Телекоммуникационные системы в энергетике

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЭНЕРГЕТИКЕ

ВВЕДЕНИЕ

Телемеханика - как отдельная область науки и техники выделилась сравнительно недавно. Но не смотря на свою относительную «молодость» сразу же начала развиваться стремительными темпами, охватывая все новые и новые отрасли промышленности. Сегодня, мы уже даже не замечаем того, с какой легкостью и не принужденностью мы пользуемся ее достижениями.

Примеры применения телемеханики в быту:

- телевизор с пультом ДУ (регулирование уровней громкости, яркости и других параметров) типичный пример телеуправления;

- радиоуправляемые модели машинок, корабликов, самолетиков, эти игрушки представляют собой комплекс телемеханики, с пунктом управления, каналом связи и контролируемым пунктом.

Сам термин телемеханика происходит от двух греческих слов: tele – расстояние (далеко) и mechanica – механика (двигать), т.е., в современном понимании, совершение каких-либо действий на расстоянии или передача информации на расстоянии. Термин был введен в 1905 году французским ученым Бранли.

Это означает, что при помощи специализированного пункта управления (в дальнейшем ПУ) мы можем практически на любом расстоянии включать, отключать какие либо объекты, производить регулирование. Кроме управления, очень важное значение имеет отображение состояния удаленных объектов. Применительно к энергетике, это означает контроль за положением выключателей линий, вводов и положением контактов реле различных защит. Такая информация называется телесигнализацией (ТС). Следующим параметром контроля над объектом является телеизмерения (ТИ). ТИ в свою очередь, подразделяются на текущие телеизмерения (ТИТ) - показывающие мгновенные изменения параметра (например тока или напряжения) и интегральные измерения (ТИИ), которые показывают изменение параметров за какой либо промежуток времени. Обычно телеизмерения интегральные ТИИ - это относиться к энергоучету. Для этих целей обычно применяют свою, специально разработанную аппаратуру, хотя в последнее время разработчики автоматизированных систем объединяют все эти возможности в один комплекс.

Телемеханика — область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управления и контроля на расстоянии.

Специфическими особенностями телемеханики являются:

· удалённость объектов контроля и управления;

· необходимость высокой точности передачи измеряемых величин;

· недопустимость большого запаздывания сигналов;

· высокая надёжность передачи команд управления;

· высокая степень автоматизации процессов сбора информации.

Назначение

Телемеханизация применяется тогда, когда необходимо объединить разобщённые или территориально рассредоточенные объекты управления в единый производственный комплекс (например, при управлении газо- и нефтепроводом, энергосистемой, ж. -д. узлом), либо когда присутствие человека на объекте управления нежелательно (например, в атомной промышленности, на химических предприятиях) или невозможно (например, при управлении непилотируемой ракетой).

Внедрение телемеханических систем позволяет сократить численность обслуживающего персонала, уменьшает простои оборудования, освобождает человека от работы во вредных для здоровья условиях.

Особое значение телемеханика приобретает в связи с созданием автоматизированных систем управления (АСУ). Обработка данных, полученных по каналам телемеханики, на ЭВМ позволяет значительно улучшить контроль за технологическим процессом и упростить управление. Поэтому в настоящее время совместно с понятием "телемеханика" всё чаще и чаще используется сокращение АСУТП — автоматизированная система управления технологическим процессом. Современная система телемеханики также немыслима без компьютера, поэтому можно сказать, что телемеханика и АСУТП — близкие понятия. Разница между этими понятиями улавливается лишь по времени появления и по традиции использования. Например, в энергетике предпочитают использовать слово телемеханика, на промышленных предприятиях — АСУТП.

В англоязычных источниках аналогом понятия "телемеханика" является сокращение SCADA — Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор данных, в которое вкладывается, по сути, тот же смысл.

Области применения

Предприятия химической, атомной, металлургической, горнодобывающей промышленности, электрические станции и подстанции, насосные и компрессорные станции (на нефте- и газопроводах, в системах ирригации, тепло- и водоснабжения), ж.-д. узлы и аэропорты, усилительные и ретрансляционные установки на линиях связи, системы охранной сигнализации и т. д.

История

Первоначально с понятием телемеханики связывали представление об управлении по радио подвижными военными объектами. Известны случаи применения боевой техники, оснащенной устройствами управления на расстоянии, в 1-й мировой войне.

Практическое применение телемеханики в мирных целях началось в 20-х годах 20 века, главным образом на ж.-д. транспорте: телеуправление ж.-д. сигнализацией и стрелками было впервые осуществлено в 1927 на железной дороге в Огайо (США). В 1933 в Московской энергосистеме (Мосэнерго) введено в эксплуатацию первое устройство телесигнализации. Серийное заводское производство устройств телемеханики в СССР впервые было организовано в 1950 на заводе "Электропульт".

Развитие телемеханики шло параллельно с развитием электроники и средств связи. Первые системы строили на релейных схемах. В 50-х годах на смену реле пришли более надежные полупроводниковые элементы. В конце 60-х годов началось использование интегральных схем.

В конце 80-х годов в схемотехнике систем телемеханики произошел качественный скачок. Вместо микросхем жесткой логики в контроллерах стали использовать микропроцессоры. Это позволило гибко адаптировать аппаратуру под решение конкретной задачи путем замены программного обеспечения. В 1992 году был изготовлен комплекс телемеханики, построенный на восьмиразрядных микропроцессорах. Часть программного обеспечения и конфигурация системы загружалась в память контроллеров с ПЭВМ.

Современные программно-технические комплексы строят также на основе микропроцессорных контроллеров. В настоящее время это 16 и 32-разрядные системы с высоким быстродействием и достаточным объемом памяти. Всё большее значение имеет программное оснащение контроллеров. Для хранения программ и данных применяют FLASH-память, позволяющую легко менять программу и обеспечивать быстрый перезапуск системы в случае сбоя.

Тенденции развития

В современной системе телемеханики большое внимание уделяется программному обеспечению системы и интеграции с действующими системами и программными комплексами. Стандартом стало графическое представление схем контролируемого процесса (мнемосхем) с "живым" отображением текущего состояния, управление объектом с кадров мнемосхем.

В программном обеспечении наблюдается тенденция к стандартизации программных интерфейсов систем сбора данных и обрабатывающих программ (технология OPC), возрастает потребность экспорта собранных данных в специализированные программы (расчета режимов, планирования, аналитические, АРМ специалистов). В условиях усложнения систем повышается роль средств диагностики и отладки.

С технической стороны в системах всё чаще используются современные скоростные каналы связи (оптоволокно, Ethernet) и беспроводные технологии (например, транкинговая и сотовая связь). Вместе с тем сохраняется потребность стыковки с морально (а иногда и физически) устаревшими "унаследованными" системами, с сохранением их протоколов связи. На контролируемых объектах всё чаще возникает необходимость стыковки с локальными технологическими системами.

Наряду с усложнением самих систем и их программного обеспечения наблюдается изменение требований к реализуемым функциям. К традиционным функциям телемеханики (телесигнализация, телеизмерение, телеуправление) добавляются функции энергоучета, транспорта данных с локальных автоматических приборов. К обычным функциям контроля за изменением состояния и превышения предельных значений добавляются возможности текущих расчетов и логического анализа (например, балансные расчеты).

Пример построения телемеханической системы

Рассмотрим основные понятия, используемые в телемеханических системах, на примере так называемой двухуровневой системы (рис.1), ставшей классической схемой.

Контроль и управление системой осуществляют с Пункта Управления (ПУ), где находится диспетчер, аппаратура телемеханики, ЭВМ, мнемонический щит.

Объекты контроля и управления находятся на Контролируемых Пунктах (КП), одном или нескольких.

Взаимодействие между ПУ и КП происходит по каналу связи. Это может быть простая физическая линия, оптоволокно, выделенный телефонный канал, радиоканал и т.п. При подключении к одному каналу связи нескольких КП каждый из них должен иметь уникальный номер.

Системы телемеханики в ДУ.

Структура АСДУ

Любую автоматизированную систему, в том числе и комплекс программно-технических средств (КПТС) телемеханики можно представить в виде трехуровневой системы (рис. 2), включающей в себя:

- подсистему сбора информации;

- подсистему приема и обработки информации;

- подсистему отображения информации.

Иногда подсистемы приема/обработки и отображения данных могут быть объединены (как ПУ или ЦППС), в таком случае, система превращается в двухуровневую (см. введение, рис. 1).

Требования к современным системам ДУ(особенности систем)

телекоммуникационные системы в энергетике - student2.ru ДП всех уровней должны быть оснащены АСДУ (ПТЭ)

Применение сложных топологических структур

Модульность и наращиваемость

Значительный объем собираемых данных

Привязка событий к единому времени

Использование широкого спектра каналов связи

Применение международных стандартных протоколов обмена данными, применение открытых стандартов (интерфейсы, протоколы, ОС, СУБД)

Обмен данными с внешними системами

Применение различных средств отображения информации и управления, индивидуальных и коллективных (АРМ, ДЩ, видеокубы, панели и т.д.)

Повышение надежности работы и самодиагностика оборудования на всех уровнях

Защита информации от несанкционированного доступа и администрирование систем

Интеграция с современным оборудованием и оборудованием предыдущих поколений

Рис. 2

В ПТЭ ЭСиС РФ (с 2003 г.) существует раздел 6 Оперативно-диспетчерское управление. Согласно этому разделу:

Задачи АСДУ:

Планирование (долгосрочное, среднесрочное, краткосрочное)

Оперативное управление

Автоматическое управление

Архивирование, хранение, восстановление данных

Анализ достоверности собираемыханных

Отчетность (генерация отчетных форм)

Расчетные задачи (логические и арифметические)

Обмен данными с другими системами (внутри предприятия и внешними АСУ)

Контроль действий оперативного персонала

ТРЕБОВАНИЯ К ИНФОРМАЦИОННОМУ ОБМЕНУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ С АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ СИСТЕМНОГО ОПЕРАТОРА

Приложение 2к Регламенту допуска субъектов оптового рынка электроэнергии к торговой системе оптового рынка электроэнергии (НП Совет Рынка)

Требования к обмену телеинформацией автоматизированной системы диспетчерского управления

2.1. Телеинформация передается между устройствами телемеханики, установленными на энергообъектах (электростанциях, подстанциях), и ОИК диспетчерских пунктов, а также между ОИК диспетчерских пунктов смежных уровней управления. В ее состав входят:

1 телеизмерения параметров режима электрической сети и генерирующих источников;

2 положения коммутационных аппаратов, включая разъединители, главной электрической схемы энергообъекта, сигналы от устройств фиксации коммутационного состояния элементов сети, состояние элементов вторичной коммутации на энергообъектах;

3 команды телеуправления.

2.2. Требования к передаче телеинформации:

4 Объем телеинформации должен обеспечивать адекватность (наблюдаемость) модели реального времени расчетной электрической схемы схеме контролируемой электрической сети и оперативный контроль и регистрацию качества электрической энергии.

5 По каждому присоединению в обязательном порядке должны передаваться телеизмерения величины действующих значений:

- Напряжения (фазное и линейное), для каждой фазы и среднее;

- Тока, для каждой фазы и средний;

- Активной мощности, для каждой фазы и суммарная;

- Реактивной мощности, для каждой фазы и суммарная;

- Полной мощности, для каждой фазы и суммарная;

- Частоты.

В отдельных случаях дополнительно могут передаваться величина тока и значения некоторых неэлектрических параметров (уровни бьефа ГЭС, температура внешней среды, внешняя освещенность, толщина стенок гололеда, весовые и ветровые нагрузки на провода и др.).