс через специализированную плату коммутации аналоговых сигналов.

Для организации удаленного ввода-вывода информации могут быть использованы модули ADAM 4000 серии, подключаемые по интерфейсу RS-485 через плату 5558.

Предусмотрена организация ввода информации в комплекс от устройств телемеханики типа ТМ-800А и SMART-ЦППС. Для сопряжения блока ретрансляторов устройства ТМ-800А с блоком последовательного интерфейса УВК разработано специальное устройство преобразования параллельного интерфейса ЕИ1 в последовательный, совместимый с RS-232

Для обеспечения контроля и сопровождения комплекса предусмотрены клавиатура и монитор, подключаемые к обоим комплектам через переключатель консоли.

Питание комплекса осуществляется через два источника бесперебойного питания SU 1400RMINET фирмы APC.

Все оборудование УВК ПА установлено в шкаф высотой 42U 600x800 фирмы Schroff.

При разработке программного обеспечения (ПО) УВК ПА было принято решение использовать операционную систему реального времени QNX фирмы QSSL. Данная операционная система имеет хорошую масштабируемость, что позволяет использовать ее в качестве встраиваемой ОС, и развитые сетевые функции, обеспечивающие прозрачный доступ к ресурсам любого узла сети.

Программное обеспечение УВК ПА условно можно разделить на системное и технологическое. Под технологическим подразумевается ПО, обеспечивающее построение технологической цепочки:
  • ввод информации;
  • расчет воздействий;
  • контроль появления сигнала ПО;
  • выдача управляющих воздействий.

Системное ПО предназначено для организации функционирования УВК в целом. В разработанном комплексе системное ПО включает:
  • менеджер процессов;
  • систему управления базой данных (СУБД);
  • блок протоколирования (БП);
  • блок связи с рабочими станциями (блок связи с сетью, БСС).

Рассмотрим подробнее функции каждого из модулей.

Менеджер процессов предназначен для организации функционирования комплекса в целом так и повышения надежности его работы. В его функции входит:
  • организация запуска всех остальных процессов;
  • контроль состояния процессов;
  • перезапуск процессов в случае сбоев;
  • перезапуск комплекта в случае сбоев системных процессов;
  • организация взаимодиагностики со вторым комплектом.

Для контроля состояния процессов используются сторожевые таймеры. После запуска процесса менеджер процессов ставит ему в соответствие программный сторожевой таймер. В том случае, если процесс не обновит таймер вовремя, в зависимости от конфигурации процесса, менеджер может:
  • послать процессу сигнал;
  • перезапустить процесс;
  • перезагрузить устройство;
  • игнорировать данное событие.

Состояние самого менеджера процессов контролируется аппаратным сторожевым таймером, который выполняет перезагрузку устройства в том случае, если менеджер процессов не обновит таймер в течение заданного интервала времени.

Система управления базой данных предназначена для организации процесса работы с данными системных и технологических процессов. В функции базы данных входят:
  • загрузка файлов данных с флэш/жесткого диска в общую память;
  • предоставление по запросу процесса адреса массива данных в памяти;
  • контроль освобождения данных;
  • корректировка данных по запросу рабочей станции (в общей памяти и/или на диске);
  • инициация рассылки данных рабочим станциям после корректировки;
  • синхронизация данных между комплектами.

Данные в УВК хранятся в виде массивов структур, готовых для использования процессами. Для обеспечения совместного доступа к данным они загружаются в общую память. Блокировка данных реализована на уровне примитивов доступа к данным, при этом поддерживается возможность записи данных одним процессом, а чтения несколькими. Для предотвращения возможности возникновения постоянной блокировки данных одним из процессов, база данных отслеживает статус массивов данных и в случае обнаружения такой ситуации всем процессам посылается сигнал, по которому они должны завершить текущий цикл расчета и полностью освободить данные, и формируется сообщение персоналу.

Блок протоколирования предназначен для ведения протокола сообщений, посылаемых ему процессами УВК. Он обеспечивает:
  • прием сообщений от процессов и запись их в протокол в соответствии с заданным шаблоном;
  • протоколирование массивов данных по факту получения сообщений определенного типа;
  • дублирование сообщений в протокол другого комплекта;
  • формирование сообщений для передачи на рабочие станции;
  • возможность ведения нескольких файлов протоколов, отличающихся составом помещаемых в них сообщений;
  • контроль размера файла протокола;
  • контроль возраста файла протокола;
  • возможность выполнения различных операций над протоколом (очистка, копирование, перемещение).

Необходимо отметить, что протокол ведется в текстовом виде асинхронно на обоих комплектах устройства. При необходимости, сообщение с одного комплекта может дублироваться в протоколе другого комплекта. Состав и структура сообщений определены на стадии разработки ПО и имеют некоторую избыточность. Представление сообщения в протоколе определяется шаблоном, задаваемом в файле настройки блока протоколирования, и может оперативно настраиваться персоналом. Кроме непосредственно текста сообщения и данных, содержащихся в нем, для каждого сообщения может быть задан набор таблиц, который будет протоколироваться вместе с ним. Вид протоколируемых таблиц также определяется соответствующим шаблоном.

Блок связи с рабочими станциями обеспечивает возможность контролировать работу УВК ПА с рабочей станции. Для этого он обеспечивает:
  • установку и разрыв связи по запросу с рабочей станцией;
  • контроль соединения с рабочей станцией;
  • передачу сообщений на рабочие станции;
  • периодическую рассылку данных на рабочие станции;
  • проверку допустимости и установку режима корректировки данных в УВК;
  • получение данных от рабочей станции и пересылки их базе данных;
  • возможность сжатия данных перед их передачей.

Для установления соединения используется протокол TCP, что позволяет обеспечивать доступ к устройству по локальной вычислительной сети предприятия. Возможность корректировки данных ограничивается адресами рабочих станций, занесенными в таблицу настройки доступа к УВК, именем и паролем пользователя, имеющего соответствующие права.


Таким образом, разработанное системное математическое обеспечение позволяет организовать решение широкого круга технологических задач, обеспечивая общие подходы к:
  • запуску и диагностики работы технологических модулей;
  • организации доступа к данным и работе с ними;
  • протоколированию работы технологических модулей и устройства в целом;
  • организации доступа к УВК с рабочих станций для контроля и управления его работой.


В настоящее время на базе разработанного системного математического обеспечения централизованного комплекса ПА работают комплексы АПНУ Таймырской энергосистемы, установленный на Усть-Хантайской ГЭС, и УВК ПА Центральной и Западной части ОЭС Сибири, установленный на ПС «Итатская-1150». Кроме того, введен в работу макет Итатского комплекса в ОДУ Сибири.


ЛИТЕРАТУРА

  1. Разработка программного обеспечения устройства АДВ. Системообразующие блоки управляющей подсистемы. Инв. № 7491-16-т6-2. – ЗАО «ИАЭС», Новосибирск, 2000 г.
  2. Отчет по НИР: Разработка комплекса типовых технических средств и программного обеспечения для локальных и централизованных устройств противоаварийного управления. Этап I.Анализ характеристик существующих локальных и централизованных систем противоаварийного управления и алгоритмического обеспечения, номенклатуры микропроцессорных устройств общего назначения в индустриальном исполнении и перспектив их развития. – ОАО «СибНИИЭ», 2003.