Промышленные АСУ и контроллеры. – Специальный выпуск №1. – 2006.
Авторы: Балашов С.В. (ЗАО "Шнейдер Электрик"), Резник Ю.О., Соловьёв С.Ю.

Информационно-вычислительный комплекс для учёта и контроля электрической энергии "ЕМЦС-Э" на базе контроллеров фирмы "Шнейдер Электрик"

Рынок оборудования и программного обеспечения для автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учёта электроэнергии (АИИС КУЭ) предлагает в настоящее время разнообразные технические решения. Тем не менее, многие компании – известные производители линеек промышленных контроллеров – видят потребность в создании собственных элементов таких систем.

Компания "Шнейдер Электрик", история которой насчитывает более 165 лет, входит в число крупнейших мировых производителей электротехнического оборудования и средств автоматизации. Среди продукции компании "Шнейдер Электрик" – программируемые контроллеры (PLC), интерфейсы визуализации "человек-машина" (HMI); преобразователи частоты вращения для асинхронных электродвигателей; пускорегулирующая аппаратура, датчики и многое другое. Одним из центральных направлений является создание и внедрение систем распределения электроэнергии среднего и низкого напряжения.

Система автоматизированного управления и контроля электроэнергии EMCS (Electrical Monitoring and Control System) разработана фирмой "Шнейдер Электрик" для управления электрическими сетями на крупных промышленных объектах (нефтяная, газовая, нефтехимическая промышленность, шахты, цементные заводы и т.д.). АСУ EMCS, будучи модульной развивающейся системой, основанной на передовых технологиях, может быть легко адаптирована к особенностям любого объекта.

Компания "АВИАТЭКС" выполняла работы по внедрению систем учёта электроэнергии в ряде проектов компании "Шнейдер Электрик". Системы технического учёта на основе ИВК "ТопСмарт", в частности, внедрены на электростанции собственных нужд Юрхаровского нефтегазоконденсатного месторождения (ОАО "НОВАТЭК"), компрессорной станции КС-11 "Синдор" газопровода "Сияние Севера" (ОАО "Газпром") и ряде других объектов.

Компания "АВИАТЭКС" позиционируется как разработчик системных решений и программного обеспечения (ПО) для компонентов автоматизированных систем коммерческого учёта электрической энергии (АСКУЭ). Программное обеспечение "ТопСмарт" и "АльфаСмарт" для широко известного устройства сбора и передачи данных (УСПД) RTU-314 является разработкой ООО "АВИАТЭКС". Идея создания ИВК для учёта электроэнергии на базе технических средств компании "Шнейдер Электрик" и технологий учёта энергии компании "АВИАТЭКС" лежит в русле перспективных направлений деятельности и является логическим продолжением плодотворного сотрудничества двух компаний.

Назначение и область применения ИВК "ЕМЦС-Э"

Разработанный ИВК, структурная схема которого представлена на рис. 1, получил название "ЕМЦС-Э".

Рис.1 Структурная схема ИВК "ЕМЦС-Э" с использованием цифровых счётчиков и счётчиков с телеметрическими выходами типа "сухой контакт"

ИВК "ЕМЦС-Э" предназначен для измерения количества электрической энергии, позволяющего определить величины учётных показателей, используемых в финансовых расчётах, а также для измерения показателей качества электрической энергии.

ИВК "ЕМЦС-Э" является средством измерения электрической энергии и мощности, обеспечивающим расчёты между продавцами и покупателями электроэнергии. ИВК "ЕМЦС-Э" предназначен для применения в энергосбытовых и генерирующих компаниях, на электростанциях, подстанциях, промышленных предприятиях и организациях, объектах коммунального хозяйства, а также других субъектах учёта электрической энергии, осуществляющих самостоятельные взаиморасчеты с поставщиками или потребителями электроэнергии.

Архитектура ИВК "ЕМЦС-Э"

ИВК "ЕМЦС-Э" является распределённым аппаратно-программным комплексом, реализующимся на нескольких уровнях иерархии.

Комплекс содержит следующие функциональные компоненты:

• автоматизированные рабочие места пользователей (оператора АИИС КУЭ, энергодиспетчеров, оператора АСУ EMCS);
• сервер базы данных;
• УСПД ШЭУ-100;
• каналообразующую аппаратуру.

Количество и номенклатура компонентов, используемых на каждом уровне иерархии комплекса (счётчиков, УСПД, каналообразующей и сетевой аппаратуры и т. п.), определяется характеристиками и особенностями объекта учёта. Основным интерфейсом ИВК служит Ethernet, обеспечивающий информационную связь между всеми элементами комплекса.

Центральным компонентом ИВК является УСПД ШЭУ-100. Устройство построено на основе программируемого логического контроллера MODICON TSX Premium производства компании "Шнейдер Электрик". УСПД содержит два порта Ethernet. Первый порт интегрирован в состав процессорного модуля контроллера и использует протокол MODBUS TCP. Этот информационный канал обеспечивает передачу данных либо в общую АСУ электроэнергией EMCS (если таковая установлена) или в базу данных типа Microsoft SQL Server 2000/2005. Второй порт Ethernet, добавленный разработчиками из набора модулей ПЛК Premium, является свободно программируемым и используется для реализации протоколов цифровых счётчиков.

Среди каналообразующей аппаратуры ИВК, к которой относятся различные концентраторы, преобразователи, повторители и модемы, особое место занимают преобразователи интерфейсов RS-232/RS-422/RS-485–Ethernet, обеспечивающие построение физических каналов связи со счётчиками. В ИВК "ЕМЦС-Э" используются преобразователи семейства NPort компании MOXA.

Функции ИВК «ЕМЦС-Э»

ИВК "ЕМЦС-Э" обеспечивает регистрацию, хранение и отображение следующей информации:

• показаний счётчиков;
• средних мощностей на интервале усреднения 1; 3, 5, 15, 30 и 60 мин.;
• потребления активной и реактивной энергии (включая обратный переток) за сутки, неделю, месяц, квартал, год;
• активной и реактивной энергии нарастающим итогом (включая обратный переток) с начала суток, недели, месяца, квартала, года;
• журналов событий;
• данных о состоянии средств измерений;
• данных о состоянии объектов измерений.

Количество измерительных каналов ИВК "ЕМЦС-Э" определяется суммарным количеством измерительных каналов всех используемых УСПД. Под измерительным каналом понимается канал учёта одного вида энергии в одном направлении.

Программное обеспечение ИВК "ЕМЦС-Э"

Программное обеспечение ИВК "ЕМЦС-Э" включает ПО «верхнего уровня» (программный комплекс "ЕМЦС Учёт-Э") и ПО УСПД.

В состав программного обеспечения ИВК "ЕМЦС-Э" входит конфигуратор, база данных энергопотребления, программа отображения данных, модуль мониторинга и генератор отчётов. Программное обеспечение УСПД разработано в интегрированной среде разработки Unity Pro XL и построено по модульному принципу, что обеспечивает возможность его модернизации и расширения.

Основные функции ПО УСПД:

• опрос счётчиков электрической энергии с цифровыми интерфейсами;
• опрос счётчиков электрической энергии с импульсными выходами;
• регистрация состояний дискретных датчиков;
• синхронизация времени УСПД и счётчиков, подключённых к данному УСПД;
• автономное хранение профилей нагрузки;
• автономное хранение журнала событий.

Специфические особенности разработки

Основные технические особенности разработки заключаются в следующем.

1. Ethernet используется в качестве основного интерфейса для обмена данными между компонентами комплекса. Это решение соответствует современным тенденциям развития систем автоматизированного управления и сбора данных, обеспечивает высокую гибкость, а также при необходимости даёт возможность непосредственного доступа к данным счётчиков, минуя УСПД.

2. По сведениям авторов, впервые разработка программного обеспечения УСПД выполнена в среде Unity Pro XL; программные модули написаны на языке ST.

2.1. Одной из наиболее трудоёмких задач разработки ПО УСПД ШЭУ-100 являлась реализация протоколов цифровых счётчиков. Взаимодействие УСПД со счётчиками ЕвроАЛЬФА и СЭТ-4ТМ.02/03 обеспечивается библиотекой специально разработанных коммуникационных функций. Совокупность временных и логических соотношений, используемая в этих функциях, гарантирует, что время выполнения одного цикла системы не превысит предельного временного интервала сторожевого таймера. Следует иметь в виду, что протоколы счётчиков для системного ПО (Unity OS) контроллера Premium являются нестандартными и реализованы в виде пересылок пакетов соответствующих форматов с дальнейшей обработкой. Обмен данными со счётчиками производится через программируемый порт Ethernet контроллера Premium с использованием коммуникационных функций протокола TCP/IP, асинхронных по отношению к процессу исполнения программы.

2.2. Организованы «плавающие» архивы данных об энергопотреблении и реализована технология доступа к ним на основе протокола MODBUS TCP с использованием алгоритмов собственной разработки. Размер адресуемой по протоколу MODBUS памяти контроллера не может превышать 64 Кбайт, в то время как объём данных, хранимых в энергонезависимой памяти контроллера (профиль энергопотребления, конфигурация системы, показатели качества и пр.), для 100-канальной системы составляет не менее 500 Кбайт.

2.3. Сформирован буфер данных в локализованной области памяти контроллера (с доступом по протоколу MODBUS), обеспечивающий взаимодействие с картой памяти PCMCIA требуемого объёма.

Основные характеристики УСПД ШЭУ-100

Сертификация

В июне 2005 г. проведена сертификация ИВК "ЕМЦС-Э" во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологической службы (ВНИИМС). Результатом сертификации стало утверждение типа средств измерений "Комплекса измерительно-вычислительного для контроля и учёта электрической энергии "ЕМЦС-Э", внесённого в государственный реестр средств измерений под № 29626-05 (сертификат RU.C.34 004.A № 21199).

Перспективы внедрения ИВК "ЕМЦС-Э" обеспечиваются следующими обстоятельствами:

• открытая архитектура позволяет интегрировать комплекс в существующие АСУТП и АСУП;
• гибкое построение ИВК даёт возможность выбора варианта комплектации, адекватного масштабам объекта внедрения;
• использование оборудования компании "Шнейдер Электрик" обеспечивает высокую надёжность ИВК;
• использование ноу-хау компании "АВИАТЭКС" обеспечивает живучесть и функциональность комплекса.

ИВК "ЕМЦС-Э" включён в ряд перспективных проектов ЗАО "Шнейдер Электрик". Применение современных технологий гарантирует высокую степень эффективности внедрения решений на базе ИВК "ЕМЦС-Э".

Успешная реализация проекта разработки ИВК "ЕМЦС-Э" открывает хорошие возможности для развития сотрудничества компаний по направлению создания и внедрения систем учёта других видов энергии – тепла, воды, газа. Предстоящая реформа ЖКХ повышает актуальность разработки таких систем.

Компаниями "Шнейдер Электрик" и "АВИАТЭКС" в настоящее время ведётся технико-коммерческая проработка решений для учёта тепла, что позволит предложить потребителям комплексное решение на единой программно-аппаратной платформе.

Литература