Труды №7 2012 3x - Карагандинский государственный

Научные сообщения
УДК 65.011.56:621.31
Автоматизированная информационноизмерительная система технического
учета электроэнергии
К.К. СМАГУЛОВА, доктор PhD,
А.А. АБЫШЕВ, студент,
Карагандинский государственный технический университет, кафедра АПП
Ключевые слова: электроэнергетика, электроэнергия, учет, автоматизация, система, SCADA-система,
потребитель, энергоэффективность.
ехнический учет электроэнергии необходим для
т того, чтобы контролировать расход электроэнергии
в помещении, в его отдельных подразделениях и
цехах. С его помощью определяются потери
электроэнергии, источники ее нерациональной траты
и
общие
проблемы
сети
энергоснабжения
предприятия. Также технический учет электроэнергии
позволяет определить расход этого ресурса в
зависимости от времени суток. А это первый шаг к
повышению
энергоэффективности
предприятия.
Технический учет электроэнергии осуществляется с
помощью специальных технических счетчиков. Их
функциональность несколько отличается от расчетных
счетчиков для коммерческого учета.
Еще
одна
задача
технического
учета
электроэнергии
заключается
в
определении
реактивной электроэнергии. Существует понятие
компенсации реактивной энергии, и использование
такого типа электроэнергии способно существенно
снизить затраты предприятия на энергоснабжение.
Помимо
всего
этого,
технический
учет
электроэнергии дает возможность предприятию
защитить себя финансово от недобросовестных
поставщиков. С его помощью определяются
различные технические показатели, поступающие в
систему электроэнергии, например, граничная
мощность и граничная величина потребления.
Задачи любого учета очень разнообразны, это
утверждение справедливо и для технического учета
электроэнергии. Наглядно наблюдая, где и как
расходуется купленная электроэнергия, можно с
уверенностью
использовать
диспетчерский
функционал для изменения напряжения в сети и
управления
электроэнергией
на
отдельных
подразделениях предприятия.
В настоящее время перед потребителями
достаточно остро стоит проблема эффективного
использования и учета электроэнергии. Одно из
решений
проблемы
–
это
внедрение
автоматизированных информационно-измерительных
систем технического учета электроэнергии с
возможностью дистанционного снятия показаний
счетчиков (АИИС ТУЭ). Большинство
из
существующих автоматизированных информационноизмерительных
систем
технического
учета
электроэнергии представляют собой локальные
4  2012
«цельнотянутые» системы, ориентированные на
использование
конкретного
оборудования
и
программного обеспечения. Однако такие решения
имеют существенные недостатки: это неспособность
одновременного использования в системе большой
номенклатуры приборов и устройств учёта от
различных производителей, слабые возможности по
интеграции в другие производственные подсистемы,
ограничения по настройке. Конфигурирование таких
систем под конкретные требования организации –
дело очень кропотливое и зачастую дорогостоящее.
Наиболее простым и надежным решением задачи
оперативного учета потребления электроэнергии на
предприятии
является
автоматизированная
информационно-измерительная система технического
учета электроэнергии на основе SCADA-систем,
которые уже зарекомендовали себя с точки зрения
функциональности
и
отказоустойчивости
при
управлении и контроле технологических процессов.
Такие системы позволяют прозрачно работать с
устройствами от различных производителей, без
дополнительных
накладных
расходов
на
программирование, гибко определять состав системы
и легко масштабировать ее функции, например,
включать в систему новые мнемосхемы, расчеты
экономических
показателей
или
отчеты
произвольного вида.
На рисунке 1 представлена архитектура
предлагаемой системы учета электроэнергии на
основе
SCADA-системы.
Информационноизмерительная
система
технического
учета
электроэнергии включает в себя: устройства учёта
электроэнергии, OPC-серверы счетчиков, а также
универсальную SCADA/HMI DataRate, выполняющую
функции сбора, хранения, обработки и визуализации
информации.
SCADA/HMI
DataRate™
–
универсальное средство мониторинга, контроля и
управления
производственными
процессами.
DataRate™ – это динамическая визуализация данных
любого уровня управления предприятием. С помощью
DataRate™ легко и эффективно можно:
а) построить автоматизированную систему,
осуществляющую контроль и управление на базе
интеллектуальных
датчиков,
контроллеров
и
компьютеров;
б) создать операторский интерфейс для
1
Научные сообщения
отображения и сохранения информации с устройств,
поддерживающих обмен данными по технологии OPC
DA/НDA/A&E;
в) визуализировать данные из базы данных
системы управления производством;
г) организовать систему отчетности;
д) производить удаленный мониторинг и
управление системой с использованием Webтехнологий.
Для эксплуатации данной системы необходимы
следующие устройства: персональный компьютер с
ОС Windows, счетчики электроэнергии, линии связи
(коммуникации), программное обеспечение АИИС
ТУЭ на основе SCADA/HMI DataRate. В большинстве
случаев первые три необходимых компонента
системы уже есть. Необходимо установить на
компьютер
программный
продукт
на
базе
SCADA/HMI DataRate, используя линии связи,
подключить к компьютеру счетчики электроэнергии,
и система готова к эксплуатации.
Функции данной системы:
– периодический опрос параметров системы с
циклом, заданным пользователем;
– подробный учет активной и реактивной
электроэнергии и мощности;
– возможность получения исторических данных с
устройств в случае аварийного сбоя АРМ;
4  2012
– сбор информации о состоянии объектов и
средств измерений;
– хранение данных в специализированной базе
данных;
– возможность экономических расчетов (потери,
небаланс и т.д.);
– контроль достоверности данных;
– мониторинг потребления электроэнергии;
– формирование отчетов произвольной сложности
и содержания;
– взаимодействие со сторонними системами;
– многотарифный учет;
– разграничение доступа оперативного персонала;
– синхронизация времени АРМ и оборудования
системы;
– построение систем удаленного мониторинга и
управления через обычный Web-браузер.
Основными
достоинствами
предлагаемого
решения
являются:
самостоятельный
выбор
пользователем числа точек опроса; возможность
вычислений любого уровня сложности; создание
отчетов любой сложности и экспорт отчетов в любой
из распространенных форматов (*.pdf, *.xls и т.д.);
возможность использования различных устройств
учета; возможность интеграции в другие системы;
простота и адаптируемость
2
Научные сообщения
Рисунок 1 – Архитектура системы учета электроэнергии
под требования пользователя; возможность работы с
базами данных (ORACLE, МуSQL, MS SQL и др.);
возможность построения распределенных систем
учета с использованием GSM каналов.
На рисунке 2 показаны конкретные узлы учета
потребления электроэнергии.
Нижний
уровень
системы
представлен
множеством счетчиков электрической энергии
Меркурий-230 и СЭТ-4ТМ.02, расположенных на
территории предприятия таким образом, чтобы
контролировать потребление электроэнергии как
отдельно взятых участков, так и всего завода в целом.
На среднем уровне сервер консолидации
технологических данных WideTrack производит сбор,
обработку и сохранение информации о потребленной
электроэнергии с точек учета в БД предприятия
(СУБД MS SQL Server, возможно использование
других БД). WideTrack способен обрабатывать до 100
000 тегов в секунду. WideTrack производит
предварительные
расчеты,
уменьшая
объем
4  2012
информации, передаваемой на верхний уровень
системы.
«Прозрачный» доступ сервера WideTrack к
приборам
учета
обеспечивают
OPC-серверы
электросчетчиков Меркурий и СЭТ, которые
преобразуют внутренний протокол передачи данных
счетчиков к общепринятому стандарту OPC (OLE for
Process
Control),
поддерживаемому
сервером
WideTrack. Показатели качества электроэнергии
снимаются аналогично с использованием OPC-сервера
измерителя показателей качества электроэнергии
Ресурс-ПКЭ.
Применение
OPC-технологии
обеспечивает
гибкость в использовании технических средств,
позволяя
выбирать
приборы,
максимально
соответствующие поставленным задачам, а не
руководствоваться наличием/отсутствием тех или
иных драйверов. АИИС ТУЭ позволяет добавлять
любые необходимые приборы и устройства, используя
OPC-сервер
соответствующего
прибора
или
3
Научные сообщения
протокола. Например, счетчики продукции, тепло-,
газосчетчики и другие.
Поддержка спецификаций OPC DA и OPC HDA
позволяет получить доступ не только к текущим, но и
к архивным данным приборов учета.
Рисунок 2 – Узлы учета потребления электроэнергии
Верхний уровень системы представляет собой
АРМ оператора – диспетчерский пункт, на котором
установлен графический проект АИИС ТУЭ,
разработанный на базе HMI/SCADA DataRate™.
HMI/SCADA DataRate сочетает простоту освоения
и богатые графические возможности, гибкость
программирования и высокую скорость работы.
АИИС ТУЭ автоматически и по запросу
пользователя (например, при формировании отчетов)
забирает консолидированную сервером WideTrack
информацию из базы данных и представляет ее на
экране монитора в удобном для пользователя виде
(мнемосхемы, тренды, отчеты в соответствии со
структурой предприятия). Схема подстанции с
установленными на ней счетчиками отображается на
главной мнемосхеме АИИС ТУЭ. По выбору
пользователя
на
мнемосхеме
отображается
информация
о
накопленном
потреблении
активной/реактивной
энергии
(A/R),
текущей
потребляемой активной/реактивной мощности по трем
фазам (P/Q) или текущей потребляемой полной
мощности по трем фазам (S).
Результатом внедрения такой системы учета
электроэнергии являются:
– увеличение достоверности данных учета
электроэнергии
позволяет
исключить
случаи
необоснованного
завышения
показаний
электропотребления;
– контроль показателей качества поставляемой
4  2012
электроэнергии минимизирует платежи в случае
выявления
неудовлетворительного
качества
поставляемой электроэнергии;
– постоянный мониторинг не только активной, но
и реактивной энергии позволяет контролировать
величину потерь и при необходимости проводить
организационно-технические
мероприятия,
направленные на их снижение;
– получение информации об энергопотреблении
оборудования во время всего технологического
процесса
способствует
выявлению
периодов
неэффективного использования электроэнергии;
– увеличение КПД техпроцессов за счет
оптимизации интервалов включения/выключения
задействованного в производстве оборудования и
выявления оптимальных режимов его работы.
Кроме того, распределение нагрузки между
подсистемами в сочетании с возможностью тесной
интеграции АИИС ТУЭ с другими системами АСУ ТП
дает
возможность
дополнительной
экономии,
накопление статистических данных и удобный
механизм их анализа (с возможностью передачи в
специализированные программы в одном из
общепринятых стандартов) обеспечивает точное
планирование энергопотребления на произвольный
временной период.
Такой анализ
позволяет
оптимизировать закупки электроэнергии и проводить
точный расчет с экономическим обоснованием
решений о модернизации того или иного участка.
4
Научные сообщения
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреев Е.Б., Куцевич Н.А., Синенко О.В. SCADA-системы. Взгляд изнутри: СПб. РТСофт, 2004. 176 с.
2. Нестеров А.Л. Проектирование АСУТП. Кн. 2. СПб: ДЕАН, 2009. 944 с.
4  2012
5