SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Программно-технический комплекс “ТопИнфо-АТ”: учет электроэнергии на розничном и оптовом рынках

Рассматривается программно-технический комплекс (ПТК) "ТопИнфо-АТ" - универсальное масштабируемое решение для учета электроэнергии на розничном и оптовом рынках.  Приведено описание назначения и области применения, состава, функций, перечень основных аппаратных средств и модулей программного обеспечения комплекса, а также информация о внедрениях ПТК.
OOO “Авиатэкс”, г Москва

Aviateks.jpg

Построение эффективной системы управления энергозатратами современного предприятия требует не только установки современных первичных приборов учета, но и внедрения автоматизированной информационно-измерительной системы (АИИС), обеспечивающей интеграцию функций учета электроэнергии в единую информационную систему предприятия. Задача управления энергозатратами является в настоящее время весьма актуальной, в связи с очередным этапом реформирования электроэнергетики России (переход к балансирующему оптовому рынку и создание розничного рынка).

Нормативные документы оптового [1, 2] и розничного [3, 4] рынков электрической энергии задают пространство базовых требований к АИИС и их компонентам. Относительно новым для АИИС КУЭ требованием является необходимость интеграции с системами оперативного диспетчерского управления и телемеханики [5]. Наконец, существуют дополнительные “рыночные” требования, которые диктуются необходимостью придания конкурентных преимуществ.


Назначение и область применения
ПТК “ТопИнфо-АТ” предназначен для измерения и учета количества электрической энергии, автоматического сбора, обработки, хранения и отображения полученных данных, мониторинга состояния объекта и средств измерений, а также оперативного диспетчерского и автоматического контроля и управления.

Область применения ПТК - коммерческий учет электроэнергии с функциями телемеханики в энергосбытовых и генерирующих компаниях, на электростанциях, подстанциях, промышленных и приравненных к ним предприятиях и организациях, объектах коммунального хозяйства, а также других субъектах учета электрической энергии, осуществляющих самостоятельные взаиморасчеты с поставщиками или потребителями электроэнергии.


Состав
ПТК представляет собой распределенный программно-аппаратный комплекс, имеющий измерительные каналы коммерческого и технического учета, а также каналы телемеханики.

В состав ПТК входят следующие технические средства:
- счетчики электрической энергии типа Альфа (госреестр № 22318-01), ЕвроАльфа (госреестр № 16666-97) и АльфаПлюс (госреестр № 14555-02) производства компании “Эльстер Метроника” (г. Москва), СЭТ-4ТМ.02 (госреестр № 20175-01), СЭТ-4ТМ.03 (госреестр № 27524-04) и ПСЧ-4ТМ.05 (госреестр № 27779-04) производства ФГУП “Нижегородский завод им. М.В. Фрунзе” (г. Нижний Новгород) и Меркурий 230 (госреестр № 23345-04) производства компании “Фирма ИНКОТЕКС” (г. Москва);
- счетчики электрической энергии с телеметрическими выходами типа “сухой контакт”;
- устройства сбора и передачи данных (УСПД) семейства АТ-860;
- блоки распределенного ввода-вывода (телеуправления “ТОРНАДО-БТУ”, телесигнализации “ТОРНАДО-БТС” и телеизмерения “ТОРНАДО-БТИ”), а также устройства контролируемого пункта “ТОРНАДО-КП” из состава программно-технических комплексов “ТОРНАДО” (госреестр № 22154-06), комплексов телемеханики “ТОРНАДО-ТМ” (ТУ 4232-002-50756329-05);
- цифровые и аналоговые измерительные преобразователи активной и реактивной мощности, фазных и линейных напряжений, фазных токов, частоты, имеющие стандартный выход по току и напряжению;
- устройство синхронизации системного времени (УССВ) на основе GPS-приемника;
- преобразователи и концентраторы цифровых интерфейсов передачи данных Ethernet, RS-232, RS-485, RS-422;
- средства передачи данных (модемы, радиомодемы, GSM-модемы, преобразователи и повторители сигналов для оптоволоконных каналов связи);
- сервер баз данных;
- одно или несколько автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе персонального компьютера;
- инженерный пульт на базе переносного компьютера (ноутбука);
- оптический преобразователь АЕ-1;
- средства резервирования питания (источники бесперебойного питания, автоматы включения резерва).

ПТК содержит систему обеспечения единого времени (СОЕВ), которая охватывает все устройства комплекса, имеющие встроенные часы и имеет нормированную точность. Коррекция системного времени производится по сигналам точного времени от УССВ, подключенного к комплексу, либо по протоколу NTP (Network Time Protocol) от локального NTP-сервера или через сеть Internet.

ПТК осуществляет самодиагностику и фиксирует все случаи неисправности в журнале событий. Для защиты измерительной информации от несанкционированных изменений предусмотрена аппаратная блокировка, пломбирование средств учета, кроссовых и клеммных блоков, а также многоуровневый доступ к текущим данным и параметрам настройки (электронные ключи, индивидуальные пароли, коды оператора и программные средства для защиты файлов и баз данных).

Основное программное обеспечение ПТК - программный комплекс “ТопИнфо”. Вспомогательное ПО ПТК - ПО “AlphaPlus”, ПО “Конфигуратор СЭТ-4ТМ”, ПО “Конфигуратор Меркурий 230”, ПО комплекса телемеханики “ТОРНАДО-ТМ”.

Структурная схема ПТК с использованием цифровых счетчиков, счетчиков с числоимпульсными выходами, а также с каналами телемеханики приведена на рис. 1.

pic_1_small.jpg

Рис. 1. Структурная схема ПТК “ТопИнфо-АТ” с использованием цифровых счетчиков, 
счетчиков с числоимпульсными выходами, а также с каналами телемеханики


Функции
ПТК выполняет следующие функции:
- автоматический сбор и хранение результатов измерений со счётчиков Альфа, ЕвроАльфа, АльфаПлюс, СЭТ-4ТМ.02, СЭТ-4ТМ.03, ПСЧ-4ТМ.05, Меркурий-230;
- подсчет количества импульсов от счетчиков с импульсными выходами типа “сухой контакт”, типы которых утверждены и внесены в Государственный реестр средств измерений;
- ведение архивов заданной структуры;
- автоматический учет и расчет потерь;
- ведение журнала событий;
- чтение журналов событий счетчиков;
- обработка результатов измерений по каналам коммерческого учета (формирование суммарных данных по группам измерительных каналов с раскладкой по тарифам, определение максимумов средних мощностей с учетом временных зон, вычисление потребления (выдачи) активной и реактивной энергии за сутки, неделю, месяц, квартал, год и др.);
- поддержание единого системного времени;
- автоматическая диагностика состояния средств измерений;
- формирование отчетов для передачи во внешние организации;
- ввод, вывод и обработка сигналов телемеханики.

Каналы телемеханики в составе ПТК строятся на программных и аппаратных средствах комплекса телемеханики “ТОРНАДО-ТМ” [6, 7]. ПТК выполняет следующие функции телемеханики:
- сбор информации о состоянии двухпозиционных объектов (ТС);
- сбор информации о текущих значениях параметров (ТИТ);
- сбор интегральных значений параметров (ТИИ);
- сбор информации с температурных датчиков (термосопротивлений);
- телеуправление двух- и многопозиционными объектами (ТУ);
- вывод сигналов телерегулирования (при поддержке данной функции протоколом телемеханики);
- присвоение меток времени сигналам ТИТ и ТС;
- первичная обработка информации (масштабирование, цифровая фильтрация сигналов, аппроксимация нелинейной характеристики датчиков);
- передача телеинформации по различным каналам связи (ВЧ-уплотненные, физические, коммутируемые телефонные линии, радиоканал, цифровые каналы связи) в различных направлениях и с разными протоколами связи (МЭК 870-5-101, МЭК 870-5-104, Гранит, ТМ-120, ТМ-800);
- обмен информацией с оперативно-информационным комплексом (ОИК);
- обмен информацией с АСУТП объектов и со средствами автономных систем контроля и управления (устройства РЗА и др.);
- выполнение функций локальной автоматики и технологических блокировок. Измеряемые комплексом величины приведены в табл. 1.

Таблица 1

tab1.jpg


УСПД АТ-860
Назначение. УСПД АТ-860 [8] предназначено для сбора результатов измерений от счетчиков с цифровыми интерфейсами и импульсными выходами типа “сухой контакт”, сбора сигналов состояния объекта или средств измерений (телесигнализации), обработки результатов измерений, синхронизации времени в счетчиках электроэнергии, передающих информацию в данное УСПД, а также выполнения функций контролируемого пункта телемеханики. УСПД осуществляет самодиагностику с фиксацией результатов в журнале событий. Все данные и параметры хранятся в энергонезависимой памяти. Предусмотрен самостоятельный перезапуск УСПД после прерывания питания.

Технические характеристики. Основные технические характеристики УСПД АТ-860 приведены в табл. 2.

Таблица 2
tab2.jpg

В состав УСПД АТ-860 входят следующие основные компоненты:
- промышленный контроллер типа MIC или MIRage;
- блок питания;
- клеммное оборудование.

Контроллер типа MIC имеет модульную конструкцию на основе крейта ASM3-MIC стандарта “Евромеханика” формата 3U, в котором установлены блок питания, процессорное устройство MIC-860, модули-носители MIC-CB субмодулей стандарта ModPack. Контроллер типа MIRage содержит процессорное устройство MIRage-CPU и модуль-носитель MIRage-CPU-Ext интерфейсных субмодулей. Варианты исполнения УСПД АТ-860 приведены в табл. 3.

Таблица 3

tab3.jpg

Процессорные устройства MIC-860 и MIRage-CPU выполнены на единых программно-технических средствах; характеристики модификаций процессорных устройств приведены в табл. 4. Субмодули обеспечивают построение требуемой конфигурации коммуникационных каналов, а также могут быть использованы для реализации каналов телемеханики непосредственно в УСПД. Перечень используемых субмодулей приведен в табл. 5.

Программное обеспечение. Системное ПО УСПД АТ-860 - многозадачная операционная система (ОС) реального времени для встраиваемых приложений OS-9 компании “Microware Systems”.

Таблица 4

tab4.jpg


Таблица 5

tab4.jpg

Прикладное ПО УСПД АТ-860 состоит из двух основных частей:
- ПО коммерческого и технического учета электроэнергии;
- ПО телемеханики.

Структурная схема прикладного ПО УСПД AT-860 в части реализации функций коммерческого и технического учета электрической энергии показана на рис. 2.

Конфигурирование программных средств учета электроэнергии осуществляется из ПО “ТопИнфо”. Конфигурирование программных средств телемеханики осуществляется с помощью встроенного web-сервера УСПД.

Конструктивное исполнение. УСПД АТ-860 выполнено в едином ударопрочном, пыле- влагозащищенном промышленном корпусе, обеспечивающем возможность одностороннего обслуживания. Конструкция корпуса обеспечивает настенное крепление или установку в шкаф. Степень защиты от проникновения пыли и воды соответствует группе IP65 по ГОСТ 14254-96.

pic_2.jpg

Рис. 2. Структурная схема ПО УСПД AT-860 в части коммерческого и технического учета электроэнергии

Корпус УСПД в исполнениях 1 и 3 состоит из двух отсеков - верхнего и нижнего, имеющих раздельные крышки. В верхнем отсеке размещены электронные блоки изделия, в нижнем отсеке - клеммный узел. При необходимости для размещения клеммного оборудования может быть использован дополнительный клеммный отсек, соединенный с корпусом УСПД. Верхний отсек УСПД пломбируется изготовителем при выпуске изделия. Интерфейсные и питающие кабели УСПД кроссированы в нижнем отсеке корпуса, пломбируемом энергоснабжающей организацией.

УСПД АТ-860 в варианте исполнения 2 выполнен в однообъемном корпусе, в котором размещены электронные узлы изделия и клеммники для подключения внешних устройств. Пломба завода-изготовителя наносится на крепежный винт внутренней защитной крышки контроллера MIRage при выпуске изделия из производства.

Внешний вид УСПД в исполнениях 1, 2 и 3 (последний - со снятыми крышками) показан на рис. 3 (а, б, в).

pic_3_small.jpg

Рис. 3. Внешний вид УСПД АТ-860 в варианте исполнения 1 (а), 2 (б) и 3 (в)


ПО “ТопИнфо”
Назначение. ПО “ТопИнфо” предназначено для построения автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого и технического учета энергоресурсов.

Принципы построения. ПО “ТопИнфо” построено на следующих базовых принципах:
- архитектура “клиент-сервер” - в качестве сервера баз данных используется СУБД Microsoft SQL Server 2005;
- модульность и расширяемость - ПО “ТопИнфо” состоит из взаимосвязанных программных моделей, решающих конкретные функциональные задачи; добавление модулей позволяет расширить функциональность системы;
- единый пользовательский интерфейс и общие способы настройки для систем различного назначения.

В состав ПО “ТопИнфо” входят следующие компоненты:
- панель управления;
- модуль (сервис) сбора данных;
- модуль (сервис) расчета;
- модуль администрирования;
- модуль мониторинга;
- модуль XML-отчетов;
- модуль экспорта;
- модуль импорта.

Панель управления обеспечивает выполнение следующих функций:
- задание конфигурации системы;
- настройка обработки первичной измерительной информации;
- представление оператору результатов измерений, информации о состоянии средств измерений и о состоянии объектов учета, а также отображение журналов событий;
- формирование и печать отчетных документов.

Модуль (сервис) сбора данных служит для опроса устройств, заданных в конфигурации системы.

Опрос устройств может осуществляться одним или несколькими из следующих способов:
- по локальной сети Ethernet;
- с использованием модемов по выделенным или коммутируемым телефонным линиям;
- с использованием GSM-модемов, радиомодемов и PLC-модемов;
- по линиям интерфейса RS-232 или RS-485.

Модуль (сервис) расчета служит для обработки данных, полученных с первичных приборов учёта или устройств сбора и обработки данных.

Модуль администрирования предназначен для настройки соединения с базой данных и управления правами пользователей.

Модуль мониторинга предназначен для оперативного просмотра и контроля данных по счетчикам, теплосчетчикам и группам в задачах диспетчерского управления.

Основные возможности модуля мониторинга:
- простой и быстрый просмотр параметров объектов измерений;
- графическое и табличное представление оперативных данных;
- оперативный контроль значений с возможностью цветовой сигнализации при превышении заданных лимитов;
- прогнозирование данных;
- печать графиков и таблиц.

Модуль XML-отчетов служит для формирования отчетов в формате XML в соответствии с требованиями НП “АТС”.

Модуль экспорта обеспечивает передачу данных от подчиненной системы учета вышестоящей при каскадном соединении.

Модуль импорта обеспечивает прием вышестоящей системой учета данных с подчиненной системы учета вышестоящей при каскадном соединении.

Функции. ПО "ТопИнфо" выполняет следующие функции:
- автоматизированный сбор и хранение результатов измерений с первичных приборов учета (счетчиков электрической и тепловой энергии), устройств сбора и передачи данных (коммуникационных контроллеров-концентраторов данных) и систем учета по различным каналам связи;
- автоматическая диагностика состояния средств измерений и объектов учета;
- обработка результатов измерений (анализ полноты и достоверности данных, группировка данных, тарификация, выполнение расчетов);
- визуальное представление пользователям системы результатов измерений, информации о состоянии средств измерений, информации о состоянии объектов учета в табличном и графическом виде;
- формирование и печать отчетных документов;
- передача информации в контролирующие организации;
- интеграция с внешними системами (MES, ERP).

Регистрируемые в системе измерительные данные. ПО “ТопИнфо” позволяет регистрировать измерительные данные следующих типов:
- результаты измерений средних и интегральных величин по временным интервалам (сокращен- но - данные по интервалам);
- результаты измерений интегральных величин нарастающим итогом (сокращенно - данные нарастающим итогом);
- мгновенные значения измеряемых величин с привязкой к астрономическому времени (сокращенно - текущие данные).
Данные по интервалам - результаты измерения приращений некоторой величины в течение фиксированного интервала времени или среднее значение измеряемой величины на фиксированном интервале времени.

Данные нарастающим итогом - результаты измерения приращений некоторой величины от сброса, зафиксированные в некоторые моменты времени.

В зависимости от момента фиксации результатов измерений различаются два вида таких данных:
- данные нарастающим итогом, зафиксированные на границе коммерческого/технического интервалов системы учета;
- текущие значения - данные нарастающим итогом, зафиксированные в произвольные моменты времени.

Текущие данные - результаты единичных измерений мгновенных значений некоторых величин, имеющие метку астрономического времени.

Зарегистрированные в системе данные используются для представления пользователям, формирования отчетов и предоставления в заинтересованные организации.

Статус данных. Данные, регистрируемые в системе, могут иметь один из следующих статусных признаков:
- достоверные данные;
- недостоверные данные;
- замещенные данные;
- отсутствующие данные.

Достоверные данные - данные, полученные от основных средств измерений с положительными признаками достоверности либо результаты обработки этих данных, выполненной над полным набором данных.

Недостоверные данные - данные, полученные от основных средств измерений с отрицательными признаками достоверности, а также результаты их обработки либо результаты обработки данных, полученных от основных средств измерений с положительными признаками достоверности, выполненной над неполным набором данных.

Замещенные данные - данные, полученные от дополнительных средств измерений либо путем ручного замещения.

Отсутствующие данные - данные, не зарегистрированные в системе (по причине отсутствия данных в первичных приборах учета либо отсутствия возможности считывания этих данных из первичных приборов учета или устройств сбора и передачи данных).

Обработка результатов измерений. ПО “ТопИнфо” позволяет выполнять следующую обработку результатов измерений, полученных от первичных приборов учета или устройств сбора и обработки данных:
- формирование точек учета;
- формирование расчетных профилей;
- формирование расчетных групп;
- раскладку данных по тарифам (тарификацию).

Точки учета - расчетные объекты, обеспечивающие привязку счетчиков электрической энергии к конкретной схеме включения (пересчет результатов измерений к первичной стороне).

Расчетные группы - результаты арифметической обработки (сложения, вычитания) одноименных данных, относящихся к счетчикам или точкам учета одного или разных объектов (предприятий).

Расчетные профили - результаты вычисления вторичных параметров по первичным результатам измерений, например, потерь электроэнергии. Настройки формирования расчетных профилей задаются с помощью универсального инструмента, позволяющего описывать функциональные зависимости с использованием имеющихся в системе данных.

Раскладка данных по тарифам (тарификация) результатов измерений вводится путем описания тарифных сеток и вариантов временных зон, задаваемых, в свою очередь, на основе календаря, сезонов и типов дней. Тарификация может выполняться на уровне точек учета и расчетных групп.

Каскадирование систем. ПО “ТопИнфо” обеспечивает возможность построения иерархических систем, уровни которых представляют собой отдельные системы учета на базе ПО “ТопИнфо”. Передача данных между уровнями осуществляется в автоматическом режиме без участия пользователя по электронной почте. Настройка адресов отправителя и получателя, периодичность передачи данных и объем передаваемой информации осуществляется в ПО “ТопИнфо”.

Формирование отчётов. ПО “ТопИнфо” позволяет формировать более 20 стандартных (встроенных) отчетов по регистрируемым в системе данным и обработанным результатам измерений. Шаблоны дополнительных отчетов могут быть созданы как разработчиком системы, так и конечными пользователями. Для создания отчетов используется генератор отчетов Crystal Reports.

Формирование и передача отчетов в формате XML в соответствии с требованиями НП “АТС”. ПО “ТопИнфо” позволяет выполнять формирование и отправку XML-отчетов формата 80020, получение и разбор ответного сообщения формата 80021. Указанные действия производятся в соответствии с Приложением № 11.1.1 к Положению о порядке получения статуса субъекта оптового рынка и ведения реестра субъектов оптового рынка [9].

Сертификация
ПТК “ТопИнфо-АТ” внесен в Государственный реестр средств измерений под № 32931-06 и сертифицирован на соответствие обязательным требованиям ГОСТ Р.

Внедрения
На данный момент ПТК “ТопИнфо-АТ” внедрен на следующих объектах:
- ЗАО “Дедовский хлеб” - АИИС КУЭ, 2 счетчика ПСЧ-4ТМ.05, передача информации в МУП “Истра-Энергосбыт”;
- СНТ “Мирный-1” - удаленный опрос вводного счетчика (Меркурий 230) через GSM-шлюз Меркурий 228 и GSM-модем SIEMENS MC-35i из МУП “Истра-Энергосбыт”;
- МУП “Истра-Энергосбыт - ПО “ТопИнфо - сбор данных с АИИС КУЭ ЗАО “Дедовский хлеб” (через Интернет) и СНТ “Мирный” (через сеть GSM) с передачей данных в собственную расчетную систему;
В настоящее время прорабатывается еще несколько проектов АИИС КУЭ на базе ПТК “ТопИнфо-АТ”.


Литература
1. Регламент коммерческого учета электроэнергии и мощности. Приложение № 11 к договору о присоединении к торговой системе оптового рынка. - М.: НП “АТС”, 2006.
2. Автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электрической энергии (мощности). Технические требования. Приложение 11.1 к Положению о порядке получения статуса субъекта оптового рынка и ведения реестра субъектов оптового рынка. - М.: НП “АТС”, 2007.
3. Постановление Правительства Российской Федерации № 530 от 31 августа 2006 г. “Об утверждении Правил функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики”.
4. Правила функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики. Утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации № 530 от 31 августа 2006 г.
5. Приказ ОАО РАО “ЕЭС России” № 603 от 09 сентября 2005 г. "О приведении систем телемеханики и связи на генерирующих предприятиях электроэнергетики, входящих в состав холдинга ОАО РАО “ЕЭС России”, в соответствии с требованиями балансирующего рынка".
6. Сердюков О.В., Нестуля Р.В. Комплекс “ТОРНАДО-ТМ” как основа для интегрированных АСУ сетевых предприятий // Промышленные АСУ и контроллеры. - № 3. - 2006. - с. 12-16.
7. Сердюков О.В., Нестуля Р.В. Масштабируемый комплекс телемеханики "ТОРНАДО-КП" // Энергетик. - №8. - 2006. - с. 46.
8. Резник Ю.О., Соловьев С.Ю., Сердюков О.В., Нестуля Р.В. Устройство сбора и передачи данных AT-860 на базе контроллеров MIC и MIRage: интегрированное решение для учета энергоресурсов и телемеханики // Промышленные АСУ и контроллеры. - № 4. - 2007. - с. 37-45.
9. Формат и регламент предоставления результатов измерений, состояний средств и объектов измерений в НП “АТС”, ОАО “СО-ЦДУ ЕЭС” и смежным субъектам. Приложение 11.1.1 к Положению о порядке получения статуса субъекта оптового рынка и ведения реестра субъектов оптового рынка. - М.: НП “АТС”, 2007.


Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(14)_2007

Д.А. Волокитин, Ю.О. Резник,  С.Ю. Соловьев, 
ООО “АВИАТЭКС, г.Москва,
E-mail: info@aviatex.ru