Автоматизация энергообъектов

Аsuelectro.ru: системы автоматизации, технологии автоматизации, автоматизация производственных процессов в электроэнергетике, комплексная автоматизация электроэнергетических объектов, АСДУ, системы АСУ ТП подстанции, автоматизация учета электроэнергии, АСКУЭ, оперативные переключения в электроэнергетике, компьютерные тренажеры, автоматика и телемеханика, системы телемеханики в энергетике
Главное меню
Основы
Полезное

 

   

Информационное обеспечение АСДУ и АСУ ТП, АСУ ТП подстанции

Измерительно-информационный и управляющий комплекс «Черный ящик»

Измерительно-информационный и управляющий комплекс «Черный ящик»Измерительно-информационный и управляющий комплекс «Черный ящик» (далее ЧЯ) предназначен для использования в электрической части энергетических объектов и служит для решения широкого круга задач:

  • оперативного управления;
  • релейной защиты и автоматики;
  • учета электроэнергии;
  • контроля качества электроэнергии;
  • осциллографирования аварийных и переходных процессов.

Основным преимуществом архитектуры ЧЯ является комплексное использование измерительных цепей. Так цепи тока и напряжения, введенные в одно устройство комплекса, используются для решения всего круга задач: от простых измерений действующих значений до комплексных расчетов энергии и показателей качества, от определения нестационарных режимов и записи осциллограмм до управления коммутационном оборудованием в качестве защиты.

Комплекс сертифицирован как средство измерения и внесен в госреестр. Обеспечиваемый класс точности измерений по амплитуде, мощности и энергии - 0,5. По контролю качества электрической энергии в соответствии с ГОСТ 13109-97.

Архитектура

Комплекс строится из набора интеллектуальных терминалов - Базовых Информационных Модулей (далее БИМ), территориально распределенных на объекте в пределах 1 км или более (при использовании волоконно-оптических каналов). БИМ подключаются непосредственно к вторичным измерительным цепям и коммутационному оборудованию.

Благодаря независимой конфигурации преобразователей БИМ, к ним могут подключаться практические любые электрические сигналы: от  75 мВ до 500 В по напряжению и от 5 мА до 5 А по току. Учитывая ориентированность устройств на задачи РЗА, стандартные токовые цепи (1 А и 5 А) имеют 50 кратную перегрузочную способность. Дискретные входы БИМ могут работать с сигналами типа сухой контакт или потенциал 220 В, в зависимости от заказанного исполнения.

Управляющие выходы представляют собой электромагнитные реле (до 75 Вт коммутируемой нагрузки при 250 В постоянного напряжения) или электронные реле (до 30 Вт коммутируемой нагрузки). Все цепи обеспечивают независимую гальваническую развязку на уровне не менее 2 кВ.

БИМ объединяются в специализированную локальную вычислительную сеть (СЛВС) с единым управляющим центром на базе ПК промышленного исполнения. Использование СЛВС дает возможность синхронизировать БИМ между собой по времени так, что погрешность измерения фазы переменного сигнала между любыми двумя каналами комплекса не превышает 0.5°. Это позволяет рассматривать весь комплекс, как единый многоканальный измерительный прибор. Скорость передачи данных в СЛВС составляет 0,4 Мбит/сек и обеспечивает передачу основных измерений в реальном времени.

Управляющий центр комплекса - сервер ЧЯ (промышленный ПК) работает под управлением операционной системы класса Window NT и, при необходимости, интегрируется в ЛВС предприятия через интерфейс Ethernet или подобный. Прикладное программное обеспечение сервера ЧЯ строится по модульному принципу в рамках архитектуры клиент-сервер. Для каждой функции комплекса на сервере работает задача «сервер», управляющая соответствующими данными и обеспечивающая протокол обмена с внешними клиентами. Программы - клиенты используются для представления и анализа данных пользователями, а также для управления серверами. В качестве базового транспорта между серверами и клиентами используется протокол TCP/IP.

Внешние коммуникации

При использовании комплекса ЧЯ в задачах оперативного управления, возникает необходимость выбора способа обмена информацией с Оперативным Информационным Комплексом (ОИК). Наиболее проверенный путь - использование стандартизированных интерфейсов и протоколов. На сегодняшний день в комплексе ЧЯ реализован набор телемеханических протоколов: МЭК-870-5-101, ГРАНИТ, ТК-113, а также интерфейс OPC (Ole for Process Control), что позволяет  подключать ЧЯ к ОИК, как по каналам телемеханики, так и через ЛВС.

Наиболее перспективным и универсальным решением представляется использование протокола МЭК-870-5-101. Планируемая реализация стандарта МЭК-870-5-104 с передачей информации через TCP/IP, позволить использовать единый протокол практически для всех видов каналов связи от надтональных модемов до ЛВС.

Реализация МЭК-870-5-101

Протокол МЭК-870-5-101 реализован в соответствии с требованиями «Обобщающего стандарта ГОСТ Р МЭК 870-5-101» и с учетом расширений предлагаемых в «Общих технических требований к унифицированным протоколам информационного обмена» (разработка ВНИИЭ).

На канальном уровне используется протокол FT 1.2. Физическое подключение к каналу телемеханики производится через интерфейс RS232 или гальванически изолированный интерфейс RS485. Комплекс ЧЯ выступает в качестве вторичной станции (КП) в рамках небалансного режима обмена. Поддерживаются любые скорости обмена от 75 до 57600 бод.

Для передачи информации в направлении первичной станции (ПУ) реализованы все типы кадров данных, предусмотренные протоколом и рекомендуемые в расширениях. Телеизмерения (ТИТ) могут передаваться в виде информационных элементов разрядностью от 8-ми до 32 бит, как с метками времени размером 3 или 7 байт, так и без меток. Телесигнализация ТС может передаваться, как в упакованном виде (1-2 бита на канал), так и в виде 1 байтовых элементов с метками времени 3 или 7 байт или без меток. Интегральные измерения (ТИИ) передаются в виде 32-х разрядных элементов информации с метками и без меток времени.

Передача ТС, ТИТ и ТИИ реализуется в спорадическом и периодическом режимах, а также по запросу со стороны ПУ. В периодическом режиме, момент формирования пакетов синхронизирован с астрономическим временем (например в начале каждой минуты), что позволяет получать единовременные срезы измерений.

Все виды телеинформации поддерживают признак достоверности (описатель качества).

В дополнение к стандартным типам ASDU пакетов используются пакеты расширений (типы 136-152) с различными видами упаковки информации, включая общие метки времени. Пакеты типа строки символов (тип 141 или 151) используются для передачи текстовых сообщений диспетчеру, например информации об аварийном отключении линии и данных о месте повреждения (функция ОМП встроена в комплекс ЧЯ).

Информация с БИМ и других терминалов комплекса через сервера СЛВС (задача BBServer) и измерений (задача BBMetr) обрабатывается конвертером протокола (программой mec101) и поступает в канал телемеханики через последовательный порт компьютера. Формы представления информации, параметры протокола и другие настройки определяются в файле конфигурации связи, который считывается программой mec101 в начале работы и после каждого обновления. Для удобного редактирования файла конфигурации связи предусмотрен редактор конфигурации mec101ed.

Программа mec101, как и другие сервера ЧЯ, реализована в виде службы Windows NT и начинает работать независимо от пользователя.

Конвертер предоставляет удобные средства наблюдения и трассировки работы протокола: список измеряемых величин (справа), состояние канала телемеханики и связи с серверами ЧЯ, статистику по каналам и заполнению очередей, трассировку принятых и отправленных пакетов. Дополнительно к этому, конвертер ведет журнал работы (ЛОГ файл), куда помещается вся информация о работе программы, включая полную трассировку всех пакетов в канале телемеханики.

Программа конвертера протокола способна работать одновременно с несколькими серверами ЧЯ, объединенными ЛВС, что позволяет рассматривать их как единый КП.

Для подключения внешних задач к программе конвертера реализован интерфейс TMSOCK, базирующийся на интерфейсе сокетов протокола TCP/IP. Он позволяет не передавать в канал телемеханики асинхронные ASDU пакеты, например строки символов от обработчика ОМП, менять значения измеряемых величин (так называемые внешние параметры) и некоторый другой сервис.

Редактор конфигурации связи позволяет настроить такие режимы работы протокола как:

  • формат кадров канального уровня;
  • типы используемых ASDU пакетов в зависимости от типа (ТС, ТИТ, ТИИ) и способа формирования информации (спорадическая, периодическая, при изменении достоверности);
  • набор измеряемых величин и их привязка к устройствам ЧЯ;
  • представление измеряемых величин: упаковка в массивы, масштабирующие коэффициенты, апертура.
  • разделение измеряемых величин на группы и управление ими;
  • настройка служебных функций.

Основное окно редактора конфигурации связи mec101ed показано на рисунке.

Измерительно-информационный и управляющий комплекс «Черный ящик»

РЕАЛИЗАЦИЯ OPC СЕРВЕРА

OPC (OLE for Process Control - OLE для процессов управления) стандарт, основанный на технологии Microsoft OLE/COM (Object Linking and Embedding / Component Object Model - присоединяемые и встраиваемые объекты / составная объектная модель), которая позволяет приложениям взаимодействовать между собой независимо от платформы и среды исполнения.

OPC стандарт является промышленным стандартом и поддерживает три основных типа серверов: Data Access Server (DA, сервер доступа к данным), Alarm and Event Handling Server (AE, сервер управления событиями и авариями), Historical Data Access Server (HAD, сервер доступа к архивным данным). Каждый сервер имеет свой набор интерфейсов, через которые он взаимодействует с клиентами.

OPC сервер для комплекса ЧЯ (далее по тексту: OpcBBServer) реализует два сервера доступа к данным: Data Access Server v1.0a и v2.0. OPC стандарт DA v2.0 является более современным и гибким. Стандарт DA v1.0 реализован для совместимости.

Технология COM основана на взаимодействии клиента и сервера через интерфейсы. Каждый интерфейс - это набор функций, при помощи которых клиент и сервер могут манипулировать друг другом. Функции вызываются удалённо, используя технологию RPC (remote procedure call), - независимо от того, на одном компьютере работают клиент и сервер или на разных. Поскольку OpcBBServer - это Data Access Server, то он реализует следующие стандартные интерфейсы (см. таблицу 2)

      Таблица 2

Название интерфейса

Назначение интерфейса

Примечания

Iunknown

Общий интерфейс для всех COM объектов, с помощью которого клиент запрашивает у сервера необходимый интерфейс.


IOPCServer

Основной OPC интерфейс, позволяющий клиенту создавать контейнеры (группы) для обмена данными между сервером и клиентом.

Присутствует в DA 1.0a и 2.0.

IOPCBrowseServerAddressSpace

Вспомогательный интерфейс, предоставляющий клиентам конфигурацию сервера в виде дерева или списка

Присутствует в DA 1.0a и 2.0.

IOPCItemProperties

Интерфейс, с помощью которого клиент может узнать подробную информацию о тэге (значение, качество, тип данных, размерность и т.д. )

Присутствует в DA 2.0.

IOPCCommon

Интерфейс, с помощью которого клиент идентифицирует себя на сервере и получает общую информацию о сервере

Присутствует в DA 2.0.

IconnectionPointContainer

Интерфейс, при помощи которого клиент передает серверу точку входа (указатель) на интерфейс IOPCShutdown, необходимый для корректного завершения работы сервера, если к нему подключены клиенты

Присутствует в DA 2.0.

Примечание: Серверы Data Access реализуются в двух модификациях: Custom Interface и Automation Interface. OpcBBServer поддерживает только Custom Interface, поскольку Automation Interface является необязательной и введена для совместимости с приложениями, реализованными на Viasual Basic, Delphi и т.п.

Основным интерфейсом является IOPCServer. С помощью этого интерфейса клиент может создавать на стороне сервера контейнеры для тэгов, которые называются группами. Каждая группа - это, фактически, самостоятельный COM объект со своими свойствами и интерфейсами.

OPC сервер комплекса ЧЯ реализован в виде программы OpcBBServer.exe. Это Win32 приложение, способное работать под операционными системами Windows'95, Windows'98 и выше или Windows'NT 4.0 и Windows'2000. Под WinNT/2000 программа может запускаться в качестве службы.

Общая схема взаимодействия компонентов комплекса ЧЯ с OPC сервером показана на рисунке.

Измерительно-информационный и управляющий комплекс «Черный ящик»

Набор измеряемых величин формируется из основной конфигурации комплекса ЧЯ сервером автоматически. Клиент может получить весь список величин и сформировать из него одну или несколько групп. Для каждой группы может быть задан независимый режим работы: синхронный или асинхронный опрос с заданным периодом, спорадическая поставка данных, по заданным апертурам.

Сравнение интерфейсов МЭК-870-5-101 и OPC

OPC интерфейс ориентирован на использование в пределах стандартной ЛВС в рамках архитектуры Windows. Даже если это территориально распределенная ЛВС с удаленными источниками информации и среднескоростными каналами связи, основные механизмы передачи информации (RPC) требуют единого администрирования и создают очень большие трудности при попытке использования глобальных сетей, например Internet.

К достоинствам OPC технологии следует отнести ее распространенность в зарубежных и универсальных отечественных SCADA системах (таких, как Trace Mode, Genesis, Fix), гибкую и эффективную передачу информации, наличие общего списка информационных объектов и формирование групп со стороны клиента, хорошо зарекомендовавший себя и широко поддерживаемый стандарт.

К недостаткам - плохая поддержка у отечественных производителей специализированных ОИКов для энергетики,  (кроме интегратора схем «Модус»,  другие примеры нам неизвестны), трудности в администрировании при использовании в ЛВС (требуются опытные администраторы), и ограниченность архитектурами Windows и COM/DCOM.

Телемеханический протокол MЭК-870-5-101 ориентирован на использование низкоскоростных каналов связи, включая телемеханические модемы. В дополнение к этому протокол МЭК-870-5-104, использует передачу тех же видов информации через протокол TCP/IP, и дает возможность широко использовать ЛВС и Internet - подобные решения.

К достоинствам протоколов относятся исключительная гибкость и эффективность в представлении данных, хорошо продуманный стандарт с возможностями отраслевых дополнений.

К недостаткам - неприспособленность к симплексным каналам связи, относительная новизна стандарта (хотя большинство ведущих производителей ОИКов уже представили свои реализации) и большое  количество противоречий в предлагаемых расширениях.

По опыту стыковки с несколькими отечественными и зарубежными производителями ОИК и SCADA систем, следует отметить хорошее продвижение протокола МЭК-870-5-101 в России и, как следствие этого, целый ряд удачных реализаций. Считаем этот протокол, наряду с дополнением МЭК-870-5-104, наиболее перспективным направлением, способным постепенно вытеснить все остальные телемеханические протоколы, и призываем всех разработчиков к его активному внедрению.

Автор: Логинов А.О. ООО НТЦ «ГОСАН»



Драться с гидравлическими тележками для угадчика.
Популярные статьи


Архив статей
Октябрь 2009 (3)
Август 2009 (1)
Май 2009 (15)
Апрель 2009 (10)
Март 2009 (5)
Февраль 2009 (6)


Календарь
«    Апрель 2010    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
 

Copyright © 2008-2009. Аsuelectro.ru
При копировании информации с сайта ссылка на http://asuelectro.ru обязательна!!!

 
Карта
rss
Карта