Автоматизация систем управления и мониторинга электроэнергетики

Автоматизация систем управления и мониторинга электроэнергетики

• Какие основные задачи автоматизации системы управления объектами электроэнергетики?
• Какие применяются датчики, приборы мониторинга и устройства управления электроснабжением?
• Что такое автоматизированная система управления энергетическим хозяйством промышленного предприятия?
• Что такое АСУД и для чего она предназначена, какие функции на нее возложены?

Электроэнергетическая система (далее — ЭЭС) — электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные сходством процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

Автоматизация широко используется в электроэнергетике. Под автоматизацией ЭЭС понимают их оснащение отдельными устройствами и системами для управления производством, передачей и распределением электрической энергии в нормальных и аварийных режимах без участия человека. Роль автоматики, уровня ее совершенства, исключительно важна для обеспечения надежности ЭЭС.

Ввиду широкого использования электрической энергии абсолютно во всех сферах жизнедеятельности человека выход из строя энергосистемы, нормальная работа которой во многом определяется надежностью автоматики, приведет к негативным, а зачастую и катастрофическим последствиям.

Зачем нужно автоматизировать управление объектами электроэнергетики рассмотрим на схеме 1.

Схема 1
Задачи автоматизации системы управления объектами электроэнергетики

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 в случае нештатных ситуаций в работе электрической сети, исключать сбои и повреждения, гарантируя стабильное качество электроэнергии.

Важнейшим показателем совершенства ЭЭС является качество электроэнергии, под которым прежде всего подразумевается стабильность величины напряжения и его частоты. Отклонение этих параметров от номинальных значений приводит к ухудшению работы потребителей электроэнергии.

Для повышения надежности электроснабжения широко применяются автономные источники электроэнергии в виде дизельных электростанций, газотурбинных установок, установок гарантированного электропитания с использованием различных первичных источников энергии. Их нормальное функционирование также невозможно без автоматических систем управления.

Для контроля и управления режимами источников электроэнергии, обеспечения бесперебойного снабжения потребителей, координирования ликвидацией аварий в энергосистеме создаются службы диспетчерского управления энергосистемой. В настоящее время сложность задач оперативного управления крупными ЭЭС приводит к тому, что диспетчер не в состоянии проконтролировать все узловые точки электрической сети и не способен достаточно быстро произвести операции по ее управлению. Поэтому на автоматику возлагаются операции по управлению ЭЭС с требуемой точностью, надежностью и быстродействием, соизмеримым с длительностью электромагнитных и электрических процессов, происходящих в системе.

Автоматизация начинается с применения автоматических устройств для управления отдельными объектами (схема 2).

Схема 2
Классификация автоматизации устройств

В автоматизацию систем управления и мониторинга электроэнергетики также входит система автоматизированной системы учета энергопотребления (далее — АСУЭ).
АСУЭ — автоматизированная система управления энергетическим хозяйством промышленного предприятия.

Как правило, АСУЭ обеспечивает реализацию ряда функций, в частности, это:
• определение потребности в ресурсах и планирование их расхода по видам деятельности предприятия;
• управление производством, распределением и потреблением энергоресурсов;
• анализ расхода энергетических ресурсов и затрат на их производство;
• контроль состояния оборудования;
• организация и управление техобслуживанием и ремонтом энергетического оборудования
диагностика энергооборудования;
• передача информации в смежные системы автоматизации

Автоматизированную систему управления можно условно разделить на три уровня взаимодействия (схема 3).

Схема 3
Уровни взаимодействия АСУЭ

Датчики, приборы мониторинга и устройства управления

Датчики системы управления электроснабжением служат для, сбора и передачи информации о наличии людей в помещении, уровне освещенности, температуре на устройствах подогрева и т.п. Данные передаются в систему управления, и на основе их показаний система автоматизации активирует соответствующий режим работы.

Показания датчиков предоставляются диспетчеру через систему мониторинга, которая предназначена для выполнения следующих функций:
• непрерывного контроля состояния оборудования, установленного на объекте;
• выдачи предупредительной и аварийной сигнализации на диспетчерский пульт;
• удаленного управления обслуживаемым оборудованием с диспетчерского пульта;
• предоставления собранной информации на диспетчерском пульте в удобном пользователю виде;
• архивирования информации в базе данных;
• ведения журнала событий по аварийной и предупредительной сигнализации, а также действиям обслуживающего персонала (диспетчера);
• формирования отчетов по шаблонам пользователя на основании собранных данных.

Зачем стоит применять ресурсосберегающее оборудование и внедрять автоматическую систему управления и диспетчеризации (далее — АСУД), рассмотрим на схеме 4.

Схема 4
Преимущества ресурсосберегающего оборудования и АСУД

Автор: Дмитрий Красов, эксперт в сфере энергетики и ЖКХ

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Тема 1.10. Основы электропривода.

Электрический привод представляет собой электромеханическую систему , предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

В общем случае электропривод состоит из 4-х устройств:

Преобразовательное устройство предназначено для преобразования рода тока, напряжения и частоты тока питающей сети и передачи преобразованных параметров сети в электрическую часть электропривода. Поэтому оно включается между питающей сетью и электрической частью электропривода.

Структурная схема электропривода

В качестве преобразовательных устройств используются:

для преобразования рода тока – выпрямители , преобразующие переменный ток в постоянный;

для преобразования напряжения – трансформаторы , преобразующие переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения той же частоты;

для преобразования частоты тока – преобразователи частоты, преобразующие переменный ток одной частоты в переменный ток другой, регулируемой частоты.

для преобразования напряжения – инверторы , преобразующие постоянное напряжение в пременное регулируемой амплитуды и частоты

Рассмотрим поочередно преобразовательные устройства.

Выпрямители

На судах выпрямители применяют в электроприводах, использующих в качестве источника механической энергии двигатель постоянного тока. К таким электроприводам относятся (в оснвном на судах старой постройки):

якорно – швартовные механизмы – брашпили;

грузоподъёмные – грузовые лебёдки и краны;

гребные электрические установки, предназначенные для движения судна.

Мощность этих электродвигателей составляет десятки и сотни кВт.

Трансформаторы

Трансформаторы в судовых электроприводах, как правило, не применяются. Однако они нашли применение на берегу. Здесь от высоковольтных линий электропередач с напряжениями в сотни киловольт питаются предприятия с электроприводами напряжением 380В и 660В.

Преобразователи частоты

На судах статические тиристорные преобразователи частоты применяются в электроприводах переменного тока. К таким электроприводам относятся, в основном, грузоподъёмные тяжеловесные устройства и гребные электрические установки.

Электродвигательное устройство предназначено для преобразования электрической энергии в механическую или, в некоторых системах судовых электроприводов (система генератор – двигатель), механической энергии в электрическую.

К электродвигательным устройствам относят электродвигатели постоянного и переменного тока, а также универсальные ( переменно-постоянного тока ). Последние нашли на судах ограниченное применение, в основном, в электроприводах вентиляторов мощностью до 250…300 Вт.

Передаточное устройство предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу механизма.

К передаточным устройствам относят механические, гидравлические и другие передачи. Передаточные устройства применяют в грузоподъёмных, якорно-швартовных и рулевых механизмах. Например, в электроприводе грузовой лебёдки передаточным устройством является редуктор, расположенный между электродвигателем и грузовым барабаном лебёдки.

Простейшие по устройству электроприводы, например, вентиляторы и центробежные насосы, не имеют передаточного устройства, т.к. у них крылатка насажена непосредственно на вал электродвигателя.

Управляющее устройство предназначено для управления преобразовательным электродвигательным и передаточным устройствами. При помощи управляющего устройства задают необходимый режим работы всего электропривода, например, пуск, остановку, реверс, изменение скорости и др. Например, в электроприводе грузовой лебёдки управляющее устройство состоит из командоконтроллера (с рукояткой управления) и

станции управления, внутри корпуса, которой находятся коммутационные и защитные электрические аппараты – контакторы, реле, предохранители и др.

В сложных современных судовых электроприводах составной частью управляющего устройства являются бортовые компьютеры, которые получают информацию от задатчиков и датчиков обратной связи и вырабатывают сигналы управления в соответствии с заданными алгоритмами (программами).

При этом, в качестве задатчиков используются рукоятки управления тремя механизмами крана (подъём, поворот, стрела), связанные с потенциометрами, в качестве датчиков – большое количество чувствительных элементов, измеряющих вес груза, давление в системе гидравлики величину тока, определяющих положение рабочих органов перечисленных механизмов и многое другое.

Система автоматического управления конвейерными линиями

Недавно наши партнеры попросили разработать, установить и осуществить пуско-наладку новой системы автоматического управления конвейерами по разделке и фасовке готовой продукции на одном из крупнейших предприятий по переработке мяса птицы в Сибири.

Наши инженеры справились с задачей за месяц, и в октябре система уже полноценно работала, успешно управляя работой новых конвейеров.

Система предназначена для управления тремя производственными линиями: разделки и фасовки грудки и бедер; разделки и фасовки ножек, и разделки и фасовки субпродуктов.

Ядром системы является шкаф управления конвейерами. На передней панели шкафа расположен сенсорный цветной графический терминал и кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП».

В состав шкафа входят программируемый контроллер, панель управления (графический терминал), реле гальванической развязки выходов контроллера, автоматы защиты, блоки питания, частотные преобразователи, пультовая аппаратура.

Разработанная нами система управляется программируемым контроллером Omron CP2E, который циклически выполняет специализированную программу, хранящуюся в его энергонезависимой памяти.

Настройка программы, задание параметров регулирования, отображение состояния оборудования и значений параметров осуществляется с помощью панели оператора Omron NB.

Обработка сигналов, полученных от датчиков и от оператора, и выдача сигналов на исполнительные механизмы осуществляется контроллером Omron CP2E и его дополнительными блоками ввода/вывода.

Для поддержания заданного технологического цикла работы система постоянно измеряет выходные и входные параметры, и на основе анализа показаний управляет выходными элементами.

Кнопка «АВАРИЙНЫЙ СТОП» предназначена для полной остановки системы в случае возникновения аварийной ситуации, при её нажатии отключается питание всех частотных преобразователей, снимаются команды включения конвейеров. При ее нажатии она фиксируется, и её освобождение осуществляется поворотом по стрелке, нанесенной на корпус кнопки.

Порядок включения питания перед первым пуском или после ремонта:

• убедиться в правильности подключения питания, датчиков и исполнительных устройств к клеммам ШУ установки;
• включить рубильник, установленный на боковой стенке ШУ;
• включить автоматы защиты двигателей;
• включить автоматы защиты питания цепей управления;
• убедиться, что на панели индикации контроллера светится надпись «RUN»;
• светится зеленый светодиод «DC ON» на блоках питания;
• светится экран панели управления.

В дальнейшем, при штатной работе, достаточно включать лишь рубильник, установленный на шкафу управления конвейерами. Отключение питания производится этим же рубильником.

Панель оператора обеспечивает возможность ввода в контроллер цифровой и текстовой информации и отображения на экране информации в графическом и текстовом виде.

Панель Omron NB представляет собой сенсорный графический дисплей с программируемым набором функциональных элементов.

Представление всей визуальной информации организовано в виде набора окон, переключение между которыми осуществляется путем нажатия соответствующей функциональной сенсорной кнопки на экране.

Настоящая система управляет тремя производственными линиями. При включении на экране панели управления отображается окно с мнемосхемой линии «Грудка/Бедро». Кнопки внизу экрана служат для переключения между линиями. Две друие линии — «Субпродукты» и «Ноги». Цвет кнопки активного окна отображается светлым оттенком.

Управление конвейерными линиями описано ниже на примере линии «Грудка/Бедро». Для других линий действия оператора аналогичны.

Выбор конвейерной линии осуществляется нажатием на сенсорную кнопку с соответствующим названием в нижней части экрана.

На экране отображается общая мнемосхема линии и следующие элементы:

1. Лампы состояния каждого конвейера.

Цвет лампы меняется в зависимости от состояния следующим образом:

• красный – выключен, обрыв связи, авария привода;
• жёлтый – выведен из работы;
• синий – готов к работе (питание включено, аварий нет);
• зелёный – работа (двигатель конвейера работает).

2. «Готовность линии».

При нажатии происходит переход в окно состояния компонентов конвейера. При нажатии на «Вывод из работы» на каждом из конвейеров происходит следующее:

• состояние привода – «Выведен»;
• авария привода игнорируется;
• команда на отключение;
• запрет на включение конвейера;
• игнорирование команды включения при общем включении.

Выход осуществляется кнопками навигации внизу экрана. Она отображается зелёным цветом, если нет аварий или отключенных приводов. При возникновении внештатных ситуаций, отключения приводов — отображается красным цветом.

3. «Общее управление линией».

При нажатии происходит переход в окно включения/отключения всей линии.

Также в общем окне линии имеются сенсорные поля для перехода в конкретную единицу оборудования. Данные поля подсвечиваются при переходе на выбранную линию:

Окна управления 2-х ярусным и прямым конвейерами подачи грудки содержат индикацию состояния, а также кнопки управления скоростью конвейеров:

Ввод требуемого значения скорости осуществляется следующим способом:

• нажать на область экрана, в которую требуется ввести значение;
• на отобразившейся клавиатуре набрать значение;
• для подтверждения ввода нажать «ENTER».

Нажатием на кнопку «Записать» фиксируется установленное значение скорости.

Выход осуществляется с помощью кнопки, расположенной в правом нижнем углу экрана. Данным способом осуществляется запись значения скорости конвейеров для всех линий.

Экран обмывки ленты содержит следующие элементы интерфейса:

• индикатор состояния крышки ванны;
• индикатор состояния клапана слива;
• индикатор состояния клапана долива;
• индикатор состояния уровня;
• иконка включения мойки;
• иконка окна настройки.

При нажатии на пиктограмму «Шестерёнка», расположенную в правом верхнем углу, происходит переход к настройкам, где отображается:

1. Таймер автоматического отключения режима «Мойка». Задаётся время, после которого режим «Мойка» отключится автоматически.

2. Таймер включения долива. Время задержки включения клапана долива после пропадания сигнала «Верхний уровень».

3. Кнопка «Работа клапана долива по уровню». Служит для отключения клапана долива.

В окне бункера распределения грудки отображаются:

• иконка включения/отключения шагового двигателя;
• индикатор режимы работы бункера (автомат/ручной);
• индикатор положения направляющей бункера (A -на фасовку; В — на РАПИД);
• иконка ручного перевода направляющей бункера в другое положение;
• переход в окно настроек.

Нажатием на шестеренку осуществляется переход в меню настроек бункера распределения:

Во время эксплуатации системы управления конвейерами существует вероятность возникновения различных аварийных ситуаций. При возникновении внештатной ситуации автоматически открывается экран аварий (в данном интерфейсе мы реализовали раздельное отображение для каждой линии).

Переход в окно аварий также осуществляется нажатием на иконку «Аварии», расположенную в нижней части экрана. В нем отображается список активных неисправностей, текущее время, иконку перехода в архив аварий, иконку общих настроек (настройка текущего времени, яркости и т.д.)

Системы автоматического управления (САУ)

Обеспечивают выполнение алгоритмов пуска и останова гидротурбин, поддерживают заданные величины активной мощности и частоты вращения гидротурбины, обеспечивают безопасную эксплуатацию гидротурбин и комплекс гидромеханических защит.

Обеспечивают выполнение алгоритмических последовательностей пуска, синхронизации, включения в сеть, работы в сети и останова гидроагрегата, контроль технологических параметров, местное управление работой гидроагрегата, комплекс защит от нештатных ситуаций при работе гидроагрегата. САУ ГА обеспечивает интеграцию локальных подсистем управления, контроля, защиты и сигнализации, и передачу информации на верхний уровень технологических систем управления.

Типовые подсистемы САУ ГА:

• ПТК ТА – программно-технический комплекс технологической автоматики гидроагрегата (автоматического управления гидроагрегатом);
• ПТК АРЧМ — программно-технический комплекс автоматического регулирования частоты вращения и активной мощности турбины;
• ПТК МНУ – программно-технический комплекс управления маслонапорной установкой;
• ПТК УВО – программно-технический комплекс управления вспомогательным оборудованием гидроагрегата;
• ПТК ИС – программно-технический комплекс измерений и сигнализации;
• ПТК ТК – программно-технический комплекс контроля и сигнализации о тепловых параметрах работы оборудования.

АСУ ТП предназначены для автоматизации управления технологическим оборудованием на ГЭС. АСУ ТП обеспечивает глубокую автоматизацию технологических процессов, повышение уровня информационной обеспеченности персонала и улучшения условий его работы путём создания единого человеко-машинного интерфейса иавтоматизации ведения архивов, централизованную обработку и анализ технологической информации, расчёт технико-экономических показателей работы оборудования, интеграцию САУ ГА в единую информационную сеть, диспетчерское управление оборудованием электростанции.

СмиД обеспечивают реализацию задачи вибрационного контроля гидроагрегата — получение текущих значений параметров вибрации, воздушного зазора, магнитного потока и др., в заданных точках гидроагрегата, обеспечивают формирование и передачу обобщенных и расшифровывающих предупредительных и аварийных сигналов в САУ ГА (или АСУ ТП), на основе которых происходит формирование и передача команды управления на изменение режима работы агрегата либо на аварийную остановку.

• Преимущества

Безаварийная работа выпускаемых «Силовыми машинами» систем управления гидроэнергетическим оборудованием обеспечивается высоким качеством разработки и изготовления, а также использованием отработанных годами алгоритмов управления, заложенных в прикладное программное обеспечение программно-технических комплексов (ПТК), что подтверждено опытом эксплуатации.

Оборудование, выпускаемое компанией, позволяет безаварийно эксплуатировать гидроагрегаты, так как, даже при выходе из строя компонентов системы управления гидроагрегат аварийно останавливается системой аварийного закрытия, которая установлена на всех агрегатах, изготавливаемых «Силовыми машинами».

• Вспомогательное оборудование

• гидравлические турбины различных типов;
• гидрогенераторы;
• предтурбинные затворы;
• гидравлическая часть регуляторов и маслонапорных установок (МНУ);
• системы возбуждения.

• Сервис

Компания «Силовые машины» предлагает услуги по сервису, модернизации и реконструкции оборудования ГЭС, направленные на повышение надежности, экономичности, маневренности и удобства эксплуатации.

Выполняя проекты по реконструкции и модернизации гидроэлектростанций, «Силовые машины» решают стратегические задачи, обеспечивающие доходность инвестиций своих клиентов, восстанавливая работоспособность оборудования, повышая его технико-экономические показатели и надёжность.

Работы по модернизации и ремонту оборудования могут быть выполнены как в заводских условиях, так и в условиях электростанции.

Выполняя работы по реконструкции, специалисты «Силовых машин» стремятся минимизировать строительные работы и обеспечить размещение модернизированного оборудования на штатных закладных частях и фундаментах.