BIJEDIĆ“ UNIVERZITET „DŽEMAL BIJEDIĆ“ MAŠINSKI FAKULTET MOSTAR
SEMINARSKI RAD SISTEMI PRAĆENJA I UPRAVLJANJA ENERGIJOM
Mentor:
Kandidat:
prof.dr.sc. Malik Čabaravdić Čabaravdić Mostar,decembar 2017. godine
Adisa Pajević
Sadržaj 1.
Uvod .................................................................................................................................... 3
2.
SCADA sistemi u energetici ............................................................................................... 4
3.
Podjela SCADA sistema ..................................................................................................... 4
4.
Arhitektura SCADA sistema ............................................................................................... 5
5.
Funkcija SCADA sistema ................................................................................................... 6
6.
Hijerarhijska kontrola ....................................................................................................... 11
7.
Prednosti SCADA sistema ................................................................................................ 12
8.
Zaključak ........................................................................................................................... 13
9.
Literatura ........................................................................................................................... 14
2
1. Uvod
Današnju industriju je nemoguće zamisliti bez bilo kakvog stepena automatizacije. Pojam automatizacija podrazumijeva sve mjere kojima se smanjuje udio ljudskog rada u proizvodnji
i s kojima se na taj način ostvaruje viši stepen pouzdanosti, sigurnosti i ekonomičnosti. Automatizacija ne bi bila na ovom nivou na kojem se danas nalazi bez razvoja kompjuterske i informacijske tehnologije. Kompjuteri su danas zastupljeni u svim granama razvoja, tako i u energetici. Savremeni
trendovi unapređivanja energetske efikasnosti industrijskih postrojenja usko su povezani sa primjenom kompjuterskih alata za vizualizaciju i automatizaciju procesa proizvodnje. Energetski sistem je veoma
kompleksan i raznovrstan i to se očituje u potrebama za
električnom energijom, tehnološkom parom, toplom vodom, kondicioniranim zrakom i slično. Automatizacijom energetskih procesa osigurava se brzo prilagođavanje rada svih sistema na promjenu potražnje za energijom, a istovremeno se rješava i problem optimalnog upravljanja, regulacije i nadzora energijom u prelaznom stanju. U ovom radu analizirat ce se primjena SCAD sistema u energetici. Sistemi za nadzor, kontrolu i prikupljanje podataka (eng. Supervisory Control And Data Acquisition – SCADA)
široko su primi jenjeni u automatizaciji energetskih sektora i predstavljaju područje istraživanja u kojem se svakodnevno razvijaju novi proizvodi i usluge . SCADA se obično koristi kada se neki proces koji se treba kontrolisati poput sistema za napajanje energijom.
3
širi po cijelom geografskom području
2. SCADA sistemi u energetici
Od kraja 19. do početka 20. vijeka izumljeno je mnogo varijacija daljinskog upravljanja i većina njih imala je mogućnost obavljanja samo jedne od zadaća, dakle ili su služili za kontrolu ili samo za nadzor. Jedan od najranijih prethodnika moderne SCADA-e izumio je 1921. John B. Harlow. Njegov je sistem automatski detektirao promjenu na udaljenom mjestu i slao informaciju do
kontrolnog centra. Pojavom bržih i efikasnijih kompjuterskih mikrokontrolerskih uređaja SCADA sistemi doživljavaju veliku ekspanziju. SCADA je oznaka za “čisti” programski paket naslonjen na sklopovlje s kojima sarađuje, općenito preko procesorskih elektroničkih uređaja (IED – Intelligent Electronic Devices), ili preko drugih komercijalnih sklopovskih modula, a u cilju nadgledanja nekog procesa sa
mogućnošću upravljanja istim. SCADA sistemi nemaju potpunu kontrolu nad sistemom,
kao što i samo ime kaže, već su
više fokusirani ka nivou nadgledanja i nadziranja. Za nadgledanje SCADA sistema
obično su zaduženi operatori, inženjeri i slično, a pod
pojam upravljanja odnosi se na praćenje, zadavanje pravila rada i telemetriju.
SCADA sistemi se međusobno razlikuju po specifičnim namjenama i prilagođenosti pojedinoj industrijskoj grani. 3. Podjela SCADA sistema
Danas postoje hiljade instaliranih SCADA sistema, koji mogu biti međusobno potpuno različiti u smislu njihove strukture, a i istovremeno imaju zajedničke temeljne elemente i temeljnu namjenu – nadgledanje, upravljanje i prikupljanje podataka. Postoje tri tipa SCADA sistema:
Temeljna SCADA
jedan namjenski proces,
jedna priključna i procesna jedinica ( RTU i MTU), primjeri: robot u procesu automobilske industrije, kontrola temperature prostorije.
Integrirana SCADA
višestruke priključne jedinice (RTU), distribuirani sistem upravljanja (DCS – Distributed Control System), 4
primjeri: sistemi za vodoopskrbu, sistemi za nadzor cesta, sigurnosni sistemi.
Umrežena SCADA
primjeri: sigurnosni sistemi, komunikacijski sistemi,višestruka SCADA. 4. Arhitektura SCADA sistema
Na slici 1. prikazana je blok shema SCADA sistema.
Slika 1.Blok shema SCADE-e
Kao što je prikazano na slici 1. SCADA sistem se sastoji od slijedećih komponenti:
Senzori i aktuatori (eng. Instrumentation),
Udaljene krajnje stanice (eng. Remote Terminal Unit),
Centra upravljanja (eng. Master Station/ Central Monitoring Station),
Komunikaci jska mreža (eng. Communication Network)
Senzori i
aktuatori predstavljaju početak lanca. Oni su električki ili mehanički vezani na
proces koji posmatramo.
Zadaća pretvornika je da prate vrijednosti struja, napona itd. te da u analognom ili digitalnom obliku informaciju o trenutnom stanju mjerene veličine proslijede RTU-u. Aktuatori primaju informaciju od RTU- a
te npr. zatvaraju ili otvaraju prekidače. Oni sami
obično se ne smatraju dijelom SCADA sistemom, ali su sastavni dio cijelokupne sheme upravljanja.
5
Udaljene krajnje jedinice (RTU
– „Remote Terminal Units“), predstavljaju kompaktne
računarsko-komunikacijske podsisteme čije su tri osnovne funkcije:
zahvat, prikupljanje, pretvaranje i prenos podataka sa udaljenih lokacija u centar upravljanja;
prijem i izvršenje upravljačkih naredbi iz centra upravljanja, putem izdavanja komandi za upravljanje rasklopnim aparatima na svojoj lokaciji;
lokalno upravljanje aparatima u postrojenju, bilo neovisno od centra upravljana ili preko neke forme koordinacije.
Savremeni RTU-i,
ovisno o složenosti postrojenja u kojem su locirani, mogu i sami biti neki
umanjeni SCADA sistemi („SubSCADA“) u važnijim postrojenjima. Centar upravljanja (MS kontrolom.
„Master Station“) komunicira sa svim RTU uređajima pod svojom
MS, također može komunicirati i sa RTU uređajima susjednih elektroprivrednih
preduzeća, regionalnim i/ili distributivnim centrima upravljanja, pa i sa centrom upravljanja sistemom. Osnovne funkcije MS su kontrola sigurnosti, teleupravljanje rasklopnim aparatima u postrojenjima bez posade, a u nekim elektroprivrednim sistemima i sekundarna automatska
regulacija (AGC) bazira se na SCADA sistemu [mada je češća praksa da je AGC dio sistem za upravljanje energijom (EMS Namjenska
„Energy Management System“)].
telekomunikacijska mreža služi za prenos podataka između RTU -a i MS-a. U
elektroprivredi se koristi niz različitih telekomunikacijskih medija kao što su: satelitski sistemi, koaksijalni kabeli, iznajmljene telefonske linije od preduzeća javnog telefonskog prometa, visokofrekventne veze po vodovima visokog napona, usmjerene radioveze itd. Da se
osigura efikasnost, sigurnost i tačnost prenosa podataka, RTU i MS koriste razne „komunikacijske protokole“. Većina tih protokola razvijena je od strane proizvođača SCADA sistema. 5. Funkcija SCADA sistema
SCADA sistemi su definisani kao
skup uređaja koja opskrbljuje operatera s neke udaljene
lokacije s dovoljno informacija kako bi odredio stanje određenog uređaja ili procesa te uzrok nekog događaja bez njegove fizičke prisutnosti. Slika 2. prikazuje korištenje SCADA -e u elektroenergetskim sistemima gdje
početni blok obuhvaća SCADA -u s osnovnim funkcijama.
Desni dio slike prikazuje SCADA-u u proizvodnji, koju predstavlja SCADA/AGC
6
(automatska kontrola proizvodnje) i koja je provedena u proizvodnim kontrolnim centrima
širom svijeta. Nadalje, SCADA u prenosu je prikazana kao SCADA/EMS (sistem upravljanja energijom) gdje su osnovne funkcije nadopunjene funkcijama upravljanja energijom. To se provodi u prenosnim kontrolnim centrima.
Slika 2. Korištenje SCADA -e u elektroenergetskim sistemima EMS softverske aplikacije su najskuplji dio SCADA/EMS, uglavnom zbog složenosti svakog zahtjeva. Lijevi dio slike prikazuje distribucijske funkcije pored temeljne SCADA funkcije,
počevši od automatske distribucije pa sve do funkcija za upra vljanje distribucijskim sistemom. Razgledavanjem slike od vrha prema dnu, sistemi postaju sve složeniji i skuplji, tj. osnovni SCADA sistem je najjednostavniji i najjeftiniji, SCADA/AGC je više uključen i malo
skuplji, a SCADA/EMS je najsloženiji i najskuplji. Isto vrije di i za distribuciju. SCADA/DA je više uključen i s kuplji od osnovnog SCADA sistema . SCADA/DMS je mnogo složeniji i skuplji. Ovo je distribuiran proces
čija je programska podrška instalirana u Centru daljinskog
upravljanja i daljinskim stanicama (RTU). Osim u regionalnim
mrežnim centrima, centralni
SCADA sistem instalira se u Nacionalnim dispečerskom centru zaduženom za upravljanje 7
cijelog
elektroenergetskog
sistema
jedne države. Zbog važnosti SCADA sistem a
elektroenergetski sistemi u pravilu imaju i rezerv ni
upravljački centar (ECC – Emergency
control center).
Osnovne funkcije SCADA sistema mogu se podijeliti u funkcije nadzora i upravljanja. Funkcije nadzora dalje se dijele u tri grupe:
prikupljanje podataka,
obrada podataka,
obrada događ aja.
U dijelu sistema koji se bavi prikupljanjem podataka odvijaju se sljedeće radnje:
Nadzor daljinskih stanica/staničnih računara (detekcija komunikacijskih grešaka, pokušaj uspostavljanja redundantne veze, izvještaj o greškama, ...);
Provjera stanja (pri pokretanju sistema, promjeni stanja DAS- a, ciklički, ...);
Sinhronizacija vremena (referentni izvor vremena, sinhronizacijske poruke).
Obrada prikupljenih podataka predstavlja također vrlo važan dio cijelog SCADA sistema i potrebno mu je posvetiti veliku pažnju, jer se na temelju tih podataka donose odluke važne za funkcionisanje elektroenergetskog sistema. Funkcije prikupljanja podataka koriste se za
nadzor stanja opreme i mjerenje različitih parametara o preme. Ta stanja i mjereni podaci vidljivi su operateru i također dostupni za druge funkcije. SCADA sistemi dobivaju podatke iz koncentratora podataka. Koncentrator u trafostanicama treba biti dizajniran tako da neprestano preispituje IED-ove
i traži trenutne vrijednosti parametara kako bi ih poslao do
glavne stanice.
8
Slika 3. SCADA funkcija: prikupljanje podataka
Dio SCADA sistema koji se bavi obradom podataka sačinjavaju sljedeće funkcije:
Mjerenja (konverzija u digitalnu vrijednost, provjera granica, "mrtve zone“, obr ada gradijenta promjene stanja);
Indikacije promjene stanja (inicijalizacija procesiranja, detekcija promjene, nadzor prelaznih stanja) ;
Brojila;
Oznaka podataka (osvježeni podaci, ručni unos, blokirani podaci, blokiranje alarma, blokiranje upravljanja, zamjenski podaci);
Sekundarni izvori podataka.
Slika 4. Primjeri spašenih tipova podataka 9
SCADA sistemi u fazi nadzora bave se i obradom događaja koju sačinjavaju sljedeće osnovne funkcije:
Pregled događaja (klasifikacija događaja po područjima) ;
Lista događaja (hronološki redoslijed – HRD liste);
Generiranje nepotvrđenog ili trajnog alarma ;
Generiranje zvučnog alarma;
Aktiviranje sekundarnih funkcija.
Prikupljanje i čuvanje podataka samo po sebi daje malo informacija, dakle važna funkcija uspostavljena u svim SCADA-inim sistemima je mogućnost nadgledanja odnosno nadzor svih podataka koje su se prikupl jaju
izvan granica normale. Nadgledanje ovisi o različitim vrstama podataka koji
kao i zahtjevi pojedinih tačaka u sistemu . Svaka promjena stanja ili
prekoračenje granične vrijednosti zahtijevat će obradu podataka. Praćenje stanja podrazumijeva
da će svaka izmjerena vrijednost biti uspoređena s prethodnom vrijednošću
koja je pohranjena u bazi podataka.
Slika 5. Dijagram ograničenja posmatranih velečina Upravljačke funkcije SCADA sistema (uklop/isklop prekidača, rastavljača, zemljospojnika, sklopnika, promjena postavnih vrijednosti regulacijskih preklopki transformatora, uzbude generatora i dr.)
mogu se ostvariti lokalno korištenjem tastera, preklopki, potenciometara i sl. 10
ili daljinski preko RTU-a.
U oba slučaja, sama komunikacija prema uređ ajima primarne
energetske opreme najčešće je zasnovana na PLC tehnologiji. 6. Hijerarhijska kontrola
Proces SCADA ili telekontrola, oslanja se na komunikacijske veze od kontrolnog centra do
primarnog uređaja (generatora, prekidača, rastavljača itd.). Primarni uređaji moraju biti opremljeni s aktuatorima ili mehanizmima za izvođenje radnji mehaničkog otvaranja i zatvaranja. Aktuatori moraju
biti povezani sa sekundarnim uređajem - inteligentnim
elektroničkim uređajem (IED). IED povezuje aktuator s komunikacijskim sistemom. Relativna veličina i sofisticiranost IED -a ovisi o konfiguraciji sistema upravljanja i njegovoj razini u hijerarhiji. SCADA sistem sistemi
sadrži kombinaciju sistema kontrolnih soba, komunikaciju i IED-a. SCADA
raspoređeni su tako da kontroliraju različite razine mreže, bilo kao jedan sistem
integriran kroz nekoliko podsistema ili kao zasebni sistem
koji prosljeđuju oda brane
informacije kontrolnoj razini iznad. Središnja je kontrola organizirana tako da ovisi o vlasništvu nad mrežnim razinama. Vlasnici jednostavnih distribucijskih mreža s naponima ispod 33 kV imaju tendenciju da koriste jedan SCADA sistem za kontrolu cij ele mreže.
Čak i uslužni programi s proširenim mrežama pokrivaju veliko geografsko područje i sjedinjuju kontrolu iz distribuiranih kontrolnih centara u jednu centralnu operaciju. Uslužni programi sa srednjenaponskim (SN) i visokonaponskim (VN) prenosnim m režama
(230-66
kV) imaju mogućnost upravljanja visokonaponskim mrežama te pomoću SCADA -e sjedinjuju obje razine napona u jedan sistem.
Tipično mrežno hijerarhijsko upravljanje sastoji se od pet nivoa: 1. nivo – uslužni program Gornja razina, vrh hijerarhij e
obuhvaća sve sisteme informacijskih tehnologija, upravljanje
sredstvima i sisteme trgovanja energijom. 2. nivo – mreža:
Na ovom nivou se kontroliše prividna snagu prenosnih mreža, uključujući i ekonomično napajanje putem generatora. 3. nivo – trafostanica:
Integrirani nadzor svih prekidača unutar trafostanice sa svim informacijam a o stanjima releja zaštite. 11
4. nivo – distribucija: Ovaj nivo
upravljačke hijerarhije pokriva srednjenapo nske sisteme potrošača i prikazuje
stanje mreže u realnom vremenu pomoću dalj inskog upravljanja i lokalne automatike potrošačevih uređaja. 7. Prednosti SCADA sistema
Neke od prednosti su sljedeće:
povećana pouzdanost jer sistem ima manje teških poremećaja i prekida u radu , niži operativni troškovi, kao što je manje angažiranje osoblja zbog automatizacije brže uspostavljanje mreže u slučaju kvara zbog bržeg otkrivanja grešaka i poduzimanja potrebnih akcija,
bolje upravljanje radnom i jalovom sistem te se mogu
energijom zbog primanja tačnijih vrijednosti u
poduzeti odgovarajuće radnje ,
smanjeni troškovi održavanja jer se oprema može stalno nadgledati ,
smanjen ljudski utjecaj i pogreške jer se vrijednosti očitavaju automatski, a ne uz pomoć čovjeka,
brže, preciznije i tačnije donošenje odluka zbog bogatstva informacija o stanju sistema koje su dostupne operateru,
optimiziran operativni sistem
zbog mogućnosti odabira odgovarajućih parametara i
optimizacije algoritama.
12
8.
Zaključak
za nadzor, kontrolu i prikupljanje podataka koji je primjenjiv u različitim granama industrije. Također je pronašao svoju primjenu u elektroenergetskim sistemima, sistemima vodoopskrbe, građevinarstvu te u nuklearnim elektranama. Pomoću navedenog sistema moguće je očitati fizikalne veličine poput struje, napona, snage transformatora i slično. SCADA je sistem
Uvođenjem SCADA sistema za nadzor i upravljanje elektroenergetskim sistemima dobiva se upravo mogućnost za nadzor i daljinsko upravljane u realnom vremenu mnogih industrijskih procesa, među kojima je i prenos električne energije. SCADA sistemi su postigli ogroman napredak tokom proteklih godina u smislu funkcionalnosti i performansi.
Sve osnovne funkcije upravljanja u realnom vremenu temelje se na procesima odlučivanja, a osnova za to su informacije koje se u centar upravljanja prenose direktno iz sistema. Za tu svrhu koriste se specijalni informacijski SCADA sistemi. Njihova funkcija je da prikupe sve potrebne informacije iz sistema, prenesu ih u centre upravljanja, gdje se podvrgavaju analizi, obradi i arhiviranju. Osnovne prednosti SCADA sistema su: velika funkciona lnost, dugoročnost, relativno jednostavo održavanje i tehnička podrška, integracija sa Internetom, itd.
13
pouzdanost ,
9. Literatura
[1] 1http://people.etf.unsa.ba/~jvelagic/laras/dok/lekcijad12.pdf [2] file:///C:/Users/PC/Downloads/190852162-SCADA.pdf [3] Vođenje elektroenergetske mreže (Zavodska skripta) - Ivica Pavić [4] http://en.wikipedia.org/wiki/SCADA [5] Practical Modern SCADA Protocols, Gordon Clarke, Deon Reynders, 2004.
14
