Энергосбережение и АСУЭ рудника

© В.В. Евсеенко, А.В. Юрченко, О.А Юрченко, 2004

УДК 658.26

В.В. Евсеенко, А.В. Юрченко, О.А. Юрченко ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И АСУЭ РУДНИКА

Семинар № 18

Энерго- и ресурсосбережения является одной из приоритетных при управлении горным производством. Создание АСУЭ (автоматизированной системы управления энергоснабжением) — необходимое условие проведения режима экономии энергии на горном предприятии. Одна из таких систем реализована на алмазодобывающем руднике.

Информационно-управляющая система АСУЭР (рудника) построена как иерархический распределенный комплекс, состоящий из четырех основных функциональных подсистем: одной автоматической — автоматизированной системы противоаварийного управления (АС-ПУ) и трех автоматизированных — системы диспетчерского управления (АСДУ), системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) и системы производственно-технической деятельности (АСПТД). АСУЭР - это интегрированный аппаратно-программный комплекс, учитывающий специфику инфраструктуры рудника.

Опыт эксплуатации показал, что внедрение на руднике АСУЭР при условии правильной эксплуатации системы экономически оправдывается. Переход на дифференцированный тариф, реальная возможность точного измерения и контроля расходов электроэнергии и энергоносителей, а также повышение отказоустойчивости энергетической системы рудника позволяет осуществлять реальную экономию средств.

Функции обеспечения безопасности, которые обеспечиваются АСУЭР возложены на подсистему АСПУ. Наиболее жесткие требования к надежности и быстродействию АСУЭР предъявляет именно АСПУ, так как при реализации управления в масштабе реального времени эта подсистема в течение доли секунд должна проанализировать достаточность запланированных управляющих воздействий, обеспечивающих сохранение устойчивости электроэнергетической системы. При этом оценивается ее состояние с позиций аварийности, что требует дополнительного времени. В

связи с этим подсистема АСПУ имеет распределенные по объектам управления локальные органы, реализованные на основе микропроцессорных средств и соединенные высокоскоростной сетью с центральными органами, где установлены высокопроизводительные вычислительные средства. К надежности этой подсистемы предъявляются высокие требования.

Подсистема АСДУ предназначена для оперативного контроля структуры потребления электроэнергии на руднике. Со своего автоматизированного рабочего места диспетчер по электроснабжению может в любой момент провести мониторинг схемы электроснабжения или физических параметров, быстрое же обнаружение неполадок, как правило, минимизирует расходы на их устранение. Помимо наблюдения диспетчер имеет возможность дистанционно управлять оборудованием и распределять энергию, поддерживая стабильный трафик и обеспечивая занятость всех участков схемы.

Взаимодействуя с АСДУ и АСПУ, диспетчер по энергоснабжению рудника обеспечивает: централизованное управление фидерами электроподстанций и распределительных пунктов; контроль, учет нагрузки по фидерам и расхода электроэнергии; оперативное регулирование энергопотребления (при необходимости в периоды максимума нагрузки электросети); оперативное руководство, контроль и учет расхода неэлектрических энергоносителей (сжатый воздух, горячая вода); ведение оперативного журнала; оповещение горного диспетчера о нарушениях в системах энергоснабжения.

Подсистема АСКУЭ предназначена для автоматического измерения, сбора, обработки, храпения, отображения и документирования информации о поступлении, распределении и потреблении электроэнергии. Этот компонент АСУЭР составлен в виде двухуровневого комплекса. Нижний уровень содержит аппаратную часть комплекса — счетчики и каналообразующую аппаратуру. К верхнему уровню системы относятся несколько подключенных к

ЛВС компьютеров с установленным на них ПО. Оно реализует следующие основные функции: регламентацию доступа к задачам и данным; сохранность данных путем копирования в архив и восстановление из архива, диагностику целостности и работоспособности программнотехнических средств системы. АСКУЭ измеряет такие параметры схемы электроснабжения, как потребление активной и реактивной энергии в заданное время, средние значения активной мощности при максимальной нагрузке в утренние и вечерние часы. Кроме того, система фиксирует возникновение нештатных ситуаций, попытки считывания информации и перепрограммирования счетчиков

Рассмотрим основные особенности АСКУЭ как подкласса АСУТП. Во-первых, это система с длительным жизненным циклом, поскольку нормативный срок приборов учета электроэнергии составляет 30 лет. Во-вторых, АСКУЭ строится с использованием централизованной и децентрализованной архитектур, причем уровень оснащенности узлов учета энергоресурсов микропроцессорными устройствами сравним с мощными контроллерами с тем отличием, что эти устройства присутствуют на уровне полевых приборов. В-третьих, объем запрашиваемой информации за сеанс связи с узлом учета энергии на порядок превышает объем запрашиваемой информации за один цикл опроса для АСУТП, при этом появляется функция работы с архивами данных узла учета. В-четвертых, существуют ограничения для минимальной длительности цикла опроса узлов учета энергии, связанные с необходимостью реализации процедуры самодиагностики узла учета после каждого сеанса опроса. Как правило, цикл опроса с целью измерения и обработки коммерческих показателей энергии превышает несколько десятков секунд, что обычно достаточно для целей мониторинга показателей энергии и управления энергопотреблением. Для реализации всех функций АСКУЭ достаточно обеспечить режим "мягкого" РВ, что диктует выбор платформы и базовой ОС. В-пятых, время является коммерческим параметром для АСКУЭ, к точности поддержания которого в системе предъявляются более жесткие требования, чем для АСУТП. В-шестых, проблема предотвращения несанкционированного доступа в связи с опасностью хищений энергии имеет большую важность для АСКУЭ и регламентируется нормативными документами.

Поскольку в АСКУЭ время - коммерческий параметр, то в отличие от АСУТП, к нему предъявляются жесткие требования, как в отношении точности измерения, так и точности синхронизации интеллектуальных узлов учета энергии и сервера АСКУЭ. Подсистема контроля коммерческого времени является одной из важных подсистем АСКУЭ и имеет самостоятельные интерфейсы с внешними по отношению к ней автоматизированными системами. Процесс сбора и обработки данных и их хранение в БД роднит АСКУЭ с АСУП, но для целей коммерческих расчетов в системе предусмотрены функции "кассового аппарата".

Современные приборы учета энергоресурсов использует мощные микропроцессоры для получения и обработки данных об энергопотреблении, что позволяет называть их интеллектуальными узлами учета энергоресурсов. Они объединяют функции полевых приборов, УСО и контроллеров, что, делает излишним использование дополнительных контроллеров для сбора и обработки данных в АСКУЭ. Наиболее полно потенциальные возможности архитектуры клиент-сервер, применяемой в АСКУЭ, раскрываются только при оптимальном соотношении уровня децентрализации, что, в первую очередь, относится к уровню полевых приборов. Основным фактором, определяющим применение цифровых технологий обработки данных, является использование в АСКУЭ интеллектуальных счетчиков энергии (ИСЭ).

Общие требования к ИСЭ включают наличие одного или нескольких микропроцессоров, локального дисплея; высокую точность измерения активной и реактивной энергии и мощности; возможность подключения переносного пульта для настройки и считывания информации со счетчика; модульный принцип, облегчающий построение АСКУЭ и последовательную модернизацию счетчика на протяжении его жизненного цикла; наличие развитой системы внешних интерфейсов типа токовая петля, ИРПС, RS-232, RS-422U85 и т.д.; наличие много-тарифного режима измерения энергии и мощности; многоуровневую систему защиты от несанкционированного доступа; удобство и простоту метрологической поверки.

При использовании ИСЭ в АСКУЭ основной проблемой является обеспечение полноты информации, считываемой со счетчика за сеанс связи. Состав кадра информации включает свыше сотни информационных параметров -

тегов БД АСКУЭ, так что возникают определенные проблемы при организации внутригруппового опроса. Наличие унифицированного цифрового выхода делает возможным использование стандартных устройств ввода/вывода ПЭВМ и стандартного DDE - протокола для подключения внешних серверов АСКУЭ.

Цифровые технологии обработки данных, реализуемые с помощью ИСЭ, позволяют диспетчеру рудника диагностировать признаки нарушений в работе счетчика и определять причины их без вызова специалиста по ремонту. Контроль и учет произведенной и потребленной энергии является только первым, хотя и очень важным шагом в создании интеллектуальной АСКУЭ. Поскольку АСКУЭ создается, поддерживается и модернизируется на протяжении ряда лет, то иерархия целей - функциональных задач, работает на главную цель — энергосбережение при использовании новых информационных технологий.

Эти задачи включают диагностику отказов электротехнического оборудования, силовых и тепловых сетей; адаптивную оптимизацию режимов энергопотребления; предотвращение аварийных ситуаций, связанных с потерями энергии; координацию энергосистем рудника и ТП в основном производстве; переход к применению энергосберегающих управлений; управление информационными потоками на основе корпоративных коммуникационных сетей; ведение сводных балансов потребления энергии.

Подсистема АСПТД, представляет собой ЛВС с многоуровневой архитектурой клиент/сервер и программными продуктами бухгалтерского учета, расчета с бытовыми и промышленными потребителями энергоресурсов, технического учета и ремонта оборудования, управления персоналом и другими документами. Эта часть системы обеспечивает функционирование рудника, выполняя ряд специализированных задач. Интегрированный в общую систему бухгалтерского учета, этот модуль автоматически собирает и обрабатывает инфор-

мацию, позволяя создавать различные формы бухгалтерской отчетности. Еще одна функция АСПТД — учет наличия и движения основных средств с начислением износа и амортизации на полное восстановление. В базе данных содержится большое количество стандартных форм документов, предоставляющих возможность их автоматического заполнения. По результатам проводимых проверок предусмотрено моментальное получение различной статистической информации. Учитывая, что собранная системой информация используется не только внутри рудника, но и для расчетов с организациями Энергосбыта, аспект безопасности доступа к данным представляется особенно актуальным.

Выводы. Эксплуатация АСКУЭ нового поколения, использующих цифровые технологии обработки данных, потребовала реорганизации службы эксплуатации в Отделе главного энергетика рудника, обучения и переподготовки кадров. Хотя АСКУЭ может рассматриваться как подкласс АСУТП, ее отличают важные особенности: длительный жизненный цикл, мощные микропроцессорные узлы учета энергии и приборы измерения показателей количества и качества энергоресурсов на уровне полевых устройств, наличие системы поддержания коммерческого времени, системы предотвращения несанкционированного доступа. В ней цикл опроса счетчиков не может быть сделан меньше нескольких секунд, а число переменных (тегов) в одном кадре опроса может достигать сотен. АСКУЭ, в отличие от АСУТП, используются в процессе купли-продажи энергии, поэтому все их компоненты и ПТК в целом регулируются законодательными актами. Интегрированные АСКУЭ являются перспективным направлением развития современных корпоративных СУ, поскольку они в наибольшей степени отвечают комплексной природе энергосбережения и реализуют конечные цели энергосбережения - снижение энергетической составляющей себестоимости горного производства.

— Коротко об авторах -------------------------

Евсеенко В.В. - инженер,

Юрченко А.В. - доктор технических наук, профессор, Юрченко О.А. - инженер,

АК «АЛРОСА», МПТИ (ф)ЯГУ г. Мирный.

-4-