Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы научных исследований в электроэнергетике. Учебное пособие
.pdf
(обычно 1 час), или по количеству тегов (обычно 8–50), или по количеству
одновременно поддерживаемых протоколов (обычно 1);
- по наличию и типу ключа аппаратной защиты (программный ключ
файл, аппаратный USB или LPT-ключ, программная «привязка» к оборудованию), среди прочих факторов ключ платной SCADA в любом случае
замедляет первоначальное развертывание и замену вышедшего из строя
сервера;
- по наличию прочих функций (поддержка резервирования, генераторы отчетов, удаленный доступ, web-интерфейс и т.п.).
Полностью бесплатные SCADA: OpenSCADA, Rapid SCADA,
FreeSCADA, SCADA-ГИнЭС, Inductive automation ignition, Pvbrowser.
Условно-бесплатные SCADA, достаточные для автоматизации малого технологического процесса и изучения без покупки лицензии при возможности работы в течение неограниченного времени:
- Simp light free – ограничение 8 тегов;
- MasterSCADA – ограничения 32 тега для MasterSCADA RT32 без
дополнительных возможностей или 1 час полнофункциональной работы
для MasterSCADA Demo;
- IGSS FREE50 – ограничение 50 объектов (ориентировочно 150 тегов) и выбор одного протокола передачи данных;
- Контар АРМ – поддерживает только ПЛК Московского завода тепловой автоматики;
- IntegraXor свободна для 128 Modbus;
- Каскад – демо-версия имеет ограничение на 32 физических канала
ввода/вывода и 2 часа непрерывной работы, включает в себя полную справочную систему, SQL-сервер Firebird 2.5, web-модуль (реализация
WebSCADA) и ряд проектов, демонстрирующих возможности системы,
интегрирована с SoftLogic-системой KLogic, и, как следствие, реализована
сквозная технология программирования алгоритмов ПЛК и рабочих станций;
- Vijeo Citect – позволяет создать и отладить полноценный проект без
приобретения лицензий, при отсутствии лицензий включается деморежим, в котором проект запускается на ограниченное время, после истечения этого времени проект необходимо перезапустить; лицензируется
только среда исполнения (runtime), среда разработки распространяется
свободно, в комплекте идет стандартный набор драйверов для подключения к ПЛК разных производителей.
Прочие SCADA: Simatic WinCC, Intouch wonderware, Trace mode,
Genesis, SCADA Infinity, PcVue solutions, RSView, ClearSCADA, DATARate, Контур, Круг-2000, ZenOn, Winlog, iFix, InduSoft Web studio SCADA,
Wizcon, Vijeo citect, Статус-4, Каскад, Энтек, Sitex, Elipse E3, Elvis, Realflex RealWin SCADA, Broadwin (Advantech) WebAccess, General electric proficy cimplicity, WellinTech SCADA, Factory link, Monitor pro, Vijeo look.
141
Под термином WebSCADA, как правило, понимается реализация человеко-машинного интерфейса (HMI) SCADA-систем на основе webтехнологий. Это позволяет осуществлять контроль и управление SCADAсистемой через стандартный браузер, выступающий в этом случае в роли
тонкого клиента. Архитектура таких систем включает в себя WebSCADAсервер и клиентские терминалы или мобильные телефоны с webбраузером. Подключение клиентов к WebSCADA-серверу через Internet
позволяет им взаимодействовать с прикладной задачей автоматизации как
с простой web или wap-страницей, но существуют сложности с защитой
передаваемой информации. Кроме этого, реализация функций управления
через незащищенные каналы связи противоречит соображениям безопасности любого производственного объекта. В связи с этим, в большинстве
случаев web-интерфейсы используются в качестве удаленных клиентов для
контроля и сбора данных.
Программы для цифровых осциллографов. Производитель цифровых USB-осциллографов АКИП предлагает для своих устройств программы PicoScope и PicoLog. Программа PicoScope обеспечивает наблюдение сигнала на интервале времени не превышающем 500 с и не предназначена для автоматической записи данных на внешнее устройство сбора.
Программа PicoLog обеспечивает сбор и регистрацию данных (событий) во
временном интервале от нескольких наносекунд до нескольких дней. Помимо этого в меню программы предусмотрены различные режимы визуализации, обработки и протоколирования.
Программирование ПЛК и микроконтроллеров. Некоторые простейшие ПЛК имеют небольшой жидкокристаллический экран и специальные кнопки, с помощью которых можно вводить программу, но это очень
сложно, трудоёмко и сопряжено с большим количеством ошибок. Основным способом программирования ПЛК является использование компьютера со специализированным программным обеспечением. Далее готовая
программа загружается в ПЛК либо по интерфейсу RS-232, либо через
промышленную сеть.
Программное обеспечение для ПЛК делится на две группы:
- специальное, разрабатываемое изготовителями ПЛК для своих мо-
делей (например, LOGO! Soft Comfort для ПЛК LOGO!);
- универсальное, с помощью которого можно программировать ПЛК
различных фирм (CodeSys, Trace Mode и т.д.).
Стандартными считаются пять языков программирования ПЛК:
- Ladder diagram (LD) – язык лестничных диаграмм;
- Function block diagram (FBD) – язык функциональных логических
блоков;
- Sequential flow chart (SFC) – язык последовательных функциональ-
ных диаграмм;
142
- Instruction list (IL) – аппаратно-независимый низкоуровневый ас-
семблероподобный язык;
- Structured text (ST) – паскалеподобный язык программирования.
Первые три языка являются графическими, а оставшиеся два – текстовыми. Вошедшие в стандарт языки созданы на основе наиболее популярных языков программирования ПЛК. Текстовые языки программирования предназначены, в первую очередь, для программистов, а более простые, графические языки, доступны для понимания и применения любому
инженеру или технологу.
Язык лестничных диаграмм (LD), называемый также языком релейных схем, является наиболее простым для понимания. Синтаксис этого
языка удобен для замены логических схем, выполненных на релейной технике. Язык ориентирован на инженеров по автоматизации, работающих на
промышленных предприятиях. Он обеспечивает наглядный интерфейс логики работы ПЛК, облегчающий не только задачи собственно программирования и ввода в эксплуатацию, но и быстрый поиск неполадок в подключаемом к ПЛК оборудовании, широко распространён во всех странах
мира.
Программа на языке релейной логики имеет наглядный и интуитивно
понятный инженерам-электрикам графический интерфейс, представляющий логические операции, как электрическую цепь с замкнутыми и разомкнутыми контактами. Протекание или отсутствие тока в этой цепи соответствует результату логической операции. Основными элементами языка являются контакты, которые можно образно уподобить паре контактов
реле или кнопке. Пара контактов отождествляется с логической переменной, а состояние этой пары – со значением переменной.
Графическая программа на языке FBD состоит из функциональных
блоков, соединений между ними и переменных соответствующих входам и
выходам ПЛК. Программирование на этом языке представляет собой размещение (из специальных библиотек) на поле набора логических блоков
(инвертор, дизъюнктор, конъюнктор, элемент Шеффера, элемент Пирса,
триггеры, таймеры, счётчики, блоки обработки аналогового сигнала, блоки
математических операций, блоки инициализации сетевого протокола) и установления связи между ними. Входом блока может являться вход ПЛК,
внутренняя переменная ПЛК, константа, либо выход другого блока. Выходы блоков могут быть записаны во внутреннюю переменную ПЛК, поданы
на входы других блоков, либо непосредственно на выходы ПЛК. Программа исполняется ПЛК слева направо и сверху вниз, циклически (после выполнения последнего блока, снова выполняется первый).
Программирование микроконтроллеров обычно осуществляется на
языках Ассемблера или С, хотя существуют компиляторы для других языков, например, Бейсика. Используются также встроенные интерпретаторы
Бейсика. Для отладки программ используются программные симуляторы –
143
специальные программы для персональных компьютеров, имитирующие
работу микроконтроллеров, внутрисхемные эмуляторы – электронные устройства, имитирующие микроконтроллеры и подключаемые вместо них к
разрабатываемому оборудованию, и интерфейс JTAG.
3.5.4. Информационные и информационно-управляющие АСНИ
Простую информационную АСНИ можно организовать на базе персонального компьютера и цифрового осциллографа. Датчики, установленные на объектах исследований, по линиям связи передают сигналы цифровому осциллографу, который по интерфейсу RS-232 или USB взаимодействует с персональным компьютером, осуществляющим регистрацию и
обработку получаемых данных по специальной прикладной программе,
которая предназначена для работы с цифровым осциллографом.
Другой вариант информационной АСНИ: датчики подключаются к
УСО, а последнее через преобразователь интерфейса к персональному
компьютеру. При использовании промышленного компьютера преобразователь интерфейса не требуется. При значительном удалении компьютера
от объекта исследования между ним и УСО организовывается канал связи.
Прикладное программное обеспечение АСНИ в данном случае либо
LabVIEW, либо SCADA.
При наблюдении за действующим оборудованием компьютер, с установленной на нём SCADA-системой или LabVIEW, подключается к ПЛК
или микроконтроллеру. При необходимости в систему могут быть включены преобразователь интерфейса и усилитель. Компьютер к ПЛК или микроконтроллеру может быть подключен через канал связи.
При наблюдении за действующими технологическими процессами
компьютер, с установленной на нём SCADA-системой или LabVIEW, подключается к промышленной информационной сети.
Информационно-управляющие АСНИ по сути это АСУТП, принципиальное отличие заключается в выполняемых функциях: АСУТП обеспечивают безопасное функционирование технологических процессов с заданными режимами и регистрацию информации об этих процессах; АСНИ
обеспечивают требуемые состояния объектов исследований, сбор, обработку, хранение, воспроизведение результатов экспериментов. Информационно-управляющие АСНИ также как и АСУТП по архитектуре делятся
на две группы: централизованные и распределённые.
Централизованная информационно-управляющая АСНИ включает
центральный компьютер и соединённые с ним линиями или каналами связи ПЛК, микроконтроллеры, УСО, к которым подключены датчики и исполнительные устройства. Такие АСНИ отличаются простотой и быстродействием, но характеризуются невысокой надёжностью, так как при сбое
центрального компьютера отказывает вся система.
144
Распределённая информационно-управляющая АСНИ характеризуется построением распределённой системы ввода и вывода информации и
децентрализацией обработки данных. Характерной особенностью таких
АСНИ является применение информационных сетей: промышленных и
офисных. Распределённые АСНИ состоят из множества территориально
разнесённых ПЛК и модулей ввода и вывода информации.
Распределённая АСНИ имеет следующие характеристики, отличающие её от централизованной:
- быстродействие благодаря распределению задач между параллель-
но работающими процессорами;
- повышенная надёжность (отказ одного компьютера или ПЛК не
влияет на работоспособность других);
- простое наращивание или реконфигурирование системы;
- упрощённая процедура модернизации;
- простота проектирования, настройки, диагностики и обслуживания;
- улучшенная помехоустойчивость и точность благодаря уменьшению длины линий передачи аналоговых сигналов от датчиков к устройствам ввода;
- меньшая протяжённость кабелей, пониженные требования к кабелю
и более низкая его стоимость;
- меньшие расходы на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства.
3.5.5. Особенности АСНИ в электроэнергетике
АСНИ в электроэнергетике строятся по принципу или на основе действующих АСДУ, АСКУЭ, АИИС КУЭ. Измерительными средствами в таких АСНИ являются: регистраторы фактических значений ПКЭ, цифровые
осциллографы, микропроцессорные счётчики электроэнергии, стационарные анализаторы качества электроэнергии. Измерительные средства устанавливаются непосредственно на объектах-потребителях электроэнергии,
электрических подстанциях и станциях, на ответвлениях ЛЭП.
В иерархии электроэнергетических АСНИ может быть два или три
уровня. На первом уровне находятся измерительные средства, на втором
УСПД, на третьем компьютеры. Уровень УСПД может отсутствовать. Измерительные средства соединяются с УСПД непосредственно по интерфейсам RS-485 или «цифровая токовая петля», или каналами связи с компьютерами третьего уровня. УСПД осуществляет сбор данных с измерительных средств, их обработку и передачу на третий уровень, как правило,
по каналам связи. Компьютеры осуществляют сбор информации с УСПД,
обработку этой информации, как по точкам учёта, так и по их группам, а
также сбор информации с отдельных измерительных средств, документирование и отображение результатов в виде удобном для анализа и принятия решений.
145
При проведении производственных экспериментов управляющие
сигналы на удалённые объекты исследований передаются по каналам связи, здесь используются телеуправление или телерегулирование. Телеуправление – воздействия на удалённые объекты исследований для обеспечения их требуемых состояний. Управляющие сигналы от управляющего
компьютера или ПЛК по каналам связи через УСО или микроконтроллер
передаются исполнительным устройствам. Телерегулирование – передача
по каналам связи задающих сигналов ПЛК, микроконтроллерам от управляющего компьютера. ПЛК, микроконтроллеры вырабатывают управляющие сигналы для исполнительных устройств в соответствии с полученными задающими сигналами (уставками).
Современные электроустановки оборудуются микропроцессорными
устройствами релейной защиты (МУРЗ), управляющая часть которых реализована на базе специализированного микропроцессора – микроконтроллера. Помимо основной функции – аварийного отключения электроустановок, МУРЗ имеют дополнительные функции по сравнению с устройствами
релейной защиты других типов по регистрации аварийных ситуаций. В некоторых типах устройств введены дополнительные режимы защиты, например, функция опережающего отключения синхронных
электродвигателей при потере устойчивости, функция дальнего резервирования отказов защит и выключателей.
Достоинства МУРЗ:
- улучшенные показатели быстродействия, чувствительности и на-
дёжности по сравнению с устройствами релейной защиты на базе реле;
- наличие множества сервисных функций: самодиагностика, регистрация и осциллографирование сигналов, возможность интеграции МУРЗ в
АСДУ и т.д.
Недостатки МУРЗ:
- высокая стоимость и неремонтопригодность (в случае выхода из
строя блока управления, экономически целесообразно заменить его целиком);
- МУРЗ различных разработчиков не являются взаимозаменяемыми.
В электроэнергетических АСНИ могут быть использованы прикладные программные пакеты SCADA-системы или LabVIEW. Существует
также специальное прикладное программное обеспечение для АСКУЭ,
АИИС КУЭ, АСДУ и электроэнергетических АСНИ.
Пакет прикладных программ АСКУЭ-РЭС представляет собой набор
программ, применяемых для построения АСКУЭ и АИИС КУЭ. Пакет является одним из компонентов системы и функционирует в комплексе с
другими программными и аппаратными средствами (СУБД, драйверы,
счётчики электроэнергии, УСПД и т.д.). Программы пакета реализуют
функции автоматизированного сбора данных энергоучёта с электросчётчиков, контроля входной информации, хранения архива данных и представ-
146
ления информации потребителям. Пакет включает следующие программные модули.
1. АСКУЭ «Диспетчер опроса». Реализует следующие функции:
- выдача запросов на устройства сбора;
- приём и верификация пакетов данных;
- сохранение данных в основном и резервном каталогах;
- анализ информации и запрос, при необходимости, данных за про-
шедшие периоды времени;
- выдача команд синхронизации времени на УСПД;
- оперативное отображение информации о состоянии связи с объек-
том и наличии; данных;
- ведение журнала опроса данных.
2. АСКУЭ «Администратор». Выполняет задачи по настройке и кон-
фигурированию системы:
- ведение баз данных нормативно-справочной информации;
- настройка параметров связи и адресации;
- настройка параметров опроса УСПД (порядок, интервалы, задерж-
ки);
- формирование форм для ручного ввода данных;
- назначение прав доступа для пользователей системы;
- подключение библиотек экспорта данных;
- ведение журнала настройки системы.
3. АСКУЭ «Просмотр данных». Представляет собой простое и удобное средство для просмотра данных энергоучёта. Обеспечивает просмотр
потребления в виде графика и таблицы по выбранному счётчику за сутки
(в разрезе получасов) и за месяц (в разрезе суток).
4. АСКУЭ «Составление отчётов». Позволяет использовать данные
энергоучёта для построения отчётов в табличном редакторе Microsoft
Excel.
5. АСКУЭ «Ввод данных». Используется для ручного ввода показаний. Ручной ввод может быть использован для счётчиков, которые не подключены к сети передачи данных, либо связь с которыми временно отсутствует.
Программы пакета функционирует под управлением операционной
системы Microsoft Windows NT4/2000/XP. Допускается использование
программ, не требующих высокого уровня надёжности операционной системы (АСКУЭ «Просмотр данных» и АСКУЭ «Построение отчётов»), в
среде Windows 95/98/ME. Программы пакета разработаны с учётом возможности использования в локальных информационных сетях. Все программы, входящие в состав пакета, имеют удобный графический интерфейс и контекстно-зависимую систему помощи.
Программные пакеты серии АльфаЦЕНТР позволяет создавать
АСКУЭ и АИИС КУЭ как для небольших предприятий с 1–5 точками учё-
147
та, так и распределённые системы сбора и обработки данных с тысячами
точек учёта. Все варианты программного обеспечения полностью совместимы на уровне справочников и данных. Программный комплекс АльфаЦЕНТР базируется на принципах клиент-серверной архитектуры (операционные системы Windows NT/2000, Unix, СУБД ORACLE). Многопользовательская версия программного обеспечения позволяет организовать
доступ к информации с нескольких десятков рабочих мест и состоит из
следующих модулей:
- программное обеспечение коммуникационного сервера, которое
реализует параллельный опрос счётчиков и УСПД по одному или нескольким каналам связи, а также информационное взаимодействие между центрами сбора и обработки данных;
- программное обеспечение расчётного сервера, которое реализует
автоматическую диагностику полноты данных, автоматические расчёты;
- программное обеспечение сервера базы данных и приложений;
Варианты физического размещения программного обеспечения:
- сервер базы данных и приложений, расчётный сервер и коммуникационный сервер размещаются на одном компьютере-сервере, клиентское
программное обеспечение размещается на рабочих станциях;
- сервер базы данных и приложений, расчётный сервер размещаются
на одном компьютере-сервере, коммуникационный сервер размещается на
отдельном компьютере, клиентское программное обеспечение размещается
на рабочих станциях;
- сервер базы данных и приложений, расчётный сервер размещаются
на одном компьютере-сервере, несколько коммуникационных серверов
размещаются на нескольких компьютерах и собирают данные на один сервер базы данных и приложений, клиентское программное обеспечение
размещается на рабочих станциях.
Единое технологическое программное обеспечение для устройств
производства компании «Энергомера» AdminTools предназначено для
конфигурирования, наладки и контроля счётчиков электроэнергии. Обеспечивает настройку необходимых параметров подключенных устройств и
просмотр информации с каналов измерения за различные периоды. Обеспечивает одновременную работу с группой подключенных устройств:
- COM-порт;
- локальная сеть Ethernet;
- адаптер RS-232/RS-485;
- оптическая головка;
- радиомодем;
- инфракрасный порт IrDA;
- PLC-модем.
Функциональные возможности программы:
148
- разграничение прав по типу пользователей;
- одновременная работа с группой однотипных устройств;
- поиск подключенных устройств в сети;
- считывание/запись даты и времени подключенных устройств;
- получение информации о подключенных устройствах;
- выполнение команд на подключенных устройствах;
- изменение параметров конфигурации подключенных устройств
(считать/записать в зависимости от типа пользователя);
- считывание текущего состояния подключенных устройств;
- считывание данных измерений хранящихся в подключенных уст-
ройствах;
- считывание журнала событий подключенных устройств.
3.6. Измерения ПКЭ и количества электроэнергии
Качество электроэнергии представляет собой совокупность её
свойств, определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и
аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии (ПКЭ) в
системе электроснабжения (СЭС) по частоте, действующему значению напряжения, форме его кривой, симметрии и импульсам напряжения. В международной и отечественной практике установлен допустимый уровень
электромагнитных помех (норм качества электроэнергии) с целью предотвращения причинения вреда личности или имуществу физических и юридических лиц, окружающей среде в результате нарушения функционирования технических средств при воздействии помех, а также с целью обеспечения безопасности жизни и здоровья населения и укрепления национальной безопасности государства.
Снижение качества электроэнергии приводит к отрицательным последствиям электротехнического и технологического характера. Среди них
следует отметить:
- увеличение потерь активной и реактивной мощности;
- сокращение срока службы электрооборудования;
- увеличение капитальных вложений в СЭС;
- нарушение условий нормального функционирования электропри-
ёмников и потребителей в целом;
- нанесение вреда окружающей среде, здоровью людей и животных.
Для предотвращения указанных негативных последствий или их ограничения необходимо управление качеством электроэнергии, заключающееся в проведении методических, организационных и технических мероприятий, направленных на обеспечение качества электроэнергии в СЭС в
пределах установленных норм. Методические мероприятия включают в
себя:
- ограничение уровней помех, вносимых электрооборудованием по-
149
требителя, технологическим электрооборудованием СЭС и отдельными
электроприёмниками;
- управление нормальными, аварийными и послеаварийными режи-
мами путем регулирования частоты и напряжения;
- обеспечение надёжности функционирования СЭС и качества электроэнергии путём совершенствования структуры электрической сети, её
средств защиты и автоматики;
- контроль и анализ коротких замыканий;
- автоматизированное измерение ПКЭ и вспомогательных параметров электрической энергии.
Нормы качества электроэнергии в России установлены ГОСТ 13109-
97 и включают следующие показатели:
- отклонение частоты;
- установившееся отклонение напряжения;
- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;
- коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения;
- коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
- коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности;
- размах изменения напряжения;
- доза фликера;
- длительность провала напряжения;
- импульсное напряжение;
- коэффициент временного перенапряжения.
При определении значений некоторых ПКЭ используют следующие
вспомогательные параметры электрической энергии:
- частота повторения изменений напряжения;
- интервал между изменениями напряжения;
- глубина провала напряжения;
- частость появления провалов напряжения;
- длительность импульса по уровню 0,5 его амплитуды;
- длительность временного перенапряжения.
Все одиннадцать видов ПКЭ можно разделить на три группы. Первую группу составляют отклонение частоты и установившееся отклонение
напряжения, поддержание которых возможно общесистемными средствами регулирования частоты и напряжения. Отклонение частоты имеет одно
и то же значение для всей энергосистемы, так как значение частоты в данный момент определяется частотой вращения всех генераторов системы,
которая в установившихся режимах работы энергосистемы одинакова при
параллельной работе генераторов с одинаковым числом полюсов.
Вторую группу составляют ПКЭ, характеризующие несинусоидальность формы кривой напряжения, несимметрию и колебания напряжения:
150
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]