Програмно-технічний комплекс “станція”

Реферат: Програмно-технічний комплекс містить центральний пристрій і структуровану кабельну мережу, яка зв'язує програмно-технічний комплекс з каналоутворюючим обладнанням каналів зв'язку до диспетчерського центру та системами автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанції. Центральний пристрій містить зв'язані внутрішньою локальною обчислювальною мережею підсистему прийому, обробки і передачі даних, підсистему архівування і конфігурування, підсистему живлення, підсистему синхронізації часу. UA 88852 U (12) UA 88852 U UA 88852 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електроенергетики і може бути використана в системах автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків активної потужності (АВРЧП). Відомо пристрій для збору, оцінки і керування, що є частиною СКАДА-системи і використовується в розподільних мережах. Пристрій призначений для збору, обробки аналогових і цифрових сигналів, контролю роботи обладнання в розподільних мережах через комунікаційні порти і стандартні комунікаційні протоколи керування програмним забезпеченням без перетворення даних через комунікаційні порти (Публікація заявки США № US 2010004792, МПК G06F1/28; G06F1/30, опубл. 07.01.2010 p.). Відомий пристрій має мінімальні функціональні можливості і не забезпечує необхідну надійність за рахунок повного дублювання. Відомий пристрій не припускає конкретного технічного рішення для приймально-передавального пристрою станційного рівня, що є ланкою системи АРЧП, і подібна конструкція не може бути використана для рішення задач корисної моделі. Найбільш близьким технічним рішенням до корисної моделі, що заявляється, є мережа приймання і передачі керуючої інформації для керуючих систем, що включає канали телемеханіки (цифрову і аналогову апаратуру зв'язку), апаратуру телемеханіки, виконану на базі промислових логічних контролерів (ПЛК) і встановлену на енергооб'єктах керування ОЕС (електростанціях і підстанціях), якою є комплекси прийому-передачі керуючої інформації (КППК). Комплекс прийому-передачі керуючої інформації (КППК ПС) виконано на базі програмованих логічних контролерів (ПЛК) і встановлено на об'єктах керування, призначений для прийому і передачі керуючої інформації, тобто забезпечує обмін інформацією з верхнім рівнем керуючих систем в електроенергетиці (ЦС АВРЧП, ЦРН і ПА). Залежно від виконуваних задач КППК включає модулі: комунікаційні модулі обміну по інтерфейсу RS-232/RS-422/RS-485, Ethernet, Profibus, Controller Link; модулі аналогового або дискретного вводу-виводу. Мережа є незалежною, включає станції прийому-передачі керуючої інформації (СППК), що виконані на базі промислових логічних контролерів (ПЛК) і встановлені на диспетчерських пунктах об'єднаних енергосистем (ДП ОЕС); як протоколи обміну даними пристроїв телемеханіки у мережі використовуються протоколи Modbus (Патент РФ № 64833, МПК Н04В3/54, опубл. 10.07.2007 р.) Недоліком відомого технічного рішення є недостатня точність регулювання потужності. У мережі забезпечується точність регулювання до 1 МВт, що є недостатнім для її використання в системах автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків активної потужності (АВРЧП). Крім того, у мережі використовується міжнародний протокол інформаційного обміну Modbus RTU, у той час як згідно з затвердженими технічними вимогами Системного Оператора РФ, що висуваються до таких пристроїв, для передачі даних повинні використовуватися міжнародні протоколи ГОСТ Р-МЕК 60870-5-101 і ГОСТ Р-МЕК 60870-5-104. Використання цих протоколів дозволяє уніфікувати інформаційний обмін у системах диспетчерського керування енергетичної системи. Ці протоколи, на відміну від Modbus RTU, розроблені міжнародною електротехнічною комісією зі стандартизації. У зв'язку з підвищенням вимог до якості електроенергії (точність підтримання частоти струму в енергосистемі) постало питання щодо залучення великих теплових електростанцій до участі у регулюванні частоти і перетоків потужності в енергосистемі. Для здійснення такого автоматичного регулювання електростанція, як ланка системи АРЧП, має бути оснащена пристроєм прийому/передачі інформації між диспетчерським центром і системою керування потужністю енергоблоків, тому виникла необхідність у створенні подібних пристроїв. Технічна задача, на рішення якої спрямована корисна модель, що заявляється, полягає в організації інформаційного обміну між центральною з координуючою системою АВРЧП і системами автоматичного керування потужністю енергоблоків в обох напрямках з використанням міжнародних енергетичних протоколів ГОСТ Р-МЕК 60870-5-101 (ГОСТ Р-МЕК 60870-5-104) без погіршення точності первинних вимірів і з забезпеченням надійності такого інформаційного обміну. Поставлена технічна задача вирішується наступним чином: відповідно до запропонованої корисної моделі, програмно-технічний комплекс містить центральний пристрій і структуровану кабельну мережу, що зв'язує програмно-технічний комплекс з каналоутворюючим обладнанням каналів зв'язку до диспетчерського центру та системами автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанції. Центральний пристрій включає зв'язані внутрішньою локальною обчислювальною мережею підсистему прийому, обробки і передачі даних, призначену для здійснення інформаційного обміну та обробки даних, підсистему архівування і конфігурування, призначену для конфігурування і налагодження контролерів, архівування даних інформаційного 1 UA 88852 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обміну, одержання діагностичної інформації, підсистему живлення, призначену для забезпечення гарантованого живлення підсистем, що входять до складу програмно-технічного комплексу, підсистему синхронізації часу, призначену для синхронізації системного часу контролерів підсистеми прийому, обробки і передачі даних та комп'ютерів підсистеми архівування і конфігурування з всесвітнім координованим часом. Крім того, додатково включає автоматизоване робоче місце чергового інженера станції, яке підключається до внутрішньої мережі комплексу і відображає стан усіх з'єднань по всіх каналах зв'язку з центральною координуючою системою автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності та системами автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанції. Крім того, додатково включає підсистему охолодження основного обладнання. Технічний результат, досягнення якого забезпечується реалізацією всієї заявленої сукупності істотних ознак, полягає в забезпеченні надійного цілодобового та безперервного інформаційного обміну між центральною координуючою станцією і системами керування потужністю енергоблоків за міжнародними протоколами ГОСТ Р-МЕК 60870-5-101 (ГОСТ Р-МЕК 60870-5-104), що забезпечує можливість участі електростанції у регулюванні частоти як ланки загальної системи АВРЧП. Суть заявленої корисної моделі пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 представлена структурна схема загальної системи автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності; на фіг. 2 представлена блок-схема програмно-технічного комплексу "Станція"; на фіг. 3 наведено приклад схеми внутрішнього резервування обладнання підсистеми прийому, обробки і передачі інформації; на фіг. 4 наведено приклад схеми зовнішнього резервування обладнання підсистеми прийому, обробки і передачі інформації; на фіг. 5 наведено приклад схеми живлення ПТК з використанням джерел безперебійного живлення (ДБЖ); на фіг. 6 наведено приклад схеми живлення ПТК без використання джерел безперебійного живлення (ДБЖ); на фіг. 7 наведено приклад структурної схеми підсистеми синхронізації часу при реалізації з антеною та приймачем GPS/ГЛОHACC; на фіг. 8 наведено приклад структурної схеми підсистеми синхронізації часу при реалізації зі стороннім сервером точного часу; на фіг. 9 наведено приклад компонування ЦП ПТК "Станція" з використанням контролерів фірми Emerson; на фіг. 10 наведено приклад компонування ЦП ПТК "Станція" з використанням контролерів фірми Beckhoff. Фігури включають наступні позиції: 1 - центральна координуюча система автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності (ЦКС АРЧП); 2 - програмно-технічний комплекс "Станція"; 3 - системи автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанцій (САКП); 4 - структуровані кабельні мережі (СКМ); 5 - центральний пристрій ПТК "Станція"; 6 - підсистема прийому, обробки і передачі даних; 7 - підсистема архівування і конфігурування; 8 - підсистема живлення; 9 - підсистема синхронізації часу; 10 - автоматизоване робоче місце чергового інженера станції (АРМ ЧІС); 11 - підсистема охолодження основного обладнання; 12 - промислові контролери керування; 13 - система вводу/виводу; 14 - персональні комп'ютери або сервери; 15 - джерела безперебійного живлення; 16 - джерела живлення контролерів та іншого обладнання; 17 - автоматичні вимикачі; 18 - автоматичний перемикач електричного навантаження; 19 - антена і приймач GPS/ГЛOHACC; 20 - сервер точного часу; 21 - кондиціонер; 2 UA 88852 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 22 - маршрутизатор; 23 - Ethernet-комутатор; 24 - консоль KVM (монітор, клавіатура, миша, об'єднані в один пристрій); 25 - сервер програмного забезпечення; 26 - сервер архівів; 27 - монтажна шафа; 28 - розподільний блок; 29 - акумуляторний блок; 30 - патч-панель; 31 - оптична полиця (оптичний крос); 32 - шасі з перетворювачами інтерфейсів; 33 - діодна розв'язка 24 В. Автори використовують під час опису наступні скорочення: АВРЧП - система автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності; ЦКС АВРЧП - центральна координуюча система автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності; САКП - система автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанції; СКМ - структуровані кабельні мережі; ЦППС АВРЧП - центральна приймально-передавальна станція системи автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності; ПТК "Станція" - програмно-технічний комплекс "Станція"; ЦП ПТК - центральний пристрій програмно-технічного комплексу; АРМ ЧІС - автоматизоване робоче місце чергового інженера; ДБЖ - джерело безперебійного живлення. Програмно-технічний комплекс "Станція" (ПТК "Станція"), що заявляється, є компонентом загальної системи автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності (АВРЧП) (фіг. 1), що включає центральну координуючу систему 1 автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності (ЦКС АВРЧП), програмно-технічний комплекс "Станція" 2, системи 3 автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанцій (САКП). Між віддаленим диспетчерським центром, у якому розташована ЦКС АВРЧП, і центральним пристроєм програмно-технічного комплексу "Станція" (ЦП ПТК) 5 організуються два виділені канали зв'язку. Програмно-технічний комплекс "Станція" 2 виконує функції сполучної ланки в інформаційному обміні між центральною координуючою системою (ЦКС) АВРЧП і системами автоматичного керування потужністю (САКП) енергоблоків електростанції і пов'язаний з ЦКС АВРЧП і САКП структурованими кабельними мережами (СКМ) 4. СКМ входять до складу ПТК "Станція" і будуються від мультиплексорів (пристроїв, що дозволяють передавати по одній комунікаційній лінії або каналу передачі одночасно декілька різних потоків даних) до ЦП ПТК "Станція" і від ЦП ПТК "Станція" до САКП енергоблоків. Межами ПТК "Станція" (зоною відповідальності) є інтерфейси мультиплексорів на ділянці ПТК "Станція" - ЦС/ЦКС АВРЧП і інтерфейси САКП енергоблоків електростанції на ділянці ПТК "Станція" - САКП, що показані на фіг. 1 у вигляді подвійної стрілки. Програмно-технічний комплекс "Станція" 2, що заявляється, містить центральний пристрій і структуровану кабельну мережу. Центральний пристрій 5 (ЦП ПТК) включає пов'язані каналами зв'язку підсистему 6 прийому, обробки і передачі даних, підсистему 7 архівування і конфігурування, підсистему 8 живлення, підсистему 9 синхронізації часу. Крім того, програмно-технічний комплекс може додатково включати автоматизоване робоче місце 10 чергового інженера станції (АРМ ЧІС), що підключається до внутрішньої мережі ЦП ПТК "Станція", а також підсистему 11 охолодження основного обладнання, призначену для підтримання температурного режиму центрального пристрою ПТК "Станція". Підсистема 6 прийому, обробки і передачі даних призначена для здійснення інформаційного обміну та обробки даних. Для інформаційного обміну між центральною координуючою системою 1 автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності (ЦКС АРЧП) і програмно-технічним комплексом "Станція" 2 використовуються міжнародні протоколи інформаційного обміну ГОСТ Р-МЕК 60870-5-101 (або ГОСТР-МЕК 60870-5-104). Для інформаційного обміну між програмно-технічним комплексом "Станція" 2 і системою 3 автоматичного керування потужністю (САКП) енергоблоків електростанції використовуються міжнародні протоколи ГОСТ Р-МЕК 60870-5-101, MODBUS RTU або інші, які можуть забезпечувати клас достовірності даних відповідно до ГОСТ Р МЕК 870-4 не нижче 12 3 UA 88852 U -10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (імовірність невиявлених помилок не більше 10 для частоти викривлення біта в середовищі -4 передачі не більше 10 ). Програмно-технічний комплекс "Станція" приймає від САКП енергоблоків і передає в центральну приймально-передавальну станцію АВРЧП як телеінформацію наступні сигнали і виміри: активна потужність енергоблока; відхилення частоти мережі від 50 Гц; завдання планової потужності енергоблока; завдання вторинної потужності енергоблока; сигнал готовності енергоблока на завантаження; сигнал готовності енергоблока на розвантаження; дозвіл на віддалене керування енергоблоком; сигнал підтвердження "енергоблок у віддаленому керуванні"; сигнал досягнення верхньої межі діапазону вторинного регулювання енергоблока; сигнал досягнення нижньої межі діапазону вторинного регулювання енергоблока; діапазон вторинного регулювання енергоблока на завантаження; діапазон вторинного регулювання енергоблока на розвантаження; етатизм САКП енергоблока; зона нечутливості. Програмно-технічний комплекс "Станція" приймає від центральної приймальнопередавальної станції АВРЧП і передає в САКП енергоблоків як інформацію наступні сигнали і виміри: завдання вторинної потужності енергоблока; сигнал запиту на віддалене керування енергоблоком. Склад телеінформації може змінюватися залежно від технічних вимог. Підсистема 6 прийому, обробки і передачі даних (фіг. 2) містить контролери керування 12, як такі можуть застосовуватися промислові контролери різних виробників, систему 13 вводу/виводу, що включає контролери вводу/виводу і шину інформаційного обміну або локальну обчислювальну мережу. Система вводу/виводу, як правило, залежить від вибору виробника контролерів. У деяких реалізаціях контролери керування можуть містити в собі систему вводу/виводу. Структуровані кабельні мережі 4 складаються з різного обладнання, у тому числі кабелі, конвертери, маршрутизатори, комутатори. На фіг. 3 і фіг. 4 схематично наведено приклади можливих схем внутрішнього і зовнішнього резервування обладнання підсистеми прийому, обробки і передачі інформації відповідно. Залежно від вибраного виробника промислових контролерів і системи вводу/виводу конкретна реалізація цієї схеми може відрізнятися від наведеного прикладу. З креслень видно, що кожна з двох систем вводу/виводу може опитуватися кожним з двох промислових контролерів 12, а резервовані контролери обмінюються інформацією один з одним (фіг. 3). У свою чергу контролери вводу/виводу 13 - основний і резервний, по двох каналах зв'язку здійснюють інформаційний обмін з САКП енергоблоків 3 (фіг. 4). Схема побудована таким чином, що вихід з ладу будь-якого контролера або обрив будь-якої з ліній не приводить до втрати працездатності комплексу. Замість несправного контролера на час його заміни або ремонту в роботу буде включений резервний контролер, що працює з ним паралельно. При обриві будь-якої лінії зв'язку в комплексі передбачені альтернативні маршрути через резервні лінії зв'язку і резервне каналоутворююче обладнання, які дозволять передати і прийняти дані з об'єктів автоматизації без перерви у зв'язку. Мережеве обладнання, що входить у підсистему 6 прийому, обробки і передачі інформації, необхідне для побудови СКМ, а також для організації внутрішньої мережі ПТК. Програмне забезпечення, що завантажується у пам'ять промислових контролерів і деяких мережевих пристроїв (якщо такі є), є невід'ємною частиною ПТК "Станція" і служить для роботи з даними. Крім приймально-передавальних функцій програмним забезпеченням ПТК "Станція", що завантажується в контролери, виконується також функція обробки даних. Крім основного інформаційного обміну підсистема 6 прийому, обробки і передачі даних здійснює також інформаційний обмін з автоматизованим робочим місцем 10 чергового інженера станції (АРМ ЧІС), надаючи можливість для оперативного моніторингу. Підсистема 7 архівування і конфігурування являє собою персональний комп'ютер або сервер 14 і призначена для конфігурування і налагодження контролерів і автоматизованого робочого місця 10 чергового інженера станції АРМ ЧІС (якщо воно є), архівування даних інформаційного обміну, а також одержання діагностичної інформації. 4 UA 88852 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Підсистема 7 архівування і конфігурування дозволяє архівувати дані всього об'єму інформаційного обміну - як одержувані з основних контролерів вводу/виводу, так і з резервних, з періодичністю одна секунда. Крім того, підсистема 7 архівування і конфігурування надає людино-машинний інтерфейс для оперативної діагностики стану ПТК "Станція" в цілому та по окремих його вузлах. Залежно від місцевих умов реалізація підсистеми архівування і конфігурування може бути різною: зокрема, вона може складатися з двох серверів для резервування архіву або з одного персонального комп'ютера в умовах обмеженого фінансування. Часто функції конфігурування і архівування рознесені на різні комп'ютери. Підсистема 8 живлення ПТК "Станція" призначена для забезпечення гарантованого живлення обладнання інших підсистем, що входять до складу програмно-технічного комплексу. У підсистему 8 живлення можуть входити: джерела 15 безперебійного живлення з акумуляторними батареями, джерела 16 живлення контролерів та іншого обладнання постійного струму, автоматичні перемикачі 18 електричного навантаження для забезпечення безударного переходу з основного вводу живлення на резервний, автоматичні вимикачі 17 для запобігання перевищення припустимих струмів при несправностях і для надання можливості відключення частини обладнання від електричної мережі з метою заміни або ремонту. Підсистема 8 живлення проектується в кожному випадку з урахуванням індивідуальних особливостей конкретного конструктивного виконання ПТК "Станція". Схема підсистеми живлення багато в чому буде залежати від того, як реалізоване введення живлення в шафу ЦП ПТК "Станція", наявності або відсутності підсистеми охолодження основного обладнання в складі ПТК "Станція", висунутих вимог щодо кількості часу автономної роботи. Приклади можливих схем живлення з джерелами безперебійного живлення та без них наведено на фіг. 5 і фіг. 6 відповідно. Підсистема 9 синхронізації часу може складатися з антени та приймача GPS/GLONASS 19 або одержувати сигнал від сервера 20 точного часу, що діє на електростанції. Якщо система складається з власних антени та приймача GPS/GLONASS, то сервер точного часу розвертається на одному з комп'ютерів підсистеми 7 архівування і конфігурування. Якщо на станції є будь-яке інше джерело точного часу, то підсистема 9 синхронізації часу може складатися зі структурованої кабельної мережі (СКМ) до цього джерела та програмного забезпечення, здатного працювати з протоколом сервера точного часу. Під синхронізацією часу ПТК "Станція" розуміється синхронізація системного часу контролерів 12 підсистеми прийому, обробки і передачі даних і комп'ютерів 14 підсистеми 7 архівування і конфігурування та АРМ ЧІС 10 (якщо воно є) з всесвітнім координованим часом (UTC, Coordinated Universal Time). На фіг. 7 і фіг. 8 наведено приклади можливих структурних схем підсистеми синхронізації часу. На фіг. 7 наведено приклад структурної схеми підсистеми синхронізації часу при реалізації з антеною та приймачем GPS/ГЛOHACC 19. На фіг. 8 наведено приклад структурної схеми підсистеми синхронізації часу при реалізації зі стороннім сервером точного часу. Для оперативної діагностики працездатності ПТК "Станція", доступу до архівів ПТК "Станція" передбачається можливість встановлення віддаленого автоматизованого робочого місця 10 чергового інженера станції. Автоматизоване робоче місце 10 чергового інженера станції (АРМ ЧІС) підключається до внутрішньої мережі ЦП ПТК "Станція" і відображає стан усіх з'єднань по всіх каналах зв'язку - як з САКП енергоблоків 3 (основний, резервний канали), так і з диспетчерським центром 1. Також за допомогою інтерфейсу користувача надається можливість одержувати доступ до архівів і звітів у тому ж обсязі, що і з архівної станції. Підсистема 10 охолодження основного обладнання призначена для забезпечення необхідного температурного режиму ЦП ПТК "Станція" і являє собою кондиціонер, встановлюваний на шафу, у якій розміщено основне обладнання ЦП ПТК. Підсистема 10 охолодження основного обладнання - допоміжна, її необхідність визначається, виходячи з зовнішніх умов розміщення ПТК "Станція", що існують на електростанції. При наявності цієї підсистеми враховується її потужність при побудові підсистеми гарантованого живлення 8. Програмно-технічний комплекс "Станція" був впроваджений на декількох найбільших електростанціях Росії та показав свою працездатність у період дослідної і промислової експлуатації. Як приклад на фіг. 9 і фіг. 10 показані можливі компонування ПТК "Станція" з різними варіантами виробників основного обладнання. Відмінність цих варіантів полягає в різній реалізації системи вводу/виводу, схем резервування, живлення контролерів при збереженні повної функціональності програмно-технічного комплексу. 60 5 UA 88852 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Програмно-технічний комплекс, що містить центральний пристрій і структуровану кабельну мережу, яка зв'язує програмно-технічний комплекс з каналоутворюючим обладнанням каналів зв'язку до диспетчерського центру та системами автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанції, при цьому центральний пристрій містить зв'язані внутрішньою локальною обчислювальною мережею підсистему прийому, обробки і передачі даних, призначену для здійснення інформаційного обміну та обробки даних, підсистему архівування і конфігурування, призначену для конфігурування та налагодження контролерів, архівування даних інформаційного обміну, отримання діагностичної інформації, підсистему живлення, призначену для забезпечення гарантованого живлення підсистем, що входять до складу програмно-технічного комплексу, підсистему синхронізації часу, призначену для синхронізації системного часу контролерів підсистеми прийому, обробки і передачі даних та комп'ютерів підсистеми архівування і конфігурування з всесвітнім координованим часом. 2. Програмно-технічний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить автоматизоване робоче місце чергового інженера станції, яке підключається до внутрішньої мережі комплексу та відображає стан усіх з'єднань по всіх каналах зв'язку з центральною координуючою системою автоматичного вторинного регулювання частоти і перетоків потужності та системами автоматичного керування потужністю енергоблоків електростанції. 3. Програмно-технічний комплекс за п. 1, який відрізняється тим, що додатково включає підсистему охолодження основного обладнання. 6 UA 88852 U 7 UA 88852 U 8 UA 88852 U 9 UA 88852 U 10 UA 88852 U 11 UA 88852 U 12 UA 88852 U 13 UA 88852 U 14 UA 88852 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15