Содержание работы
1. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
2. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ УЧЕТА
4. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УЧЕТА
5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
ВЫВОДЫ
Список литературы
1. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
Создание автоматизированной системы учёта электроэнергии обусловлено необходимостью ведения оперативного контроля и управления энергопотреблением, что позволит в свою очередь снизить максимальную заявленную мощность и выровнять график нагрузки.Режимы нагрузок угольных шахт характеризуются заметной неравномерностью потребления по части суток и дням недели [2]. С увеличением неравномерности электропотребления возрастают затраты на производство, передачу и распределение энергии, в связи с чем большое значение для экономичности работы систем внешнего электропотребления имеет выравнивание электрических нагрузок, а для экономического эффекта также и внепиковое потребление. Но выравнивание нагрузок требует в свою очередь увеличения издержек производства, а в ряде случаев ограничивается социологическими факторами, например, работами в ночное время.
Регулирование режимов электропотребления на предприятиях угольной промышленности осуществляется организационно-техническими мероприятиями, внедрением автоматизированных систем управления электроснабжением, обеспечивающими регламентированный энергоснабжающей организацией режим электропотребления, и тесно связано с лимитами мощности.
Анализ выполненных работ по управлению электропотреблением показывает, чпо в настоящее время накоплен значительный опыт но решению задач улучшения качества электропотребления. Разработан подход оптимизации режима электропотребления (ОРЭ), в основу которого положен принцип регулирования режимов работы потребителей, а также осуществление различных организационно-технических и экономических мероприятий, направленных на снижение максимальной активной мощности в часы максимума энергосистемы, в том числе внедрение ЛСУЭ.
Регулировочные мероприятия можно разделить на:
непрерывно действующие в течение года и не требующие дополнительных капиталовложений;
периодически действующие в течение года и требующие дополнительных капиталовложений;
перспективные, осуществление которых требует дополнительных капиталовложений.
Регулирование режима электропотребления можно производить за счет создания специальных режимов работы потребителей (потребителей-регуляторов).
Регулирование потребляемой мощности в часы максимума нагрузки энергосистемы обычно проводится по следующему плану:
- определение глубины регулирования 30-минутной мощности за очередной квартал из графиков электрической нагрузки прошлого года;
- выявление потребителей, работающих в период максимума нагрузки энергосистемы, и характера необходимости их участия в производственном процессе;
- анализ потребителей но экономической эффективности использования на предприятии;
- прогнозирование максимальной 30-минутной мощности шахты на очередной квартал;
- расчет максимальной 30-минутной мощности на очередной квартал;
- разработка оптимальных планов-графиков регулировочных мероприятий, внедрение которых способствует выравниванию графиков и снижению потребления электрической мощности в период максимума нагрузки энергосистемы.
Все горнодобывающие предприятия допускают в той или иной мере регулирование режима злектропотребления, однако возможности регулирования по отдельным шахтам различны. Диапазон регулирования нагрузок потребителей горнодобывающих предприятий зависит от режима работы, особенностей технологического процесса производства мощности агрегатов участков; технологических фаз производства; величины производственной мощности агрегатов, участков и фаз производства; степени автоматизации управления электроснабжением шахты; уровня организации производства и др.
Анализ обследования систем электроснабжения угольных шахт показывает, что в период максимума нагрузки энергосистемы потребители-регуляторы должны отключаться в следующем порядке: водоотливные установки, механизмы лесного склада, компрессорные установки, закладочный комплекс, прочие подземные потребители, строительный цех, породный подъем, грузовые лебедки, лебедка террикона, скиповая подъемная установка, гараж-зарядная, электровозы с контактным питанием, угольный склад, дробильный комплекс.
Вопросы регулирования режимов электропотребления тесно связаны с глубоким значением технологических и вспомогательных процессов шахты. Поскольку наибольшая эффективность в результате регулирования режимов электропотребления достигается при проектировании, необходимо располагать функциями затрат от производительности установки на все потребители-регуляторы шахты.
Вернуться к содержанию
2. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ УЧЁТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В настоящее время известны системы энергоучёта украинских и зарубежных производителей такие как: Синэт-1 (Система информационных энергосберегающих технологий) [1]; АСКУЭ на базе счётчиков ЭТ; ATdata - измерительно-вычислительный комплекс коммерческого учёта на базе счётчиков LZQM; Облік-2000 на базе счётчиков ЛО-3Т; комбинированная АСКУЭ на базе вычислителя ИТЕК-210 и счётчиков ЕвроАЛЬФА, Облік, Днеста, САЗУ-И670; АСКУЭ на базе КТС "Энергия+" и др. Среди АСКУЭ, созданных на базе технических средств и программного обеспечения зарубежных производителей, хорошо известны в Украине: АСКУЭ на базе счетчиков Schlumberger; системы коммерческого учета энергии DATAGYR C300 и С2000 (LANDIS & GYR); системы АльфаМет, АльфаСмарт и АльфаЦентр (АВВ); многоканальная система бытового и промышленного учета энергии ИИСЭ-2000 (Литва); системы комплексного учёта энергоносителей на базе промышленных контроллеров Allen-Bradley (Sterling Group).
Достоинствами систем украинских производителей являются: относительная простота в обслуживании и дешевизна при высоких показателях качества учёта электроэнергии; возможность комплексного учёта и других видов энергии (воды, газа, пара и т.д.). К достоинствам зарубежных АСКУЭ относятся: расширенные функциональные возможности самих средств учета (значительное количество телеметрических входов и выходов), цифровых интерфейсов; наличие тарификационных устройств; возможность построения графиков нагрузки; многофункциональность программного обеспечения и высокий уровень визуализации.
Среди недостатков украинских АСКУЭ нужно отметить следующие: несовместимость счётчиков одного типа с интеллектуальным выходом (без знания протокола) с концентраторами АСКУЭ других производителей; недостаточно высокий, в ряде случаев, уровень эргономических показателей. Недостатками АСКУЭ зарубежных производителей являются: применение систем использующих структуру - интеллектуальный счётчик и неинтеллектуальный концентратор, предусматривающие последовательный опрос с относительно малой скоростью считывания информации с каждого счётчика; сложности в расширении функций АСКУЭ конкретного типа (закрытость системы для устройств других производителей); узко направленная специфика, т.е. ориентация систем на конкретные виды энергии; относительно высокая стоимость.
На сегодняшний момент, система учёта энергоносителей на базе контроллеров Allen-Bradley лучшая, так как является универсальной и позволяет работать как с интеллектуальными (при наличии протокола обмена), так и с импульсными выходами счётчиков учёта различных видов энергии (электроэнергии, воды, газа, тепла и т.д.)
Вернуться к содержанию
3. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ УЧЕТА
Основным требованием является то, что первичные средства коммерческого и технического учёта электроэнергии и мощности, программное обеспечение, автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии должны быть занесены в "Государственный реестр средств измерительной техники" Госстандарта Украины.
Требования к счётчикам электроэнергии
- Счётчики должны соответствовать ГОСТ 26035, а также стандарту МЕК (IEC) 1036.
- Счётчики должны иметь высокую надёжность и стабильность метрологических характеристик.
- Интервал между поверками Госстандарта не менее 6 лет.
- Срок службы не менее 20 лет.
- Счётчики должны иметь импульсный выход типа "сухой контакт" и/или цифровой интерфейсный выход для обеспечения возможности автоматизированного съёма информации.
- Счётчики должны обеспечивать измерение активной, реактивной энергии и усреднённой мощности в соответствии с установленными пользователем интервалами интеграции.
- Счётчики должны обеспечивать сохранность информации при потере питания не менее 40 суток.
- Счётчики должны иметь возможность внешней синхронизации хода внутренних часов.
- Счётчики должны сохранять в энергонезависимой памяти информацию обо всех случаях доступа к режиму параметризации и внештатных ситуациях.
- Погрешность хода часов счётчиков должна быть не больше ±2 секунды в сутки. Точность хода часов не должна зависеть от частоты опрашивания счётчиков и других внешних факторов.
Требования к каналам связи
Каналы связи должны соответствовать "Ведомственные нормы технологического проектирования. Проводные линии связи. Линейно-кабельные сооружения Минсвязи СССР. ВНТП-117-80".
Требования к серверу сбора и обработки данных
- ПК типа IBM PC P-II/300/128MБ/10ГБ.
- Операционная система Windows 98 и выше.
- Аппаратное и программное обеспечение должно обеспечивать:
- непрерывный мониторинг текущей потребляемой мощности объекта и выдачу сообщений о возможном превышении установленного лимита;
- контроль и учёт энергопотребления по объекту
- ведение архивов потребляемой мощности;
- передачу данных в ПЭС, ДЭС по стандартному ТСР/ІР протоколу;
- дистанционная корректировка времени счётчиков и системы;
- автоматическое уведомление о нештатных ситуациях;
- автоматическое сохранение состояния системы при сбоях и перерывах электропитания и полное восстановление информации при его появлении;
- генерация и печать форм отчётности.
Требования к защите и достоверности информации
- Аппаратно-программное обеспечение должно иметь высокую производительность, степень готовности и защиты от несанкционированного доступа.
- В счётчиках доступ к памяти, данным, ПО должен защищаться многоуровневым программным паролем и механическим пломбированием.
- Доступ к изменению метрологических характеристик должен обеспечиваться только после снятия пломбы органами Госстандарта Украины.
- В памяти счётчиков и ПК должны сохраняться дата и время последнего программирования функций и параметров, установки и корректировки времени внутренних часов.
Требования к безопасности
- Комплекс технических средств системы должен обеспечивать при монтаже, наладке и в процессе эксплуатации требования электробезопасности в соответствии с ПТЭ и ПУЭ действующих электроустановок для категории до 1000 В.
- Электрическая изоляция счётчиков должна соответствовать стандартам МЭК (ІЕК) 338/МЭК (ІЕК) 060 и ГОСТ 22261-82.
- Элементы системы должны сохранять работоспособность при воздействии электромагнитных полей сетевой частоты с напряжённостью до 400 А/м. Помехоустойчивость счётчиков должна соответствовать стандартам МЭК (ІЕК) 338/МЭК (ІЕК) 060 и ГОСТ 26035-83.
Вернуться к содержанию
4. ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ СИСТЕМЫ УЧЕТА
Большинство ныне существующих АСКУЭ построены по принципу совершенно неинтеллектуальный счетчик и полностью интеллектуальный концентратор, осуществляющий связь со счетчиками, обработку собранной информации и передачу ее на персональный компьютер по существующим каналам связи.
Однако такая классическая структура имеет ряд недостатков: при обрыве линии связи между концентратором и счетчиком учет электроэнергии в концентраторе по этому каналу не происходит, что приводит к искажению достоверности информации; при исчезновении питания концентратора учет электроэнергии не происходит по всем каналам, что еще более усугубляет проблемы учета и др.
Другие АСКУЭ имеют следующую структуру - интеллектуальный счетчик и неинтеллектуальный концентратор. Такие системы позволяют длительно хранить накопленные данные в этом счетчике, достоверно принимать и передавать информацию в силу использования цифровых интерфейсов связи. Однако вместе с тем система не позволяет оперативно обновлять информацию со счетчиков в виду последовательности их опроса и относительно медленной скорости считывания информации с каждого из них.
Поэтому учитывая достоинства и недостатки уже существующих АСКУЭ предлагается система состоящая из счетчиков с импульсными выходами (ЕвроАЛЬФА, ЭТ, LZQM и др.) и интеллектуального концентратора (контроллера). Такая АСКУЭ позволяет осуществлять оперативный контроль за расходом электроэнергии в виду использования частотно-импульсных каналов для связи счетчика и контроллера. Передачу информации между контроллером и ПК диспетчера производится по цифровому интерфейсу связи DH485, обеспечивающему высокую достоверность передачи данных. Применение интеллектуального счетчика также позволяет просматривать информацию о потребленной электроэнергии, а также информации о ее качестве непосредственно в точке учета.
Для шахты ''Красноармейская - Западная'' разработана АСКУЭ на базе микроконтроллера SLC-500. Специфика шахты такова, что ввода электроэнергии расположены на значительном расстоянии от диспетчерской. Так четыре ввода удалены на 400м, а еще два - на 4км. Исходя, из условий данного предприятия предлагается следующая система АСКУЭ, приведенная на рисунке 1.
Рисунок - 1. Структурная схема проектируемой АСКУЭ ш. "Красноармейская-Западная №1
В качестве первичных измерительных преобразователей предлагается использование счетчиков типа АЛЬФА модификации А1R-ОО-ОО-Т (АВВ), уже имеющихся на данном предприятии. Однако для включения их в проектируемую АСКУЭ, необходимо их модернизировать путем установки платы С22 с двумя гальваническими развязанными группами реле (активная и реактивная энергия). В качестве интеллектуальных концентраторов предлагается использовать контроллеры типа Micrologix 1000 (Allen Brаdley) u SLC 5/03 (Allen Bradley).
Один контроллер (Micrologix 1000) будет собирать информацию со счетчиков установленных на вводах удаленных от диспетчерской на 4км, а второй (SLC 5/03) из счетчиков удаленных на 400м, а также принимать информацию с первого контроллера. Связь между последними будет обеспечиваться посредством модемов, а обобщенная информация со счетчиков будет передаваться по цифровому интерфейсу DН485 на ПК диспетчера, предварительно преобразованная в сигнал цифрового интерфейса RS232.
В данном случае АСКУЭ состоит из трех уровней:
- нижний - первичные преобразователи (счетчики) с телеметрическими выходами;
- средний - контроллеры со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие непрерывный сбор измеренных данных со счетчиков накопление, обработку и передачу их на верхний уровень;
- верхний - персональный компьютер со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с контролеров, итоговую обработку как по точкам (вводам), так и по их группам, отображение и документирование данных учета в виде удобном для анализа и принятия решений по управлением энергоснабжением.
Проектируемая АСКУЭ выполняет следующие функции:
- сбор в автоматическом режиме данных энергопотребления по каждой точке учета;
- накопление данных энергоучета в базе данных АСКУЭ на ПК по каждой точке учета с заданной временной дискретностью;
- обработка накопленных значений энергоучета в соответствии с действующими тарифами по зональному принципу;
- отображение измерительной и расчетной информации энергоучета в виде комплекса графиков, таблиц и ведомостей;
- сигнализация о нештатных ситуациях;
- прогнозирование нагрузки и др.
Влияние точности на эффективность АСКУЭ
Эффект от внедрения АСКУЭ достигает в среднем 15-30% от годового потребления электроэнергии, а окупаемость затрат на создание АСКУЭ происходит за 2-3 квартала. Все это достигается за счет более точного учета, поскольку счетчики имеют класс точности 0.2, совместно с которыми рекомендуется использовать измерительные трансформаторы с соответствующим классом точности, а также рациональным режимом эксплуатации электрооборудования, то есть его работу в часы с низкими тарифами (полупик, ночь).
В общем случае в качестве первичных измерительных преобразователей для коммерческого учета необходимо принимать счетчики имеющие как можно более высокий класс точности 0.2S или 0.5S, поскольку если в цепи источников погрешности удается в отдельном источнике (в нашем случае в счетчике) её уменьшить, то общее значение погрешности уменьшится. Что в итоге приводит к более точному учету электроэнергии.
В первом приближении суммарную погрешность можно определить по формуле:
Так, если трансформатор тока класса точности 0,5 и счетчик класса точности 0,5S, то суммарная погрешность будет равна:
Если мы ставим счетчик класса точности 0,2S при том же трансформаторе класса точности 0,5, то
Получаем измерение на 25% точнее.
Если мы используем трансформатор тока с большей погрешностью класса точности 1,0 и счетчик класса точности 1,0, то суммарная погрешность равна:
Если мы ставим счетчик класса точности 0,2S при том же трансформаторе класса точности 1,0, то
Получаем измерение на 29% точнее.
Таким образом, видно, что, увеличение точности счетчиков, при наличии существующих трансформаторов тока, позволяет получить значительное уменьшение погрешности и как следствие более точный учет электроэнергии.
Вернуться к содержанию
5. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ
Программирование контроллеров осуществляется на языке лейдерной логики при помощи пакета RSLogix 500 (Rockwell Software), программа, позволяющая считывать и обрабатывать информацию с одного счётчика, приведена на рисунке 2.
Рисунок - 2. Программа реализации АСКУЭ
Для осуществления визуализации на экране ПК предлагается использовать пакет RSView 32 (Rockwell Software).
Вернуться к содержанию
ВЫВОДЫ
Эффект от внедрения АСКУЭ достигает в среднем 15-30% от годового потребления электроэнергии, а окупаемость затрат на создание АСКУЭ происходит за 2-3 квартала. Все это достигается за счет более точного учета, поскольку счетчики имеют класс точности 0.2, совместно с которыми рекомендуется использовать измерительные трансформаторы с соответствующим классом точности, а также рациональным режимом эксплуатации электрооборудования, то есть его работу в часы с низкими тарифами (полупик, ночь).
Однако возможности системы не ограничиваются лишь учетом электроэнергии, система также позволяет в дальнейшем перейти к комплексному учету всех энергоресурсов по предприятию используя уже имеющиеся аппаратную часть.
Список литературы
1. Автоматизация управления электроснабжением шахт. С.Г.Лаевский, Н.П.Демченко, Ю.Г.Бацежев.-М.:Недра, 1992.-296 с.
2. Энергорынок и тарифная политика Украины в сфере электроэнергетики. Киев, 2000г.
3. Практичні аспекти впровадження автоматизованних систем контролю енерговитрат. Волошко А.В. Коцар О.В. Енергосберігаючі Технології та автоматизація . №4-5(16-17), 2001г.
4. АС контроля и учета основных показателей режимов электропотребления промышленных предприятий. Хроносов Г., Кошта А., Распутин А. Современные технологии автоматизации №1, 1998г.
5. Энергсберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий. А.В.Праховник, В.П.Розен, В.В.Дегтярев.М., Недра, 1985.-232 с.
6. Автоматизация управления электропотреблением.А.В.Праховник.-Киев:Изд-во при Киев. Ун-те ИО Вища школа, 1986.-72 с.
В начало