Средства управления информацией SCADA-системы

Актуальность проблемы.

Электроэнергетика является ключевой отраслью экономики многих стран мира. Развитие рыночных отношений в управлении электроэнергетикой привело к появлению противоречия между рыночными конкурентными механизмами функционирования отдельных подсистем электроэнергетических систем (ЭЭС) и требованиями обеспечения надежности и качества работы ЭЭС, как единого комплекса.

Электрическая энергия в себестоимости продукции крупных предприятий, например в металлургическом производстве, составляет 11% - 30% [41]. Одним из основных путей снижения затрат на электрическую энергию является выход предприятий в качестве участников на оптовый рынок электрической энергии.

Объект исследований - системы автоматизированного управления электропотреблением предприятий.

Предмет исследований - методология построения систем автоматизированного управления электропотреблением промышленных предприятий, а также модели, методы и алгоритмы, обеспечивающие повышение эффективности функционирования этих систем.

Цель работы –создание информационной системы управления учета энергопотребления в режиме реального времени на базе ScadaTraceMode,разработка основ автоматизированного управления электропотреблением промышленных предприятий

Таким образом, в условиях современного энергорынка для крупных предприятий и добывающих производств важное значение имеет создание системы почасового потребления электрической энергии, позволяющей минимизировать отклонения потребляемой мощности от заявленной.

Решению различных аспектов задачи прогнозирования электропотребления посвящены работы Берлина А.С., Воропая Н.И., Гамма А.З., Глазуновой А.М., Готман Н.Э., Колосок И.Н., Макоклюева Б.И., Манова НА., Манусова В.З., Старцевой Т.Б., Чукреева Ю.Я., Шумиловой Г'.П. и др.

 

В электроэнергетике в настоящее время складывается ситуация, когда проблемы энергетического комплекса обсуждаются с участием системных интеграторов, IT-разработчиков и телекоммуникационных специалистов. Эта тенденция уже не воспринимается как неординарная ввиду развития различных «умных» технологий. Особенно активно происходит процесс слияния энергетики и IT при внедрении новых технологии, предполагающих установку интеллектуальных приборов учета на стороне потребителя. Новая технология обеспечивает регулярный опрос, обработку данных, предоставление информации о потреблении энергоресурсов и возможность автоматического и удаленного управления. В развитых странах мира, в США, странах Европы и Ази осуществляется переход потребителей энергоресурсрв на учет с применением интеллектуальных приборов, создаются интеллектуальные энергосистемы (Smart Energy). В России пока в виде проекта существует программа развития коммерческого учета на основе интеллектуальных технологий и оснащения соответствующими приборами

Новые технологии в области Smart Energy, которые предполагают усиленное управление в энергетике, приведут к росту внедрения AMI в Европе, заявляют аналитики. Вскоре европейский рынок внедрений столкнется не только с ростом сегмента «умных» приборов учета и услуг по интеграции, но и с увеличением количества программных продуктов, обеспечивающих сбор и хранение результатов измерений потребления энергоресурсов, а также способных проводить анализ данных и выдавать управляющие решения для регулирования электросети низкого напряжения, в которую интегрированы счетчики, выступающие в том числе в роли датчиков состояния такой сети. Подобные программные продукты являются частью AMI и носят наименование Meter Data Mana­gement (MDM, программное решение верхнего уровня). Основные функции MDM-систем:

- сбор/хранение/верификация результатов измерений потребления энергоресурсов, полученных от приборов учета с последующим предоставлением информации биллинговым и другим смежным системам;

- комплексное управление инфраструктурой, включая мониторинг состояния всех ее составных частей, управление тарифными расписаниями, нагрузкой потребителя и проч.

 

Программный пакет RDM

Существуют варианты конфигурации ПОдля различных групп заказчиков: сетевых, сбытовых компаний, ЖКХ и проч. Предусмотрена возможность коммерческого и технического учета не только электроэнергии, но и других ресурсов (газ, тепло, вода, холод) как промышленных, так и бытовых потребителей. В системе, созданной на основе программного пакета RDM, пользователь (поставщик электроэнергии) имеет возможность осуществлять сбор профилей по точкам учета или группам таких точек с заданным интервалом времени по любым измеряемым прибором учета величинам (нагрузка, частота, напряжение, фазные углы, токи и др.). Диагностические данные позволяют анализировать различные параметры, в том числе качество электроэнергии. В системе отображается регистрация событий приборов учета, в частности прямо или косвенно свидетельствующих о фактах несанкционированного доступа и возможных хищениях. RDM дает возможность отправлять массовые команды на любое количество приборов учета и контролировать их выполнение в режиме реального времени, а также проводить дистанционное параметрирование приборов учета.

 

Средства управления информацией SCADA-системы

Наиболее распространенным программным пакетом, предназначенным для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления являются SCADA-системы. SCADA-системы позволяют разрабатывать системы управления в клиент-серверной или в распределённой архитектуре. Для проектирования систем диспетчерского управления и сбора данных SCADA, для сбора, архивирования, отображения данных, а также для управления различными технологическими процессами предназначен программный пакет MasterSCADA.

Функциональные характеристики Trace Mode делают SCADA хорошим инструментом для разработки систем учета электроэнергии в промышленности, на транспорте, в ЖКХ и в энергопоставляющих организациях. В SCADA Trace Mode входит набор бесплатных драйверов для наиболее популярных счетчиков электроэнергии: CE301, CE303, CE304, ЦЭ 6827 М, ЦЭ 6827 М1 и ЦЭ 6822 производства ОАО Концерн Энергомера, Меркурий 230, СЭТ-4ТМ, Логика, Algodue, Circutor и т.д. Также поддерживаются счетчики с импульсным выходом.

Для создания автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ) и автоматизированных систем управления процессом приема, передачи и распределения электроэнергии в сетях электроснабжения используется программный интегрированный пакет TRACE MODE 6.

Схема построения АСКУЭ состоит из нескольких отдельных основных уровней:
1. Уровень первый - это уровень сбора информации. Элементами этого уровня являются приборы, измеряющие различные параметры системы. В качестве таких устройств могут применяться различные датчики как имеющие выход для подключения интерфейса RS-485, так и датчики подключенные к системе через специальные аналого-цифровые преобразователи.
Согласно спецификации интерфейса RS-485 с учетом согласующих резисторов приёмник может вести до 32 датчиков.

 

2. Уровень второй - это связующий уровень. На этом уровне находятся различные контролеры необходимые для транспортировки сигнала. В схеме АСКУЭ представленной на рисунке 1 элементом второго уровня является преобразователь электронного сигнала (MI 485 производства фирмы ISKRA), преобразующий электронный сигнал с линии интерфейса RS-485 на линию интерфейса RS-232, это необходимо для считывания данных компьютером либо управляющим контролером. В случае если требуется соединение более 32 датчиков, тогда в схеме на этом уровне появляется концентраторы. На рисунке 2 мы видим схему построения системы АСКУЭ для количества датчиков от 1 - 247 шт. Ограничение числа датчиков до 247 связанно с синтаксисом протокола MODBUS, адрес датчика при обращении задается одним байтом, с вариацией значения 0-256, где 0 и значения 248-256 являются служебной информацией.

В том случае если требуется соединение более 247 датчиков мы можем воспользоваться тем, что компьютер имеет несколько портов для подключения интерфейса RS232, на каждый из которых можно подключить по одной группе.

Рисунок 3. – Схема подключения портов.

Также элементами второго уровня могут являться следующие приборы фирмы ISKRA: MI 480 - GPRS модем предназначенный для сбора и пакетной передачи данных на интернет портал, с полным управлением всей системой (от 1 - 247 датчиков), через это устройство с интернет портала. Имеет возможность получения запроса и ответа на них при помощи SMS сообщений.

Для управления системой АСКУЭ через эти устройства необходимо наличие GPRS сервера с установленным на него программным обеспечением фирмы ISKRA. Функциональные возможности этого прибора позволяют установку систем АСКУЭ в условиях, когда прокладка кабельных линий невозможна. Использование этого устройства позволяет объединение всех датчиков в группы по 247 шт. через данное устройство. И как следствие этого возможность увеличения количества датчиков в несколько раз, так как программа будет обращаться к каждой группе в отдельности.

· MI 488 и MI 486 - модемы для преобразования сигнала (из RS485 и RS232) в сигнал TCP/IP. При этом мы можем задавать этим устройствам ip - адреса и обращаться к каждому устройству через ETHERNET сеть. Данные устройства позволяют производить полную настройку всех элементов системы через web - портал, что значительно упрощает работу с системой. А возможность объединения датчиков в группы по 247 шт. что позволяет многократно увеличить их количество, при этом обращаясь к датчику через данные устройства.

1. Третий уровень - это уровень сбора анализа и хранения данных. Элементом этого уровня является компьютер, контролер или сервер. Основным требование к оборудованию этого уровня является наличие специализированного программного обеспечения для настройки элементов системы

2.4 Программа MIQen

Программа MIQen позволяет производить точную настройку счетчиков электроэнергии и измерительных центров производства фирмы Iskra. Программа имеет простое логическое меню и не требует специального обучения. Программа распространяется в двух вариантах (Standard, Professional). Вариант является бесплатным и является вполне достаточным для большей части оборудования. Варрант является специализированным для измерительных центров с чипами памяти. Он позволяет раскрыть дополнительны возможности измерительного центра в полном объеме.

Данный программный пакет позволяет производить мониторинг множества параметров одновременно, производя при этом контроль причин и следствий экстренных ситуаций, а также предоставляя возможность полного дистанционного управления системой.

Основными характеристиками которыми обладают современные программные пакеты SCADA являются:

- Модульная разработка программного обеспечения, без написания элементов программного кода в ручную.

- Возможность сбора данных с уровня датчиков.

- Элементы управления, регистрации и сигнализации в аварийных ситуациях.

- Система баз данных для хранения данных с возможностью их дальнейшей обработки.

- Модули обработки поступающей информации.

- Модули графического представления поступающих данных в виде графиков, гистограмм и т.д.

- Наличие логического дисплея и возможности проводить изменение параметров устройств уровня датчиков дистанционно.

TRACE MODE 6 – это программный комплекс, предназначенный для разработки и запуска в реальном времени распределенных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и решения ряда задач управления предприятием (АСУП).

Для решения задач АСУП в TRACE MODE 6 интегрирован пакет T-FACTORY.

Комплекс программ TRACE MODE 6 делится на 3 части:

Интегрированная среда разработки проекта (ИС) – единая программная оболочка, содержащая все необходимые средства для разработки проекта.

Под проектом в TRACE MODE 6 понимается вся совокупность данных и алгоритмов функционирования распределенной АСУ (АСУТП и/или T-FACTORY), заданных средствами TRACE MODE.

Итогом разработки проекта в ИС является создание файлов, содержащих необходимую информацию об алгоритмах работы АСУ. Эти файлы затем размещаются на аппаратных средствах (компьютерах и контроллерах) и выполняются под управлением исполнительных модулей TRACE MODE.

В интегрированную среду разработки TRACE MODE 6 встроены более десяти редакторов, автоматически открывающихся при вызове того или иного компонента проекта. Среди них:

· редактор графических экранных форм;

· редактор программ на визуальном языке Techno FBD;

· редактор программ на визуальном языке Techno SFC;

· редактор программ на визуальном языке Techno LD;

· редактор программ на процедурном языке Techno ST;

· редактор программ на процедурном языке Techno IL;

· редактор шаблонов документов;

· редактор SQL-запросов;

· редактор паспортов оборудования (EAM);

· редактор персонала (HRM);

· редактор материальных ресурсов (MES).

Исполнительные модули (мониторы, МРВ) – программные модули различного назначения, под управлением которых в реальном времени выполняются составные части проекта, размещаемые на отдельных компьютерах или в контроллерах.

Составная часть проекта, размещаемая на отдельном компьютере или в контроллере и выполняемая под управлением одного или нескольких исполнительных модулей TRACE MODE, называется узлом проекта.

В общем случае размещение узла на том же аппаратном средстве, на котором он должен исполняться под управлением монитора, не является обязательным – мониторы могут загружать узлы с удаленных аппаратных средств.

Драйверы обмена – драйверы, используемые мониторами TRACE MODE для взаимодействия с устройствами, протоколы обмена с которыми не встроены в мониторы.