Статья в №10/2010 журнала «Автоматизация в промышленности»
В современных условиях стоимость энергоносителей является одной из существенных составляющих себестоимости продукции на многих предприятиях России. Одним из перспективных путей решения задачи оптимизации энергопотребления является создание на предприятии информационно-измерительной системы технического учета электроэнергии (АИИС ТУЭ).
Главной целью внедрения АИИС ТУЭ является повышение контроля и эффективности использования электроэнергии за счет обеспечения диспетчерского персонала полной, достоверной и своевременной информацией о ее потреблении.
Фирмой «КРУГ» разработана типовая АИИС ТУЭ на базе программной платформы ЭнергоКруг®, предназначенной для создания систем автоматизированного учета энергоресурсов. Платформа разработана на основе ПО Microsoft .Net и обладает повышенной отказоустойчивостью и надежностью.
Основные функции системы:
- сбор большого количества разнообразных параметров энергопотребления со множества счетчиков
- высокая скорость формирования разнотипных отчетов
- доступ к данным АИИС ТУЭ для множества пользователей
- интеграция АИИС ТУЭ с другими производственными подсистемами
- легкое масштабирование системы за счет подключения новых приборов
- ведение базы данных энергопотребления в СУБД.
Преимущества и отличительные особенности
- Сохранение исторической информации с приборов, без профиля мощности.
- Использование единого консолидированного центра сбора, обработки и хранения полной, достоверной информации по всем параметрам энергопотребления без ограничений по времени (обеспечен доступ к текущим и архивным данным в 15-секундных, 3-, 5-, 10-, 15-, 30-, 60-минутных и суточных срезах). Возможна настройка системы для сохранения данных и с другими временными интервалами.
- Применение гибкой системы отчетов (более 50 видов отчетов). Формирование отчетов с индивидуальной структурой, требуемой пользователю, с кратностью от 3 минут до года.
- Готовность к многотарифному учету энергии.
- Легкое расширение информационной мощности системы путем подключения дополнительных приборов.
- Возможность мониторинга и управления системой через Web-интерфейс.
- Встроенная подсистема событий и тревог с возможностью дистанционного оповещения о внештатных ситуациях.
- Возможность создания АИИС ТУЭ на существующей элементной базе и каналах обмена информацией. Поддерживается достаточно большое количество каналов связи (RS-485, RS-232, GSM, радиоканал и др.) и устройств учета электроэнергии различных производителей.
- Модульность, масштабируемость, интеграция с АСУ, MES, ERP и другими информационными системами.
Архитектура
Рассмотрим один из примеров крупной АИИС ТУЭ Филиала «Балтика-Хабаровск» (ОАО «Пивоваренная компания Балтика») на базе программной платформы ЭнергоКруг® с использованием в архитектуре трехуровневой иерархической схемы (рис.1).
Основная сложность при создании АИИС ТУЭ предприятия «Балтика-Хабаровск» состояла в необходимости использования большой номенклатуры электросчетчиков от нескольких производителей и обеспечения хранения истории энергопотребления по всем измеряемым параметрам с заданными временными интервалами. При этом только небольшая часть электросчетчиков поддерживала встроенную функцию ведения архивов.
ЭнергоКруг® – программная платформа с возможностью изменения состава в зависимости от требований и построения систем учета энергоресурсов от простых до сложных.
Основные компоненты ЭнергоКруг®:
- SCADA/HMI DataRate™
- Сервер консолидации технологических данных WideTrack™
- ОРС-серверы приборов учета, контроллеров и протоколов.
Рисунок 1 – Обобщенная структура АИИС ТУЭ
Нижний уровень системы представлен электросчетчиками и приборами, контролирующими потребление электроэнергии как отдельно взятых производственных участков, так и всего предприятия в целом.
Средний уровень. WideTrack производит сбор, обработку и сохранение большого объема информации о потребленной электроэнергии с точек учета в БД предприятия. WideTrack способен обрабатывать до 100 000 тегов в секунду и производит предварительные расчеты, уменьшая объем передаваемой информации.
«Прозрачный» доступ WideTrack к приборам учета обеспечивают OPC-серверы соответствующих приборов, которые преобразуют внутренний протокол передачи данных к общепринятому стандарту OPC (OLE for Process Control). Применение OPC-технологии обеспечивает гибкость в использовании технических средств и позволяет добавлять любые необходимые устройства, используя OPC-сервер соответствующего прибора или протокола (счетчики продукции, тепло-, газосчетчики и другие). Программная платформа ЭнергоКруг позволяет добавлять любые необходимые приборы и устройства, используя OPC-сервер соответствующего прибора или протокола. Поддержка спецификации OPC HDA открывает доступ не только к текущим, но и к архивным данным приборов.
Верхний уровень системы представляет собой АРМ оператора – диспетчерский пункт, на котором установлен графический проект АИИС ТУЭ, разработанный на базе SCADA/HMI DataRate. DataRate сочетает простоту освоения и богатые графические возможности, гибкость программирования и высокую скорость работы (программы пользователя выполняются со скоростью машинного кода).
АИИС ТУЭ автоматически и по запросу пользователя (например, при формировании отчетов) забирает консолидированную сервером WideTrack информацию из базы данных и представляет ее на экране монитора в удобном для пользователя виде (мнемосхемы, тренды, отчеты в соответствии со структурой предприятия).
АИИС ТУЭ на базе ЭнергоКруг® позволяет отслеживать параметры энергопотребления как по всей системе в целом, так и получать детальную информацию по любому из приборов (рис. 2).
Рисунок 2 – Главная мнемосхема АИИС ТУЭ
По выбору пользователя на главной мнемосхеме отображается информация о накопленном потреблении активной/реактивной энергии (A/R), текущей потребляемой активной/реактивной мощности по трем фазам (P/Q) или текущей потребляемой полной мощности по трем фазам (S).
Система обеспечивает быстрое формирование отчетов произвольной сложности и глубины. Механизм создания отчетов предусматривает гибкие возможности настройки, позволяя получать широкий спектр информации, структурированной в любом удобном для пользователя виде.
Встроенная подсистема событий и тревог осуществляет автоматический мониторинг параметров энергопотребления, состояния приборов и каналов связи. В случае возникновения внештатной ситуации звуковая и световая сигнализация помогают предупредить отклонения от нормального хода развития процесса. Все события записываются в журнал истории, а оповещение о срабатывании сигнализации может быть разослано по e-mail или отправлено в виде sms-сообщений.
SCADA/HMI DataRate обеспечивает функционирование Web-клиентов в двух режимах: без функций управления и с возможностью дистанционного управления. При этом в любом из режимов доступ к данным строго разграничивается, а передаваемая информация шифруется.
Использование Web-интерфейса позволяет:
- не зависеть от операционной системы
- осуществлять мониторинг и управление процессом независимо от местонахождения ответственных лиц
- свести к минимуму затраты на обслуживание рабочих мест
- минимизировать количество и стоимость лицензий на программное обеспечение.
Все компоненты, входящие в ЭнергоКруг®, тесно интегрированы, что позволяет, с одной стороны, достичь гибкости системы, а с другой – снизить трудозатраты на «стыковку», возникающие при использовании подсистем разных производителей.
Результаты внедрения АИИС ТУЭ на базе программной платформы ЭнергоКруг®
- Увеличение достоверности данных учета электроэнергии позволяет исключить случаи необоснованного завышения показаний электропотребления.
- Контроль показателей качества поставляемой электроэнергии минимизирует платежи в случае выявления неудовлетворительного качества поставляемой электроэнергии.
- Постоянный мониторинг активной и реактивной энергии позволяет контролировать величину потерь и при необходимости проводить организационно-технические мероприятия, направленные на их снижение.
- Получение информации об энергопотреблении оборудования во время всего технологического процесса способствует выявлению периодов неэффективного использования электроэнергии.
- Увеличение КПД техпроцессов за счет оптимизации интервалов включения/выключения задействованного в производстве оборудования и выявления оптимальных режимов его работы. Кроме того, распределение нагрузки между подсистемами в сочетании с возможностью тесной интеграции АИИС ТУЭ с другими АСУ дает возможность дополнительной экономии.
- Накопление статистических данных и удобный механизм их анализа (с возможностью передачи в специализированные программы) обеспечивает точное планирование энергопотребления на произвольный временной период. Такой анализ позволяет оптимизировать закупки электроэнергии, принимать обоснованные решения о модернизации того или иного участка.
Представленная АИИС ТУЭ является типовой и может быть легко адаптирована к потребностям любого предприятия. Данная система может служить базой для построения комплексной системы учета энергоресурсов предприятия путем добавления необходимых компонентов из состава ЭнергоКруг®.