Системы телемеханики в энергетике

Введение

Система кустовой ТМ состоит из множества типовых территориально рассредоточенных по нефтяному месторождению объектов (шкафов ТМ). Она имеет распределенную архитектуру с передачей данных в центральный диспетчерский пункт. Общее количество контролируемых параметров зависит от количества скважин на месторождении и может колебаться от нескольких сотен до нескольких тысяч. При этом набор параметров, собираемых с отдельного куста скважин, как правило, однотипный и не превышает нескольких десятков.

Все эти факторы диктуют определенные требования при выборе аппаратной платформы (в частности, к контроллерному оборудованию) во время проектирования шкафов кустовой ТМ. В таблице 1 представлены типовые требования к ПЛК для системы ТМ.

Таблица 1. Факторы, диктующие требования к ПЛК в системах кустовой ТМ

Фактор	Требование к ПЛК
Удаленность объектов от центрального диспетчерского пункта	Возможность удаленной диагностики Возможность удаленного изменения программы контроллера Возможность удаленного снятия архива накопленных значений
Расположение шкафа ТМ вне помещений	Расширенный температурный диапазон работы ПЛК Устойчивость к помехам, гальваническая развязка каналов ввода/вывода Надежность аппаратной части
Беспроводные сети передачи данных на ЦПУ с возможными обрывами связи	Поддержка локальной буферизации данных в случае обрыва связи с ЦПУ
Необходимость опроса смежных подсистем на кусте (СУ ШГН, СУ ЭЦН, СКЖ и т.д.), передачи данных в ЦПУ	Наличие сетевых интерфейсов с поддержкой стандартных протоколов передачи данных (Modbus RTU/TCP)
Возможность увеличить количество сигналов ввода/вывода за счет добавления новых скважин или дополнительных параметров контроля	Возможность расширения ПЛК дополнительными модулями ввода/вывода
Небольшое количество физических сигналов на куст, простая логика управления, но при этом большое количество объектов в системе ТМ	Сравнительно невысокая стоимость контроллера
Необходимость обслуживания системы ТМ службой АСУ ТП нефтяной компании с возможностью модификации элементов программы ПЛК	Поддержка стандартных промышленных языков программирования с возможностью комментирования кода

Проанализировав требования к ПЛК для систем кустовой ТМ, инженеры компании Mitsubishi Electric убедились в том, что линейка компактных ПЛК серии FX5 оптимально подходит в качестве аппаратной платформы для построения шкафов ТМ. В этих контроллерах набор необходимых функциональных характеристик сочетается с такими важными параметрами для данного класса систем, как сравнительно невысокая стоимость и высокая надежность.

Функции передачи (транспортировки) сообщений

В соответствии с основным назначением систем телемеханики в энергетике — контроль и управление процессами производства и распределения электроэнергии на расстоянии — функции передачи сообщений между контролируемыми и контролирующими станциями являются определяющими во всей системе телемеханики.
Типовые функции передачи сообщений, которые выполняются на транспортном (включая сеть) и более низких уровнях передачи (уровни 4—1 на рис. В.2), должны обеспечивать:
высокую достоверность (целостность) доставки сообщений по каналам связи в условиях высокого уровня помех, вызываемых электромагнитным влиянием высоковольтных линий электропередачи, коммутационными явлениями в силовых цепях и пр.;
малое время телепередачи для обеспечения режима реального времени при контроле технического процесса и управлении им;
высокую эффективность использования каналов связи в условиях ограниченной частотной полосы пропускания каналов.
Главное препятствие для удовлетворения этих требований — их противоречивость: обеспечение высокой достоверности передачи данных связано с увеличением времени и снижением эффективности телепередачи, повышение эффективности путем удлинения кодовых блоков приводит к потере большого объема информации в условиях повышенного уровня помех и как следствие — к увеличению времени доставки сообщений и т. п. Поэтому функции передачи сообщений должны обеспечивать разумный компромисс между этими противоречивыми требованиями.
Для выполнения этих требований на каждом уровне передачи сообщений решается свой круг задач:
на транспортном уровне (включая сеть):
разделение сообщений на блоки, введение короткоформатных блоков для передачи экстренных сообщений;
введение приоритетов передачи и управление этими приоритетами, разделение передаваемых данных по классам обслуживания (классы диалоговых процедур);
обеспечение резервного пути доставки сообщения при повреждении основного канала (маршрутизация сообщений);
на канальном уровне:
преобразование входных сигналов от датчиков в последовательность дискретных сигналов, кодирование выходных сигналов по определенному закону с целью обеспечения необходимой помехозащищенности при передаче по каналу связи;
декодирование сигналов, принятых из канала связи, контроль правильности приема, обнаружение (а иногда и исправление) ошибок, квитирование принятых сообщений, синхронизация кадров;

согласование полосы частот и уровней сигналов УТМ и канала связи с помощью модема, формирование сигналов передачи и приема (в канал и из канала связи), контроль качества сигнала и синхронизация приемника и передатчика УТМ.

Функции физического уровня определяются видом физической среды, которая служит для передачи сигналов между передающим и приемным устройствами ТМ.
Основные виды каналов связи, применяемые в энергетике для систем телемеханики, следующие:
собственные (Минэнерго СССР) подземные или подвесные кабели связи;
проводные воздушные линии связи;
арендованные телефонные (телеграфные) линии и каналы связи; радиоканалы УКВ;
ВЦ каналы по высоковольтным линиям электропередачи (35 кВ и выше) и каналы тональной частоты по силовым распределительным электрическим сетям 10 кВ и ниже;
оптико-волоконные линии и т. д.
Физические параметры сигналов, передаваемых по этим каналам, допустимые уровни отношения сигнал/помеха и другие характеристики регламентируются стандартами.

• Назад

• Вперед

Классификация систем телемеханики.

В
зависимости от выполняемых функций и характера передаваемой информации
телемеханические системы подразделяются на:

·системы телеуправления (ТУ),
которые служат для управления положением или состоянием дискретных и
непрерывных объектов;

·системы телесигнализации (ТС),
осуществляющие получение информации о состоянии контролируемых и управляемых
объектов;

·системы телерегулирования (ТР), осуществляющие
передачу из пункта управления управляемому объекту сигналов установки некоторых
параметров, имеющих непрерывное множество состояний;

·системы телеизмерения (ТИ),
осуществляющие на расстоянии контроль значений различных параметров управляемых
объектов;

·системы передачи данных (СПД),
осуществляющие обмен на расстоянии цифровой или другой информацией для
использования ее в вычислительных или управляющих комплексах;

·комбинированные системы,
объединяющие некоторые из перечисленных систем в один комплекс (системы ТУ-ТС,
ТР-ТИ, ТУ-ТС-ТИ и т.д.).

Обычно
в телемеханической системе имеется один пункт управления и множество
контролируемых пунктов, которые соединены в телемеханическую сеть,
которая представляет собой совокупность устройств системы телемеханики и
объединяющих их каналов связи. Структура сети, показанная на рис.7,а, является
простейшей, ее обычно называют «соединение пункт-пункт».

Более
сложнойявляется многоточечная
структура телемеханической сети, которая имеет два и более контролируемых
пункта. Наиболее распространенные структуры данного типа приведены на
рис.4,б,в,г,д. В радиальной структуре (рис.7,б) пункт управления
соединен с каждым из контролируемых пунктов отдельным каналом связи. Это
обеспечивает независимостьработы контрольных
пунктов друг от друга при повреждении каналов связи. Такая структура
используется на крупных станциях для телемеханического управления объектами в
удаленных горловинах с помощью специальной системы станционной кодовой
централизации.

В
цепочной структуре (рис.7,в) множество контролируемых пунктов соединяются
с пунктом управления общим каналом связи. Это обеспечивает наиболее эффективное
использование канала связи, но при этом возникают проблемы при повреждениях
канала связи и проблемы регламентации работы контролируемых пунктов. Цепочная
структура применяется в диспетчерских централизациях. Часто при организации
крупных диспетчерских центров (например, в масштабах железной дороги)
применяются комбинации из радиальной и цепочной структур (рис.7,г). Для повышения
надежности соединений в телемеханической сети применяют кольцевую
структуру (рис.4,д), в которой канал связи образует кольцо и передача сообщений
между пунктом управления и каждым из контролируемых пунктов может осуществляться
по двум направлениям. Кроме того, различают системы телемеханики для управления
подвижными объектами: кранами и другими подъемно-транспортными механизмами,
поездами на железных дорогах, спутниками и т.д.

Основные пользовательские функции УТМ в энергосистемах

ТЕЛЕКОНТРОЛЬ (telemonitoring)* — наблюдение за состоянием контролируемых процессов и оборудования. Составляющими телеконтроля являются:
а)    телеизмерение (ТИ, telemetering) — передача по каналам связи значений непрерывно изменяющихся параметров контролируемых процессов (мощности, напряжения, токов и т. п.). Телеизмерения передаются либо непрерывно, либо по вызову диспетчера. Различают также передачу всех периодических отсчетов ТИ (циклическая передача) либо передачу только изменившихся значений (адаптивная, спорадическая передача). Контролируемый ТИ-параметр может характеризоваться либо текущими мгновенными, либо интегральными значениями за заданный интервал времени. Соответственно применяются термины: ’’телеизмерение текущих значений” (ТИТ) и ’’телеизмерение интегральных значений” (ТИИ). Последнее часто осуществляется число-импульсным методом. Поэтому функция ТИ таких систем часто именуется ТЕЛЕСЧЕТ (ТИ энергии, расхода жидкости, газа и т. п.);
В скобках приводятся соответствующие термины, принятые в .
б) телесигнализация (ТС, teleindication) — передача дискретных сигналов о состоянии контролируемого оборудования (положение выключателей мощности, разъединителей, анцапф трансформаторов, уставок автоматики и т. п.). Передача ТС осуществляется либо спорадически — при изменении состояния контролируемого объекта, либо циклически — непрерывно с подтверждением переданного ранее состояния. Чаще всего при ТС осуществляется передача позиций двухпозиционных объектов (включено, отключено).
Телеуправления (ТУ, telecomand) — передача по каналам связи команд от диспетчера (оператора) к коммутационным аппаратам (выключателям мощности, разъединителям, контакторам и т. п.) для изменения положения оперативного оборудования. Если оперативное оборудование имеет более двух возможных состояний, то телеуправление состоянием этого оборудования называют телеустановкой (teleadjusting). Когда команды передаются с ПУ, а реализуются на КП оперативным персоналом, такая функция называется телекомандованием (teleinstruction); обычно телекоманды (телеинструкции) представляются в визуальной форме (например, на табло с обозначением команд и т. п.). Если передача команд осуществляется от автомата к автомату (например, от устройств релейной защиты, установленных на одном конце линии, к выключателям мощности, расположенным на другом ее конце), то такой вид телеуправления называется автотелеуправлением (АТУ).
Телерегулирование (TP, teleregulation) — передача управляющих воздействий типа ’’больше—меньше”, ’’прибавить—убавить” и других от диспетчера к регулятору, установленному на КП. Управляющее воздействие продолжается в течение времени посылки соответствующих команд диспетчером.
Телерегулирование может осуществляться и в замкнутом цикле — без участия человека. Тогда целесообразно употребить термин ’’автотел ерегулирование” — АТР: передача телеизмерений от датчика к центральному регулятору, расположенному на ДП, и передача от него значений уставок местному регулятору на КП. АТР имеет место, например, в системе автоматического управления и регулирования частоты и мощности (САУРЧМ), где роль центрального регулятора выполняет мини-ЭВМ.
Большинство современных телемеханических систем выполняет некоторый комплекс перечисленных функций, например ТИ—ТС, ТУ—ТИ—ТС и т. п. В соответствии с выполняемыми функциями системы ТМ часто так и именуются: системы ТИ—ТС, ТУ—ТС—ТИ и т. п.

Электропитание технических средств системы телемеханики

Для защиты от провалов напряжения питающей сети предусмотрено гарантированное электропитание технических средств системы телемеханики.

Гарантированное электропитание может быть выполнено в нескольких вариантах:

1.Для КП ТМ, имеющих один ввод питания, целесообразно применение модуля резервного питания TOPAZ MRP-220V24V2A. Данный модуль предназначен для организации гарантированного электропитания технических средств с напряжением 24 В постоянного тока. Модуль обеспечивает безобрывное автоматическое переключение электропитания подключенных к его выходу потребителей с основного питающего ввода на резервный и обратно при пропадании или при недопустимом отклонении параметров напряжения. Модуль используется совместно с аккумуляторным блоком TOPAZ AU 7AH/12V и может обеспечить питание потребителей мощностью не более 50 Вт.

Рис.3 Схема резервного питания с применение модуля TOPAZ MRP-220V24V2A

2.Для КП ТМ, имеющих два ввода питания, применяется модуль контроля питания TOPAZ PSC 24V10А.

Рис. 4 Схема резервного питания с применение модуля TOPAZ PSC 24V10А

Модуль контроля питания TOPAZ PSC 24V10А выполняет следующие функции:

• контролирует наличие напряжения на каналах входного и выходного напряжений;
• при отсутствии напряжения на основном канале входного напряжения, переключает питание внешних устройств на резервный или аварийный источники;
• контролирует заряд аккумуляторной батареи и при понижении уровня заряда ниже установленных при конфигурировании модуля значений, подключает аккумулятор к источнику питания;
• контролирует температуру окружающего воздуха и, при необходимости подает напряжение питания в систему кабельного обогрева.

Модуль контроля питания TOPAZ PSC 24V10А применяется совместно с аккумуляторными блоками TOPAZ AU напряжением 24V различной емкости в зависимости от необходимого времени работы от аккумуляторной батареи и может обеспечить питание потребителей мощностью не более 240 Вт.

При построении системы телемеханики все функции реализованы при помощи оборудования, входящего в единый ПТК «TOPAZ». Это позволяет:

1.   Минимизировать затраты на обучение сотрудников — обучение происходит для ПТК в целом, а не работе с отдельными его компонентами;

2.   Упростить содержание ЗИП — для построения системы используются унифицированные компоненты;

3.   Исключить зависимость от импортного оборудования — ПТК «TOPAZ» является отечественным продуктом;

4.   Отбросить вопрос совместимости компонентов системы между собой, а также ответственности производителя при неисправностях;

5.   Производить диагностирование интерфейсных связей, системы питания и отдельных компонентов в отдельности.

Системы управления и станции мониторинга

Ключевой проблемой для всех операторов распределительных систем является надежность и бесперебойность подачи электроэнергии потребителю. Непрерывность подачи электроэнергии, определяемая коэффициентами надежности, является одним из качественных показателей работы распределительной сети. Один из способов улучшить качество энергоснабжения — это инвестировать в распределительную инфраструктуру и вспомогательные устройства. Эта деятельность включает проекты автоматизации трансформаторных подстанций среднего и низкого напряжения.

В системах управления и контроля подстанций цифровая связь является основной формой обмена данными между устройствами. Ее ключевыми элементами являются стандарты и протоколы связи. Системы управления и станции мониторинга используются в различных типах среды передачи.

Сервер системы управления и надзора выполняет диспетчерский контроль и сбор данных. Автоматизация — одна из ключевых функций для правильной работы станции. Автоматизация на подстанции позволяет избежать обширных поломок и перебоев в энергоснабжении, а значит, влияет на качество и надежность электроснабжения.
Современные системы управления и контроля подстанций обычно рассматриваются как элемент развивающейся интеллектуальной сети

Это важное направление их развития

Что такое телемеханика в энергетике

Телемеханика представляет собой целый комплекс устройств, а также специального программного обеспечения, необходимых для обеспечения передачи и приёма информации либо же сигналов от разных объектов. Также с их помощью осуществляется управление оборудованием этих объектов.

Телемеханика в энергетике является автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУТП).

• средства технического и диспетчерского управления;
• автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергетики;
• системы автоматического управления;
• пульты контроля;
• контрольно-измерительная аппаратура;
• программное обеспечение.

Для того чтобы осуществлять передачу информации между системами телемеханики и центральными пунктами управления, применяют беспроводные и проводные линии связи, а также ВЧ связь, проходящую по высоковольтным ЛЭП.

Системы телемеханики в энергетике строятся так, чтобы можно было гарантировать высокий уровень точности, надёжность и скорость во время передачи данных.

Одной из задач таких систем является:

• создание максимально точной и быстрой фиксации изменения различных параметров электросети;
• выяснение, в каком состоянии находится сейчас оборудование.

Все эти задачи и решения обеспечиваются при помощи автоматизации процессов.

Системы телемеханики в энергетике применяются для организации контроля, а также управления различным оборудованием объектов, расположенных далеко от центра контроля. Это особенно актуально для тех производств, где длительное пребывание человека или же вовсе его нахождение категорически запрещено. Причиной этого может быть, к примеру, высокий уровень загрязнения или радиационного фона.

Какими особенностями обладают данные системы?

• Возможность контролировать оперативно-технический персонал.
• Экономия средств.
• Управление энергетическими объектами на расстоянии.
• Оперативность.
• Сокращение числа обслуживающего персонала.
• Для обслуживания объектов достаточно наличия оперативно-выездной бригады.

Функции

• сбор и первичная обработка технологической информации от датчиков аналоговых и дискретных сигналов
• технологическая сигнализация, обеспечивающая извещение о возникновении нарушений
• регистрация событий
• ручной ввод данных
• отображение информации оперативному персоналу
• предоставление информации пользователям корпоративной сети предприятия (Web-контроль)
• архивирование истории параметров
• вывод информации на диспетчерский щит
• функция индивидуального квитирования с диспетчерского щита
• дистанционное диспетчерское управление освещением территории предприятия.

Телемеханика подстанций — системы контроля и управления

На станциях были разработаны системы, позволяющие постоянный контроль работы станции и взаимодействия с системами охранной автоматики, контроля, блокировки и сигнализации. Эти системы учитывают специфику электростанций. Они имеют большое разнообразие систем из-за множества версий устройств и компонентов системы, которые необходимо защищать. Кроме того, используются устройства различных фирм, в том числе отечественных. На подстанциях, помимо монтажа новых устройств и систем телемеханики под ключ также проводится модернизация существующих.

Масштабируемая система телемеханики

Использование центральных блоков телеуправления обеспечивает связь с системой контроля, а широкий спектр доступных модулей ввода / вывода, обнаружение короткого замыкания и дополнительное оборудование позволяют объекту работать с точки зрения измерения и контроля. Преимуществами такой системы являются: общая единообразная аппаратная платформа для любого приложения, полная масштабируемость решения, но, прежде всего, открытость для сотрудничества с любым оборудованием и любой системой с использованием форм общения, предпочитаемых пользователем.

Система телемеханики — архитектура

Архитектура системы включает три уровня потока данных: процесс, поле и станцию. Они выполняют следующие функции:

• уровень процесса — технологические устройства (например, переключатели, электрические компоненты, датчики),
• полевой уровень — электронные устройства, взаимодействующие с технологическими устройствами, собирают данные с них с помощью цифровых и аналоговых входов, обрабатывают данные (автоматизация) и управляют процессом с помощью выходов,
• уровень станции — электронные устройства и компьютерные системы, собирающие данные с полевого уровня через сеть связи, визуализирующие ход процесса и предоставляющие данные внешним системам.

Архитектура системы контроля и надзора отличается уровнем диспетчерского центра. Это уровень системного администрирования, на котором устанавливаются серверы и операторские станции.

Выводы

Внедрение системы ТМ позволяет обеспечить:

• улучшение условий труда эксплуатационного персонала
• своевременное предоставление оперативному персоналу достаточной и достоверной информации о ходе технологического процесса, состоянии оборудования и технических средств управления
• длительное сохранение результатов измерений
• предоставление персоналу ретроспективной технологической информации (регистрация событий, диагностика оборудования и т.п.) для анализа, организации и планирования работы основного электрооборудования и его ремонта
• снижение вероятности ошибочных действий оперативного персонала за счет своевременного представления информации в наглядном виде
• улучшение технологической дисциплины за счет точной и своевременной регистрации действий персонала
• повышение точности и достоверности технологической информации.

Новости

Системой энергоснабжения промышленного предприятия в Санкт-Петербурге управляет SCADA КРУГ-2000

Для контроллеров DevLink разработан драйвер МЭК 60870-5-104(КП).

Год успешного функционирования системы телемеханики в ОАО «Уралхимпласт»

На Ульяновской ТЭЦ-1 введен в промышленную эксплуатацию комплекс телемеханики на базе программных и технических решений «КРУГ-2000»

Видео

Энергохозяйства предприятий
Решения по организации единой системы энергохозяйства предприятия: учет, автоматизация и диспетчеризация.

Генерация
Решения по автоматизации ответственных производств: АСУ ТП котлов, турбин, ГТУ, ГТЭС.

Система комплексного учёта энергоресурсов промышленного предприятия
Решение для контроля и управления энергоэффективностью промышленного предприятия.

Промышленные контроллеры DevLink-С1000
Аппаратные характеристики процессорного модуля и модулей ввода-вывода, программное обеспечение, преимущества, решения, пример внедрения.

показать все

SCADA КРУГ-2000
Архитектура, преимущества, решения, новый функционал версии 4.3.

Комплектные шкафы бесперебойного питания (ШБП)
Готовые решения для информационных систем.

Информационные листы

Комплекс телемеханики Ульяновской ТЭЦ-2

Система телемеханики для организации автоматизированной системы диспетчерского и технологического управления и создания информационной базы ОАО «Уралхимпласт»

Публикации

Модернизация комплексов телемеханики – простое и надежное решение от НПФ «КРУГ» (газета «Энергетика и промышленность России»)

Система телемеханики для организации АС диспетчерского и технологического управления и создания информационной базы (журнал «Control Engineering»)