Автоматизированные системы управления электротехническим оборудованием электростанций и подстанций

Оборудование электростанций и подстанций По назначению оборудование электрических установок разделяют на две группы: Оборудование первичных электрических цепей принимает непосредственное участие в производстве, преобразовании и передаче электрической энергии (генераторы, трансформаторы, электродвигатели, выключатели, разъединители). Оборудование вторичных электрических цепей обеспечивает управление первичным оборудованием, автоматизацию его работы и контроль в процессе эксплуатации (контрольно-измерительные приборы, аппаратура защиты, автоматики, управления и сигнализации, щитовые устройства, контрольные кабели).

Реализация систем контроля и управления (СКУ) Традиционно для реализации систем контроля и управления первичным оборудованием использовалась релейная техника. В настоящее время при модернизации систем управления и при вводе нового оборудования обычно внедряются автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) на основе микропроцессорных программно-технических комплексов (ПТК). Объект изучения – АСУ ТП электроустановок.

Основные особенности при переходе к ПТК При реализации СКУ на традиционных средствах рабочей документации проектной организации было достаточно для закупки аппаратуры, монтажа и наладки системы, а всю логику, реализованную на реле, можно было «потрогать руками».

При реализации алгоритмов на микропроцессорной технике существенная часть проекта уходит в область информационных технологий. Проекты разделились на: проекты нижнего (полевого) уровня, реализуемые проектными, монтажными и наладочными организациями; проекты верхнего (микропроцессорного) уровня, реализуемые обычно поставщиками программно-технических комплексов или инжиниринговыми организациями.

Щит управления с автоматизированными рабочими местами (АРМ) оперативного персонала

АРМ оперативного персонала (мнемосхема)

Микропроцессорное устройство (ИЭУ)

Программирование контроллеров с «жесткой» логикой

Фрагмент программы ИЭУ

Сетевые коммутаторы

Цифровые протоколы Существует большое количество протоколов обмена. Среди них: Протокол Modbus является одним из самых распространенных в мире. Одним из преимуществ Modbus является сетевой обмен по типу «ведущий/ведомый». Протокол МЭК 104 (МЭК 101) использует принцип передачи измерений, принятый в телемеханике. Протокол МЭК («Сети и системы связи на подстанциях») – это набор стандартов для систем автоматизации подстанций.

Управление электротехническим оборудованием При автоматизации тепловой и электрической частей электростанций используются различные подходы и предъявляются разные требования к ПТК, так как динамика электрических процессов на порядки выше тепловых. Контроль и управление электродвигателями собственных нужд обычно ведется в рамках технологических АСУ ТП. Другие присоединения электростанций, а также оборудование на подстанциях управляются в рамках АСУ электротехническим оборудованием.

Пример структуры АСУ ТП ТМО ТЭС

Шкафы контроллеров и УСО

Типовая структурная схема АСУТП подстанции

Шкаф серверного и сетевого оборудования. Панели защит и управления

Программное обеспечение Разработка программного обеспечения АСУ ТП требует сочетания знаний по информационным технологиям и специальным дисциплинам. Разработку прикладного программного обеспечения АСУ ТП можно условно разделить на три части: программирование пользовательского интерфейса; программирование ИЭУ; конфигурирование цифрового обмена, формирование базы данных переменных.

Программное обеспечение верхнего уровня Для программирования операторских станций и отображения на них информации при эксплуатации используются SCADA-системы (Supervisory Control and Data Acquisition). SCADA-системы обеспечивают работу двух режимах: исполнения и проектирования. В режиме исполнения осуществляется отображение информации на мнемосхемах операторских станций, прием управляющих команд от операторов для воздействия на исполнительные органы, формирование предупредительной и аварийной сигнализации, формирование и просмотр архивной информации. В режиме проектирования с помощью специальных средств осуществляется разработка пользовательского интерфейса: прорисовка мнемосхем, описание трендов, условий возникновения событий и пр.

Программирование контроллеров по МЭК LD (Ladder Diagram) является графическим языком, программа которая представляет собой аналог релейно-контактной схемы. FBD (Functional Block Diagram) является графическим функциональным языком программирования, использующим аналогию с цифровыми схемами. Программа на этом языке представляет собой совокупность функциональных блоков, соединенных линиями связи. SFC (Sequential Function Chart) является графическим языком, в котором программа описывается в виде последовательности шагов, объединенных переходами. Этот язык удобен когда нужно описывать последовательность различных операций, разнесенных во времени, с проверкой возникновения условий для их выполнения. ST (Structured Text) представляет собой текстовый язык высокого уровня. IL (Instruction List) являясь ассемблером виртуальной машины.

Основная задача курса Изучить принципы организации АСУ ТП электроустановок и взаимодействия оборудования всех уровней: Схематические вопросы подключения датчиков и исполнительных устройств к модулям УСО программно- технического комплекса (ПТК) Конфигурирование ПТК Принципы разработки прикладного программного обеспечения для АРМ и ИЭУ Принципы организации цифрового обмена.

Основные разделы курса Микропроцессорные устройства защит и управления для различных видов присоединений. Входные и выходные сигналы. Реализуемые функции. Конструктивное исполнение ИЭУ. Модули УСО. Цифровые интерфейсы. Организация цифровых сетей. Сетевые концентраторы Ethernet. Оптические и медные связи. Сеть на основе RS-485. Преобразователи интерфейсов. Протоколы цифрового обмена. Стандарт МЭК Операторский интерфейс ИЭУ. Органы контроля и управления. Графический экран. Работа с меню. Местное управление присоединением с помощью ИЭУ. Программные инструменты конфигурирования ИЭУ. Основные функции в системе наблюдения и управления SCADA. Разработка системы управления. Формирование базы данных переменных. Организация связи с ИЭУ. Создание пользовательского интерфейса.