Программные средства системы диагностирования;
Аппаратная часть системы диагностирования;
Аппаратные и программные элементы подсистемы сбора сигналов
АСУ ТП, участвующие в обеспечении работы системы диагностирования.
В состав программных средств системы диагностирования входят
диагностическая программа (программа определения неисправностей),
программа просмотра архива данных и программа просмотра сигналов в
реальном времени.
В состав аппаратной части системы диагностирования
(автоматизированного рабочего места - АРМ) входят вычислительные
модули, обеспечивающие получение из сети и обработку данных в
диагностической программе, программе просмотра архива данных и
программе просмотра сигналов в реальном времени.
Диагностическая программа функционирует на основе алгоритмов
поиска неисправностей гидроагрегата. Используется информация,
получаемая из подсистемы сбора параметров работы гидроагрегата ст.№2
(температур, расходов, давлений, вибраций, биения вала и пр.).
Программа диагностирования устанавливается на АРМ диагностики,
где также установлены программа просмотра станционного архива
параметров (долговременного, оперативного) и программа просмотра и
анализа временных сигналов (осциллограмм) вибрации, биения вала и диска
подпятника гидроагрегата.
Система автоматизированного управления гидроагрегатом №2
Угличской ГЭС (САУ ГА) представляет собой многоуровневую
иерархическую структуру сбора, обработки, передачи, хранения,
представления информации и принятия управляющих воздействий по
заложенным алгоритмам или по команде оперативного (обслуживающего)
персонала. Структурная схема системы приведена в приложении В.
35
В комплексе технических средств САУ ГА выделены следующие
иерархические уровни:
полевой уровень – находящиеся на объекте управления датчики
(измерительные преобразователи) и приводы исполнительных механизмов;
уровень контроллеров – автономные микропроцессорные
программируемые контроллеры;
сетевой уровень – каналы связи с использованием стандартных
протоколов;
верхний уровень – сервер системы с установленным ПО SCADA, с
подключенными АРМ.
Первый уровень (полевой уровень) включает находящиеся на объекте
управления датчики (измерительные преобразователи) и приводы
исполнительных механизмов.
Второй уровень включает:
резервированный контроллер SIMATIC S7-400Н;
5 станций распределенной периферии ET 200M;
программируемый контроллер SIMATIC S7- mEC;
панель оператора SIMATIC MP 277;
анализатор сети Sentron PAC3200;
устройство точной автоматической синхронизации «Спринт-М».
Третий уровень (сетевой уровень) включает каналы связи с
использованием стандартных протоколов и средства передачи
технологической информации:
управляемые коммутаторы SCALANCE X208;
модули серии SCALANCE X204-2;
модули защиты SCALANCE S 612;
модули Y-Link для подключения к S7-400H.
Четвертый уровень (верхний) включает:
36
инженерную станцию на базе промышленного ПК SIMATIC Rack PC
547B (Windows 10);
сервер WinCC на базе промышленного ПК SIMATIC Rack PC 547B
(Windows Server 2016);
LANTIME M300/GRC – сервер точного времени для NTP-сетей с
приемником ГЛОНАСС;
сервер диагностики на базе промышленного ПК SIMATIC Rack PC
647B (Windows Server 2016);
автоматизированные рабочие места (АРМ) на базе промышленных
ПК SIMATIC Rack PC 647B (Windows XP Professional);
консоль администрирования SMK 880/980-17PB.
Основными функциями сервера САУ ГА являются прием и обработка
информации от резервированного контроллера САУ ГА, архивирование
значений технологических параметров с последующим предоставлением
обработанной информации на АРМ.
АРМ 1 и АРМ 2 являются абсолютно идентичными в плане
отображения информации по САУ ГА. Основными функциями АРМ
являются получение текущих значений параметров технологического
процесса с сервера САУ ГА и их визуализация в виде мнемосхем,
предоставление возможностей управления и изменения настроек САУ ГА.
Для выполнения контроля технологического процесса на АРМ 1 и АРМ
2 автоматизированы следующие функции:
прием текущих значений всех собираемых параметров от САУ ГА;
отображение принятых текущих значений параметров на
мнемосхемах, в виде временных графиков (трендов) и таблиц;
формирование предупредительной и аварийной сигнализации в
случае выхода измеряемых параметров за пределы уставок в виде звуковой,
цветовой индикации (определенная цветовая гамма отображения параметра
на мнемосхеме), а также в виде сообщений с описанием события;
37
отображение результатов самодиагностики системы на отдельной
мнемосхеме;
отображение архивов, принятых от сервера САУ ГА значений
параметров (со временем хранения 1 месяц) с возможностью их просмотра;
вычисление расчетных параметров (средних, интегральных значений
и т.д.);
фильтрация поступающих на АРМ сообщений в соответствии с
выполненными настройками пользователя;
разграничение прав пользователей в соответствии с назначенным
уровнем доступа.
АРМ может применяться при выполнении следующих условий:
контроллер САУ ГА находится в рабочем состоянии;
сервер САУ ГА находится в рабочем состоянии;
нет нарушений в канале связи, по которому осуществляется передача
информации от сервера САУ ГА на АРМ;
нет нарушений в канале связи, по которому осуществляется передача
информации от контроллера САУ ГА и сервером подсистемы САУ ГА;
наличие необходимого уровня знаний и навыков эксплуатационного
персонала для работы на АРМ;
соблюдение условий эксплуатации рабочей станции АРМ;
соблюдение правил работы с программным обеспечением АРМ;
уровень аппаратной оснащенности соответствует системным
требованиям программного обеспечения АРМ.
Функционирование системы диагностирования обеспечивается во
взаимодействии с аппаратными и программными средствами АСУ ТП.
Структурная схема системы диагностирования приведена на рисунке 7.
38
Рисунок 7 – Структурная схема
Сбор и первичная обработка информации о текущих параметрах
гидроагрегата производится в контроллерах установленных в шкафу
контроллеров, откуда по оптической линии связи Ethernet поступает на
сервер диагностики. На сервере диагностики формируется архив текущих
параметров гидроагрегата, а также пакет данных для обработки в
диагностической программе.
На АРМ устанавливаются следующие программы:
Диагностическая программа;
39
Программа просмотра архива;
Программа просмотра сигналов.
Диагностическая программа обрабатывает пакет данных на сервере с
периодом 5 сек.
Программа просмотра архива обеспечивает возможность просмотра на
АРМ любых параметров и их комбинаций по запросу с АРМ.
Программа просмотра сигналов обеспечивает просмотр сигналов с
датчиков вибрации, биения, фазы ротора, воздушного зазора по запросу с
АРМ, при этом запрос предусматривает перевод режима сбора информации в
контроллерах из режима вычисления интегральных параметров (размаха,
гармоник, средних значений и пр.) в режим прямого сбора и передачи
сигналов с датчиков по сети на сервер диагностики и АРМ с которого
осуществляется запрос.
Для реализации алгоритмов поиска неисправностей гидроагрегата
Угличской ГЭС получены все необходимые диагностические параметры.
Часть измеряемых величин используется в алгоритмах поиска
неисправностей непосредственно в абсолютных величинах. Они
сравниваются с заданными предельными значениями и являются
параметрами диагностирования. К ним относятся уровни масла в ванне
подпятника, в котле и баке МНУ, уровень воды на крышке турбины,
давление в напорной камере турбинного подшипника, расход воды на смазку
турбинного подшипника, температура масла в ванне подпятника и др.
Другая часть измеряемых величин предварительно обрабатывается для
получения параметра диагностирования и сравнения его с заданными
предельными значениями. К таким параметрам относятся:
средняя температура сегментов подпятника (вычисляемая по
измерениям температуры всех сегментов);
разброс температуры сегментов подпятника;
40
средняя температура сегментов генераторного подшипника и разброс
их температуры;
отношение времени работы маслонасоса МНУ к времени его
стоянки;
размах вибрации и биения, гармоники вертикальной вибрации
(получаемые путем гармонического анализа) и др.
Сигналы, обрабатываемые подсистемой сбора сигналов, проходят
проверку на достоверность, недостоверные сигналы из расчетов
исключаются.
2.2 Описание функций, реализуемых системой
Наименование функций, реализуемых на оборудовании САУ ГА:
сбор данных о контролируемых параметрах и вычисление
физических значений измеряемых величин;
визуализацию данных на операторской панели в виде таблиц,
диаграмм и графиков;
операторской панели и оперативных автоматизированных рабочих
местах;
самодиагностику;
подготовку параметров для диагностирования состояния
гидроагрегата, включая параметры вибрации и биения;
анализ данных для выявления условий выработки управляющих
воздействий, срабатывания гидромеханических защит и перевода
гидроагрегата в соответствующий режим;
управление гидроагрегатом в переходных режимах при выполнении
операций по пуску, нормальному и аварийному остановам, переводу из
одного режима в другой;
поддержание заданных значений частоты и активной мощности;
41
управление вспомогательным оборудованием во всех режимах
работы гидроагрегата;
Основными функциями сервера САУ ГА являются прием и обработка
информации от резервированного контроллера САУ ГА, архивирование
значений технологических параметров с последующим предоставлением
обработанной информации на АРМ.
АРМ 1 и АРМ 2 являются абсолютно идентичными в плане
отображения информации по САУ ГА. Основными функциями АРМ
являются получение текущих значений параметров технологического
процесса с сервера САУ ГА и их визуализация в виде мнемосхем,
предоставление возможностей управления и изменения настроек САУ ГА.
Для выполнения контроля технологического процесса на АРМ 1 и АРМ
2 автоматизированы следующие функции:
прием текущих значений всех собираемых параметров от САУ ГА;
отображение принятых текущих значений параметров на
мнемосхемах, в виде временных графиков (трендов) и таблиц;
формирование предупредительной и аварийной сигнализации в
случае выхода измеряемых параметров за пределы уставок в виде звуковой,
цветовой индикации (определенная цветовая гамма отображения параметра
на мнемосхеме), а также в виде сообщений с описанием события;
отображение результатов самодиагностики системы на отдельной
мнемосхеме;
отображение архивов, принятых от сервера САУ ГА значений
параметров (со временем хранения 1 месяц) с возможностью их просмотра;
вычисление расчетных параметров (средних, интегральных значений
и т.д.);
фильтрация поступающих на АРМ сообщений в соответствии с
выполненными настройками пользователя;
42
разграничение прав пользователей в соответствии с назначенным
уровнем доступа.
АРМ может применяться при выполнении следующих условий:
контроллер САУ ГА находится в рабочем состоянии;
сервер САУ ГА находится в рабочем состоянии;
нет нарушений в канале связи, по которому осуществляется передача
информации от сервера САУ ГА на АРМ;
нет нарушений в канале связи, по которому осуществляется передача
информации от контроллера САУ ГА и сервером подсистемы САУ ГА;
наличие необходимого уровня знаний и навыков эксплуатационного
персонала для работы на АРМ;
соблюдение условий эксплуатации рабочей станции АРМ;
соблюдение правил работы с программным обеспечением АРМ;
уровень аппаратной оснащенности соответствует системным
требованиям программного обеспечения АРМ;
на АРМ и сервер подсистемы САУ ГА установлено программное
обеспечение, перечисленное в предыдущем разделе.
На основе обследования и изучения опыта эксплуатации агрегатов ряда
ГЭС определены основные неисправности агрегатов и их признаки. Это
позволило составить причинно-следственные алгоритмы определения
начинающихся неисправностей гидроагрегата.
Ниже приведены алгоритмы поиска неисправностей агрегата
Угличской ГЭС. Алгоритмы составлены с учётом проектной и
конструкторской документации по реконструкции агрегата Угличской ГЭС и
с учётом опыта эксплуатации агрегатов до их реконструкции. В случае
изменения конструкции агрегата алгоритмы могут быть изменены.
Частные алгоритмы поиска неисправностей отдельных узлов
гидроагрегата объединены в три основных алгоритма: алгоритм поиска
неисправностей гидрогенератора, алгоритм поиска неисправностей
43
гидротурбины и алгоритм поиска неисправностей МНУ и системы
регулирования. Принцип работы алгоритмов заключается в сравнении
текущих значений диагностических параметров с их предельными
значениями (уставками), при достижении которых начинается процесс
диагностирования.
2.2.1 Алгоритм поиска неисправностей гидрогенератора
В приложении А, на рисунках А1 и А1 представлен алгоритм поиска
неисправностей генератора. Алгоритм позволяет определить следующие
неисправности (их номера соответствуют номерам неисправностей на
рисунке А1):
1 Утечка масла из ванны подпятника.
2 Утечка масла из ванны направляющего подшипника генератора.
3 Попадание воды в маслованну подпятника.
4 Попадание воды в маслованну направляющего подшипника
генератора.
5 Ухудшение охлаждения масла в ванне подпятника.
6 Ухудшение охлаждения масла в ванне генераторного подшипника.
7 Ухудшение состояния зеркальной поверхности диска подпятника или
(и) поверхностей трения сегментов.
8 Ухудшение состояния поверхности втулки генераторного
подшипника или (и) поверхностей трения сегментов.
9 Повреждение рабочей поверхности одного или части сегментов.
10 Разрегулировка нагрузки на сегменты подпятника.
11 Разрушение опорного элемента (тарельчатой опоры) одного или
нескольких сегментов подпятника.
12 Отставание баббита от основания на части сегментов генераторного
подшипника (при баббитовом покрытии рабочих поверхностей сегментов).
44