Цифровизация электростанции:
решение компании Эмерсон

Аксуская электростанция входит в состав АО «Евроазиатская Энергетическая Корпорация» (ЕЭК), группы ERG. С 2001 г., согласно стратегии корпорации о построении цифрового производства, на электростанции проводится масштабная реконструкция энергоблоков. Она направлена на повышение резерва мощности электрической станции, надежности и долговечности оборудования, улучшение производственных характеристик и экологических параметров. На текущий момент модернизация пяти из восьми блоков уже завершена. В результате установленная мощность станции составляет 2450 МВт, что составляет 17% всей вырабатываемой в Казахстане электроэнергии.

На Аксуской электростанции действует политика постоянных улучшений. В период 2001–2018 гг. проведены проекты по модернизации энергоблоков №1, №2, №3, №4 и №6. Сейчас осуществляется обновление энергоблока №5. Практически все из прошедших модернизацию энергоблоков работают под управлением цифрового программно-технического комплекса (ПТК) «Овация» компании Эмерсон, и более 70% КИПиА имеют встроенные функции самодиагностики. В 2017 г. на всех предприятиях «Евразийской Группы» стартовали проекты «Надежность» и «Диагностика». Данная инициатива дала толчок к построению системы диагностики и непрерывного мониторинга КИПиА на электростанции. В качестве такой системы был выбран пакет AMS Device Manager от компании Эмерсон.

AMS Device Manager [1] — программный комплекс, который обеспечивает контроль состояния интеллектуальных полевых устройств, комплексную автоматизацию функций технического обслуживания и учета средств измерения, упрощает процесс конфигурации, а также ускоряет ввод в эксплуатацию и проверку устройств с помощью шаблонов конфигурации устройств, инструментов массового ввода в эксплуатацию и встроенных отчетов.

AMS Device Manager предназначен для автоматизации задач, связанных с обслуживанием КИПиА на предприятии, и представляет собой совокупность программно-аппаратных средств для обмена информацией между верхним уровнем (автоматизированными рабочими местами инженеров КИПиА) и полевым уровнем (измерительными приборами, датчиками, позиционерами клапанов и другим интеллектуальным оборудованием). Интерфейс программного комплекса представлен на рис. 1.

Рис. 1. Интерфейс AMS Device Manager. Представление интеллектуальных приборов в иерархии предприятия (слева) и на физических интерфейсах системы «Овация» (справа)

Внедрение системы диагностики на электростанции было реализовано совместно силами инженеров Эмерсон и персонала электростанции во время ежегодного сервисного обслуживания АСУ ТП. Поскольку модули ввода-вывода ПТК «Овация» поддерживают цифровую передачу данных от интеллектуальных КИПиА по протоколу HART, а AMS Device Manager имеет встроенный интерфейс обмена данными с системой «Овация», инженерам не потребовалось использовать дополнительное коммуникационное оборудование и проектировать отдельную систему мультиплексирования. Для ввода системы в эксплуатацию необходимо было только включить цифровую передачу данных в системе «Овация» и настроить связь с программным комплексом AMS. В результате полно­ценная настройка комплекса диагностики интеллектуальных полевых устройств с учетом описанного функционала заняла четыре дня.

AMS Device Manager быстро формирует базу данных интеллектуальных КИПиА, поскольку приборы автоматически определяются на физических каналах ввода-вывода системы управления, а в приложение выводится готовая аппаратная структура подключения. Конфигурационные параметры каждого отдельного прибора сохраняются в базе данных после первого сканирования, которое выполняется по одному клику компьютерной мыши и последовательно проходит, прибор за прибором, без участия персонала.

Как именно будет применен основной функционал приложения — диагностика КИПиА, — зависит от используемых датчиков, так как именно производитель приборов определяет уровень диагностики, доступный для того или иного средства измерения, а программное обеспечение (ПО) лишь поднимает эту информацию на уровень оператора. Очевидно, применение пакета AMS Device Manager будет эффективно там, где КИПиА по большей части являются интеллектуальными и имеют встроенные функции самодиагностики и диагностики процесса.

При использовании ПО пользователи часто сталкиваются с тем, что могут не в полной мере понять диагностические сообщения, которые передает прибор, — при этом ситуация усугубляется, если сообщения выводятся на английском языке. Поэтому в рамках данного проекта компания Эмерсон оказала полную поддержку на этапе внедрения ПО и в процессе его эксплуатации. Был подготовлен пакет документации на полевые приборы производства Эмерсон, диагностические сообщения переведены на русский язык, формализованы рекомендации по устранению каждой неисправности, о которой может сигнализировать прибор. Пример такого документа представлен на рис. 2. Персонал станции за несколько минут самостоятельно интегрировал пакет документации непосредственно в систему AMS. Необходимая обслуживающему персоналу информация была консолидирована на станции инженера КИПиА и теперь доступна в контекстном меню прибора. В процессе эксплуатации заказчик может самостоятельно пополнять и адаптировать набор требуемых документов. Таким образом, система AMS Device Manager на Аксуской ТЭС зарекомендовала себя как гибкий и легко настраиваемый программный продукт.

Рис. 2. Таблица сигнализаций на прибор Rosemount 644, интегрированный в AMS Device Manager

После внедрения программного комплекса у персонала электростанции появилась возможность в любое время проверять соответствие актуальных параметров конфигурации, установленных в приборе, параметрам, сконфигурированным в модулях управления АСУ ТП, — таким как шкалы и единицы измерения. AMS Device Manager позволяет легко экспортировать данные приборов и проводить детальный анализ полученной информации в табличном виде, например в MS Excel.

Уже на начальном этапе внедрения программного комплекса руководство станции отметило общее повышение безопасности и эффективности проведения работ. За счет дистанционной настройки КИП в значительной мере снизилась необходимость выхода персонала в опасную зону. Это было основное преимущество, которое станция рассчитывала получить в результате внедрения. Кроме того, внедрение программного пакета AMS Device Manager должно существенно сократить время на локализацию и устранение неисправностей, периодически возникающих на измерительном оборудовании, снизить количество таких неисправностей за счет принятия корректирующих мер на ранних этапах их зарождения, повысить достоверность получаемых данных за счет контроля конфигурации приборов, условий их работы.

Для инженеров, работающих на электростанции, программное приложение стало в первую очередь инструментом, в котором консолидированы и структурированы все установленные приборы и конфигурационные параметры каждого из них. Это позволяет им быть уверенными в актуальности данных.

Внедрение AMS Device Manager не только помогло эффективно решать насущные задачи, но и предопределило комплекс действий по выявлению и устранению наиболее проблемных участков и узлов.

ТЭС — тип предприятий, где технологическое оборудование имеет определенную специфику. Такие факторы, как повышенная температура окружающей среды и высокая плотность электромагнитных помех, оказывают существенное влияние на установленные приборы. Электроника очень чувствительна к подобным перегрузкам, и это в первую очередь касается микропроцессоров интелектуальных средств измерения. Применение системы диагностики позволило руководству электростанции выявить подобные проблемные места и открыло возможности для повышения надежности эксплуатации предприятия, что в конечном счете приведет к стабильности производства и безопасности ведения технологического процесса.

Еще одно преимущество от внедрения программного комплекса диагностики и мониторинга — это возможность получать и обрабатывать диагностическую информацию интеллектуальных КИПиА. Например, теперь видны сигналы приборов о выходе за пределы температуры блока электроники, поскольку они посылаются в приложение AMS. Благодаря этой информации для части приборов на предприятии уже провели анализ и организовали ряд изменений в работе: приборы, у которых микропроцессорные преобразователи можно было отделить от сенсоров, постепенно переносятся в более комфортные условия, а на оставшихся, для защиты от воздействия высоких температур, планируется применить термокожухи.

Функция контроля диапазонов измерения, настроенных в приборе, оказалась очень актуальной. По тем приборам, у которых периодически превышаются диапазоны, датчик формирует сигнал насыщения, который отображается в AMS Device Manager. Интерфейс такого отображения представлен на рис. 3. АСУ ТП не фиксирует насыщение токового выхода 4–20 мА, и ранее сигнал застывал на своем предельном значении, т. е. был скрытым отказом, который даже опытный оператор не всегда может определить. Таким образом, на предприятии удалось выяснить, по каким позициям наблюдалось несоответствие настроенных параметров реалиям технологического процесса, что помогло привести в соответствие диапазоны как в приборе, так и в алгоритмах системы управления.

Рис. 3. Сигнал насыщения в приборе Rosemount 644

В свою очередь, функция контроля пределов сенсора позволила выявить неверно подобранные сенсоры для датчиков давления и температуры. Частое кратковременное передавливание мембраны со временем вызывает «раскалибровку» или, хоть и в редких случаях, может привести к ее разрушению. Для датчиков температуры аналогичным образом периодический перегрев сенсора температуры может в итоге привести к деградации термопары. Программное обеспечение AMS фиксирует любую сигнализацию прибора о превышении пределов и сообщает о неисправности. Пример неисправности сенсора представлен на рис. 4.

Рис. 4. Неисправность сенсора в приборе Rosemount 644

Контролируя показатели пределов сенсоров и диапазонов измерения, можно принять решение о применении приборов с расширенными пределами сенсора, что позволит продлить срок службы КИПиА и сократить издержки на ремонт и запасные части. Стоит отметить, что без использования AMS Device Manager персонал предприятия находился в неведении о данных инцидентах. Системный подход позволяет фиксировать подобные случаи и определенным образом их анализировать, используя статистику, накопленную в базе данных AMS Device Manager.

Заключение

Корпорация «ЕЭК» следует стратегии построения цифрового производства, планомерно внедряя улучшения на предприятии, чтобы шагнуть в эпоху четвертой промышленной революции. Использование интеллектуальных приборов и диагностики КИПиА на базе AMS Device Manager помогает увеличить надежность эксплуатации приборов за счет применения предиктивной диагностики, что ведет к повышению стабильности производства и безопасности ведения технологического процесса. В планах руководства электростанции — распространить опыт внедрения системы диагностики на все блоки и быть полезным примером для других промышленных предприятий Казахстана.

Цифровая трансформация — оптимальный путь по достижению предприятиями эффективности первого квартиля. Как его дорожную карту можно использовать цифровую экосистему PlantWeb (рис. 5) от компании Эмерсон [2]. AMS Device Manager в части управления активами является цифровой основой данной экосистемы.

Рис. 5. Основополагающие блоки цифровой экосистемы предприятия PlantWeb