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