РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ВЫБОРУ И ПРИМЕНЕНИЮ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ТЕЛЕМЕХАНИКИ
 С ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКОЙ ПРИ МОДЕРНИЗАЦИИ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

РАЗРАБОТАНО Открытым акционерным обществом "Фирма по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей ОРГРЭС"

Исполнитель B.C.Шилов

УТВЕРЖДЕНО АО "Фирма ОРГРЭС" 21.12.98

Заместитель генерального директора Б.И.Механошин

В работе даны рекомендации предприятиям энергетических систем по выработке концепции модернизации телемеханического оборудования и проведению маркетинга современных средств телемеханики на рынке электронной техники.

Изложенные в Рекомендациях материалы позволяют осуществить осознанный выбор приобретаемой продукции в соответствии с намеченной концепцией модернизации.

1. ВВЕДЕНИЕ

В процессе эксплуатации телемеханических устройств их технические характеристики изменяются, приближаясь к предельно допустимым значениям. Одновременно исчерпываются информационные ресурсы устройств, что ограничивает дальнейшее наращивание объемов обрабатываемой информации, необходимое при развитии энергосистем.

Параллельно средствам телемеханики на энергетических объектах создаются и развиваются локальные автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Обе структуры располагают собственными базами данных, во многом повторяющими одна другую, но находящимися в полной изоляции. Предоставляющиеся возможности, связанные с увеличением "живучести" структур за счет взаимного использования информации, остаются нереализованными.

Техническая эволюция средств технологического контроля (под контролем понимается не только сбор и обработка информации, но и реализация выработанных на ее основе управляющих воздействий на технологические процессы) обусловила переход от устройств телемеханики с "жесткой логикой" (Hard) к обладающим известными преимуществами устройствам с программируемой логикой (Soft).

В настоящее время в эксплуатации находятся как программируемые устройства (в основном это центральные приемо-передающие станции - ЦППС и/или современные комплексы телемеханики), так и устройства с жесткой логикой (в основном это передающие аппараты контролируемых пунктов - КП).

Ресурсы основной части находящихся в эксплуатации средств телемеханики (особенно это относится к средним и частично к верхним ступеням иерархической структуры диспетчерского и технологического управления) к настоящему времени практически полностью исчерпаны. Задача дальнейшего развития связана с необходимостью существенной модернизации имеющихся средств телемеханики.

Решение вопроса о необходимости замены устройств регламентируется "Руководящими указаниями по критериям оценки технического состояния аппаратуры телемеханики энергосистем с целью определения необходимости ее замены или реконструкции: РД 34.48.511-96" (М.: СПО ОРГРЭС, 1997).

На следующем этапе возникает проблема выбора концепции модернизации и необходимых программно-аппаратных средств.

Модернизация должна сопровождаться улучшением характеристик средств телемеханики:

увеличением информационной емкости;

расширением функциональных возможностей;

повышением достоверности и точности передаваемой информации;

повышением надежности;

снижением потребляемой мощности (при этом упрощается проблема вентиляции);

улучшением механических показателей;

расширением рабочего температурного диапазона;

улучшением эксплуатационных характеристик (безотказности, ремонтопригодности, готовности).

На рынке современного электронного оборудования представлен широкий ассортимент отечественных и импортируемых изделий. Наплыв аппаратуры вызван появлением в экономической структуре государства элементов рыночных отношений, сопровождающихся выходом на рынок отечественных конверсионных оборонных предприятий и иностранных (в основном западноевропейских) фирм.

Умение ориентироваться в предлагаемой рынком продукции - необходимое условие успешной модернизации. Серьезные затруднения у покупателей при выборе аппаратуры вызывает отсутствие унифицированных сравнительных характеристик и четкой концепции модернизации.

В настоящих Рекомендациях рассмотрена основная группа средств телемеханики, предлагаемых рынком, разработаны и приведены унифицированные сравнительные характеристики по рассматриваемым средствам и предложена концепция модернизации средств телемеханики энергетических объектов.

Сведения по данной работе формировались и проверялись на различных отраслевых совещаниях и семинарах, участниками которых были ведущие специалисты фирм-разработчиков и представители различных энергосистем, на специализированных совещаниях и семинарах, регулярно проводимых ЦДУ ЕЭС России.

При выработке рекомендаций учтен опыт разработки, производства и внедрения программируемых телемеханических комплексов, технические характеристики применяемой элементной базы и электронных компонентов ведущих мировых лидеров с учетом предлагаемых ими эффективных решений.

В ходе изложения даются основные понятия, относящиеся к современным открытым системам:

локальным промышленным сетям;

инструментальным средствам программирования;

исполнительным программным продуктам;

операционной системе реального времени.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Формирование представления о современном рынке электронной продукции следует начать с исторической справки.

В начальный период формирования коммерческих отношений рынок электроники испытывал некоторый вакуум товарной продукции, так как в производстве традиционной гражданской телемеханики в это время наблюдался спад, а оборонные заводы выжидали и не торопились с конверсией.

На рынке начали появляться относительно дорогие электронные средства иностранных фирм (в основном это были персональные компьютеры). Спустя некоторое время к освоению рынка приступили отечественные конверсионные предприятия. Складывались условия конкуренции.

Отечественная гражданская продукция наиболее полно отвечала технологии энергетики, что было ее неоспоримым преимуществом, но серьезно уступала в качестве аппаратных средств и особенно в программном обеспечении. Продукция конверсионных заводов, напротив, плохо учитывала специфику энергетической технологии, но имела лучшую программно-аппаратную базу.

Процесс перехода от Hard к Soft в гражданской и оборонной промышленности проходил по-разному.

2.1. Программно-аппаратные средства отечественных гражданских производителей

Отечественная и зарубежная телемеханика стартовали примерно в одинаковых условиях. В то время в телемеханике обеих сторон применялись системы интенсивности (частота, амплитуда, длительность элементов, число импульсов сообщений). Цифровые коды как форма сообщений (импульсно-кодовые системы) появились несколько позже.

Обстоятельства развития сторон различались. Существенные различия имеются, например, в протяженности и качестве каналов связи. Европа может работать в стандартных протоколах обмена информацией между контролируемыми и диспетчерским пунктами. Для России каналы связи из-за большой протяженности всегда были самым "узким" местом в процессе передачи информации, поэтому приходилось применять специфичные телемеханические структуры сигналов в протоколах обмена информацией, сохраняя минимальную необходимую избыточность (для экономии времени передачи) и используя помехозащищенное кодирование (для обеспечения требуемой достоверности информации в условиях значительных помех в каналах связи).

В вопросах разработки и практического использования телемеханических протоколов и концепции передачи телеинформации мы имели некоторое преимущество перед Западом.

Заметное расхождение началось с отставания в развитии элементной базы и средств вычислительной техники. Отечественные разработчики были вынуждены приспосабливаться к имеющейся в распоряжении элементной базе, испытывая всевозможные ограничения при реализации технических решений.

Зарубежные разработчики без особого напряжения, не стремясь проектировать чего-либо специального телемеханического, использовали очередные наработки из вычислительной техники. Именно в вычислительной технике были сосредоточены наибольшие и наилучшие силы разработчиков.

Опережение в развитии направления определили Запад в качестве "законодателя мод", хотя совсем не все в продукции Запада идеально. Многие программные продукты не отличаются законченностью ("сырые"), но объемы разработок таковы, что не остается никакой возможности что-либо изменять. Приходится пользоваться тем, что общепринято и доступно.

Известно, например, что азбука Морзе оптимальна для английского языка (в английском языке чаще других встречается буква "е", и этой букве в азбуке Морзе соответствует самая короткая посылка - одна точка) и совсем не оптимальна для русского (в русском языке наиболее употребительны другие буквы), но с этим приходится мириться.

Подобное просматривается и в современных программных продуктах.

Разработка и последующий выпуск гражданских средств телемеханики проходил в условиях существенных ограничений как в выборе элементной базы (директивная ориентация на собственную продукцию), так и в программировании (недоступность программных продуктов открытых общеевропейских и мировых систем).

Например, любой из протоколов обмена информацией устройств телемеханики (каким бы сложным он ни оказался у конкретного устройства) необходимо было разместить  (вплоть до исключения отдельных функций) в 2 Кбайтах памяти, так как именно таким объемом памяти обладала единственно доступная в то время микросхема постоянной памяти (типа К573 РФ2).

В таких обстоятельствах не представлялось возможным применение каких-либо иных средств программирования, кроме трудоемкого программирования в Ассемблере или в машинных кодах.

Разрабатываемые в то время различными гражданскими организациями контроллеры с программируемой логикой из-за вышеизложенных обстоятельств проектировались, что называется, по минимуму, т.е. они успешно выполняли предназначенные им на сегодняшний день функции, но в процессе эксплуатации их возможности быстро исчерпывались и с особой остротой проявлялись их недостатки:

ограничения по требуемым объемам памяти для новых прикладных пользовательских задач;

недостаточное быстродействие в условиях возрастающих объемов информации (известны случаи, когда совершенно исправное устройство уже не успевало справляться даже с декларированным полным объемом информации, что приводило к сбоям в его работе);

неспособность к развитию (физическое отсутствие мест для установки новых модулей ввода/вывода и принципиальная невозможность их организации);

затруднения или полная невозможность интегрироваться с создаваемыми параллельно другими информационными структурами;

уникальность технических и программных решений, а отсюда прямая зависимость заказчика от конкретного разработчика (или группы).

Тем не менее разработка и внедрение гражданских отечественных средств телемеханики обеспечили требуемую управляемость технологическими процессами энергетики в течение длительного времени, при этом следует отметить сравнительную дешевизну отечественной телемеханики.

В последнее время кризисные явления развития стали ощущаться острее, так как с налаживанием рыночных отношений значительно возросла потребность в расширении объемов информации, что вызвано необходимостью более детального учета производства, распределения и потребления тепловой и электрической энергии. Одновременно возрос интерес к прикладным программам по дополнительной обработке поступающей информации. Однако реализация новых проектов всякий раз оказывалась в тупике из-за ограничений со стороны программно-аппаратных средств. Возросшие количественные требования вынуждали к качественным изменениям.

Поставленная задача имеет выраженный экономический характер. Решение ее позволяет в кратчайшие сроки получить неоспоримые преимущества (особенно пионерам начинания), поэтому для ее успешного воплощения следует создать режим наибольшего благоприятствования в вопросах финансирования проектирования.

2.2. Программно-аппаратные средства отечественных производителей
 (конверсионных предприятий)

В выигрышном положении оказались отечественные разработчики конверсионных предприятий, которые уже имели опыт работы с продуктами открытых систем. Они определенное время как бы "варились в среде" и в готовом виде предстали на рынке программируемых средств телемеханики России.

На рынке электронного оборудования появился широкий ассортимент изделий, изготовленных конверсионными оборонными предприятиями. В большинстве случаев это высококлассная продукция с хорошими показателями надежности и условий эксплуатации. Предлагаемые контроллеры с программируемой логикой можно разделить на две группы:

контроллеры, спроектированные в закрытых системах (состоящие из специфичных технических и программных элементов);

контроллеры, спроектированные в среде открытых систем (использующие широко распространенные инструментальные и исполнительные программные продукты, выполненные в принятых международных стандартах).

2.2.1. Программно-аппаратные средства закрытых систем

Эта группа контроллеров конверсионных предприятий существенно выигрывает в сравнении с гражданскими по:

техническому исполнению;

используемой элементной базе;

надежности;

эксплуатационным характеристикам;

компоновке;

экономичности.

Однако остаются все негативные признаки, принципиально свойственные контроллерам закрытых систем:

наступает жесткое ограничение дальнейшего развития (не проявляющееся вначале), связанное с исчерпанием ресурса процессора и особенно предоставленных объемов памяти;

наступают конструктивные ограничения развития (например, отсутствие свободных мест для установки дополнительных модулей или блоков и отсутствие возможности их организации);

отсутствует возможность интегрирования с другими информационными системами, в том числе работы в информационных сетях;

как правило, изделие изготавливается одним-единственным предприятием-изготовителем по собственной документации (закрытая технология), следовательно, заказчик оказывается в зависимости иногда не только от предприятия-изготовителя, но часто и от конкретного разработчика на этом предприятии.

Для устранения указанных недостатков необходимо перейти в среду открытых систем. Неизбежность этого шага отчетливо видна на примере западноевропейских фирм.