Телемеханика подстанций электроснабжения

Российская компания АО "ПИК ПРОГРЕСС", работающая на рынке АСУ ТП с 1991 года, разрабатывает и поставляет системы автоматизации технологических процессов энергообъектов, в частности, подстанций электроснабжения, на основе программно-технического комплекса (ПТК) "Космотроника".

Средствами ПТК "Космотроника" могут строиться как простейшие системы телеметрии, включающие минимум оборудования, так и крупные распределенные системы с единым диспетчерским пунктом.

Комплекс зарекомендовал себя в нефтегазовой отрасли, где расстояния между объектами автоматизации порой превышают 100 километров при полном отсутствии сотовой связи и Интернета. Наличие большого количества доступных каналов связи, в том числе радиоканал, позволяет объединить в единую АСУ ТП все энергообъекты предприятия, работающие даже в условиях крайнего севера.

Навигация по статье

• Основные функции системы телемеханики энергообъекта
• Структура системы телемеханики высоковольтной подстанции
• Система телемеханики подстанции 35 кВ
• Централизованная структура сбора данных
• Структура системы телемеханики с центральным серверным контроллером
• Размещение оборудования ПТК "Космотроника"
• Программный комплекс "Космотроника"
• Создание систем телемеханики энергообъектов "под ключ"
• Выводы
• Заказать комплекс телемеханики

Основные функции системы телемеханики энергообъекта

Основными функциями системы телемеханики являются:

• централизованный дистанционный контроль состояния энергообъектов;
• автоматическое управление технологическим процессом по заданным алгоритмам;
• дистанционное ручное управление объектом;
• удаленный контроль действий обслуживающего персонала;
• сбор и передача в автоматическом режиме по различным каналам связи на верхний уровень (единый диспетчерский пункт) информации о состоянии технологического процесса;
• передача информации в сторонние системы по стандартным коммуникационным протоколам;
• возможность организации "прозрачного канала" доступа к оборудованию смежных систем;
• включение в состав системы телемеханики систем АИИС КУЭ и АРМ РЗА;
• дистанционное соблюдение заданного режима потребления электроэнергии (контроль нагрузки, соблюдение графика потребления и пр.);
• автоматическая блокировка неправильных действий персонала;
• получение детальной информации о параметрах электросети, работы электрооборудования и осуществление диспетчеризации управления в режиме реального времени;
• оптимизация технологических режимов работы;
• обеспечение резервного питания контроллеров от встроенного источника;
• формирование отчетов и графиков по запросу, а также генерирование сводок.

Структура комплекса АСУ ТП

В общем случае структура системы телемеханики энергообъекта выглядит следующим образом:

• Нижний уровень — первичные средства автоматизации (датчики, измерительные преобразователи, приборы местного контроля, исполнительные устройства);
• Средний уровень — устройства сопряжения с объектом (УСО), контроллеры телемеханики;
• Верхний уровень — информационно-вычислительный комплекс (АРМ оператора, серверы базы данных);
• Каналы и оборудование для передачи информации.

В начало

Структура системы телемеханики высоковольтной подстанции

На рисунке 1 изображена обобщенная типовая структурная схема распределенной системы телемеханики высоковольтной подстанции. В качестве контроллера телемеханики использован промышленный контроллер PM-VDX, модернизированный, а для измерения электрических параметров сети и выполнения команд телеуправления применен прибор УСО-ТМ КПР ("Контроллер присоединения"). Счетчики коммерческого учета электроэнергии подключены через последовательный интерфейс к контроллерам присоединения. Технический учет обеспечивается также встроенным в УСО-ТМ КПР счетчиком электроэнергии. Устройства РЗА присоединены к контроллеру телемеханики посредством интерфейса RS485.

Данная подстанция имеет локальный пульт оператора, состоящий из одного автоматизированного рабочего места оператора и коммуникационного сервера, построенных с использованием программного комплекса "Космотроника". Контроллер телемеханики через свой третий порт Ethernet подключен в локальную сеть, через которую также передаются данные в центральный диспетчерский пункт, и смежные системы (АИИС КУЭ, АРМ РЗА). Резервный канал передачи данных на верхний уровень (центральный диспетчерский пункт) обеспечивается каналом 3G.

Ретрансляция данных в системы АИИС КУЭ и на специализированный АРМ РЗА реализуется по стандартным коммуникационным протоколам, а также путем организации "прозрачного" канала связи, по которому смежные системы могут обращаться к соответствующим приборам по своим внутренним протоколам.

Промышленный контроллер PM-VDX модернизированный

Выполнен на базе 32-разрядного х86-совместимого модуля VDX-6350E с низким энергопотреблением. Имеет 3 независимых порта Ethernet, 4 порта RS232; 3 порта RS485; 1 порт RS485/422; 1 порт CAN; 2 порта USB 2.0. Работает под управлением операционной системы QNX.
Смотреть подробнее...

Для измерения электрических параметров присоединений и выполнения команд телеуправления применен прибор УСО-ТМ КПР (Контроллер присоединения).

Каждый контроллер присоединения имеет в своем составе счетчик электроэнергии, используемый для технического учета. Для коммерческого учета электроэнергии данные со счетчиков коммерческого учета (ЕвроАльфа; Альфа А3, А2, А1140, А1700, А1800, и пр.), подключенных к УСО-ТМ КПР через последовательный интерфейс, будут переданы в систему АИИС КУЭ контроллером телемеханики, либо путем организации "прозрачного" канала связи.

Контроллер присоединения УСО-ТМ КПР

Являющийся флагманом из линейки устройств телемеханики компании АО "ПИК ПРОГРЕСС", он является компактным многофункциональным трехфазным мультиметром, выполняющим функции контроллера присоединения. Позволяет вести учет активной и реактивной электроэнергии, регистрировать аварийные события и электрические процессы, осуществлять трехфазные измерения электрических параметров сети, а также выполнять функции информационного мультиплексора.
Смотреть подробнее...

Наличие трех независимых портов Ethernet в контроллере телемеханики PM-VDX позволяет использовать "кольцевую" схему подключения контроллеров присоединения, как показано на рисунке 2.

Кольцевая схема подключения контроллеров присоединения УСО-ТМ КПР

Каждый контроллер присоединения УСО-ТМ КПР имеет два Ethernet-порта, предназначенных для последовательного соединения приборов в замкнутую цепь посредством сети Ethernet. "Кольцевое" подключение повышает надежность системы телемеханики, так как опрос устройств возможен как в ту, так и в другую сторону. Для организации такого "кольца" нет необходимости использовать дополнительные сетевые коммутаторы.

Также на рисунке 2 показана линия резервного питания 24В и синхронизация точного времени по протоколу IRIG-B. Также возможна синхронизация точного времени по протоколу NTP от ближайшего сервера.

Все промышленные контроллеры из линейки ПТК "Космотроника", работающие под управлением операционной системы реального времени QNX, обладают возможностью выполнять заложенные в них технологом автоматические алгоритмы управления, что особенно актуально на высоковольтных подстанциях, и других энергообъектах повышенной мощности. Проектирование технологических алгоритмов осуществляется в программе "Конфигуратор контроллера".

Функции локального управления и технологические алгоритмы

Включение алгоритмов управления в работу контроллера нижнего уровня дает возможность сохранения функций блокировки ошибочных действий оператора и защиты коммутационного аппарата вне зависимости от состояния связи с верхним уровнем комплекса. Показатели текущего состояния коммутационных аппаратов, условий блокировок и самих блокировок собираются и проверяются контроллером. Если за время, необходимое для выполнения команды оператора, складываются условия на запрет телеуправления, то такое действие оператора будет заблокировано.

В начало

Система телемеханики подстанции 35 кВ

На рисунке 4 изображена структурная схема системы телемеханики подстанции 35/6 кВ. Современные рыночные условия требуют сокращения расходов и использования недорогих, надежных и функциональных средств. Для реализации системы телемеханики подстанции был выбран промышленный контроллер УСО-КО. В качестве устройств ячейки использованы многофункциональные устройства сопряжения с объектом УСО-ТМ, осуществляющие измерения, выдачу команд телеуправления, а также технический учет электроэнергии. Как и устройства РЗА, УСО-ТМ подключены к контроллеру телемеханики через шину RS485.

Коммерческий учет электроэнергии обеспечивается соответствующими счетчиками (ЕвроАльфа; Альфа А3, А2, А1140, А1700, А1800, и пр.), также присоединенными к контроллеру через последовательный интерфейс.

Данные передаются на верхний уровень по радиоканалу 9600 бод.

Промышленный контроллер УСО-КО

Контроллер выполнен на базе промышленного модуля VDX-DIP-ISA с интегрированным 32-разрядным процессором, работающим на частоте 800 МГц. Позволяет обеспечить управление всеми процессами и технологическим оборудованием по специализированным алгоритмам. Имеет встроенный клеммник для подключения телесигнализации с возможностью подсчета импульсов, телеуправления, телеизмерения нормированных значений тока. Расширение функционала устройства возможно путем подключения дополнительных модулей на основе USB, LAN, RS485.
Смотреть подробнее...

В каждую ячейку РУ подстанции установлены приборы УСО-ТМ. Несмотря на относительно низкую стоимость, они за много лет зарекомендовали себя в системах телемеханики энергообъектов нефтяной промышленности. В зависимости от решаемых задач, данные устройства комплектуются необходимыми модулями расширения, в результате чего существует множество различных вариаций УСО-ТМ.

Многофункциональное устройство сопряжения с объектом УСО-ТМ

УСО-ТМ являются на данный момент самыми массовыми из линейки устройств телемеханики производства компании АО "ПИК ПРОГРЕСС". Недорогие и функциональные, они позволяют решать задачи телесигнализации, телеуправления, телеизмерения и учета электроэнергии в шкафах и ячейках распределительных устройств любых подстанций электроснабжения. В конструкцию прибора заложен принцип объединения нескольких видов УСО в едином корпусе для комплексного решения задач автоматизации объектов электроснабжения по принципу «одно устройство - одна ячейка».
Смотреть подробнее...

На рисунке 4 проиллюстрирована схема, не подразумевающая использование локального пульта оператора, все данные передаются в единый центральный диспетчерский пункт. Так как будем считать, что эта подстанция находится на большом удалении от сетей сотовых операторов, в качестве канала связи был выбран радиоканал 9600 бод.

Радиомодем прозрачного режима Р9-02

Данный радиомодем предназначен для организации передачи данных по радиоканалу 9600 бод. Используется совместно с 128-канальными радиостанциями Моторола GM340, GM350. Имеет интерфейс RS232. Дополнительно имеется возможность установки интерфейса RS485, что позволяет работать нескольким контроллерам, имеющим индивидуальные модемные адреса, с одним модемом и, соответственно, с одной радиостанцией.
Смотреть подробнее...

В начало

Централизованная структура сбора данных

Часто в виду отсутствия свободного места в шкафу ячейки, разместить там во время реконструкции контроллер присоединения или другое УСО не представляется возможным. В этом случае необходимо использовать для сбора информации о нагрузке присоединения и уровне питающего напряжения установленные там счетчики электроэнергии. Для решения задачи телемеханизации подстанции тогда можно использовать централизованную структуру сбора данных, изображенную на рис. 6.

Для сбора данных со счетчиков и устройств РЗА, и передачи на верхний уровень в соответствующие системы использован преобразователь интерфейсов МИМ-001-R4-G. Передача данных осуществляется по сети Ethernet ("витая пара") и каналу 3G.

Преобразователи интерфейсов МИМ-001

Преобразователи интерфейсов серии МИМ-001 предназначены для подключения устройств с последовательным интерфейсом к сети Ethernet по "витой паре" и сети 3G. Позволяют организовать двусторонний «прозрачный канал» между Ethernet и RS485/422/232, работать в режиме конвертера протоколов (шлюза) Modbus RTU - TCP или организовать виртуальный COM-порт. Обладают повышенной защитой последовательных портов и питания от импульсных перенапряжений.
Смотреть подробнее...

В качестве контроллера телемеханики в данной схеме применен промышленный контроллер УСО-К32-16-2Q. Он осуществляет обработку данных, поступающих со счетчиков и устройств РЗА по каналу RS485, а также осуществляет сбор телесигнализации и выдачу команд телеуправления.

Промышленный контроллер УСО-К32-16-2Q

В качестве альтернативного процессорного модуля для решения вычислительных задач телемеханики может быть применен промышленный контроллер УСО-К32-16-2Q. Построен на процессоре с тактовой частотой 400 МГц, памятью 128 Мб и дополнительной flash-памятью 4 Мб. Работает под управлением операционной системы QNX. Данное устройство обладает всеми измерительными возможностями УСО, позволяет измерять сигналы постоянного тока 4 – 20 мА (16 - каналов), считывать состояния сухих контактов и подсчитывать импульсы (32 канала), передавать команды телеуправления (2 канала), а также передавать результаты измерения по различным интерфейсам с гальванической развязкой.
Смотреть подробнее...

Выдача ТУ, как показано на схеме, происходит посредством универсального безкорпусного УСО-ТУ16К, имеющего 16 каналов телеуправлений. Подобным образом с помощью дополнительных плат можно расширить количество каналов ТС и ТИ. Увеличение каналов возможно и путем установки приборов серии УСО-К (УСО-К32.4.2-С, УСО-К DI16, УСО-К DO8, и проч.)

На рисунке 6 реализована схема, при которой происходит работа со счетчиками и устройствами РЗА сразу трех систем: ПО верхнего уровня системы телемеханики Космотроника, системы АИИС КУЭ, а также специализированного программного обеспечения оперативного рабочего места устройств РЗА (АРМ РЗА).

Конечно, наиболее простым решением являлось бы использование второго интерфейса устройств для нужд системы телемеханики. Но как поступить, если например счетчик имеет только один интерфейс? Вторым вариантом решения вопроса является использование контроллером функций УСПД с целью опроса счетчиков или устройств РЗА и передачи данных в понятном смежным системам формате.

Но на схеме проиллюстрирован третий вариант решения проблемы: использование "прозрачного" канала передачи данных, также изображенный на рисунке 7.

Обеспечение "прозрачного" канала передачи данных

Оборудование ПТК "Космотроника" при необходимости может обеспечить доступ к аппаратуре (счетчикам электроэнергии, устройствам РЗА, и пр.) сторонней системе посредством "туннелирования" последовательного порта, к которому подключены счетчики, с помощью TCP-сокета, давая возможность получать информацию с приборов с использованием внутреннего нестандартного протокола.

Как показано на рисунке 7, данные со счетчиков поступают на устройство МИМ-001, к которому контроллер подключен по двум интерфейсам RS485, один из которых нужен для арбитража линии доступа программного обеспечения АИИС КУЭ к устройствам. В основное время контроллер производит сбор информации со счетчиков для целей телемеханики, но как только устанавливается TCP-соединение между сервером АИИС КУЭ и МИМ-001 с целью опроса счетчиков, контроллер прерывает обмен и предоставляет нужный порт МИМ-001 внешней системе. После завершения TCP-соединения обмен между контроллером и счетчиками возобновляется.

В начало

Структура системы телемеханики с центральным серверным контроллером

Еще одним способом решения задач телемеханики подстанций может стать использование центрального серверного QNX-контроллера, соединенного с устройствами УСО-ТМ КПР, как показано на рисунке 8. Здесь контроллеры присоединения УСО-ТМ КПР, установленные в ячейках РУ подстанций, подключены напрямую в корпоративную сеть предприятия. Сервер-контроллер под управлением операционной системы QNX контролирует работу сразу трех подстанций электроснабжения. На данной схеме устройства РЗА, также, как и счетчики коммерческого учета электроэнергии, подключены к УСО-ТМ КПР, которые могут, в случае необходимости, обеспечить "прозрачный" канал для систем АИИС КУЭ и АРМ РЗА.

В качестве примера на схеме продемонстрирован центральный диспетчерский пункт, куда "стекаются" данные и осуществляется управление всеми энергообъектами предприятия. Для отображения состояний объектов в центральной диспетчерской применен специализированный мнемощит.

Диспетчерский мнемощит

В рамках создания центрального диспетчерского пункта компания АО "ПИК ПРОГРЕСС" может разработать и поставить диспетчерский мнемощит.
Диспетчерский мнемощит служит для оперативного визуального контроля и автоматической регистрации информации о состоянии объектов, входящих в систему диспетчерского управления. Отражает принципиальную схему электроснабжения и прочие параметры технологических объектов с необходимым уровнем детализации, оснащается телемеханикой и световыми элементами, позволяющими фиксировать оперативные переключения в автоматическом режиме.
Смотреть подробнее...

Центральная диспетчерская позволит объединить в единый "командный пункт" все технологические объекты, в том числе распределенные на значительной площади (50 – 100 км). Это электростанции, подстанции электроснабжения, котельные, насосные, скважины добычи воды, складские и иные помещения.

В начало

Размещение оборудования ПТК "Космотроника"

Оборудование системы телемеханики на всех вышеприведенных примерах, за исключением выносных УСО, размещается в шкафу-контроллере. На рисунке 9 показаны различные варианты шкафов АСУТП (телемеханики).

Конструктивно шкаф телемеханики (АСУТП) представляет собой пылевлагозащищенный металлический контейнер напольного, либо навесного исполнения, что позволяет монтировать его даже на улице, где оборудование может эксплуатироваться в условиях низких температур, воздействия влаги и солнца. Имеет гибкую иерархическую структуру, строится по многоуровневому принципу в соответствии с требованиями автоматизируемых технологических процессов. Шкаф-контроллер проектируется в зависимости от количества сигналов и объема решаемых задач.

В начало

Программный комплекс "Космотроника"

Верхний уровень системы телемеханики на основе ПТК "Космотроника" составляет одноименный программный комплекс, состоящий из автоматизированных рабочих мест и коммуникационного сервера "Космотроника". Данные с объектов, в том числе осциллограммы с контроллеров присоединений УСО-ТМ КПР, поступают на коммуникационный сервер, который направляет их потребителям, в частности на оперативные рабочие места (АРМ ТМ), а также в сторонние системы по стандартным протоколам.

Поддержка стандартных коммуникационных протоколов

Коммуникационный сервер позволяет организовать обмен данными со сторонними системами, например, SAP, серверами АИИС КУЭ и АРМ РЗА, по стандартным коммуникационным протоколам. Для стыковки со сторонними системами и обеспечения работы всех систем как единое целое комплекс "Космотроника" обеспечивается поддержкой стандартных протоколов передачи данных, таких, как:

• OPC (UA / DA);
• МЭК 60870-5-101 (IEC 60870-5-101);
• МЭК 60870-5-103 (IEC 60870-5-103);
• МЭК 60870-5-104 (IEC 60870-5-104);
• MODBUS RTU;
• MODBUS TCP.

Программное обеспечение "Автоматизированное рабочее место "Телемеханика" (АРМ ТМ) предназначено для контроля и управления работой объектов с помощью графических мнемосхем, однолинейных схем, окон управления, а также отчетов в виде графиков и диаграмм. Работая совместно с Коммуникационным сервером, АРМ ТМ делает возможным организовать сбор данных с объектов, распределенных на значительной площади, в единый центральный диспетчерский пункт, где информация выводится в удобной наглядной форме на экранах и диспетчерских щитах. Программа имеет простой и интуитивно понятный графический интерфейс, что делает программу доступной и легкой в использовании даже для начинающих пользователей.

Автоматизированное рабочее место имеет возможность запроса и отображения осциллограмм с контроллеров присоединений УСО-ТМ КПР. При этом можно просматривать осциллограммы как по запросу, так и из архива.

Программный комплекс дает возможность контроля технологических объектов с любого смартфона через браузер. Для этого предусмотрен модуль реализации web-интерфейса. Экран браузера повторяет возможности АРМ ТМ в плане отображения однолинейных схем, графиков и диаграмм.

В начало

Создание систем телемеханики энергообъектов "под ключ"

Компания АО "ПИК ПРОГРЕСС" производит весь перечень работ по внедрению АСУТП "под ключ". Мы проводим предпроектное обследование, проектирование, разработку и поставку технических средств (в т. ч. шкафов АСУТП), поставку программного обеспечения (включая разработку драйверной части), осуществляем строительные и пуско-наладочные работы, а также техническую поддержку и обучение.

В начало

Выводы

Программно-технический комплекс "Космотроника" обладает всем необходимым набором технических и программных средств для телемеханизации объектов электроэнергетики с интеграцией различных систем и приборов. Мы описали несколько из множества вариантов решений, какой из них выбрать - решать Вам. Компания АО "ПИК ПРОГРЕСС" готова обеспечить их внедрение "под ключ", либо произвести поставку отдельно программных и технических средств и обучить Ваших сотрудников.

В начало

Заказать комплекс телемеханики

Поставка комплекса "под ключ" включает предпроектное обследование объекта, проектирование, разработку, производство и поставку оборудования, пуско-наладочные работы, а также гарантийное и постгарантийное обслуживание.

Также возможна разработка и поставка отдельно контроллера автоматизации с комплектом для разработки программного обеспечения под ОСРВ QNX 6.4.1.

Обучение сотрудников Заказчика в случае заказа "под ключ" бесплатное. Техническая поддержка по электронной почте также бесплатна.

Чтобы заказать комплекс телемеханики или задать вопросы, Вы можете позвонить по телефону +7 (495) 365-5036, либо заполните форму ниже:

* ФИО

* Email

* Телефон

* Организация

* Сообщение Прошу выслать мне коммерческое предложение на комплекс телемеханики.

Нажимая на кнопку "отправить", вы даете
согласие на обработку своих персональных данных.