Индивид. задание - Томский политехнический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Декан (директор)
«
»
Ю.С.Боровиков
2012 г.
Е.А. Шутов
Компьтерные технологии решения задач
электроснабжения
Методические указания к выполнению курсовой работы
по курсу «Компьютерные технологии решения задач
электроснабжения» для студентов I курса,
обучающихся по специализации «Оптимизация развивающихся систем
электроснабжения»
магистерской программы «Электроэнергетика и электротехника»
Издательство
Томского политехнического университета
2012
УДК 658.26:621.31 – 52(076.5)
ББК 31.29-5Я73
Ш978
Шутов Е.А.
Ш978
Компьютерные технологии решения задач электроснабжения:
методические указания к выполнению курсовой работы по курсу
«Компьютерные технологии решения задач электроснабжения» для
студентов I курса, обучающихся по специализации «Оптимизация
развивающихся систем электроснабжения», магистерской программы
«Электроэнергетика и электротехника» / Е.А. Шутов; Томский
политехнический
университет.
–
Томск:
Изд-во
Томского
политехнического университета, 2012. – 39 с.
УДК 658.26:621.31 – 52(076.5)
ББК 31.29-5Я73
Методические указания рассмотрены и рекомендованы
к изданию методическим семинаром кафедры
электроснабжения промышленных предприятий ЭНИН
« 10 » октября 2011 г.
Зав. кафедрой ЭПП
доктор технических наук
__________Б.В. Лукутин
Председатель учебно-методической
комиссии
__________А.В. Кабышев
Рецензент
Технический директор ОАО «Томский электроламповый
завод», г. Томск
А.И. Прудников
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2012
© Шутов Е.А.., 2012
2
ВВЕДЕНИЕ
Рост технической оснащенности современных промышленных
предприятий, увеличение единичной мощности оборудования,
усложнение производственных процессов и связей между отдельными
звеньями производства обуславливают необходимость повышения
качества управления технологическими процессами, а также
потребность в оперативной и достоверной коммерческой и
технологической информации. Информации, которая позволила бы
предприятию снизить финансовые затраты, как за счет снижения затрат
электроэнергии, и ее сверхлимитного расходования, так и за счет
перехода на более выгодные тарифные системы.
Системы электроснабжения промышленных предприятий являются
сложными производственными объектами кибернетического типа, все
элементы которых участвуют в едином производственном процессе,
основными специфическими особенностями которого являются
быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного
характера. Поэтому надежное и экономичное функционирование систем
электроснабжения возможно только при автоматическом управлении
ими.
Для автоматического управления системой электроснабжения в
целом и обеспечения экономичности нормальных режимов ее работы
в настоящее время применяются автоматизированные системы
управления
технологическим
процессом
(АСУТП)
и/или
автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов
(АСКУЭ), построенные на основе использования цифровых
универсальных и специализированных (управляющих) электронных
вычислительных машин (ЭВМ). Для функционирования таких
автоматизированных систем необходим непрерывный поток
информации о режимах производственного процесса, особенно о
значении напряжения, тока, мощности, частоты и состоянии
оборудования. Системы электроснабжения крупных промышленных
предприятий, городов и особенно предприятий агропромышленного
комплекса и железнодорожного транспорта рассредоточены на
значительных территориях. Поэтому необходимы автоматические
информационные устройства, обеспечивающие сбор и передачу
информации от контролируемых пунктов (КП) на диспетчерские
пункты (ДП), где находятся ЭВМ и диспетчерский персонал. Для
передачи управляющих воздействий от ДП на электрические
установки КП необходимы соответствующие автоматические
управляющие устройства.
3
Датчики передают информацию и управляющие воздействия по
линии связи. Применяются или отдельные линии (проводные,
радиорелейные), или провода линий системы электроснабжения. При
этом информация от КП или управляющие воздействия от ДП
предварительно преобразуются в сигналы, удобные для передачи на
значительные расстояния. Поэтому в состав любой системы входят
передатчик, канал связи и приемник. С помощью передатчика и
приемника осуществляют преобразование сигналов.
Автоматизированные системы управления технологическим
процессом, а также контроля и учета электроэнергии и мощности на
промышленных предприятиях позволяют решить следующие задачи:
- повышение эффективности технологического и вспомогательного
оборудования;
- снижение потерь электроэнергии;
- снижение тарифов на электроэнергию;
- повышение производительности труда;
Существенное значение здесь приобретает осуществление
программы энергосбережения, а также организация контроля, учета и
планирования энергоресурсов.
Целью данной работы является создание виртуальной АСУТП и
АСКУЭ на примере участка внутризаводской сети сахарного завода. В
качестве программного обеспечения выбран программный комплекс
TRACE MODE от компании AdAstrA Research Group, Ltd.
Выбор пакета ТРЕЙС МОУД, как инструмента реализации
АСУТП и АСКУЭ обусловлен, прежде всего, наличием единой
интегрированной среды разработки, объединяющей в себе более 10
различных редакторов проекта, среди которых: редактор программ на
визуальном языке Techno FBD, позволяющий создавать алгоритмы
программ пользователю с квалификацией электрика, а не программиста,
а также удобный и простой в освоении графический редактор. Кроме
того, интегрированная среда разработки TRACE MODE содержит
обширные библиотеки готовых компонентов и алгоритмов: свыше 1000
графических изображений, свыше 600 анимационных объектов, более
150 алгоритмов обработки данных и управления.
В качестве основных задач в данной работе были определены:
построение графических экранов оператора АРМ (автоматизированное
рабочее место), написание программ для расчета основных параметров
электрической сети и коэффициентов графика нагрузки, представление
информации о количестве и стоимости потребленной электроэнергии в
виде гистограмм и таблиц, осуществление связи оболочки со
4
средствами MS Office по DDE (Dynamic Data Exchange) протоколу и
архивирование полученных данных.
1. Структура АСУТП и АСКУЭ
В настоящее время для управления технологическими процессами,
контроля и учета электроэнергии и мощности на промышленных
предприятиях создаются сложные автоматизированные системы,
представляющие собой совокупность аппаратных и программных
средств, которые
позволяют автоматизировать производство и
облегчить сбор данных о количестве потребленной электроэнергии,
состоянии оборудования и т.д., повысив тем самым эффективность
энергоиспользования и сократив затраты [9].
Основными целями создания АСУТП и АСКУЭ являются:
- обеспечение управления технологическими процессами
производства в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах;
- обеспечение оперативного персонала достаточной, достоверной и
своевременной информацией о режимах работы, протекании
технологических процессов, состоянии оборудования и технических
средств управления;
- ведение баз данных по энергопотреблению;
- ведение базы служебных параметров комплекса;
- оптимизация технико-экономических показателей;
- повышение надежности работы оборудования;
- улучшение условий труда эксплуатационного персонала;
- контроль за выполнением диспетчерских графиков нагрузок;
При работе такой программно-технический комплекс (ПТК)
обеспечивает выполнение следующих задач:
- сбор и первичную обработку информации;
- контроль достоверности принимаемой информации;
- получение и хранение ретроспективной информации;
- формирование и выдачу команд управления технологическим
оборудованием;
- представление информации оперативному и инженерному
персоналу в виде мнемосхем, графиков, гистограмм и т.д.;
- протоколирование и документирование;
- регистрацию аварийных событий и анализ действия защит;
- контроль и отображение состояния комплекса технических (КТС)
и программных средств.
В общем случае, система АСУ на предприятии включает в себя
несколько уровней:
5
 уровень контрольно-измерительных приборов и аппаратуры,
 уровень контроллеров (устройства сбора и передачи данных),
 уровень рабочих станций (центры обработки информации).
Простейшая схема АСУТП (АСКУЭ) приведена на рис.1.
Рис.1 Схема, включающая в себя автоматизированную систему контроля и
учета электроэнергии и управления технологическим оборудованием.
Данные от электросчетчиков и исполнительных элементов собираются
на УСПД (устройство сбора и передачи данных) и ретранслируются по
кабелю связи на ПЭВМ в диспетчерской службе предприятия, на
котором установлено программное обеспечение Трейс моуд
промышленной версии.
2. Программный комплекс TRACE MODE 6
В качестве программного обеспечения используется программный
комплекс TRACE MODE 6, предназначенный для разработки и запуска
6
в реальном времени распределенных автоматизированных систем
контроля и управления [9].
Комплекс программ TRACE MODE 6 можно разделить на 3 части:
1) Интегрированная среда разработки проекта (ИС) – единая
программная оболочка, содержащая все необходимые средства для
разработки проекта.
Под проектом в TRACE MODE 6 понимается вся совокупность
данных и алгоритмов функционирования распределенной АСУТП и
АСКУЭ, заданных средствами TRACE MODE.
Итогом разработки проекта в ИС является создание файлов,
содержащих необходимую информацию об алгоритмах работы АСУ.
Эти файлы затем размещаются на аппаратных средствах (компьютерах
и контроллерах) и выполняются под управлением исполнительных
модулей TRACE MODE.
2) Исполнительные модули (мониторы, МРВ) – программные
модули различного назначения, под управлением которых в реальном
времени выполняются составные части проекта, размещаемые на
отдельных компьютерах или в контроллерах.
Составная часть проекта, размещаемая на отдельном компьютере
или в контроллере и выполняемая под управлением одного или
нескольких исполнительных модулей TRACE MODE, называется узлом
проекта.
В общем случае размещение узла на том же аппаратном средстве,
на котором он должен исполняться под управлением монитора, не
является обязательным – мониторы могут загружать узлы с удаленных
аппаратных средств.
3) Драйверы обмена – драйверы, используемые мониторами
TRACE MODE для взаимодействия с устройствами, протоколы обмена с
которыми не встроены в мониторы.
2.1. Технология разработки проекта в ИС
Разработка проекта в ИС включает следующие процедуры:
 создание структуры проекта в навигаторе;
 конфигурирование или разработка структурных составляющих –
например, разработка шаблонов графических экранов оператора,
разработка шаблонов программ, описание источников/приемников и
т.д.;
 конфигурирование информационных потоков;
 выбор аппаратных средств АСУ (компьютеров, контроллеров и
т.п.);
7
 создание узлов в слое Система и их конфигурирование;
 распределение каналов, созданных в различных слоях структуры,
по узлам и конфигурирование интерфейсов взаимодействия
компонентов в информационных потоках;
 сохранение проекта в единый файл для последующего
редактирования с помощью команды Сохранить или Сохранить как;
 экспорт узлов в наборы файлов для последующего запуска под
управлением мониторов TRACE MODE (по команде Сохранить для
МРВ).
Перечисленные процедуры (за исключением двух заключительных)
и входящие в их состав операции могут выполняться в произвольном
порядке. Например, можно начинать разработку проекта с разработки
шаблонов графических экранов оператора, с создания узлов и их
каналов в слое Система (если аппаратные средства АСУ известны
заранее), можно конфигурировать каналы и информационные потоки
после распределения каналов по узлам и т.п.
2.2. Математическая обработка данных
Любая АСУ требует математической обработки данных – как в
измерительных информационных потоках (датчик => УСО (устройство
связи с объектом) => контроллер => операторская станция), так и в
управляющих (операторская станция => контроллер => исполнительное
устройство).
Для математической обработки данных в TRACE MODE 6
предусмотрены следующие средства:
 внутренние алгоритмы числовых каналов (см. Классификация
компонентов);
 программы. Для разработки программ в ИС встроены языки
Техно ST, Техно SFC, Техно FBD, Техно LD и Техно IL (см.
Программирование алгоритмов в TRACE MODE 6).
Программы, разрабатываемые в ИС, позволяют использовать
функции из внешних библиотек (DLL).
Эти средства обеспечивают возможность математической
обработки данных в любом звене информационного потока.
2.3. Классификация компонентов
Компоненты проекта классифицируются:
- Каналы
8
- Шаблоны
- Источники/Приемники
- Наборы ресурсов и графические объекты
- Последовательные порты
- Словари сообщений
- Клеммы
По функциональному назначению компоненты проекта относятся к
одному из следующих видов:
 каналы – компоненты, определяющие алгоритм работы проекта.
Каналы могут создаваться в различных слоях, однако их окончательное
распределение по узлам в слое Система обязательно – в противном
случае они не будут экспортированы для МРВ (монитор реального
времени);
 шаблоны – компоненты, которые при работе в реальном времени
могут вызываться каналами с передачей параметров. Передача
параметров настраивается при разработке проекта в ИС посредством
привязки аргументов шаблона к каналам или источникам/приемникам;
 источники/приемники – шаблоны каналов обмена с различными
устройствами и приложениями. Под устройствами здесь понимаются
контроллеры, а также внешние и внутренние модули/платы различного
назначения, обмен с которыми поддерживается мониторами TRACE
MODE (в том числе через драйверы). Системные переменные TRACE
MODE и встроенные генераторы также создаются в ИС как
источники/приемники;
 наборы ресурсов – наборы текстов, изображений и видеоклипов,
которые могут быть использованы при разработке шаблонов
графических экранов;
 графические объекты – компоненты, представляющие собой в
общем случае несколько графических элементов (из имеющихся в
редакторе представления данных), сгруппированных в один.
Графические объекты могут быть использованы при разработке
шаблонов графических экранов;
 последовательные порты – параметры COM-портов;
 словари сообщений – наборы сообщений, генерируемых при
возникновении различных событий;
 клеммы – эти компоненты, описывающие электрические
контакты (например, монтажных шкафов), являются элементами схемы
электрических соединений АСУ.
9
2.3.1. Каналы
В TRACE MODE 6 определены каналы нескольких классов.
По функциональному назначению классы каналов можно
сгруппировать следующим образом:
 каналы для работы с данными (числовые каналы):
HEX16 – для работы с 2-байтовыми целыми числами;
HEX32 – для работы с 4-байтовыми целыми числами;
FLOAT – для работы с 4-байтовыми вещественными числами
(существуют две разновидности канала этого класса – с обработкой и
без обработки в канале);
DOUBLE FLOAT – для работы с 8-байтовыми вещественными
числами;
TIME – для работы со значениями времени (дата и время);
 каналы для мониторинга:
Событие – для мониторинга объекта с целью фиксирования
возникнове-ния/исчезновения на этом объекте некоторого события или
ситуации (например, аварии). Канал хранит историю события и
допускает его квитирование;
 каналы для задания прав пользователей:
Пользователь – для задания прав пользователя на разработку
и/или запуск проекта;
 каналы T-FACTORY:
Единица оборудования – для учета единицы оборудования,
планирования и мониторинга ее техобслуживания;
Персонал – для учета работника, а также планирования и
мониторинга его участия в техобслуживании оборудования;
M-ресурс – для учета складских ресурсов;
D-ресурс – для мониторинга техобслуживания оборудования и
ряда других задач;
 каналы многофункционального назначения:
CALL – свойство вызов канала этого класса конфигурируется
для выполнения различных функций. В интегральной среде (ИС) можно
создать следующие каналы этого класса с предустановленным
свойством вызов (при создании такого канала в соответствующем слое
шаблонов создается шаблон, вызываемый каналом):
- Экран – канал с вызовом шаблона экрана;
- Программа – канал с вызовом шаблона программы;
- Документ – канал с вызовом шаблона документа;
- Связь с БД – канал с вызовом связи с базой данных.
10
Для всех классов канала в ИС имеется соответствующий редактор.
2.3.2. Шаблоны
Шаблон можно рассматривать как функцию, которую вызывает
основная программа (монитор) с передачей определенных значений.
Шаблоны вызываются каналами класса CALL (шаблоны программ
могут быть вызваны каналами других классов с настроенным свойством
вызов) при их отработке монитором.
Значения в шаблон передаются через его аргументы. Эта передача
настраивается в ИС с помощью привязки аргументов шаблона к
каналам или источникам/приемникам в редакторе аргументов. Передача
аргументов при вызове шаблона обязательна – другими словами,
шаблон должен иметь хотя бы один аргумент.
В соответствующих слоях структуры проекта могут быть созданы
следующие шаблоны (компоненты проекта):
 шаблон программы
 шаблон экрана
 шаблон документа
 шаблон связи с базой данных
2.3.3. Источники/Приемники
Источники/приемники разбиты на предопределенные группы в
слое Источники/Приемники.
Параметры источников/приемников задаются в соответствующих
редакторах (за исключением моделей и встроенных генераторов TRACE
MODE, которые не имеют редакторов).
2.3.4. Наборы ресурсов и графические объекты
Ресурсы и графические объекты используются при разработке
графических экранов оператора.
В слое Ресурсы могут быть созданы следующие компоненты
проекта:
 Набор текстов;
 Набор изображений;
 Набор видеоклипов;
 Графический объект.
11
Наборы ресурсов снабжены соответствующими редакторами
(редактор библиотек текстов, редактор библиотек изображений и
редактор библиотек видеоклипов); графический объект разрабатывается
так же, как графический экран – в редакторе представления данных
(РПД).
2.3.5. Последовательные порты
Для описания параметров последовательного порта предназначен
компонент COM-порт. Этот компонент может быть создан в узле в
группе COM-порты.
Параметры последовательных портов задаются в ИС для узлов; при
запуске узлов под управлением мониторов эти параметры
устанавливаются для портов аппаратных средств, на которых
размещены узлы.
Данный компонент имеет соответствующий редактор - редактор
параметров COM-порта.
2.3.6. Словари сообщений
Сообщения, которые будут генерироваться по каналам в различных
ситуациях при работе АСУ, могут быть определены в словарях. Эти
сообщения могут быть отправлены в виде SMS-сообщений на
указанный номер сотового телефона, переданы по сети консолям и т.д.
Словари сообщений задаются в ИС для узла. Направление передачи
сообщений задается в редакторах словарей, при этом во всех случаях
сообщение заносится в отчет тревог (если отчет тревог для узла не
задан, монитор не генерирует сообщений).
В дочерней группе Словари сообщений узла могут быть созданы
следующие словари:
 Словарь для HEX16 – сообщения по каналам класса HEX16;
 Словарь для HEX32 – сообщения по каналам класса HEX32;
 Словарь для FLOAT – сообщения по каналам класса FLOAT;
 Словарь системный – сообщения по системным событиям;
 Словарь для персонала – сообщения по каналам класса Персонал;
 Словарь для оборудования – сообщения по каналам класса
Единица оборудования;
 Словарь для каналов D-ресурс – сообщения по каналам класса Dресурс;
12
 Словарь для каналов Событие – сообщения по каналам класса
Событие;
 Словарь для каналов M-ресурс – сообщения по каналам класса Mресурс;
 Пользовательский словарь – сообщения, генерируемые с
помощью системной переменной @Message (группа СИСТЕМНЫЕ).
В отсутствие словарей в узле, а также в отсутствие связи канала со
словарем, монитор генерирует собственные сообщения, которые, как
правило, совпадают с сообщениями, заданными в словарях по
умолчанию.
2.3.7.Клеммы
Эти компоненты описывают электрические контакты (например,
монтажных шкафов) и являются элементами схемы электрических
соединений АСУ. В редакторе для клемм задаются параметры
подсоединенных проводов с указанием принадлежности проводов к
жгутам.
2.4. Программирование алгоритмов в TRACE MODE 6
Для
программирования
алгоритмов
функционирования
разрабатываемого проекта АСУ в TRACE MODE 6 включены языки
Техно ST, Техно SFC, Техно FBD, Техно LD и Техно IL. Данные языки
являются модификациями языков ST (Structured Text), SFC (Sequential
Function Chart), FBD (Function Block Diagram), LD (Ladder Diagram) и IL
(Instruction List) стандарта IEC61131-3.
Программы и некоторые их компоненты (функции, шаги и
переходы SFC и т.п.) могут быть разработаны на любом из встроенных
языков в соответствующем редакторе, при этом языки для программы и
ее компонентов выбираются независимо.
Для создания и редактирования свойств аргументов, переменных,
функций и структурных типов программы, а также для использования в
программе функций из внешних библиотек в интегрированную среду
разработки проекта встроены специальные табличные редакторы.
TRACE MODE 6 имеет также средства для отладки программ.
Примерный вид интегрированной среды при редактировании
программ показан рис.2:
13
Рис.2. Вид интегрированной среды при редактировании программ
Основным языком программирования TRACE MODE 6 является
Техно ST. Программы, разработанные на языках Техно LD, Техно SFC и
Техно FBD, перед компиляцией транслируются в Техно ST. ILпрограммы перед компиляцией частично транслируются в ST, частично
– в ассемблер. Отсюда следует, например, что ключевые слова Техно ST
являются таковыми и для всех других языков.
2.5. Редактор представления данных
Графическое представление хода выполнения техпроцесса, а также
управление техпроцессом с помощью графических средств являются
одними из главных задач, решаемых TRACE MODE 6. Для разработки
интерфейса оператора в интегрированную среду встроен редактор
представления данных (РПД):
14
Рис.3. Редактор представления данных
Интерфейс оператора разрабатывается в виде набора графических
экранов, являющихся компонентами проекта.
С целью взаимодействия с другими компонентами проекта для
графического экрана могут быть заданы аргументы. Аргументы
компонента проекта и их привязки к атрибутам/аргументам других
компонентов задаются в табличном редакторе аргументов, в котором
параметры каждого аргумента задаются в отдельной строке.
Совокупность графических экранов узла образует его графическую
базу. Совокупность графических баз всех узлов разрабатываемого
проекта АСУТП образует графическую часть проекта.
Графический экран может содержать один или несколько
графических слоев, каждый из которых, в свою очередь, может
содержать один или несколько подслоев.
В графических слоях размещаются графические элементы (ГЭ).
Графические элементы имеют наборы настраиваемых атрибутов,
динамических свойств и функций управления. Эти параметры
определяют вид графических элементов и выполняемые ими функции
отображения и управления при работе в реальном времени. Редактор
представления данных содержит большое количество встроенных
графических элементов, позволяющих изобразить практически любой
15
техпроцесс, вывести на дисплей всю необходимую информацию о ходе
его выполнения, а также управлять техпроцессом.
2.6. Графический интерфейс оператора
TRACE MODE 6 обеспечивает графическое представление хода
выполнения техпроцесса, а также управление техпроцессом с помощью
графических средств.
Графический интерфейс оператора реализуется в нескольких
видах:
 в виде набора графических экранов, шаблоны которых
разрабатываются в редакторе представления данных (РПД; этот
редактор входит в состав редакторов ИС), – для узлов, которые
исполняются мониторами на аппаратных средствах, имеющих
достаточную
производительность
и
другие
необходимые
характеристики (например, при использовании объемной графики от
видеосистемы требуется поддержка OpenGL 1.1). В состав TRACE
MODE 6 входит большое количество ресурсов – текстов, изображений,
видеоклипов, различных графических объектов, – которые могут
использоваться при разработке графических экранов. Наборы ресурсов
могут создаваться пользователем;
 в виде графических панелей – для узлов, которые исполняются
мониторами на аппаратных средствах, имеющих ограниченную
производительность (например, в контроллерах с ОС Windows CE);
 в виде мнемосхем – для узлов, исполняемых мониторами в среде
DOS.
2.7. Архивирование
Для обеспечения архивирования параметров технологического
процесса мониторы TRACE MODE поддерживают функцию записи
значений атрибутов каналов в базы данных реального времени – архивы
СУБД РВ SIAD/SQL 6 (в дальнейшем – архивы СПАД или архивы
SIAD). Сообщения по каналу заносятся в архив при изменении его
значения.
Мониторы,
работающие
в
контроллерах,
поддерживают
индивидуальные архивы.
Для каждого узла в ИС могут быть определены 3 пользовательских
архива SIAD (локальных или удаленных). Существует также системный
архив, используемый мониторами для внутренних целей. При
16
конфигурировании канала указывается, в какой из заданных
пользовательских файлов он должен архивироваться.
Архивы SIAD имеют следующие основные характеристики:
- точность значения времени – 1 мс;
- скорость записи в архив для рабочей станции с процессором
Pentium-4 с тактовой частотой 2 ГГц – свыше 600 тыс. параметров в
секунду.
Архивные
данные
могут
использоваться
мониторами,
экспортироваться в приложения Windows, а также отображаться на
графическом экране (эту функцию реализует графический элемент
Тренд).
При архивировании каналов проекта специализированный монитор
Logger (Регистратор) может записывать в определенный для него архив
SIAD значения атрибутов каналов всех узлов проекта. Данные в этот
монитор могут быть переданы по протоколам I-NET и M-LINK.
В проекте может присутствовать до 3 регистраторов, в том числе
имеющих резервы.
3. Разработка проекта системы управления в пакете TRACE
MODE 6.06
Суть проекта состоит в создании АСУТП и АСКУЭ
внутризаводской сети промышленого предприятия, расчитанного в
рамках предшествующего курса «Основы расчета и проектирования
элетроснабжения промышленного предприятия» [3]. Например, для
одного из вариантов полученны следующие результаты.
Питание
цеховых
подстанций
и
высоковольтных
электроприемников осуществляется от распределительного устройства
низкого напряжения (РУ НН) главной понизительной подстанции (ГПП)
кабельными линиями, проложенными в траншеях в земле. В качестве
высоковольтных выключателей используются выключатели типа ВМГ10 (выключатель масляный горшковый) или ВМП-10 (выключатель
маломасляный подвесной) c электромагнитными приводами [2,7]. В
качестве вводных выключателей цеховых ТП используются вводные
выключатели типа Э06В. Секционные выключатели цеховых ТП
снабжены устройством АВР (автоматический ввод резерва). Для вывода
трансформаторов в ремонт, в качестве коммутационных аппаратов,
применены отделители с короткозамыкателями (также могут
применяться выключатели нагрузки с предохранителями типа ВНП-17)
[6].
17
3.1. Описание проекта
После загрузки программы TRACE MODE, с помощью иконки
Создать новый проект инструментальной панели
выполнить это
действие, при этом в открывшемся на экране диалоге
выберем Стандартный стиль разработки (либо выбор меню Файл –
Настройки ИС – Уровень сложности – Стандартный). После
нажатия ЛК (левой клавиши) мыши на экранной кнопке Создать, в
левом окне навигатора проекта появится дерево проекта.
18
3.1.1. Создание схемы питания
Разработку проекта в ИС начнём с создания схемы питания
(внутризаводской схемы). Но перед этим произведем некоторые
подготовительные действия:
- для перехода в режим редактирования шаблона по двойному
нажатию ЛК на канале Вызов необходимо в общих настройках
интегрированной среды разработки (меню Файл – Настройки ИС) в
разделе Уровень сложности активировать пункт Открывать шаблон;
- для автоматического вывода окна свойств Графического
Элемента (ГЭ) по завершению его размещения необходимо в общих
настройках интегрированной среды разработки в разделе РПД
(редактор представления данных) активизировать пункт Открывать
свойства автоматически.
- перейдем в слой Библиотеки_компонентов, где в разделе
Пользовательская откроем библиотеку Библиотека_1. Сохраненный в
данной библиотеке объект Объект_1 содержит в своем слое Ресурсы
необходимый для дальнейшей разработки набор графических объектов.
Здесь же в слое Ресурсы создадим группу Картинки для помещения в
нее текстур, которые будут применены в оформлении создаваемых
графических экранов. Создадим в группе Картинки новый компонент –
Библиотека_Изображений#1. Откроем двойным щелчком ЛК вновь
созданную библиотеку для редактирования. Для ее наполнения
воспользуемся иконкой
с подсказкой «Импортировать» на панели
инструментов. В открывшемся диалоге выбора файлов для импорта
укажем поддиректорию …\Lib\Texture. Выберем все файлы и нажмем
экранную кнопку Открыть.
В слое Система создадим узел АРМ RTM_1, в узле RTM_1
создадим группу Каналы, далее - канал класса Вызов Экран #1:1
19
Выделим компонент «Экран#1:1» в узле RTM_1 и по нажатию ПК
мыши вызовем контекстное меню, в нем выберем ЛК пункт
Переименовать, и переименуем «Экран#1:1» в «Схема питания». Далее
двойным щелчком правой кнопки (ПК) мышки откроем
переименованный компонент на редактирование. В открывшемся окне
графического редактора начнем создавать схему питания цеховых
подстанций по заранее заготовленному эскизу.
В общем случае процесс создания схемы начинается с размещения
на рабочем поле компонентов из библиотек программы, но в данном
случаи все элементы схемы являются достаточно простыми и создаются
вручную.
С помощью графических элементов (ГЭ) панели инструментов
, создадим статическую часть экрана. Примерный
вид экрана представлен ниже (рис.4).
Кнопки нагрузки цехов вызывают переключение экранов и переход
на экран энергоэффективности цехов, Так например свойства кнопки
«Цех №1» следующие
20
Рис.4 Мнемосхема электроснабжения завода
Кнопки панели управления (применены элементы «Группа
кнопок») управляют состоянием соответствующего ключа и имеют
следующие свойства. На панели управления выведены также устройства
не имеющие входов дистанционного управления (отделители и
21
короткозамыкатели). Это не
является нарушением правил
эксплуатации
систем
элетроснабжения, так как
диспетчер вправе изменить
состояние отделителя или
короткозамыкателя
только
после
зарегистрированной
информации от персонала
непосредственно
управляющего работой этих
элементов.
А
действия
занесутся в журнал событий
диспетчера
автоматически
информационной системой.
Сигналы, поступившие в каналы при действии приборов
управления, должны сопровождаться динамизацией либо положенния
выключателя, либо/и изменением цвета (на красный), если
переключение подводит напряжение к каким то элементам системы.
Выше приведены свйства динамизации цвета и положения
подвижного элемента отделителя QR-1.
Для визуализации технологического процесса, т.е. отображения
работы коммутационных аппаратов, цеховых трансформаторов и
другого оборудования на графическом экране можно составить карту
Карно и на ее основе написать программу, которая бы отвечала за
изменение положения контактов коммутационного оборудования и
изменение при этом цвета, указывающий на то, что оборудование
22
включено или отключено. Так, например, программа цветовой
динамизации разъединителя QS-1 может быть представлена как
При рассмотрении более сложных случаев можно воспользоваться
ПО Workbench. Но всегда при построении карт Карно необходимо
рассматривать функции на все состояния, когда входными аргументами
является сумма управляющих воздействии от коммутирующих
устройств и сигналы отждествленные с условиями нахождения под
напряжением (цвет элемента) присоединенных к выбранному элементу
частей схемы. Так условия нахождения под напряжением шин и
межсекционного выключателя, в программном виде, можно
представить как
23
3.1.2. Создание графиков нагрузок
Режимы работы потребителей электрической энергии не остаются
постоянными, а непрерывно изменяются в течение суток, недель и
месяцев года. Соответственно изменяется и нагрузка всех звеньев
передачи и распределения электроэнергии. Изменение нагрузок
электроустановок в течение времени принято изображать графически в
виде графиков нагрузки [4].
Различают графики активных и реактивных нагрузок. По
продолжительности графики нагрузки делятся на сменные, суточные и
годовые. В данном случае будут представлены суточные графики (для
каждого цеха).
В условиях эксплуатации изменения нагрузки по активной и
реактивной мощности во времени представляют в виде ступенчатой
кривой по показаниям счетчиков активной и реактивной мощности,
снятым через одинаковые определенные интервалы времени (30 или 60
мин.). В автоматизированных системах контроля и учета
электроэнергии применяются цифровые электросчетчики, с которых
данные о параметрах сети или нагрузки автоматически поступают на
пульт дежурного инженера. В данном случае счетчики активной и
реактивной мощности будут имитироваться с помощью файла TRMODE
созданного в программе MS Excel. Данный файл представляет собой
порядок значений ступеней суточных графиков активной и реактивной
мощности, сдвигаемых (относительно ячеек) влево с определенным
интервалом времени (определяется временем пересчета каналов).
Интервал времени между сдвигами условно примем равным
одному часу, это будет означать, что показания со счетчиков будут
сниматься каждые 60 минут.
24
Значения активной и реактивной мощности предварительно
рассчитаны в соответствии с типовыми графиками предприятий [2].
Для формирования файла Excel необходимо установить вкладку
«Разработчик» выставить элемент управления «Кнопка» изменить текст
кнопки и привязать макрос к объекту «Циклический запуск»
Sub ZAPUSK1()
Sheets("Лист3").Select
Columns("A:X").Select
Selection.Copy
Sheets("Лист1").Select
Range("A1").Select
ActiveSheet.Paste
Application.Run "trmode.xls!TRM1"
End Sub
И к объекту «Запуск»
Sub ZAPUSK()
Sheets("Лист3").Select
Columns("A:X").Select
Selection.Copy
Sheets("Лист1").Select
Range("A1").Select
ActiveSheet.Paste
25
I = 24
Application.Run "trmode.xls!TRM"
End Sub
Пример получения данных из TRACE MODE в EXCEL рассмотрен
при выполнении лабораторной работы №1 [1]. В данном контексте
необходимо изменить направление передачи данных.
По указанию преподавателя эмулятор нагрузки может быть
заменен на программму работы электродвигателя в соответствии с его
передаточной функцией (предполагается последуещее тиражирование
данной программы с запуском от генератора случайных чисел). Для
высоковольтной нагрузки может быть предложено создание автомата
Мура для пускозащитной аппаратуры (материалы практических
занятий).
3.1.3. Расчет параметров нагрузки и стоимости потребляемой
ЭЭ
В основе концепции ценообразования лежат техникоэкономические особенности энергетического производства и принцип
приемлемости тарифов, как для
производителей, так и для
потребителей. При разработке тарифов учитываются две основные
технико-экономические особенности электроснабжения:
1. Совпадение во времени производства и потребления
электроэнергии (ЭЭ);
2. Неравномерность потребления в течении суток и на протяжении
года.
Система потребительских (розничных) тарифов на электроэнергию
должна отвечать требованиям:
- устойчивого обеспечения энергокомпании финансовыми
ресурсами для покрытия текущих (эксплуатационных) и
инвестиционных затрат;
- соответствия дифференцированной стоимости обслуживания
разных категорий потребителей;
- стимулирования снижения издержек производства, передачи
и распределения энергии;
- рациионализации режимов электропотребления и снижения
потерь в электросетях;
- повышения эффективности энергоиспользования;
26
- финансовой поддержке отдельных потребителей (крупных,
энергоемких, градообразующих предприятий);
- социальной защиты (малообеспеченные слои населения).
При формировании тарифов на электроэнергиюв регионе можно
выделитьтри последовательные стадии: определения совокупной
стоимости обслуживания
исреднего тарифа; дифференциация
тарифных ставок по группам и категориям потребителей в соответствии
с издержками электроснабжения и расчет базовых (прейскурантных)
тарифов; разработка специальных тарифов, направленных на
реализацию определенных целей и отклоняющихся индивидуальных
издержек электроснабжения.
04.11.2011 правителство РФ отменило штрафы за отклонения от
договорного объема электроэнергии (кВтч с помесячной разбивкой, для
плановиков, дополнительно, и с почасовой разбивкой) для потребителей
среднего бизнеса.
Фактически с 2012 г. будут 6 ценовых категорий:
1. одноставочный по предельном уровню
2. зонный
3. одноставочный для потребителей с почасовым учетом
4. двухставочный с почасовым учетом
5. одноставочный с почасовым учетом и планированием
6.двухставочный с почасовым учетом и планированием
Отклонения будут введены ТОЛЬКО для 5 и 6 ценовых категорий
«68. В отношении потребителей с присоединенной мощностью
энергопринимающих устройств свыше 750 кВА, выбравших для
расчетов с гарантирующим поставщиком пятую и шестую ценовые
категории, стоимость отклонений фактического объема потребления
электрической энергии от договорного объема потребления
компенсируется в соответствии с правилами определения стоимости
электрической энергии (мощности), поставляемой на розничном рынке
по регулируемым ценам (тарифам), компенсации стоимости отклонений
фактических объемов потребления от договорных, а также возмещения
расходов в связи с изменением договорного объема потребления
электрической энергии, утверждаемыми федеральным органом
исполнительной власти в области регулирования тарифов (далее правила определения стоимости поставки электрической энергии
(мощности) на розничном рынке). (в ред. Постановления Правительства
РФ от 04.11.2011 N 877) Оплата потребленной электрической энергии
производится
потребителями
с
присоединенной
мощностью
энергопринимающих устройств до 750 кВА включительно, не
выбравшими для расчетов с гарантирующим поставщиком пятую и
27
шестую ценовые категории, исходя из фактических объемов
потребления
в
соответствующем периоде, подтвержденных показаниями приборов
учета
за
указанный период.»
(абзац введен Постановлением Правительства РФ от 04.11.2011 N 877)
Выбор тарифной политики для предприятия определяется
студентом, в зависимости от выбранного типа и мощности
производства. В зависимости от выбранной ценовой категории список
значимых параметров энергоэффективности работы предприятия будут
отличаться. Необходимые материалы по расчету предлагается найти в
интернет ресурсах. Подобный подход обусловлен перманентными
изменениями тарифной политики и ценообразования.
Рассмотрение параметров нагрузки строго предопределено и
подчиняется законам физики. Расчет средних и максимальных
параметров предлагается выполнить при помощи
блока Статистика (STAT). Этот блок определяет
характеристики сигнала, поданного на вход INP.
При CLR=0 на выходе MIN формируется
минимальное значение анализируемого сигнала, на
выходе MAX – максимальное, на выходе AVR –
среднее.
Значение выхода SUM увеличивается на
величину входа INP на каждом такте пересчете блока.
При подаче на вход CLR значения, отличного от 0, на всех
выходах устанавливается значение, поданное на вход INP.
На вход подается суммарная величина мощности цеха, а снимаются
максимальное и среднее значение. Эти результаты являются исходными
для получения значений коэффициента заполнения и коэффициента
максимума, как по активной так и по реактивной мощностям. Так,
например, для активной мощности
Р
1
𝑃СР
КЗР = СР , К𝑚𝑎𝑥 = , 𝑐𝑜𝑠𝜑 =
.
Р𝑚𝑎𝑥
КЗР
√𝑃СР 2 +𝑄СР 2
Примерный вид экрана энергоэффективности одного из цехов
предприятия может быть следующим
28
3.2. Создание архива
Во время работы системы необходимо записывать в таблицу СУБД
(система управления базами данных) MS ACCESS данные, например, по
следующим параметрам: количество потребляемой ЭЭ, количество
заявленной ЭЭ, количество ЭЭ потребленной сверх лимита и
соответственно стоимости израсходованной ЭЭ днем, ночью, штраф за
ЭЭ израсходованную сверх лимита и суммарные затраты [8].
Заявленное количество и перечень аргументов определяется
автором проекта.
Предварительно в панели управления MS Windows в разделе Язык
и региональные стандарты во вкладке Региональные параметры
необходимо настроить в качестве разделителя целой и дробной части
числа точку.
Значения перечисленных выше параметров необходимо записывать
в таблицу реляционной базы данных. Структура таблицы Storage1 базы
29
данных MS Access Storage.mdb для накопления значений
технологических параметров, поступающих в реальном времени от
АРМ (автоматизированное рабочее место) будет:
В навигаторе проекта откроем слой шаблонов связей с СУБД и
создадим новый компонент База данных#1. Откроем свойства шаблона
и зададим ему аргументы:
30
Двойным щелчком ЛК откроем шаблон на редактирование. По
щелчку ЛК на экранной кнопке «Администратор ODBC» во вкладке
Пользовательский DSN c помощью клавиши «Добавить» создадим
новый источник данных – POWER, выбрав Microsoft Access Driver.
Настроим его следующим образом,
31
выбрав в этом бланке файл БД MS Access – Storage.mdb данных по
участку хранения и нажмем «ОК». В числе пользовательских DSN
появится – POWER. В строке «DSN/Строка подключений» укажем –
POWER и нажмем клавишу «Проверка», осуществим таким образом
правильность подключения источника данных в окне «Отчет»:
Далее или с помощью мастера запросов, либо непосредственно
создадим на языке SQL запрос, помещающий связанные с аргументами
шаблона атрибуты каналов в таблицу Storage1 файла Storage.mdb с
созданием новых записей:
32
Откроем дополнительное окно навигатора проекта, настроив его на
группу Гистограмма. Выделим ЛК шаблон База данных#1 и, удерживая
ЛК нажатой, перетащим шаблон в нижнее окно. В группе Гистограмма
будет создан канал класса Вызов База данных#1, щелчком ПК откроем
его для редактирования.
Для связывания аргументов созданного запроса с атрибутами
каналов перейдем с помощью иконки
в табличный редактор
аргументов и выполним привязку к каналам группы Гистограмма:
Для того, чтобы при запущенном на АРМ МРВ каждые пять минут
в файл БД Storage.mdb производилась запись данных по участку
хранения, необходимо во входное значение канала класса Вызов
База_данных#1 подавать номер выполняемого запроса, в нашем случае
1. Сделать это можно, например, с помощью программы или ГЭ
33
"Кнопка". Создадим в слое Шаблонов программ новую программу
Запись_в_БД. Реализуем ее следующим образом:
Откомпилируем ее и перетащим в группу Гистограмм узла RTM_1.
Откроем на редактирование канал класса Вызов Запись_в_БД и
установим в основном бланке период, например, 5 циклов.
Перейдем с помощью иконки
к аргументам канала и
произведем привязку следующим образом:
Изменяя период пересчета данного канала можно регулировать
темп записи значений параметров участка хранения в файл БД MS
Access. Сохраним выполненную работу, нажав ЛК
.
Теперь можно запустить проект и открыв файл БД MS Access
проверить сохранившиеся данные:
34
4. Задание на проектирование
 рассчитать
схему
внешнего
и
внутризаводского
электроснабжения предприятия в соответсвии с заданием [3]
(можно воспользовться результатами бакалаврской работы);
 создать
автоматизированную
систему
управления
технологическим процессом электрической сети, питающей
цеховые подстанции и высоковольтные электроприемники, а
также осуществить контроль и учет потребляемой предприятием
электроэнергии и мощности. В качестве программного
обеспечения использовался программный комплекс TRACE
MODE 6. Для управления технологическим процессом на АРМ
оператора создать мнемосхему с отображением всех элементов
исследуемой электрической сети (коммутационных аппаратов,
цеховых трансформаторов, питающих кабельных линий и т.д.),
позволяющую отслеживать все процессы (события) в режиме
реального времени и при этом производить необходимые
переключения;
 дать обоснование логики переключений и цветовой
динамизации схемы;
 создать эмулятор нагрузки, воспользовавшись либо средствами
Excel либо приемами теориии автоматического управления;
35
 создать
автомат
Мура
пускозащитной
аппаратуры
высоковольтного потребителя (по указанию преподавателя);
 дать обоснование ценовой категории для выбранного
предприятия и создать тренд реального времени - для
отображения изменения нагрузки в течение суток. Средствами
TRACE MODE создать экран для учета количества и стоимости
потребленной электроэнергии;
 произвести запись всей истории технологического процесса
(список параметров определяется автором) в базу данных MS
Access.
36
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Шутов Е. А. Компьютерный практикум по курсу ”Системы
автоматического
управления
энергетическими
объектами
предприятий”: Учеб. пособие / Том. политехн. ун-т. – Томск, 2008.
– 96 с.
Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред.
Ю.Г. Барыбина и др. –М.: Энергоатомиздат, 1991. – 406 с.
Гаврилин А.И. Электроснабжение промышленных предприятий:
Метод.указания / Томск: Изд-во ТПУ, 2001 – 94 с.
Энергия, 1979.-32 с.
Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем
электроснабжения: Учеб. Для вузов по спец. «Электроснабжение».
– 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. Шк., 1991 с.
Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. Электроснабжение промышленных
предприятий и установок. –М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528с.
Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и
подстанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 646 с.
Литвак В.В., Маркман Г.З., Харлов Н.Н. Энергосбережение и
качество электрической энергии в энергосистемах. – Томск: Изд-во
ТПУ, 2004. – 162 с.
www.adastra.ru
37
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………….…….………
1. Структура АСУТП и АСКУЭ……………………………………..…….……..
2. Программный комплекс TRACE MODE 6…………….………………..…….
2.1. Технология разработки проекта в ИС……………………………...…….
2.2. Математическая обработка данных………….……………………...……
2.3. Классификация компонентов……………………….………………….…
2.3.1. Каналы ………………...…...............................................................
2.3.2. Шаблоны……………………….……………...……………………...
2.3.3. Источники/Приемники………………………………..……………..
2.3.4. Наборы ресурсов и графические объекты……………………….....
2.3.5. Последовательные порты…………………………………………....
2.3.6. Словари сообщений……………….…………………………………....
2.3.7. Клеммы………………………………………………………....…..…
2.4. Программирование алгоритмов в TRACE MODE 6…………….……...
2.5. Редактор представления данных………………………………………..
2.6. Графический интерфейс оператора…….………………………………..
2.7. Архивирование.…….…………………………………………………….
3. Разработка проекта системы управления в пакете TRACE MODE 6.06…
3.1. Описание проекта…………………………………………………………
3.1.1. Создание схемы питания…………………………………………….
3.1.2. Создание графиков нагрузок………………………………………..
3.1.3. Расчет параметров нагрузки и стоимости потребляемой ЭЭ…….
3.2. Создание архива…………………………………………………………
4. Задание на проектирование………………………………………………….
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...
38
3
5
6
7
8
8
10
11
11
11
12
12
13
13
14
16
16
17
18
19
24
26
29
35
37
Учебное издание
ШУТОВ Евгений Алексеевич
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Методические указания к выполнению курсовой работы
по курсу «Компьютерные технологии решения задач
электроснабжения» для студентов I курса обучающихся по
специализации «Оптимизация развивающихся систем
электроснабжения»
магистерской программы «Электроэнергетика и электротехника»
Отпечатано в Издательстве ТПУ в полном соответствии
с качеством предоставленного оригинал-макета
Подписано к печати 05.11.2012. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».
Печать XEROX. Усл.печ.л. 9,01. Уч.-изд.л. 8,16.
Заказ . Тираж 100 экз.
Национальный исследовательский Томский политехнический
университет
Система менеджмента качества
Издательства Томского политехнического университета
сертифицирована
NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту BS EN ISO
9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru
39
40