Разработка автоматизированной системы управления энергохозяйством Сосногорского ЛПУМГ

Диспетчерская N2 отвечает за электроснабжение КС-10 и состоит из следующих АРМов:

• АРМ оператора управления системой электроснабжения, предназначен для оперативного управления системой электроснабжения.
• АРМ инженера-релейщика, предназначен для текущего обслуживания цифровых терминалов РЗА, анализа и разбора аварий, вызова осциллограмм, программирования терминалов;
• АРМ инженера-программиста, совмещенная с сервером (в составе базового компьютера) – предназначена для общего сопровождения системы, обеспечения ее работы в нормальном режиме и технического обслуживания системы.

АРМ оператора водопроводных  сетей контролирует работу системы  автоматического управления водоснабжения (САУ В). К объектам подсистемы САУ В относятся: артезианские скважины (4 шт.), насосная 1-го подъема, станция обезжелезивания, насосная 2-го подъема, насосная 3-го подъема, внутриплощадные и внеплощадные сети водоснабжения.

АРМ оператора котельной контролирует работу системы автоматического управления теплоснабжения (САУ Т). К объектам подсистемы САУ Т относятся: утилизационные установки, котельная, теплофикационная насосная станции (ТНС-1, ТНС-2), внутриплощадные и внеплощадные сети теплоснабжения.

АРМ оператора КОС контролирует работу системы автоматического управления канализационно-очистных сооружений (САУ КОС). К объектам подсистемы САУ КОС относятся канализационные насосные станции (КНС), внутриплощадные и внеплощадные сети канализации.

Описание диспетчерских N3, N4, располагающихся в здании ЭСН КС «Ухтинская» приводится в п.р. 1.2.

1.1.3.2 Построение верхнего уровня АСУ-Э на базе программно-технического комплекса MicroSCADA

В дипломном проекте  предлагается создать автоматизированную систему управления энергоснабжением на базе технологии MicroSCADA разработанной фирмы АББ «Чебоксары». Специализированная система MicroSCADA представляет собой многофункциональную открытую программно-аппаратную среду для построения автоматизированных систем контроля и управления распределенными объектами энергетического назначения.

Выбор именно этой системы основывается на следующем: данная система удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к автоматизации энергообъектов, система основана на современных программно-технических средствах, фирма производитель имеет многолетний опыт по внедрению таких систем. Система MicroSCADA является модульной и открытой во всех отношениях. Такая структура имеет множество достоинств:

• Система может быть создана из небольших приложений и затем, при необходимости, постепенно расширена.
• Возможно использование компьютеров разных поколений и различной конфигурации.
• Все компьютеры имеют одинаковый пользовательский интерфейс,

который существенно  облегчает расширение системы.

• Новые функции добавляются оперативно, при помощи языка высокого уровня (режим on-line).
• Связь с внешним программным обеспечением проста, благодаря понятной спецификации интерфейса.
• Система может интегрироваться с терминалами РЗА (например с Sepam 2000), что позволяет автоматизировать ЦРП-10 кВ используя только один контроллер RTU-211.

Компоненты системы MicroSCADA делятся на следующие основные категории:

• базовые системы;
• устройства связи NET;
• Интерфейс Человек-Машина (Man-Machine Interface=MMI).

Базовые системы

Задача базовой системы  может быть кратко изложена следующим  образом: Система собирает из устройств связи с процессом в базу данных процесса все данные о процессе посредством устройств связи NET. Следовательно, база данных процесса (БДП) отражает процесс в реальном времени. Затем собранная информация распространяется дальше, например, для Интерфейса Человек-Машина (MMI), архивации, расчетов, печати и дальнейшей передачи в другие системы. Таким же образом команды управления, инициируемые, например, оператором из MMI, автоматической функцией или другой системой, посылаются в устройства связи с процессом из БДП посредством устройств связи NET.

К базовым системам в  разрабатываемой АСУ-Э относятся:

• базовый компьютер, расположенный в шкафу сервера АСУ-ЭС в диспетчерской N2;
• базовый компьютер, расположенный в шкафу сервера АСУ-ЭС в диспетчерской N3;
• базовый компьютер, расположенный в диспетчерской N4;
• базовый компьютер, расположенный в диспетчерской N1.
• АРМ оператора водопроводных сетей, располагающийся на станции обезжелезивания;
• АРМ оператора котельной, располагающийся в здании котельной;
• АРМ оператора КОС.

В состав базовых компьютеров включены устройства связи NET. Физически представляющие собой платы с ISA-шиной, DCP386i производимые фирмой Emulex. Платы имеет собственный Intel-процессор. Связь плат с шиной SPA осуществляется по интерфейсу RS-232. К шине SPA подключаются устройства связи с процессом (такие как: терминалы РЗА Sepam 2000, контроллеры RTU-211). Системы с SPA-шинами строго базируется на отношениях “ведущий-ведомый” между устройствами на уровне ячеек, такими как контроллеры RTU-211, и ведущим DCP-NET с шиной SPA. Физическая структура шины SPA представляет собой опто-волоконный контур. Один SPA-контур (петля) подключается к одной линии в DCP-NET. Несколько SPA-петель могут работать параллельно. Количество ведомых устройств с протоколом SPA, рекомендуемое для каждого контура, зависит от требований к характеристикам. Для обеспечения более высокого быстродействия всей системы в контур будем включать по 5 ведомых устройств.

Все АРМы, базовые системы  и принтеры событий верхнего уровня АСУ-Э связаны с помощью локальной сети Ethernet. В качестве сетевых концентраторов используются 3Com SuperStack 3. Соединение компьютеров АРМов и базовых систем осуществляется по топологии звезда. Для связи между диспетчерскими используется сетевой мост RAD Tiny Bridge, в котором в качестве линии связи используется оптоволоконный кабель.

Интеграция АСУ-Э с уровнем АСУ ТП осуществляется через шлюзовой компьютер, в котором происходит преобразование протоколов, так как данные в АСУ ТП передаются по протоколу MODNET. В АСУ ТП из АСУ-Э передается общая информация о состоянии энергоснабжения, а из АСУ ТП в АСУ-Э передается информация об учете тепла, расходе воды с утилизаторов.

MicroSCADA MMI (Интерфейс Человек-Машина), состоящий из так называемых мониторов, может либо располагаться на компьютере с базовой системой, либо рассредоточиваться по локальной сети LAN посредством TCP/IP. Это используется для создания АРМов, которые используют различные мониторы и имеют разные права доступа к базе данных. Соединения с удаленными MMI выполняются с применением утилит RAS в Windows NT. Таким образом, используя мониторы, клиентский компьютер может получить необходимые для него данные. Например, с АРМа главного оператора ЭС можно получить выборку данных с базовых систем расположенных в разных диспетчерских.

В каждой диспетчерской  должен располагаться сервер печати, для фиксации оперативных, предупредительных  и аварийных событий на бумаге. Выбираем сетевой принтер HP LJ 1300N.

Доступ из базовой  системы MicroSCADA к внешним базам данных возможен при помощи интерфейса SQL/ODBC. Большинство коммерческих баз данных поддерживает концепцию ‘Open Database Connectivity’ (ODBC) путем установки драйверов ODBC для Windows NT. Внешняя база данных находится в базовых компьютерах и частично (с целью резервирования) в сервере расположенном в диспетчерской N1 АСУ-Э. Для поддержки SQL/ODBC-соединения введены специфичные функции в язык программирования SCIL.

Интерфейс базовой системы API (Application Programming Interface) обеспечивает интерфейс с высокими характеристиками для обмена данными между внешним приложением, выполненным при помощи C/C++, и базовой системой MicroSCADA.

Аппаратно-программная  реализация устройств связи

Как уже было описано  выше, устройства связи входят в  состав базовых компьютеров. DCP-NET –  это программное обеспечение, работающее со специфичным семейством плат с ISA-шиной, называемым DCP, Emulex. Задачей DCP-NET является преобразование внешних протоколов, используемых для связи с устройствами связи с процессом, такими как терминалы Sepam 2000 и RTU-211, в протокол ACP. Протокол ACP используется между узлами системы MicroSCADA, такими как базовые системы и устройства связи NET. Кроме того, DCP-NET поддерживает некоторые “ведомые” протоколы, которые могут использоваться для связи с системой верхнего уровня.

Для синхронизации системных  часов к плате DCP-NET подключены приемники GPS. Точность времени в системе  зависит как от точности источника  времени (передатчика), так и от точности распространения синхронизации  внутри системы. Поддерживаются следующие устройства и протоколы:

В разрабатываемой системе  применяется только плата DCP386i с 1 MB RAM и 8 RS-232-C каналами.

Максимальная рекомендуемая  скорость последовательной линии связи  на плате DCP – 19,2 кбит/сек. Полная характеризуемая емкость всех плат DCP может быть оценена путем суммирования скорости бит всех последовательных линий. Сумма скорости бит не должна превышать 80 кбит/сек для платы DCP386i.

Концепция резервных  фронтендов означает, что для выполнения одной задачи отводятся два автономных фронтенда с DCP-NET. Одно DCP-NET работает в оперативном режиме (on-line), другое - в режиме резервирования. Вторичное DCP-NET контролирует первичное DCP-NET. В случае нарушения нормальной работы в первичном DCP-NET, вторичное DCP-NET выполнит отмену и будет управлять переключателями линий для переключения на свои линии. Решение о переключении принимает приложение системы MicroSCADA. Функция резервирования симметрична, следовательно прежде первичное DCP-NET перейдет в режим резервирования, предварительно восстановившись и запустившись. Во время работы, некоторые событийные данные для RTU-211, использующих протокол RP570, передаются между двумя DCP-NET на событийной основе.

Стандартный пакет программного обеспечения приложения подходит для  управления резервными фронтендами. Пакет поддерживает переключение как всех DCP-NET, так и одной пары DCP-NET.

В двух резервных автономных фронтендах, каждое DCP-NET должно связываться  по последовательной линии для передачи данных о событиях.

Компонент системы MicroSCADA MMI (Интерфейс Человек-Машина)

Интерфейс Человек-Машина (Man-Machine Interface) системы MicroSCADA состоит  из так называемых MicroSCADA-мониторов. Мониторы выдаются как окна в системе  окон. MicroSCADA-монитор всегда подсоединяется к базовой системе, в которой  располагаются изображения и диалоги, выдаваемые на монитор. Мониторы могут работать локально, на экране, связанном с базовым компьютером, или они могут быть распределены по локальной сети LAN. Кроме того, MicroSCADA-мониторы могут работать дистанционно, например, на терминалах, подключенных через модем к базовой системе.

Существуют две категории MicroSCADA-мониторов, а именно Visual SCIL мониторы, называемые далее VS-мониторами, и X-мониторы. X-мониторы базируются на стандарте X-Window. Графическое функционирование, поддерживаемое X-мониторами, представляет собой графические примитивы, такие как линии, окружности и прямоугольники, и OSF/Motif widget.

VS-мониторы поддерживают  такие же графические примитивы,  что и X-мониторы. Кроме того, VS-мониторы  поддерживают согласованность графических объектов с Windows 95. Эти графические объекты, называемые Visual SCIL-объектами, представляют собой кнопки, стрелки для перелистывания страниц, спиннеры и панели меню. VS-мониторы могут работать локально, используя местный графический интерфейс Windows, или они могут быть переданы на операторские рабочие места посредством X-Window. Функционирование локальных и удаленных VS-мониторов одинаково.

Характеристики базовой системы MicroSCADA

Характеристики базовой  системы в основном ограничиваются следующими факторами:

• мощность центрального процессора (ЦПУ);
• объем физической памяти ОЗУ;
• время доступа к диску.

Для обеспечения удовлетворительных характеристик системы необходимо учитывать следующее:

Всегда, когда приложение требует интенсивных вычислений или содержит много графики, выбирается ЦПУ с высокими характеристиками. Большая скорость событий из процесса также требует ЦПУ с высокими характеристиками. Также могут использоваться многопроцессорные компьютеры для улучшения характеристик.

В разрабатываемой системе необходим достаточный объем памяти ОЗУ для большой конфигурации (например, для большого количества мониторов или большой базы данных в приложении). Несмотря на то, что Windows NT поддерживает концепцию виртуальной памяти (блоки памяти могут располагаться в ОЗУ или на диске), недостаток памяти может вызвать интенсивную перезапись блоков памяти между ОЗУ и диском и, таким образом, снизить характеристики системы.

Также в компьютере необходим диск с высокими характеристиками, если приложение включает в себя интенсивную отчетность или имеет большую скорость поступления из процесса событий, которые должны быть сохранены на диске.

Базовая система может  запускать в параллельную работу несколько приложений. Несмотря на то, что в одной базовой системе можно конфигурировать до 99 локальных или внешних приложений, имеются практические ограничения из-за ограничений мощности компьютеров и виртуальной памяти. По этой же причине, количество одновременно открытых в системе MicroSCADA окон ограничивается возможными ресурсами, несмотря на то, что в одной базовой системе можно конфигурировать до 50 мониторов MicroSCADA.

На основе требований к базовым системам MicroSCADA выбираем АРМы и базовые компьютеры со следующими характеристиками: