Рассматривается реализация мониторинга систем гарантированного электроснабжения, построенных на оборудовании разных производителей, с использованием технологии быстрой блочной разработки проектов на базе MasterSCADA – программного обеспечения компании ИнСАТ.
Компания ИнСАТ, г. Москва
Зачем и кому нужно гарантированное электроснабжение
Энное количество лет назад в число моих обязанностей входило отслеживание надежности электроснабжения отделения банка. Как и положено, питалось наше отделение двумя фидерами от двух разных подстанций. Почему-то для перехода от одного фидера к другому надо было звонить в горэлектросеть. Тогда я не очень задумывалась о том, может ли быть по-другому. Но минут за 5–10 питание восстанавливалось. Серверные бесперебойники за это время не успевали разрядиться, поэтому никто тревоги по поводу этих сбоев не испытывал. И вдруг 25 мая 2005 года я не смогла дозвониться ни в горэлектросеть, ни в вышестоящую организацию. Еще хорошо, что сбой был вызван не войной, а техногенной аварией, и остановка платежей была не самым серьезным происшествием в тот давний день.
Время идет, растет зависимость нашей жизни от технических устройств, каждое из которых должно питаться электроэнергией. Растут и темп жизни, и наши требования к сервису и надежности технической инфраструктуры. Прошли времена, когда платежи могли идти по паре дней, а период восстановления упавшей системы измерялся часами. Счет теперь идет уже на секунды. Поговорим и о нашем вкладе в технический прогресс, рассмотрев лишь один его аспект – развитие автоматизации и диспетчеризации систем гарантированного электроснабжения.
Мониторинг системы электроснабжения объекта повышенной ответственности
Из чего сегодня обычно состоит система гарантированного электроснабжения?
Рис. 1. Структурная схема системы гарантированного электроснабжения здания
Перечислим ее основные элементы:
- два независимых ввода;
- автоматический ввод резерва с малым временем переключения;
- дизель-генераторная электростанция;
- источники бесперебойного питания;
- подсистема мониторинга параметров качества электроэнергии;
- подсистема балансировки нагрузки;
- подсистема мониторинга состояния оборудования (как основного, так и входящего в систему гарантированного электроснабжения).
Наша тема в этой статье – мониторинг. Значительное число производителей поставляет оборудование в комплекте с программным обеспечением мониторинга, стоимость которого зачастую входит в состав оборудования, то есть «бесплатно» достается заказчику. Посмотрим для примера на список оборудования (табл. 1) одного из последних автоматизированных нами объектов, ведомственного центра обработки данных. Несмотря на средний размер этого ЦОД, число контролируемых системой мониторинга параметров приближается к 6 тысячам.
Таблица 1. Пример оборудования и ПО, применяемых в системе мониторинга
Один объект – десять разных программных средств от разных производителей. Понятно, что пользоваться ими «в россыпи» невозможно, а между собой они не стыкуются. Коммуникационные протоколы у них тоже не всегда одинаковы. Подобная чехарда может быть вызвана не столько недостаточной квалификацией проектировщика (что встречается в нашей жизни) или естественным расширением системы в течение длительного времени, сколько отсутствием полного комплекта необходимого оборудования в линейке одного производителя. Например, ирландская компания FG Wilson – крупнейший в Европе и один из самых крупных в мире производитель электрогенераторов. И только электрогенераторов. Получается, что теоретически для генератора имеется бесплатная система мониторинга, а практически заказчику она ни к чему, так как ему нужна единая система на все оборудование.
Базовое ПО и принцип блочного проектирования систем
Рассмотренный нами «зоопарк» устройств вынуждает разработчика применять для построения единой системы универсальное ПО класса SCADA. В большинстве случаев в такую систему удается включить контроль оборудования разных производителей. Но не всегда. SCADA может не иметь драйверов под тот или иной протокол. Обычно проблема снимается благодаря универсальности технологии OPC и наличию доступных OPC-серверов под распространенные протоколы связи. Автоматика с протоколами связи частных фирм, как правило, комплектуется OPC-сервером от производителя, хотя до сих пор встречаются такие вендоры, которые упорствуют в своем нежелании интегрироваться со сторонним ПО.
Наиболее часто в системах гарантированного электроснабжения встречается коммуникационный протокол Modbus (RTU или TCP), а следовательно, с этим оборудованием можно работать через единый OPC-сервер (рис. 2).
Рис. 2. Конфигурация Modbus OPC-сервера
Из перечисленного в примере списка оборудования совместимы с сетью Modbus и, соответственно, могут быть включены в общую конфигурацию сервера общепромышленные устройства Socomec (ATyS), FG Wilson (ДГУ и ATi), Schneider Electric (DM6200 и Masterpact), «ПАРМА». Нетрудно заметить, что это оборудование, широко встречающееся не только в дата-центрах.
Для устройств, специфичных для области IT, например источников бесперебойного питания, более характерно использование протокола SNMP. Некоторые вендоры поставляют в комплекте со своим оборудованием OPC-сервер для этого протокола, ориентированный только на собственное оборудование именно этого производителя. Но если в системе встречается SNMP-оборудование разных марок, то лучше использовать универсальный SNMP OPC-сервер. На рис. 3 приведен пример его конфигурации для ИБП APC Symmetra.
Примененные нами OPC-серверы собственного производства (компании ИнСАТ) имеют возможность экспорта и импорта сконфигурированных устройств, что позволяет сократить и упростить процесс их конфигурирования и тиражирования однажды разработанных решений.
Непосредственно для мониторинга мы также используем собственное ПО – систему MasterSCADA. Она выпускается массовым тиражом, апробирована на десятках тысяч объектов и позволяет проектировать системы разного масштаба из одинаковых, однажды разработанных типовых модулей. Для рассматриваемой задачи модулями (объектами) могут быть: электросчетчики на вводе, автоматы ввода резерва, дизель-генератор, источники бесперебойного питания. Наличие группировок в OPC-сервере позволяет автоматизировать даже установку связей между этими типовыми объектами проекта MasterSCADA и переменными OPC-серверов, что существенно экономит время разработчика при большом количестве устройств. Каждый объект проекта MasterSCADA включает в себя собственный набор сигналов, алгоритмов их контроля, сообщений, окон, журналов и трендов. При первичном создании этот набор можно поместить в библиотеку для последующей типизации и тиражирования.
Рассмотрим для примера объект «электросчетчик». На рис. 4 приведено дерево объектов, где в качестве счетчика выступает регистратор параметров качества электроэнергии «Парма». У него есть окна «Настройка», «Параметры», «Потребление», тренды текущих значений, несколько отчетов по потреблению и качеству электроэнергии, общая мнемосхема, на которую выводятся основные параметры, тренд и кнопка-изображение для вызова с обзорной мнемосхемы. Таким образом, процесс проектирования заключается в выполнении следующих действий:
- вставка из библиотеки объекта «счетчик»;
- тиражирование объекта в проекте;
- восстановление связей с соответствующей группой параметров OPC-сервера;
- перетаскивание изображения каждого объекта на обзорную мнемосхему.
Рис. 4. Дерево объектов с регистратором данных «Парма»
О возможностях тиражирования стоит рассказать чуть подробнее. Наряду с обычным дублированием есть и два других механизма, основанных на типизации образцовых объектов. Первый используется для размножения с изменениями, учитывающими индивидуальные различия отдельных объектов, например дополнительные параметры или документы. При этом сохраняется наследование экземплярами свойств образца при его изменении (механизм «шаблон – экземпляр»). Вторым способом тиражирования является механизм вызываемых объектов, который позволяет при проектировании ограничиться единственным образцовым экземпляром типового объекта, остальные экземпляры представлены просто наборами их настроек и индивидуальных связей с OPC-сервером.
Реализованные в MasterSCADA OPC-технологии, библиотеки типовых объектов и встроенные методы проектирования (дублирование, шаблоны, типизированные объекты, восстановление и экспорт связей) позволяют не только существенно снизить трудоемкость разработки системы мониторинга, но и унифицировать ее пользовательский интерфейс, что облегчает жизнь диспетчеру, а также позволяет анализировать взаимовлияние событий и режимов работы. Общее окно системы диспетчеризации электроснабжения здания может выглядеть, как на рис. 5.
Рис. 5. Мнемосхема системы гарантированного электроснабжения
«Качественный» мониторинг
Базовые функции систем мониторинга – это необходимое, но недостаточное условие построения эффективной системы. Не менее важно воспользоваться теми новыми возможностями, которые предоставляют нам современное оборудование и программные средства.
Важная составляющая электроснабжения – качество поступающей электроэнергии. Количество срабатываний АВР, запусков дизеля, переходов на батарейное питание зависит от того, что вы имеете на вводе. Поэтому на границе балансовой принадлежности имеет смысл сразу ставить электросчетчики с функцией оценки качества (PQ – Power Quality), что позволит составить договор, обусловив в нем не только мощность и лимиты, но и качество электроснабжения. В зависимости от отрасли используют различные анализаторы качества: от полнофункциональных на подстанциях (например, Satec), с фиксацией отклонений хоть до 59-й гармонической составляющей, до применяемых потребителями массовых счетчиков электроэнергии с ограниченными функциями анализа (например, СЭТ‑4.ТМ или «Меркурий 230-ART» с опциями PQ). Чтение этих параметров из прибора OPC-сервером обеспечивает реализацию в одной системе функций учета, контроля событий и отклонений, а также интегрального мониторинга качества. На рис. 6 показан один из отчетов, построенных в MasterSCADA на основе данных из регистратора параметров качества «Парма РК3.02».
Рис. 6. Отчет по качеству электроэнергии
На объектах повышенной ответственности, например в центрах обработки данных, к мониторингу ИБП (в отличие от бытового или офисного применения этих устройств) предъявляются повышенные требования. Контролируются все доступные параметры ИБП:
- состояние;
- питание от сети или батарей;
- емкость батарей;
- входное/выходное напряжение;
- ток нагрузки;
- мощность;
- количество подключенных модулей и батарей;
- состояние батарей и модулей (оставшееся время работы, необходимость замены);
- температура батарей;
- ток и напряжение батарей.
Рис. 7. Окно контроля ИБП
У многих ИБП используется стандартный конфигурационный файл протокола SNMP MIB RFC 1628, но продвинутые производители предлагают расширенные версии конфигурации с дополнительными параметрами контроля. Так, например, у APC в конфигурации PowerNet MIB существенно больше доступных для анализа параметров. В частности, выдается информация не только о факте неисправности, но и о ее причине (например, детализируется причина перехода на байпас – вручную, по внутренней ошибке, по неисправности вентилятора).
Рис. 8. Мнемосхема ИБП
MasterSCADA предоставляет разработчику ряд дополнительных возможностей для качественного мониторинга, позволяющих расширить типовую функциональность системы. К ним относятся генератор отчетов со встроенными аналитическими возможностями и инфографикой, модуль трендов, позволяющий сравнивать графики параметров и выявлять корреляцию значений, а также анализировать разницу значений в динамике, и другие встроенные инструменты.
Пример мониторинга электроснабжения распределенных объектов
Рассмотрим теперь другой класс систем мониторинга энергоснабжения, в которых использование описанных выше принципов приносит значительную пользу, – это мониторинг и диспетчеризация удаленно расположенных объектов. Типичные объекты – контейнерные дизель-электростанции, комплектные трансформаторные подстанции, контейнерные центры обработки данных и т. п. Они отличаются от описанной в первой части статьи системы масштабом (до двухсот параметров на отдельный объект вместо шести тысяч), меньшим разнообразием оборудования (1-2 производителя вместо 7-8) и способом связи (беспроводная связь вместо локальной сети). Рис. 9 иллюстрирует применение в проекте MasterSCADA тех же принципов, что и при проектировании «большого» объекта: каждый тип оборудования присутствует как отдельный типовой элемент проекта.
Рис. 9. Вид дерева объектов проекта MasterSCADA
Необходимость мониторинга таких распределенных объектов связана не только с важностью их безотказной работы, но и с высокой трудоемкостью их обслуживания в ручном режиме. Как говорится, «не наездишься». А содержание лишнего персонала уже давно обходится дороже любых систем автоматизации. К тому же для многих компаний, живших раньше на доходы от продажи оборудования, все больший вес в бизнесе приобретает гарантийное и постгарантийное обслуживание ранее проданных устройств. В результате системы удаленного мониторинга нужны и конечному заказчику, и сервисной организации. Они позволяют не только экономить на обслуживающем персонале, сокращать время восстановления системы при авариях, но и предупреждать эти аварии, прогнозируя их возникновение путем анализа изменения параметров работы оборудования.
На рис. 10 показана мнемосхема одного удаленного объекта – контейнерной установки гарантированного электроснабжения, включающей дизель-генераторную электростанцию с панелью управления Power Wizard, автомат ввода резерва ATi и счетчик электроэнергии CE301.
Рис. 10. Мнемосхема контейнерной ДГУ
Установка, не требующая постоянного присутствия персонала, находится на расстоянии десятков километров от диспетчерской и опрашивается через GPRS-модем.
На рис. 11 мы видим пример обзорной мнемосхемы нескольких контейнерных ДГУ (контроллеры «Президент-Нева») и нескольких комплектных трансформаторных подстанций (контроллеры Micrologic).
Рис. 11. Обзорная мнемосхема распределенной системы мониторинга
Диспетчеру доступна подробная информация по каждому АВР, ДГУ, переключателю: напряжения, токи, состояния, наличие связи и т. п., а также архивы изменения параметров, индивидуальные и сводные журналы событий.
Результат
Прошло то время, когда задавались вопросом, оправданны ли затраты на построение системы гарантийного энергоснабжения, а тем более на мониторинг ее работы. Их необходимость подтверждена не только технико-экономическими расчетами окупаемости, но и многочисленными позитивными примерами внедрений. Наступил новый этап, когда на повестку дня встал вопрос, как реализовать такую систему с наименьшими затратами и в минимальные сроки. Предлагаемые компанией ИнСАТ технологии «индустриальной блочной сборки» систем мониторинга из готовых компонентов позволяют достичь поставленных целей.
Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 2(56)_2015
Г. Л. Веселуха, заместитель директора,
компания ИнСАТ, г. Москва,
тел.: (495) 989-2249,
e-mail: galina.veselukha@insat.ru,
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")
