Автоматизированная система управления или АСУ — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т.п.
С целью повышения эксплуатационной надежности, долговечности и эффективности работы энергетического оборудования, для решения задач диспетчерского, производственно-технологического и организационно-экономического управления энергохозяйством предприятия могут оснащаться автоматизированными системами управления энергохозяйством (АСУЭ) .
Указанные системы являются подсистемами автоматизированной системы управления предприятием (АСУП) и должны иметь необходимые средства передачи информации от диспетчерских пунктов питающей энергосистемы в объеме, согласованном с последней.
Комплексы задач АСУЭ в каждом энергохозяйстве должны выбираться исходя из производственной и экономической целесообразности, с учетом рационального использования имеющихся типовых решений и возможностей эксплуатируемых технических средств.
Автоматизированная система управления электрохозяйством (АСУ СЭС) является составной частью АСУЭ и, как правило, имеет в своем составе системы диспетчерского управления электроснабжением и ремонтом электроустановок, распределением и сбытом электроэнергии, а также системы управления производственно-экономическими процессами в электрохозяйстве.
Для контроля и учета энергоресурсов (электроэнергии, тепла, воды) в состав АСУЭ включается специальная подсистема АСКУЭ (автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов) . Отдельно следует выделить подсистему тепло- и водоснабжения предприятия в АСУЭ.
Автоматизированная система управления электрохозяйством обеспечивает следующие функции:
отображение текущего состояния главной схемы электроснабжения в виде мнемосхемы;
измерение, контроль, отображение и регистрация параметров;
обработка и вывод информации о состоянии главной схемы и оборудования в текстовой (табличной) и графической форме;
дистанционное управление переключением выключателей главной схемы с контролем действий дежурного;
обработка данных установившихся режимов для различных эксплуатационных целей;
диагностика защит и автоматики с аварийной сигнализацией;
дистанционное изменение установок цифровых РЗА, управление их вводом в работу;
регистрация и сигнализация возникновения феррорезонансных режимов в сети;
проверка достоверности входной информации;
диагностика и контроль оборудования;
формирование базы данных, хранение и документирование информации (ведение суточной ведомости, ведомости событий, архивов);
технический (коммерческий) учет электроэнергии и контроль энергопотребления;
контроль параметров качества электроэнергии;
автоматическое противоаварийное управление;
регистрация (осциллографирование) параметров аварийных и переходных процессов и анализ осциллограмм;
контроль режима аккумуляторной батареи и изоляции ее цепей;
диагностика состояния аппаратуры и программного обеспечения АСУ СЭС;
передача информации о состоянии системы электроснабжения в технологическую АСУ по ее каналу связи на ЦДП и в другие службы предприятия.
На рис. 1 показана примерная структура схема АСУ СЭС компрессорной станции. Структура АСУ СЭС зависит от типа КС (электроприводная или газотурбинная), наличия на КС электростанция собственных нужд (ЭСН) и от режимов ее работы. Также имеет значение степень интеграции ЭСН в систему электроснабжения (СЭС).
Рис. 1. Структурная схема АСУ СЭС КС
Ниже перечислены объекты СЭ, входящие в АСУ СЭС:
открытое распределительное устройство 110 кВ (ОРУ-110 кВ);
комплектное распределительное устройство 6-10 кВ (КРУ 6-10 кВ);
электростанция собственных нужд;
комплектная трансформаторная подстанция (КТП) собственных нужд (СН);
КТП производственно-эксплуатационного блока (КТП ПЭБа);
КТП агрегатов воздушного охлаждения газа (КТП АВО газа);
КТП вспомогательных сооружений;
КТП водозаборных сооружений;
автоматическая дизельная электростанция (АДЭС);
общестанционный щит станции управления (ОЩСУ);
щит постоянного тока (ЩТП);
системы кондиционирования и вентиляции и др.
Основные отличия АСУ СЭС от технологических АСУ заключается в:
высоком быстродействии на всех уровнях процесса управления, адекватной скорости процессов, протекающих в электрических сетях;
высокой защищенности от электромагнитных влияний;
структуре программного обеспечения.
Поэтому, как правило, АСУ СЭС при проектировании выделяется в отдельную подсистему, связанную с остальными АСУ через мост. Хотя в настоящее время имеются принципы и возможности построения глубоко интегрированных систем.
Режим работы технологического оборудования определяет режим работы энергетического оборудования. Поэтому подсистема АСУЭ в целом полностью зависит от технологических процессов. Подсистема АСУЭ как и АСУ ТП фактически определяют возможность построения информационно управляющих систем производством.
Автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии обеспечивает общеизвестные преимущества организации учета при помощи автоматизированных систем контроля, учета и управления электропотреблением. Такие системы долгие годы применяются как за рубежом, так и в России на средних и крупных промышленных предприятиях. Кроме функций учета, они обычно также осуществляют контроль и управление электропотреблением на этих предприятиях.
Основной экономический эффект для потребителя от применения этих систем состоит в уменьшении платежей за используемую энергию и мощность, а для энергокомпаний в снижении пиков потребления и уменьшении капиталовложений на наращивание пиковых генерирующих мощностей.
Основные цели АСКУЭ:
применение современных методов учета расхода электроэнергии;
экономия средств из-за снижения платежей за потребляемую электроэнергию;
оптимизация режимов распределения электроэнергии и мощности;
переход на многотарифный учет электроэнергии; — оперативный контроль полной, активной, реактивной мощностей и др.;
контроль качества электроэнергии. АСКУЭ обеспечивает решение следующих задач:
сбор данных на объекте для использования при коммерческом учете;
сбор информации на верхнем уровне управления и формирование на этой основе данных для проведения коммерческих расчетов между субъектами рынка (в том числе и по сложным тарифам);
формирование баланса потребления по подразделениям и предприятию в целом и по АО-энергозонам;
оперативный контроль и анализ режимов потребления электроэнергии и мощности основными потребителями;
контроль достоверности показаний приборов учета электроэнергии и мощности;
формирование статистической отчетности;
оптимальное управление нагрузкой потребителей;
проведение финансово-банковских операций и расчетов между потребителями и продавцами.
Структурная схема АСКУЭ представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема АСКУЭ: 1 — счетчик электрической энергии, 2 — контроллер сбора, обработки и передачи показаний электрической энергии, 3 — концентратор, 4 — центральный сервер АСКУЭ, 5 — модем для связи с электросбытом, 6 — автоматизированное место (АРМ) АСКУЭ
АСУ ТП электростанций — это интегрированная автоматизированная система, состоящая из двух основных подсистем: АСУ электрической части и АСУ тепломеханической части, к которым предъявляются совершенно разные требования.
Основные задачи интегрированной АСУ ТП электростанции заключаются в обеспечении:
устойчивой работы электростанции в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах;
возможности включения АСУ ТП электростанции в АСУ диспетчерского управления высшего уровня.
АСУ теплоснабжения или АСУ тепло — это интегрированная, многокомпонентная, организационно-технологическая автоматизированная система управления тепловым хозяйством.
АСУ теплоснабжения позволяет:
повысить качество теплоснабжения;
оптимизировать работу теплового хозяйства путем осуществления заданных технологических режимов;
снизить потери тепла благодаря раннему обнаружению аварийных ситуаций, локализации и устранению аварий;
обеспечить связь с верхними уровнями управления, что существенно повышает качество управленческих решений, принимаемых на этих уровнях.
Автоматизированная система управления технологическими процессами подстанций позволяет повысить эффективность работы энергетического оборудования, сократить эксплуатационные расходы и облегчить управление энергообъектом в целом. Известно, что отрасль электроэнергетики имеет национальное значение в экономике России. Развитие электрических сетей, усложнение режимов их работы, увеличение пиковых нагрузок, стареющая инфраструктура сети – эти и другие проблемы побуждают предприятия электроэнергетики автоматизировать управление энергохозяйством.
Автоматизация подстанций дает предприятию бизнес-преимущества:
- Повышение эффективности функционирования подстанций;
- Рост уровня надежности электроснабжения потребителей;
- Исключение ошибочных действий дежурного персонала;
- Равномерное распределение нагрузки на электрическую сеть;
- Эффективное управление системой электроснабжения;
- Обеспечение безопасной работы электросетей и оборудования;
- Снижение коммерческих потерь в сетях и косвенных затрат.
Потребность в электроэнергии растет, а процессы производства, передачи и потребления требуют совершенствования. Электрическая сеть — основа электросетевой компании, поэтому управление и контроль за состоянием сети и технологическими параметрами имеет высокое значение. Автоматизация энергетических объектов способствует удовлетворению растущей потребности в качественной и бесперебойной электроэнергии как энергоемких промышленных предприятий, так и населения. Результат внедрения АСУ ТП подстанций: повышение надежности сети, снижение затрат, исключение риска аварий и оптимальное распределение нагрузки.
Роль интеллектуальных энергосистем
Интеллектуальные энергосистемы созданы для более эффективного управления энергией за счет оптимизации процессов производства и распределения электроэнергии, снижения потерь, повышения надежности энергообъекта. Эффективность деятельности производителей электроэнергии, энергосбытовых и электросетевых компаний в значительной мере зависит от внедрения новых технологий передачи и распределения электроэнергии, модернизации электротехнических устройств и построения системы управления. Для субъектов электроэнергетики АСУ ТП подстанций – это способ повышения надежности электроснабжения потребителей, за счет снижения потерь энергии в электрических сетях, уменьшения ошибок персонала, сокращения числа аварийных ситуаций.
Автоматизация управления объектами электроэнергетики позволяет:
- повысить устойчивость работы эл. станций и сетей;
- уменьшить аварийность и потери электроэнергии;
- снизить затраты на ремонт энергетического оборудования.
- поддерживать установленные параметры для энергосистемы;
- обеспечить экономичный режим работы электрических сетей.
Сегодня на рынке электроэнергии мы наблюдаем общемировую тенденцию по внедрению в энергосистему интеллектуальных электросетей и подстанций нового поколения. «Умные» сети играют важную роль в развитии энергетики и решают множество задач предприятий данной отрасли. Подстанция – это неотъемлемый структурный элемент любой энергосистемы, выполняющий функцию преобразователя напряжения. Автоматизация управления подстанций позволяет оперативно реагировать на нештатные ситуации в работе электрической сети, исключать сбои и повреждения, гарантируя стабильное качество электроэнергии.
Описание АСУ ТП подстанций
Верхний уровень системы включает АРМ оператора, средства локальной вычислительной сети и серверы. На экране компьютера отображаются данные о технологических объектах и состоянии оборудования электростанции. На нижнем уровне содержатся программно-технические средства: контроллеры, логические автоматы, средства отображения информации, вспомогательное оборудование. В функции нижнего уровня входит обработка информации в ПЛК, формирование управляющих воздействий на агрегаты, отдельные защитные функции. В состав полевого оборудования входят: преобразователи напряжения, оборудование ввода/вывода, защитная автоматика и др.
АСУ ТП подстанций содержит функции:
- релейной защиты,
- оперативного управления,
- автоматического управления.
Безусловно, всем элементам подстанции необходима надежная защита, своевременная диагностика, анализ и сигнализация для исключения риска сбоев и аварийных ситуаций. Источниками информации для системы служат: устройства противоаварийной автоматики, релейной защиты, регистраторы аварийных процессов, счетчики, анализаторы качества электроэнергии, контроллеры, системы сигнализации и др. Оперативно-диспетчерское управление энергообъектом и контроль за режимом работы электроустановки позволяет операторам анализировать все необходимые данные в режиме реального времени.
Ход технологического процесса, состояние коммутационных аппаратов, операционные данные, технические показатели работы электрооборудования, параметры электрической сети – вся информация своевременно поступает оперативному персоналу. Повышается управляемость энергообъекта, обеспечивается безаварийная работа подстанций и расширяются возможности энергосистемы. В автоматическом режиме осуществляется управление напряжением, реактивной мощностью и управление составом трансформаторов.
Заказать разработку АСУ ТП подстанций
Инженерно-технический опыт компании ООО «Олайсис» позволяет разрабатывать и внедрять надежные системы автоматизации для энергообъектов. Наши решения создаются с учетом потребностей предприятий электроэнергетики и полностью отвечают требованиям надежности и безопасности. Субъекты рынка электроэнергии, нацеленные на бесперебойное электроснабжение потребителей, отмечают экономическую эффективность АСУ ТП подстанций. Автоматизированный мониторинг и управление подстанцией – это оптимальный способ повышения производительности работы электросетей, надежности агрегатов, качества электроэнергии и эффективности управления подстанцией.
Автоматизация помогает оптимизировать режим работы энергосистемы, снизить капитальные затраты на ремонт оборудования, исключить риск неисправностей и аварий по вине персонала, контролировать показатели качества электроэнергии, обеспечить надежность энергоснабжения. ООО «Олайсис» имеет профессиональный опыт внедрения системы диспетчерского управления электроснабжением, системы телемеханики для управления электрическими сетями, систем управления производственно-экономическими процессами в электрохозяйстве, подсистемы учета энергоресурсов АСКУЭ. У нас заказывают услуги проектирования, монтажа, наладки АСУ ТП, разработку ПО, поставку оборудования, изготовление шкафов автоматики.
© ALLICS — опытная и уважаемая российская IT компания, 2019 г.
Политика конфиденциальности
Все права защищены.
В последние десятилетия в отечественной электроэнергетике наблюдается широкое внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
Существующий в отделе перспективных разработок компании «НГ-ЭНЕРГО» опыт проектирования и анализ эксплуатации АСУ ТП на объектах позволяет сформулировать основные принципы и методологию построения автоматизированных систем управления технологическими процессами современных электростанций, на поставках, сервисе и эксплуатации которых специализируется компания.
Основные цели автоматизации технологических процессов могут быть сформулированы следующим образом:
- создание условий эффективного применения оборудования, топливно-энергетических ресурсов с целью производства электрической энергии;
- централизация и автоматизация процессов управления в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах;
- увеличение надежности электростанции путем выбора оптимальных режимов использования оборудования, оценки и прогнозирования его работоспособности;
- увеличение функциональной надежности процессов управления созданием наиболее благоприятных условий для работы операторов за пультами управления, функциональным резервированием каналов управления, автоматизацией процессов восстановления функций и включения резервного оборудования;
- снижения аварийности и повышения безопасности оборудования путем использования систем автоматического контроля;
- повышения экономической эффективности электростанции путем улучшения качества процессов управления и регулирования, оптимизации процессов производства и преобразования энергии.
АСУ ТП строится по иерархическому принципу, в котором, как правило, выделяют три вида иерархии:
- концептуальную иерархию целей;
- функциональную иерархию решений (алгоритмов);
- организационную иерархию управляющих звеньев.
Иерархия целей образует три уровня. Первый уровень содержит цели, реализуемые в локальных системах управления, цели второго уровня реализуются в групповых системах управления, цели третьего верхнего уровня в центральном посту управления энергетической установки.
Для построения организационной иерархии АСУ ТП необходимо выделить управляющие звенья, которые реализуют функции, соответствующие целям. Также необходимо обосновать степень автоматизации этих функций и установить связи (соподчиненность) между управляющими звеньями.
Организационная иерархия строится с соблюдением принципа единства управления, с четким разграничением прав на принятие решений между автоматическим управляющим устройством (АУУ) и человеком-оператором. Со стороны вышележащих уровней управления необходим контроль и коррекция ошибок оператора и АУУ. Управляющие звенья должны обладать самостоятельностью в пределах предоставленных им функций. Этот принцип позволяет сократить обмен информацией между уровнями и использовать наиболее экономичные способы координации в АСУ ТП.
Самостоятельность локальных систем управления (ЛСУ) обеспечивается выбором оптимальных алгоритмов управления резервом, наличием устройств защиты и блокировки, применением самонастройки (адаптации), а также использованием взаимных компенсирующих связей между ЛСУ одной функциональной группы технических средств.
Концептуальная иерархия целей электростанции и функциональная иерархия решений совместно с изложенными принципами организационной иерархии позволяют получить функциональную и конструктивную структуру АСУ ТП электростанции. Функциональная структура АСУ ТП должна обеспечивать высокую надежность процессов управления. Этому требованию в наибольшей мере отвечает принцип постепенного наращивания функциональных возможностей и качеств системы управления. Конструктивная структура АСУ ТП и ее подсистем строится из условий обеспечения максимальной надежности и экономичности. В процессе проектирования обосновываются также с технико-экономической стороны возможности использования модулей и базовых структур цифрового и аналогового управления, элементная база, необходимый уровень стандартизации и унификации элементов, узлов и блоков и многие другие вопросы конструкции и эксплуатации систем.
АСУ ТП имеет деление, учитывающее специфику технологических процессов объекта управления. Электростанция условно делится на функциональные узлы, которые характеризуются относительной автономией технологических задач, выполняемых ими. Структура алгоритмов управления, а также видеограммы экранных изображений учитывают разграничение функциональных узлов. Это создает модульную структуру системы с хорошей обозримостью технических средств, алгоритмов управления и способов общения персонала с системой. Этим также достигается упрощение наладки, освоения ее персоналом и последующей эксплуатации.
Сформулированные в настоящей статье принципы построения и функции соответствует структура, которую будем называть типовой.
На рисунке 1 приведена обобщенная структура АСУ ТП газопоршневой электростанции (ГПЭС), разработанной в «НГ-ЭНЕРГО».
АСУ ТП построена по иерархической схеме.
Верхний уровень системы обеспечивает взаимодействие оператора с управляемым технологическим оборудованием электростанции, организует работу системы и подготовку массивов информации для использования ее неоперативным административно-техническим персоналом станции. Верхний уровень представлен компьютером АРМ оператора и сервером.
АРМ оператора размещается в оперативном контуре электростанции. АРМ предназначено для: визуализации параметров ТП, дистанционного управления исполнительными устройствами, ввода заданий регуляторам, просмотра отдельных протоколов, отчетов и сводок, включения или отключения управляющих подсистем (авторегулирования, автоматического включения резерва, функционально-группового управления и др.).
В качестве графического интерфейса использован программный пакет MS Internet Explorer, Netscape Navigator. На нем выполняются такие задачи, как проведение диагностики технических средств ПЛК, архивирование данных на долговременных носителях, формирование и просмотр отчетов и сводок, модификация параметров алгоритмов в контроллерах и другие.
Нижний уровень выполняет сбор, ввод и обработку аналоговой и дискретной информации в ПЛК, формирует и отрабатывает дискретные управляющие воздействия на агрегаты, а также осуществляет регулирование по различным законам и решает задачи защиты. Он включает контроллеры, объединенные дублированной сетью Ethernet, а также вспомогательное оборудование, обеспечивающее промежуточное усиление сигналов и другие вспомогательные функции. Нижний уровень также выполняет отдельные функции защит и автоматического управления при отсутствии связи с верхним уровнем. Компьютеры верхнего уровня и контроллеры объединены дублированной сетью Internet. Помимо основной системы выполнена и не программируемая резервная система, предназначенная для ручного управления электроагрегатов и их остановки при отказе АСУ ТП.
В целом АСУ ТП должна проектироваться с использованием системного подхода, выражающегося в том, что вопросы выбора структуры и принципов построения автоматических систем, вопросы обеспечения надежности и качества, удобства эксплуатации должны решаться в их взаимосвязи и с учетом экономических факторов, массогабаритных характеристик, опыта эксплуатации подобных систем, трудоемкости обслуживания.
В. Ю. КЛИНКОВ, начальник отдела
перспективных разработок «НГ-ЭНЕРГО».
В. Г. КАРЕВ, главный инженер проекта, профессор.
