CC BY
33Автоматизированные системы для организации и управления системой энергообеспечения
Отечественными аналогами зарубежного программного обеспечения для автоматизированной системы управления стали программно-технические комплексы «НЕВА» и ГК «Текон». На примере ряда промышленных предприятий прослеживается, как и почему их внедрение в производство стало ключевым фактором снижения энергозатрат и увеличения прибыли предприятий. УДК статьи 658.5; 338.364
Р.Н. Пигилова1
Казанский государственный энергетический университет, [email protected]
1 преподаватель кафедры, г. Казань, Республика Татарстан, Россия
Для цитирования: Пигилова Р.Н. Автоматизированные системы для организации и управления системой энергообеспечения // Компетентность / Competency (Russia). — 2023. — № 3. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-3-44-49
ключевые слова
АСУЭ, объекты управления, оптимизация, архитектура системы, сервер, контроллеры
беспечение энергией большинства промышленных предприятий основано на централизованной системе. Существует два способа получения электроэнергии: от энергетической системы и от заводской электростанции, которая связана с системой энергетики. Если нужно получить пар, то это можно осуществить по тепловой сети, если газ — от дальних сетей газоснабжения.
Еще один вариант обеспечения электроэнергией и прочими энергоресурсами — комбинированный. В этом случае часть получаемой энергии подается от собственных электроустановок. Одним из экономичных способов обеспечения промышленных предприятий энергией является включение заводской ТЭЦ в энерготехническую систему. Если требуемой энергии не хватает, дополнительная энергия поступает из энергосистемы. Это эффективный и наилучший для промышленных предприятий вариант, так как позволяет избавиться от необходимости иметь дополнительные мощности [1, 2].
Основной проблемой энергетики всегда было экономное использование топливно-энергетических ресурсов, поскольку их быстрое исчерпание, в том числе природных ресурсов, ведет к повышенному спросу и удорожанию продукции.
Еще недавно большая часть задач управления технологическим процессом на производстве решалась человеком-оператором вручную. Он подавал нужное количество материала и энергии, на глазок оценивал весь процесс и, если считал нужным, корректировал и определял момент завершения процесса. Измерения, контроль и выработка управляющих воздействий на рабочий процесс основыва-
лись на восприятии, интуиции и опыте оператора [3, 4].
Усложнение производства и наращивание технических требований привели к тому, что человек уже не мог точно отслеживать весь процесс производства в одиночку. Возникла необходимость автоматизации процесса и замены ручного труда автоматическим. Это произошло в несколько этапов. Вначале была автоматизирована функция управления измерениями. Измерительный прибор (в виде датчика информации) (Д) с визуальным индикатором (И) помог обеспечить измерения, во много раз превосходящие человеческие возможности (рис. 1).
Индикатор подключается к прибору регистрации (РП) и отвечает за запись динамики измеряемых значений технологических переменных. Эти данные используются для анализа технологического процесса, а записанная регистратором диаграмма служит отчетным документом. Оператор вручную подает команды на механизмы исполнения (ИМ), следуя той информации, которая поступает от индикатора.
На следующем этапе удалось перейти к контролю автоматики (рис. 2). При запуске автоматического контроля оператору поступает информация об изменении технологических переменных, которые определяются в блоке фактического и заданного значений контролируемой переменной, создаются и заполняются при помощи задатчи-ка информации (ЗИ).
Автоматическое регулирование (рис. 3) позволяет полностью исключить человека из контура управления, передав его функцию автоматическому регулятору (Р). Такие регуляторы продолжительное время удовлетворя-
ли всем технологическим требованиям производства, пока во второй половине XX века не произошел промышленный «бум». Усложнение процессов технологии и рост взаимосвязи между технологическими переменными привели к неточному регулированию из-за трудностей создания взаимосвязанной системы с использованием автоматических регуляторов. В итоге стало очевидно, что регуляторы, которые не поддаются изменению структуры, недостаточны. Благодаря этому начали создаваться первые автоматизированные системы управления (АСУ) на основе электронных вычислительных машин (ЭВМ) [5].
Для снижения затрат топливно-энергетических ресурсов нужно рационально управлять их потреблением не снижая объемы выпускаемой продукции. Этого можно достичь за счет энергосберегающих мероприятий на различных предприятиях — потребителях электричества и на самих электростанциях — производителях электроэнергии, а также за счет выравнивания суточной нагрузки потребителей и электростанций.
Чтобы обеспечить высокую энергоэффективность, необходимо совершенствовать управление энергообеспечением промышленных предприятий, которые используют автоматизированные системы управления энергоснабжением (АСУЭ) в связи с большим количеством зданий и сооружений, которые требуют постоянного электроснабжения и контроля (оценки и анализа потраченной электроэнергии). Основные цели АСУЭ представлены на рис. 4, а задачи предприятий при ее использовании — в таблице. АСУЭ — сложная система, которая предназначена для выполнения широкого комплекса информационно-управляющих функций (рис. 5). Отдельно выделяются специалисты, которые проектируют системы для промышленных предприятий.
Из функций выделяют не только контроль и анализ оборудования, но и диагностику самого оборудования. Система предупреждает администра-
Человек-оператор
Рис. 1. Схема автоматической индикации [Automatic indication scheme] Проводная
ИМ связь Объект управления Д
РП
Ay
Мануальная V^y Визуальная связь связь
Рис. 2. Автоматический контроль (схема) [Automatic control (scheme)]
ИМ
Объект управления
Р
ЗИ
Рис 3. Схема автоматического регулирования [Automatic regulation scheme]
Цели применения АСУЭ
Контроль за настройками и параметрами системы
Управление всей аппаратурой, отвечающей за коммуникацию и полное
энергообеспечение предприятия
Прогноз
энергопотребления на основе входных данных с различных систем получения этих данных
Создание отчетных статистических и плановых документов
тора, если какая-либо деталь нуждается в ремонте или замене, указываются все сведения, вплоть до серийного номера. Как правило, АСУЭ — это связь смежных ЭВМ. Архитектура системы зачастую не требует больших мощно-
Рис. 4. Цели применения АСУЭ на предприятиях [Purposes of using ASME at enterprises]
Таблица
Основные задачи применения АСУЭ [The main tasks of using ASME]
Задачи [Tasks]
Технические [Technical] Организационные [Organizational]
Реализация более перспективных режимов электроснабжения, пересчет электроэнергии и экономия (расчет балансов электрической энергии по точкам поставки) Уменьшение и предотвращение ущерба на предприятии, повышение качества оборудования путем сбора статистических данных
Увеличение срока службы оборудования Снижение удельной энергоемкости производства
Учет технологических особенностей работы цехов, участков с возможностью корректировки норм расхода электроэнергии Получение точной, привязанной к единому астрономическому времени, достоверной и легитимной информации о потреблении электроэнергии и мощности в границах балансовой принадлежности электрических сетей
Обеспечение защиты измерительных цепей и приборов учета, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на аппаратном и программном уровнях Диагностика, мониторинг и сбор статистики ошибок функционирования технических средств АСКУЭ
Контроль качественного энергообеспечения Снижение числа аварийных ситуаций и отклонений режимных параметров от допустимых в работе предприятия за счет мониторинга параметров электроснабжения и управления электроснабжением объектов
стей процессора, за исключением корпораций, где не обойтись без многоядерных процессоров.
Серверы базы данных российских предприятий работают под управлением SCADA КРУГ-2000, что обеспечивает не только поддержку отечествен-
ного производства, но и гарантирует поддержку в случае ухода иностранного производителя. АСУЭ не может существовать без контроллеров, которые обеспечивают ввод в систему данных и показания аналоговых и дискретных датчиков, а также прием и выдачу данных управления подсистемам АСУЭ вспомогательного оборудования. APM-операторы обеспечивают наглядное отображение всех данных, представленных как в таблице, так и в журнале действий. Эти операторы защищены от несанкционированного вмешательства и ошибочных действий путем подключений отдельных модулей защиты, что важно, иначе систему будет просто взломать и навредить не только производству, но и работникам.
И последними составляющими являются сервер единого времени и сетевое оборудование. Сервер обеспечивает высокоточную синхронизацию времени всех компонент в сети с помощью получения точного времени (универсальное мировое время по Гринвичу — Universal Time Corrected, UTC). Источником точного времени являются приемники систем или спутниковые системы глобального позиционирования и навигации, совмещенные с ак-
Рис. 5. Демонстрация графической оболочки одной из АСУЭ [Demonstration of the graphical shell of one of ASME]
тивной антенной, такие как ГЛОНАСС (российского производства) и GPS. Сетевое оборудование служит соединением всей системы с внешним миром и контролем всех интерфейсов; оно необходимо также в случае обмена данными между блоками релейных защит и автоматики, установленными в разных ячейках [6, 7].
Внедрение всех этих составляющих помогает решить набор прикладных и расчетных задач, которые так нужны в департаментах энергетики. А увеличение количества задач, решаемых с использованием открытых технологий, позволяет интегрировать данную систему с другими IT-системами. Система такого класса сможет решить ряд проблем оценки энергоэффективности главных производственных процессов предприятия, а ее разработка и внедрение помогут промышленным предприятиям справляться со всеми задачами.
Для повышения долговечности, надежности во время эксплуатации и эффективности работоспособности энергетического оборудования, а также для решения задач организационно-экономического, производственно-технологического и диспетчерского управления энергетическим хозяйством предприятия используются разные АСУ. Их выбор зависит от характеристик и специфики направления самого предприятия, его целей, задач и финансовой составляющей. Кроме АСУЭ, предприятия обычно используют автоматизированную систему контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП). Приведем несколько примеров предприятий, работающих на различных системах АСУ [8].
Завод глубокой переработки нефти ООО «КИНЕФ» внедрил АСУЭ для обеспечения контроля и управления работой оборудования для передачи и распределения электроэнергии, организации технического учета электроэнергии, повышения надежности работы электрических сетей и обеспечения экономии энергоресурсов.
Контроль реализуется так: отображается вся указанная информация на АРМ и все это прописывается в виде динамических мнемосхем и их фрагментов. Выбором разных мнемосхем занимается персонал. Мнемосхемы отображают настройки сети, состояние блоков, положение оборудования коммуникации, анализ оборудования и т.д. Пользовательский интерфейс прописан в SCADA-системе WinCC (рис. 6).
Для достижения установленных целей предприятию необходимо сформулировать и решить следующие задачи
[9]:
► повысить экономичность работы и надежность энергохозяйства за счет уменьшения времени обнаружения неисправностей в результате непрерывной диагностики и получения информации об аварийных отключениях и сбоях;
► обеспечить информационный обмен в реальном времени между всеми уровнями и подсистемами системы диспетчеризации;
► архивировать информацию;
► внедрить современную микроархитектуру процессоров, чтобы повысить уровень автоматизации.
В качестве недостатков такой системы можно выделить уязвимость ПО
Рис. 6. Экран мнемосхемы закрытых распределительных устройств (110 кВ) [Screen of the mnemonic diagram of indoor switchgear (110 kV)]
и отсутствие последних обновлений безопасности в связи с прекращением обслуживания WinCC на территории России. Решением может стать переход на отечественную систему. Для этого нужно переписать весь код безопасности, но оно того стоит.
Еще одним примером структурного, технического и функционального построения подсистем АСУЭ и АСКУЭ для промышленных предприятий является проект для ОАО «Скидельский сахарный комбинат».
Коммерческий учет электроэнергии обеспечивает:
► анализ потребления энергии;
► контроль транзита электроэнергии другим потребителям;
► контроль электроэнергии, поступающей в структурные подразделения предприятия.
Диспетчерское управление электроснабжением гарантирует мониторинг Статья поступила и дистанционное управление обору-
в редакцию 10.02.2023 дованием системы электроснабжения
Список литературы
1. Бариленко В.И. Комплексный анализ хозяйственной деятельности. — М.: Юрайт, 2020.
2. Малышева Т.В. Ресурсосберегающие производственные системы. Управление информационными потоками // Компетентность. — 2020. — № 4.
3. Исаев В.П. Пути создания и развития отечественных АСУ; http://viperson. ru/articles/isaev-vladimir-petrovich-puti-sozdaniya-i-razvitiya-otechestvennyh-asu (дата обращения: 9.12.2022).
4. Линьков А.О. Концептуальные основы создания систем автоматизированного управления энергообеспечением промышленного предприятия. Автоматизация в промышленности // Сервис в России
и за рубежом. — 2019. — № 2(12).
5. Тобоков Р.В., Игнатьев И.В. Методические основы создания систем автоматизированного управления энергообеспечением промышленного предприятия // Труды Братского государственного университета. Серия: Естественные и инженерные науки. — 2020. — Т. 1.
6. Кудинова А.А. Внедрение интеллектуальной системы учета электроэнергии в промышленности // Молодой ученый. — 2022. —
№ 50(445); https://moluch.ru/archive/445/97664/ (дата обращения: 15.12.2022).
7. Автоматизированные системы контроля и учета энергоносителей на промышленных предприятиях; https://www.studmed.ru/view/avtomatizirovannye-sistemy-kontrolya-i-ucheta-energonositeley-askue-na-promyshlennyh-predpriyatiyah_e7ecd8607cc.html?page=1 (дата обращения: 15.12.2022).
8. Терехова А.А., Дмитриевский Б.С. Автоматизированная система управления режимами работы электроэнергетической системы // Энергосбережение и эффективность в технических системах: сб. статей. — Тамбов: ТГТУ, 2021.
9. Лахов Ю., Осипов Н., Соловьев С., Коршаков В. Автоматизированная система управления энергохозяйством ЗГПН OOO «КИНЕФ» // Современные технологии автоматизации, журнал «СТА». — 2015. — № 2.
10. Горячко Д.Г., Артюх А.О., Шипуль Р.А., Бурлюк В.В. АСКУЭ промышленных предприятий — опыт внедрения // Электроника инфо. — 2021; https://agat.by/upload/statii_files/files/ASKUE%20promyshlennyh%20 predprijatij%20-%20opyt%20vnedrenija.pdf (дата обращения: 19.12.2022).
структурных подразделений предприятия.
Внедрение такой системы предоставляет возможность [10]:
► контролировать электропотребление в реальном времени;
► регулировать и контролировать энергопотребление;
► вести записи архивов всей информации об энергопотреблении;
► решать задачи, формировать отчеты, связанные с прогнозом нагрузок и оперативным управлением режимным взаимодействием по предприятиям;
► обеспечивать обработку, сбор, измерение, отображение, накопление и распространение достоверной информации и узаконенных данных о потреблении электричества в каждой точке коммерческого учета предприятий;
► передавать данные на верхний уровень и в организацию энергоснабжения как автоматически, так и по запросу.
В результате система показала себя отлично, комбинат развивается и никаких нареканий на работу АСУЭ и АСКУЭ не было отмечено.
Таким образом, внедрение АСУЭ является ключевым фактором снижения энергозатрат и увеличения прибыли предприятия. Внедрение новых систем повысит надежность электроснабжения, улучшит систему учета количества и качества получаемой электроэнергии. В случае чрезвычайной ситуации система может предоставить всю информацию о ходе выполнения технологических процессов, состоянии оборудования и т.д. При внедрении новой технологии в управление системой энергообеспечения предприятия нужно учитывать особенности предприятия. АСУ должна проектироваться с использованием системного подхода, при котором вопросы выбора структуры и принципов построения автоматических систем, обеспечения надежности и качества, удобства эксплуатации решаются в их взаимосвязи и с учетом экономических факторов, массогабаритных характеристик, опыта эксплуатации и трудоемкости обслуживания. ■
Kompetentnost / Competency (Russia) 3/2023
ISSN 1993-8780. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-3-44-49
Automated Systems for Organizing and Managing the Energy Supply System
R.N. Pigilova1, Kazan State Power Engineering University, [email protected]
1 Lecturer of Department, Kazan, Republic of Tatarstan, Russia
Citation: Pigilova R.N. Automated Systems for Organizing and Managing the Energy Supply System, Kompetentnost'/ Competency (Russia), 2023, no. 3, pp. 44-49. DOI: 10.24412/1993-8780-2023-3-44-49
key words
ASME, control objects, optimization, architecture of system, server, controllers
References
The use of an automated power supply management system of an enterprise is an integral part of any enterprise, in connection with the optimization of the use of electricity and labor, as well as control over energy supply. The problem of using and installing such systems attracts more and more specialists, that is, more and more personnel are required who are able to build such a system with high quality, while giving all quality guarantees. Currently, some enterprises in Russia have problems with setting up and installing automated control systems, as previously there was a dependence on foreign software manufacturers. One of the replacements for foreign software was the domestic software and hardware complexes NEVA and GC Tekon.
In conclusion, we have shown that the analysis of industrial enterprises using automated control systems made it possible to identify other automation systems, what are used, shortcomings and some ways to solve these shortcomings for current automated systems.
1. Barilenko V.I. Complex economic analysis of economic activity, Moscow, Yurayt, 2020, 456 P.
2. Malysheva T.V. Resource-saving production systems. Information flow management, Kompetentnost', 2020, no. 4, pp. 24-27.
3. Isaev V.P. Ways to create and develop domestic automated control systems; http://viperson.ru/articles/isaev-vladimir-petrovich-puti-sozdaniya-i-razvitiya-otechestvennyh-asu (acc.: 9.12.2022).
4. Lin'kov A.O. Conceptual foundations for the creation of automated control systems for the energy supply of an industrial enterprise. Automation in industry, Service in Russia and abroad, 2019, no. 2(12), pp. 80-88.
5. Tobokov R.V., Ignat'ev I.V. Methodical bases of creation of systems of automated control of power supply industrial enterprise, Proceedings of Bratsk state university. Series: Natural and engineering sciences, 2020, vol. 1, pp. 41-43.
6. Kudinova A.A. Introduction of an intelligent electricity metering system in industry, Young scientist, 2022, no. 50(445), pp. 20-22; https://moluch.ru/archive/445/97664/ (acc.: 15.12.2022).
7. Automated systems for monitoring and accounting of energy carriers at industrial enterprises; https://www.studmed.ru/view/ avtomatizirovannye-sistemy-kontrolya-i-ucheta-energonositeley-askue-na-promyshlennyh-predpriyatiyah_e7ecd8607cc.html?page=1 (acc.: 15.12.2022).
8. Terekhova A.A., Dmitrievskiy B.S. Automated control system of electric power system operation modes, Energy saving and energy efficiency in technical systems: col. of articles, Tambov, TSTU, 2021, pp. 22-23.
9. Lakhov Yu., Osipov N., Solov'ev S., Korshakov V. Automated power management system of the DORP LLC KINEF, Modern automation technologies, MAT magazine, 2015, no. 2, 86 P.
10. Goryachko D.G., Artyukh A.O., Shipul' R.A., Burlyuk V.V. ASMAE of industrial enterprises — implementation experience, Electronics info, 2021; https://agat.by/upload/statii_files/files/ASKUE%20promyshlennyh%20predprijatij%20-%20opyt%20vnedrenija.pdf (acc.: 19.12.2022).
