ПТК Квинт

11.03.2021

ПТК Квинт — российский программно-технический комплекс (ПТК), предназначенный для управления непрерывными технологическими процессами на предприятиях тепловой и атомной энергетики.

Комплекс позволяет создавать полномасштабные информационно-управляющие системы управления технологическими процессами котельного оборудования, осуществлять регулирование частоты и мощности турбин электрогенераторов малой (до 80 МВт), средней (до 300 МВт) и большой мощности (до 1200 МВт), реализовывать защиты технологического оборудования, отображать и архивировать информацию о технологическом процессе в реальном масштабе времени, принимать от центрального диспетчерского управления (ЦДУ) управляющие воздействия в соответствии с потребностями Единой энергосистемы России.

Информационный масштаб комплекса практически не ограничен вследствие применения масштабируемой архитектуры системы управления. Средний информационный размер автоматизируемых систем (один типовой блок ТЭЦ) насчитывает тысячи дискретных и аналоговых датчиков, сотни исполнительных механизмов и сотни элементов защит.

Живучесть комплекса обеспечена возможностью аппаратного и проектного резервирования программируемых логических контроллеров (ПЛК), устройств связи с объектом (УСО), операторских станций верхнего уровня.

Связь с верхним уровнем ПТК (операторские станции, САПР, архивные станции и т. п.), а также со сторонними SCADA-системами осуществляется по протоколу OPC UA. Для взаимодействия со сторонними УСО и АСУТП могут использоваться информационные каналы ввода-вывода по шинам Profibus DP, Modbus.

Структура и состав ПТК

ПТК Квинт используется для построения АСУ ТП нескольких разновидностей:

  • АСУ ТП малого масштаба (вспомогательные службы, углеподача, и т. п.)
  • АСУ ТП среднего масштаба (энергетический котел, энергоблок, турбина и т. п.)
  • Крупная АСУ ТП в масштабах всего предприятия (электростанция)

Верхний уровень

  • Средства САПР
    • Объектно-ориентированный редактор состава объекта автоматизации. Позволяет описать объект автоматизации в виде набора типизированных объектов (задвижка, двигатель, датчик и т. п.). Позволяет создавать пользовательские типы объектов (например, горелка, котел, турбина и т. п.).
    • Среда проектирования и отладки технологических, расчетных и моделирующих программ. Позволяет создавать, загружать и отлаживать различные технологические программы на двух языках программирования, семейства IEC 61131-3 — FBD, ST.
    • Среда разработки и отладки операторских интерфейсов. Позволяет создавать анимированные мнемокадры участков автоматизируемого технологического процесса, на основании составленного набора объектов. Обладает встроенным объектно-ориентированным паскалеподобным языком программирования для решения нетипичных задач анимации.
    • Виртуальный ПЛК. Позволяет отлаживать технологические программы и операторский интерфейс без привлечения реальных контроллеров и расчетных серверов.
  • Станции реального времени
    • Операторская станция (HMI). Отображает оперативную информацию для операторов энергоблока на экранах мониторов или видеостене. Позволяет осуществлять оперативное ручное управление процессом. Поддерживает многократное резервирование в силу того, что любая операторская станция может работать с любым заранее подготовленным мнемокадром.
    • Станция единого времени. Фирменный или покупной сервер точного времени промышленного изготовления, работающий по протоколу NTP. Позволяет синхронизировать время между отдельными оперативными серверами на верхнем и нижнем уровнях системы управления. Резервирование достигается за счет того, что все оперативные сервера могут получать точное время от нескольких NTP-серверов.
    • Станция архивирования сигналов, ошибок, событий и действий персонала. Предназначена для архивирования всех сигналов, ошибок и событий, приходящих от других станций реального времени и контроллеров. Позволяет архивировать более 100 000 значений в секунду. Резервирование достигается за счет использования двух параллельно работающих архивных серверов. При выходе из строя одного из серверов все клиентские соединения автоматически переключаются на другой сервер.
    • Расчетная станция. Позволяет выполнять расчеты для внутренних нужд предприятия, например, расчет технико-экономических показателей (ТЭП). Если расчетная станция выполнена в виде промышленного компьютера, она может штатно резервироваться — один из серверов в рабочем режиме, другой — в горячем резерве. Переключение серверов происходит безударно.
    • Станция анализа архивной информации. Позволяет анализировать архивную информацию, накопленную за все время существования системы в составе конкретного объекта автоматизации.
  • Вспомогательные средства
    • Администрирование базы данных проекта. Служебное приложение, позволяющее описать пользователей системы, права их доступа, аппаратный состав АСУ ТП и т. п.
    • Сервер базы данных. Обеспечивает многопользовательскую работу с базой данных проекта, позволяет создавать проект автоматизации нескольким проектантам одновременно.
    • Станция экомониторинга. Предназначена для передачи информации о составе и количестве выбросов загрязняющих веществ на сервер сбора данных Единого информационно-вычислительного центра (ЕИВЦ).

Нижний уровень

  • Программируемые логические контроллеры — Ремиконты. Предназначены для непосредственного управления технологическим процессом. Поддерживают резервирование методом дублирования. Дублирование является «прозрачным» для разработчиков технологических программ (проектантов), и не требует специальных мер для своего обслуживание. Все функции, необходимые для дублирования и безударного переключения, берет на себя программное ядро контроллера.
  • Станция единого времени. Фирменная реализация сервера NTP, в промышленном исполнении. Позволяет принимать сигналы точного времени от GPS и ГЛОНАСС.
  • Шлюзы для связи с контроллерами старого поколения. Предназначены для связи с контроллерами Квинта старых поколений (200 и 300 серий). Оставлены в системе для возможности интеграции со старыми проектами автоматизации. Дублирование выполняется методом кластеризации шлюзов.

Коммуникационный уровень

  • Сетевой обмен между двумя уровнями ПТК, а также в пределах одного уровня. Физический уровень сети — Fast Ethernet или Гигабитный Ethernet. Протокол обмена — TCP/IP. Формат обмена — OPC UA. Дублирование физического уровня осуществляется одновременным использованием двух структурно одинаковых сетей, логически объединённых между собой при помощи LACP.
  • Информационный обмен с датчиками и исполнительными механизмами по полевым шинам. Физический уровень сети — RS-485 на скорости до 10 Мбит/с. Протоколы обмена: Modbus, Profibus DP, фирменный. Дублирование осуществляется за счет аппаратного резервирования сетей и коммуникационного оборудования (станций ввода-вывода).
  • Телемеханика для связи с ЦДУ ГОСТ Р МЭК 60870-5-101—2006.

Квинт 7. Современная разработка

В конце 2009 началась разработка седьмой версии ПТК Квинт, в которой полностью переработана аппаратная и программная составляющие ПЛК, а также в большой степени изменен САПР. Такое решение позволило получить универсальный контроллер общего назначения, способный:

  • поддерживать стандартные языки программирования (стандарт IEC 61131-3),
  • управлять технологическим процессом с минимальным временем реакции системы < 5 мс,
  • поддерживать многопоточное выполнение технологических программ, что позволяет совмещать задачи защит (требуют высокой скорости реакции — до 10 мс) и управления (время реакции до 100 мс),
  • решать расчетные задачи (как экономические сводки, так и оперативные расчеты, использующиеся в управлении технологическим процессом),
  • решать задачи моделирования автоматизируемых технологических процессов в реальном и виртуальном времени,
  • обеспечивать простую интеграцию с другими системами, за счет использования общераспространённых (де-факто) промышленных стандартов обмена — (Profibus DP, Modbus),
  • работать в составе сторонних SCADA-систем, за счет использования для связи с верхним уровнем стандартного протокола обмена OPC UA и поддержки расширения стандарта OPC UA Information Model for IEC 61131-3,
  • обеспечивать простоту интеграции УСО сторонних производителей,
  • обеспечивать прямую связь со станциями верхнего уровня через Fast Ethernet по протоколу TCP/IP с использованием LACP и формата OPC UA,
  • обеспечивать авторизованный доступ с верхнего уровня, для обеспечения безопасности управления процессом.

Весь нижний уровень разрабатывается «с нуля», меняется аппаратное и программное обеспечение контроллера и фирменных УСО. Полностью переписывается интегрированная система программирования, компиляции и отладки технологических, расчетных и моделирующих программ. Новый компилятор транслирует технологические программы в машинный код, который выполняется непосредственно центральным процессором контроллера. Одновременно полностью заменяется устаревшая СУБД, содержащая все данные о проекте автоматизации, на многопользовательскую СУБД фирменной разработки, основанную на Microsoft Extensible Storage Engine (англ.).

Верхний уровень Квинта седьмого поколения может работать с нижним уровнем четвёртого, пятого и шестого поколений. Однако новый САПР может программировать только контроллеры седьмого поколения. Для программирования контроллеров младших поколений используются старые средства САПР, так же входящие в состав Квинта 7.

История

Основные этапы развития