Вопросы профессионального развития персонала - электронный научный журнал
Разработка автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов — Вопросы профессионального развития персонала

Разработка автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов

Тип статьи:
Авторская

Абзальдинова Е.В. старший преподаватель кафедры АССОИ казанского национального исследовательского технологического университета, Горчакова Е.Ю, бакалавр, магистрант ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

В последние годы кардинально изменился подход к организации энергоучета в промышленности и других энергоемких отраслях (транспорт и жилищно-коммунальное хозяйство). Это обусловлено высокой стоимостью энергоресурсов. Потребители и поставщики энергоресурсов осознают, что расчет по устаревшим и неточным приборам недопустим, поэтому внедряется расчет согласно показаниям высокоточных современных приборов учета. Очевидным становится тот факт, что способом экономии (эффективного использования) ресурсов и снижения финансовых потерь является точный контроль и учет. В настоящее время торговля энергоресурсами основана на использовании автоматизированного приборного энергоучета с минимальным участием человека, обеспечивающего достоверный, точный, оперативный и гибкий, адаптируемый к различным тарифным системам учет. С этой целью на объектах создаются автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов — АСКУЭ. При наличии современной АСКУЭ промышленное предприятие полностью контролирует весь свой процесс энергопотребления и имеет возможность по согласованию с поставщиками энергоресурсов гибко переходить к разным тарифным системам, минимизируя свои энергозатраты. Современный контроль и учет способен снизить энергопотребление на белее чем 30%. На многих предприятиях уже функционируют современные АСКУЭ. Важным компонентом рынка электроэнергии является его инструментальное обеспечение-совокупность систем, приборов, устройств, каналов связи, алгоритмов для контроля и управления параметрами энергопотребления. На базе автоматизированных систем контроля и учета потребления электроэнергии формируется и развивается инструментальное обеспечение.

Рассмотрим более подробно функционирование объекта автоматизации-трансформаторной подстанции. Подстанции предназначены для понижения высокого напряжения с помощью трансформатора. Они применяются для электроснабжения промышленных и бытовых потребителей. Подстанция оборудована контрольно-измерительной аппаратурой (указатели напряжения, приборы для измерения напряжения и тока) и приборами учета электроэнергии. Измерение параметров электричества на трансформаторной подстанции осуществляется трехфазным счетчиком.
Целью разработки является создание автоматизированной системы контроля за основными параметрами на КТП с применением современного оборудования, отвечающего современным требованиям надёжности и безотказности. Впоследствии базовая система будет дополняться новыми модификациями, будет расширяться элементная база. Автоматизированная система осуществляет контроль основных параметров на участке: электрическая энергия, электрическая мощность, напряжение. Связь между КТП и ПК осуществить по линиям электропередач.
По средствам передачи диспетчерской информации осуществляется контроль надо системой. В современных системах передача диспетчерской информации осуществляется по проводам ЛЭП, что позволяет передавать как голосовую информацию, так и данные телеметрии и телеуправления. Такая передача позволяет организовать гибкое управление энергосистемой.
Передачу сигнала по линии связи могут затруднять негативные внешние факторы, которые вызывают также затухание сигнала. С целью предотвращения затухание сигнала при передаче по бытовой линии связи, в технологии PowerLine осуществляется постоянный мониторинг канала передачи сигнала с целью выявления участка спектра с превышением определенного порогового значения затухания.
Связь между блоками автоматизации осуществляется по технологии PLC.
PLC — технологии на сегодняшний день имеет широкое применение. Она используется при подключении к сети Интернет, что является очень выгодным, так как использование традиционных проводов обходится в 4 и более раз дороже, чем PLC. Также PLC-технологии используются для создания локальной сети в небольших офисах (до 10 компьютеров), где основными требованиями к сети являются простота реализации, мобильность устройств и легкая расширяемость. Еще одним применением PLC-технологии является реализация идеи «умного дома», где вся бытовая электроника связана в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления.
Явными преимуществами PLC-технологии являются простота использования, возможность транспортировки PLC-сети, быстрая и удобная установка сети. Недостатками применения PLC-технологии являются деление пропускной способности сети между всеми ее участками, необходимость применения совместимых сетевых фильтров (в отдельных случаях), негативное влияние на скорость и качество связи исполнения и качества проводки, типа и мощности бытовых электроприборов.
Объект автоматизации — динамическая система, следовательно, необходим контроль в режиме реального времени. SCADA – гибкая система управления.
SCADA — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA может являться частью АСУ ТП, АСКУЭ. SCADA-система имеет широкий набор функций. Она осуществляет обмен данными с «устройствами связи с объектом» в реальном времени через драйверы, обработку информации, логическое управление, отображение информации на экране монитора, ведение базы данных, аварийную сигнализацию, подготовку отчетов, осуществляет сетевое взаимодействие между «SCADA» и ПК, обеспечивает связь с внешними приложениями. SCADA-системы позволяют разрабатывать АСУ ТП в клиент-серверной или в распределённой архитектуре.
Наиболее популярной в России SCADA-системой является TRACE MODE. TRACE MODE предназначен для разработки программного обеспечения АСУТП, систем телемеханики, автоматизации зданий, систем учёта электроэнергии (АСКУЭ, АИИС КУЭ), воды, газа, тепла, а также для обеспечения их функционирования в реальном времени. TRACE MODE также обладает функциями для программирования промышленных контроллеров.
TRACE MODE состоит из инструментальной системы и из набора исполнительных модулей. С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени на рабочем месте диспетчера или оператора. TRACE MODE содержит библиотеку бесплатных драйверов к более чем 2400 промышленным контроллерам (ПЛК), платам ввода/вывода и счетчикам электроэнергии и ресурсов. Эти драйверы доступны также и в бесплатной, базовой версии TRACE MODE. В TRACE MODE поддерживаются стандартные протоколы. Базовая версия содержит графическое отображение данных на мнемосхемах операторских подстанций. Также осуществляется бесплатная техническая поддержка всех версий программы. В качестве дополнительных функций в TRACE MODE предусмотрено архивирование данных, документирование, возможность управления технологическим процессов через Интернет, возможность передачи данных с операторской станции на GSM телефон, резервирование. Более того, TRACE MODE не уступает по функциональности зарубежным системам, которые значительно дороже TRACE MODE. Базовая версия TRACE MODE 6 распространяется бесплатно. TraceModeV6 осуществляет заявленную функциональность в полной мере. Программа имеет гибкую систему лицензирования, использует единый инструментарий для разработки.
TRACE MODE является первой SCADA-системой, объединившей функции программирования контроллеров и разработки операторского интерфейса в рамках единого проекта. Это позволяет создавать крупные распределенные АСУТП с единой базой данных проекта, легко масштабировать и настраивать системы.
В системах автоматизации используются современные счетчики. Рассмотрим их базовые функции: измерение, учёт, хранение, вывод на ЖКИ и передачу по интерфейсам активной и реактивной электроэнергии раздельно по каждому тарифу и сумму по всем тарифам. Тарификатор счётчика обеспечивает возможность учёта по 4 тарифам в 16 временных зонах суток для 4-х типов дней. Каждый месяц года программируется по индивидуальному тарифному расписанию.
Проведем анализ счетчиков, предназначенных для учета активной и реактивной электрической энергии и мощности в одном или двух направлении в трехфазных 3-х и 4-х проводных сетях переменного тока частотой 50 Гц, таких как «Меркурий 230» и СЕ303-R33.
Трехфазный счетчик СЕ303-R33
Счетчик является трехфазным, универсальным трансформаторного или непосредственного включения, предназначен для измерения активной и реактивной электрической энергии, мощности, частоты напряжения, коэффициентов активной и реактивной мощностей, значения напряжения, силы тока. Счетчик имеет возможность организации многотарифного учета электроэнергии с передачей накопленной информации через оптопорт и цифровой интерфейс RS485. Счетчик обеспечивает учет и вывод на индикацию: количества потребленной и отпущенной активной и реактивной энергии раздельно и нарастающим итогом суммарно по четырем тарифам на конец месяца и за 12 предыдущих месяцев и за другие контрольные интервалы времени. Также показывает действующий тариф и направления электроэнергии (отпуск, потребление). Учитывается текущее время и дата, разные сезоны, лимит по потреблению и мощности. Счетчик обеспечивает долгосрочное хранение данных даже при отключении питания, индикацию данных на ЖК-индикаторе, управление нагрузкой с использованием УЗО, сигнализацию отклонения от лимитов по мощности и потреблению, контроль превышения лимита для выдачи счетчиком команды на срабатывание внешнего реле сигнализации, защиту от внешних воздействий, защиту памяти данных и памяти программ. Особенностями счетчика является наличие оптического интерфейса, наличие реле сигнализации переменного тока, малое собственное энергопотребление, сигнализация об отклонении от лимитов по мощности и потреблению, защита памяти данных и памяти программ от несанкционированных изменений (пароль счетчика, аппаратная блокировка), устойчивость к внешним воздействиям.
Трехфазный счетчик «Меркурий 230»
Эксплуатируются автономно или в составе любых информационно-измерительных систем технического и коммерческого учёта.
Базовые функции (все модификации):
Измерение, учёт, хранение, вывод на ЖКИ и передачу по интерфейсам активной и реактивной электроэнергии раздельно по каждому тарифу и сумму по всем тарифам за различные периоды времени: Тарификатор счётчика обеспечивает возможность учёта по 4 тарифам в 16 временных зонах суток для 4-х типов дней. Каждый месяц года программируется по индивидуальному тарифному расписанию. Счетчик осуществляет измерение мгновенных значений активной, реактивной и полной мощности. Различные модификации датчика позволяют осуществлять учет активной и реактивной энергии, хранение архива значений средней мощности активной и реактивной энергии. Также имеется журнал событий, контроль показаний качества электроэнергии.
Счётчики отображают на ЖК-индикаторе: значение потреблённой активной и реактивной электрической энергии по каждому тарифу (до четырёх) и сумму по всем тарифам с нарастающим итогом, утренний и вечерний максимумы активной и реактивной мощности в текущем и 3-х предыдущих месяцах, текущее время и дату, пиктограмма уровня сигнала модема PLC.
Счетчик оснащается 8-разрядным ЖК дисплеем, на который выводится содержимое регистров учета потребленной энергии и сопутствующая информация.
На дисплее имеются специальные маркеры, которые отображают вид индицируемой энергии.
Кроме автоматического режима предусмотрен ручной режим индикации.
Количество индицируемых тарифных зон программируется раздельно для автоматического и ручного режимов индикации потребленной энергии в зависимости от варианта исполнения счетчика. Интерфейс счетчика служит средством доступа извне к внутренним переменным и параметрам счетчика и используется для проведения операций регулировки, поверки и эксплуатации счетчика. В процессе эксплуатации он служит средством дистанционного считывания показаний группы счетчиков, объединенных в локальную сеть. С целью обеспечения связи с отладочным компьютером и последующего объединения счетчиков в локальную сеть на месте эксплуатации, счетчик оснащен интерфейсом типа «CAN» или RS-485.
Для обеспечения защиты от несанкционированного доступа к параметрам и установкам счетчика, имеется трехуровневая система доступа.
Преобразователь интерфейсов «Меркурий 221»
«Меркурий 221» представляет собой преобразователь интерфейса USB в CAN/RS-232/RS485, и предназначен для подключения к персональному компьютеру одного или нескольких электросчетчиков “Меркурий ”со встроенными интерфейсами CAN/RS-485. Преобразователь позволяет подключать до 10 счетчиков, обеспечивает высокую скорость передачи данных. Рабочий диапазон температуры от 0 до 50 °С.

Распиновка выводов преобразователя «Меркурий 221»
Для подключения к ПК преобразователь интерфейсов оснащен интерфейсом USB.
Сам преобразователь может выступать источником питания для интерфейса счетчиков, которые этого питания требуют. Внешнее питание интерфейса требуется лишь для некоторых моделей счетчиков (однофазных счетчиков Меркурий 200), остальные модели счетчиков, оснащенные последовательным интерфейсом CAN или RS-485, имеют встроенный источник питания и дополнительное питание требуется только в случае выхода из строя внутреннего источника.
Концентратор «Меркурий 225»
Данные устройства представляют собой одноканальные цифровые приёмники информации передаваемой по силовой сети 0,4 кВ электросчётчиками «Меркурий» оснащёнными PLC модемами и предназначены для организации сетей сбора данных PLC-I или PLC-II. Концентраторы являются центральным узлом сети PLC устройств и обеспечивают доступ к подчинённым узлам со стороны прикладных программ. Они осуществляют сетевой поиск электросчётчиков, маршрутизацию информационных пакетов, хранение и передачу данных через выбранный канал связи в центральный диспетчерский пункт.

Концентраторы обеспечивают: синхронизацию передачи данных приборами учёта, синхронизацию внутренних часов в многотарифных счётчиках по своему локальному времени, передачу управляющих команд счётчикам, подключение дополнительных контроллеров или устройств передачи данных по различным каналам связи через порт RS-485, прямое подключение ПК через порт USB. Концентратор имеет последовательные интерфейсы типа RS-485 и USB. Через любой из интерфейсов в концентратор можно записать или прочитать: дату и время по часам концентратора, параметры конфигурации концентратора, накопленные концентратором данные, полученные им от абонентских устройств. С помощью концентратора абонентам можно передавать: текущее время, дату, команды управления. Концентратор имеет возможность длительного энергонезависимого хранения полученных от абонентов данных. Концентратор является 1-канальным и рассчитан на подключение к одной фазе сети 220В/380В. Его основной узел – цифровой приёмник (ЦП) — собран на процессоре цифровой обработки сигнала. Концентратор в системе играет роль приёмника и буферного накопителя пакетов, поступивших к нему по фазным проводам силовой сети от абонентов. Для хранения принятых пакетов на плате ЦП имеется устройство энергонезависимой памяти.

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!