|
Helios – integrovaná automatizace stanic v elektrických rozvodných sítích
Liberalizace trhu s elektrickou energií zvyšuje požadavky na automatizační techniku. Roste tlak na snížení počátečních investic i nákladů spojených s provozem zařízení. Nároky na spolehlivost provozu neklesají a zároveň se zvyšuje důraz na otevřenost řídicího systému a možnost v budoucnu rozšířit výkon i rozsah funkcí. Volání po ověřených standardech se dostává do konfliktu s potřebou dodávek „šitých na míru„. Zde naráží tradiční sekundární technika transformoven a spínacích stanic na své hranice. Řešením je koncepce Helios firmy VA TECH SAT.
Helios je otevřené řešení pro sekundární techniku transformoven a spínacích stanic. Sekundární technika je určena pro zajištění řízení provozu a údržby primárních zařízení. Zahrnuje dílčí funkční skupiny automatizace stanic, telematiky a systémů chránění.
Systém Helios je nezávislý na napěťové úrovni, výstavbě, výrobci konkrétního prvku a stáří zařízení. Splňuje požadavky na hospodárnost, provozní bezpečnost a individualitu řešení. Navíc použití otevřených standardů v komunikačním rozhraní na každé úrovni chrání zákazníkovy investice. Architektura systému umožňuje flexibilně reagovat na možné změny, např. implementaci nových dohledových center apod. Úlohou tohoto článku je přiblížit základní myšlenku systému a představit sedm hlavních funkcí tohoto produktu (obr. 1).
Již od svého založení se společnost VA TECH SAT na světovém trhu profiluje jako vedoucí dodavatel automatizační techniky pro distribuci elektrické energie. Jinak tomu není ani v České republice. Zde jsou řešení této firmy implementována dceřinou společností VA TECH SAT Praha, s. r. o., v zařízeních nejdůležitějších výrobců a distributorů elektrické energie. Z výrobců jsou to např. ČEZ, a. s. – Vodní elektrárny, z distributorů Severočeská energetika, a. s., Středočeská energetická, a. s. (obě ze Skupiny ČEZ), nebo Pražská energetika, a. s. Získané zkušenosti jsou předpokladem pro použití integrovaných řešení v automatizaci stanic v elektrických rozvodných sítích.
Vývoj sekundární techniky
Historicky se sekundární technika pro řízení stanic vyvinula z jednoúčelových elektromagnetických zařízení. V průběhu 90. let dvacátého století byl sběr informací signálovými kabely nahrazen digitální technikou (jsou to obvykle mikroprocesorová, multifunkční zařízení se sériovým sběrem informací s přenosem optickými vlákny). Tato technika, u firmy SAT označená NLSA, se rozšířila především pro své komunikační schopnosti a možnost systémy postupně rozšiřovat prvky z nových řad systémů SAT. Například v systému řady 1703 lze využít rozhraní pro komunikaci se systémy chránění jiných výrobců a dálkovou správou.
Helios umožňuje ještě více: vnímat automatizaci stanice jako abstraktní koncept postupně se měnící v realitu. V prvním okamžiku není předmětem úvahy fyzické zařízení, ale jeho funkce či požadavky na řídicí systém.
V závislosti na konfiguraci a funkci systému jsou hlavní funkce přiděleny jednotlivým zařízením. Bloky funkcí spolu komunikují pomocí normalizovaných sběrnic (IEC), nezávisle na typu a velikosti systému (obr. 2). Komunikace uvnitř jednotek se děje stejným způsobem. Výhodou je nezávislost na fyzickém umístnění (stanice, podstanice, dispečink) a na médiu pro přenos informací (sériová komunikace, síť Ethernet).
Helios nabízí zejména:
řídicí systém sekundární techniky přímo určený pro konkrétní proces,
flexibilní kombinaci funkcí v jednotlivých zařízeních,
výhodné kombinované řešení pro systémy chránění a řízení s jednoznačným oddělením funkcí řídicí části a ochrany,
kompletní přehled o průběhu manipulace se zařízením s podporou automatizačního systému,
komunikaci se současnými systémy, možnost rozšíření na nové, budoucí standardy,
jednoduše spravované moderní zařízení s malými požadavky na inženýrink.
Připojení primárního zařízení
Spolehlivé připojení primární části technického zařízení stanice je vždy základem aplikací řídicích systémů. Helios umožňuje zároveň komplexně spravovat vstupní a výstupní rozhraní. Hospodárně lze v nejvyšší možné míře využít všechna periferní zařízení (s minimálními nároky na správu).
Výhody tohoto řešení jsou:
přímé napojení měničů – úspora měřicích převodníků,
zabezpečené povelové výstupy s velkým spínacím výkonem a odolností proti zkratu pro ovládání spínacích zařízení – úspora výkonových relé,
možnost napojení různých senzorů, např. s proudovým výstupem nebo odporových teploměrů Pt100,
velká elektromagnetická odolnost – úspora oddělovacích obvodů a relé,
napojení nekonvenčních měničů podle IEC 60044 (Přístrojové transformátory) – ve vývoji,
otevřenost pro provozní sběrnici podle IEC 61850 (Komunikační sítě a systémy v podřízených stanicích).
Automatizace
Základní automatizační algoritmy pro řízení transformoven jsou již ověřeny a předem definovány (systém blokád rozvodny, spínací sekvence, regulátor transformátoru, regulace tlumivky, synchronizované spínání atd.). Otevřenost systému podporuje zápis algoritmů podle normy IEC 61131-3 (Programovatelné řídicí jednotky – Část 3: Programovací jazyky). Automatizační úlohu je možné implementovat v kterékoliv úrovni řídicího systému ve stanici.
Systém chránění
Nezávisle na typu zařízení je možné implementovat potřebnou funkci chránění. Pro docílení požadovaného výsledku lze integrovat různé typy elektronických ochran (kombinovanou ochranu SAT BC1703, ochrany ELIN a SAT, ochrany jiných výrobců) nebo ochranu připojit sériovou linkou s protokoly např. IEC 60870-5-103 (Systémy a zařízení pro dálkové ovládání – Část 5-103: Přenosové protokoly – Společná norma pro informační rozhraní ochran), IEC 60870-5-104 (Systémy a zařízení pro dálkové ovládání – Část 5-104: Přenosové protokoly – Síťový přístup pro IEC 60870-5-101 používající normalizované transportní profily), DNP 3.0, Modbus nebo Spabus. Implementace kombinovaných ochran SAT přináší nespornou výhodu při používání společného parametrizačního nástroje a výhodu dálkové parametrizace. Návaznost na objektový model dat je samozřejmostí.
Ovládání
Ovládání a koncepty obsluhy jsou stejné na všech úrovních ovládaného zařízení. Bezpečnost, snadné a intuitivní ovládání zůstávají vždy prioritou.
Možnosti ovládání jsou:
místní ovládání: konvenční, s panelem LCD nebo prostřednictvím dotykového panelu LCD,
ovládání z dozorny stanice: libovolný počet pracovišť, až čtyři monitory na pracoviště,
možnost dálkového přístupu pomocí moderních webových technologií,
přenosný, mobilní terminál s připojením na web – webpad.
Řízení na dálku
Systém Helios podporuje několik standardů IEC 60870-5-10x (český ekvivalent má označení ČSN EN 60870-5-10x) určených pro dálkové řízení a ovládání. Možné je téměř neomezené rozšiřování počtu sériových nebo síťových rozhraní WAN (Wide Area Network) ve stanici. V dalším stupni vývoje se předpokládá podpora staniční sběrnice (Stationsbus) podle IEC 61850. Společnost VA TECH SAT aktivně pracuje v technickém výboru TC57 mezinárodní elektrotechnické komise IEC (International Electrotechnical Commission), který se zabývá rozhraními pro distribuované řízení, a podílí se na práci německé komise pro elektrotechniku, elektroniku a informatiku DKE.
Objektově orientované datové modely
Objektově orientované datové modely se vztahují k technickým celkům primárních zařízení. Objektový přístup umožňuje zachovat trvale konzistentní datový model (tvorba objektů stejné struktury, přebírání vlastností vzorového objektu atd.).
Výhodou objektově orientovaných datových modelů je nezávislost na vlastní realizaci přístroje a na protokolu. Důsledkem jednoduchého rozšiřování i přístroji jiných výrobců je velká flexibilita při návrhu konfigurací a výběru přístrojů. Použití objektově orientovaných modelů poskytuje uživatelům další výhodu – předstih pro budoucí přechod na normu IEC 61850.
Monitorování a diagnostika
Monitorování spočívá v integrovaném sběru informací z řízeného primárního zařízení a jejich zpracování. Jde především o tyto údaje:
doby sepnutí spínacích zařízení,
čítače počtů zapnutí a vypnutí spínacích zařízení, počítadlo provozních hodin,
sledování plynové těsnosti (u zapouzdřených zařízení plněných SF6),
sledování doby přechodu transformátoru na jinou odbočku apod.
Data, která jsou systémem zpracovávána, lze účelově třídit podle cílových skupin uživatelů. Přístup ke všem relevantním informacím je centralizovaný, má jednotný formát a je otevřený, včetně dálkového přístupu.
Rozsáhlá dálková diagnostika automatizačního systému stanice postihuje celý systém, to i v případě použití webových technologií. Pro diagnostiku a parametrizaci se u přístrojů SAT používá společný prostředek pro inženýrink SAT Toolbox II. Je určen pro sběr dat, tvorbu datových modelů, parametrizaci, testování, diagnostiku, dokumentaci, zálohování, archivaci a tvorbu webového serveru.
Přínos pro uživatele
Integrované použití komplexního řešení výrazně omezuje potřebu koordinace mezi dílčími funkcemi systému. Objektově orientovaný model zkracuje dobu parametrizace a redukuje zdroje chyb. Implementace multifunkčních zařízení, jako combi-bay-controlers, přispívá k celkovému snížení počtu použitých zařízení.
Ke zvýšení hospodárnosti přispívá aplikace zařízení s minimálními požadavky na správu a s možností dálkové parametrizace, která podporuje nejen diagnostiku systému a změny parametrů, ale i změnu firmwaru na dálku. Předpokládá se vykonávání servisních zásahů s minimální dobou odstávky zařízení.
Příkladem úspory nákladů a otevřenosti systému Helios je použití přenosných zobrazovačů, nahrazujících lokální vizualizaci. Přenosné vizualizační zařízení webpad disponuje plnohodnotnou sadou funkcí (zadávání povelů, programování spínacích sekvencí atd.).
Přestože je Helios postaven na standardních řešeních, lze jeho architekturu upravit podle požadavků každé aplikace. Základem jsou produkty společnosti SAT, s tradiční trvalou hodnotou a otevřeností. Je možné vytvořit a doplnit komunikační rozhraní (interní nebo externí) nezávisle na použitém protokolu. Pro připojení cizích zařízení lze využít protokol z dlouhého seznamu připravených rozhraní.
(VA TECH SAT)
VA TECH SAT Praha, s. r. o.
Českobrodská 108n
130 04 Praha 3
e-mail: krj@sat-automation.com
http://www.sat-automation.com
|