Автоматизированная система управления технологическими процессами высоковольтной подстанции 220 кВ

БАЛТИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ВОЕНМЕХ"

им.  Д. Ф.  УСТИНОВА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 

 

по учебной дисциплине ___________Проектирование информационных систем____________

 

 

на тему _Автоматизированная система управления технологическими процессами______________ высоковольтной подстанции 220 кВ_

 

 

 

 

 

 

студента  ___________________Тапленкина Руслана Эльчиновича________________________

Фамилия ,               Имя ,            Отчество        студента

 

группы _____И383______

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2013  г.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка состоит из 28 стр., включает в себя 6 рисунков и 1 таблица. При написании работы было использовано 3 источника.

Информационная система, концептуальная модель, логическая модель, автоматизированная система управления, мероприятия, информационная модель, подстанция, технологический процесс.

Цель: получить готовый  проект информационной модели автоматизированной системы управления технологическими процессами подстанции.

Для достижения заданной цели была взята за основу АСУТП ПВС-34, работающая в данный момент и находящаяся на ЛАЭС. В данном проекте были рассмотрены цели и задачи АСУТП на ПС, ее архитектура, а также входящие в ее состав подсистемы с составом задач технологического управления. Наряду с этим были рассмотрены технические требования к проектируемой системе и проблемы предметной области.

На основании всего перечисленного, были спроектированы концептуальные модели предметной области и информационной системы в целом, а также ее логическая модель, моделирующая структуру программного обеспечения АСУТП ПС. С помощью данной модели можно приступить к процессу написания такого ПО.

Содержание

СОКРАЩЕНИЯ…………………………………………………………………...………4

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..…………5

1 Описание предметной области………………………………………………….….......6

1.1 Актуальность проблемы……………………………………………………….6

1.2 Цели и задачи АСУТП на ПС ЕНЭС………………………………………….6

1.3Типовая архитектура АСУТП  ПС……………………………………………...8

1.4Архитектура АСУТП ПС……………………………………………………….9

1.5 Подсистемы АСУТП ПС и состав задач технологического управления по подсистемам…………………………………………………………………………...…10

1.6 Технические требования……………………………………………………...13

2 Концептуальная модель предметной  области…………………………….......17

3 Концептуальная модель информационной системы………………………….21

4 Логическая модель информационной  системы……………………………….23

5 Реализация модели в  case-среде………………………………………………..25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………...27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………..28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОКРАЩЕНИЯ

АСУ – автоматизированная система управления;

ТП – технологический процесс;

ИС – информационная система;

ПС – подстанция

ЕНЭС – единая национальная электрическая  сеть

UML – унифицированный язык моделирования

РЗА – релейная защита и автоматика

АСКУЭ – автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии

АСДУ – автоматизированная система  диспетчерского управления

АСУ ПТД ФСК – автоматизированная система управления производственно-технологической деятельностью Федеральной сетевой компании

АРМ – автоматизированное рабочее место

ЕЭС – единая энергосистема

ПА  – противоаварийная автоматика

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Данный курсовой проект рассматривает основные принципы построения АСУ технологическими процессами на подстанциях (АСУТП ПС) ЕНЭС, а также построение её информационной модели на основе унифицированного языка моделирования UML, с учетом специфики отечественных электроэнергетических объектов и современного уровня развития средств промышленной автоматизации.

Интегрированная АСУТП ПС - это многоуровневая иерархическая система управления, включающая в свой состав совокупность технических и программных средств и каналов связи, обеспечивающих комплексное автоматическое и  автоматизированное управление всеми технологическими процессами в пределах одной подстанции, а также возможность дистанционного управления одной или группой подстанций с удаленного диспетчерского пункта.

Выбор архитектуры  АСУТП существенным образом определяется техническими требованиями объекта  автоматизации.  В связи с этим проект охватывает типовые технические требования как к основным техническим характеристикам АСУТП ПС, вытекающим из специфики технологических процессов объекта управления, так и к необходимым для их обеспечения средствам автоматизации.

Данный проект показывает основные технические решения по созданию АСУТП высоковольтных подстанций с напряжением 220  кВ и выше с локальными и кустовыми пунктами управления и диспетчеризации  (соответственно для обслуживаемых и необслуживаемых подстанций).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Описание предметной области

1.1 Актуальность проблемы

Дальнейшее  расширение реформ и внедрение рыночных отношений, в том числе в рамках ЕНЭС России, в качестве наиболее актуальной задачи ставит повышение бизнесэффективности энергообъектов и всей энергетической системы в целом. Повышение бизнесэффективности технологических объектов и процессов обеспечивается решением следующих проблем:

• контроль и учет параметров технологических процессов;

• обеспечение надежности и безопасности управления технологическими процессами и повышение на этой основе надежности электроснабжения потребителей;

• оптимизация управлениями технологическими процессами;
• сохранение и продление ресурса технологического оборудования;
• предотвращение аварий и ликвидация их последствий с меньшими затратами;

• экономия эксплуатационных затрат и сокращение численности обслуживающего персонала;
• снижение экономических потерь, возникающих вследствие недостаточной информационной и общей безопасности;

• снижение стоимости владения технологическим объектом.

Одним из основных решений перечисленных проблем является максимальное повышение качества и оперативности управления за счет внедрения автоматизированных систем управления технологическими процессами.

АСУТП на подстанциях является низовым  уровнем системы управления ЕНЭС, который непосредственно связан с технологическим оборудованием. В рамках АСУТП собирается первичная информация по всем параметрам технологических процессов, решаются задачи метрологического обеспечения, выполняются процедуры прямого регулирования и дистанционного управления оборудованием, выполняются работы по сбережению ресурсов. Из этого следует, что эффективность технологических процессов, по существу обеспечивается на уровне АСУТП. Кроме того, этот уровень является источником информации для верхних уровней управленческой структуры (АСУ ПТД, АСДУ ЕЭС, АСКУЭ и др.) и во многом определяет эффективность управления всей энергетической системой. Поэтому задача создания АСУТП на подстанциях является весьма актуальной в рамках комплекса работ по совершенствованию и модернизации системы управления ЕНЭС России.

Назначением АСУТП ПС является комплексная  автоматизация технологических  процессов подстанций на базе современных аппаратно-программных средств автоматизации и телекоммуникаций с целью обеспечения максимальной эффективности решения задач передачи, преобразования и распределения электроэнергии.

1.2 Цели и задачи АСУТП на ПС ЕНЭС

Создание  АСУТП на подстанциях ЕНЭС имеет  следующие цели:

• Повышение эффективности функционирования и управления подстанциями и всего технологического комплекса ЕНЭС в нормальных и аномальных (в том числе аварийных) режимах.
• Обеспечение требуемых качественных показателей электроэнергии и уровня обслуживания участников рынка при решении задач передачи, преобразования и распределения электроэнергии.
• Снижение уровня аварийности, снижение ущерба от аварий и сокращение сроков ликвидации аварий.
• Повышение надежности и безопасности функционирования, улучшение эксплуатационного обслуживания основного и вспомогательного технологического оборудования, а также снижение стоимости ремонтных работ.
• Создание информационной основы для построения интегрированной многоуровневой иерархической системы технологического управления АСУПТД ФСК.

• Обеспечение системной и комплексной интеграции:

• средств РЗА и противоаварийной автоматики с системами автоматизированного управления;
• средств сбора и передачи телеинформации, контроля и диагностики состояния основного оборудования энергообъекта и регистрации и ретроспективного анализа аварийных процессов;
• автономных средств и систем контроля и управления с подсистемами ССПИ, а также с подсистемами сбора, обработки и представления информации об аварийных процессах;
• информационного обеспечения и взаимодействия с АСКУЭ и другими внешними подсистемами.

• Снижение эксплуатационных расходов подстанций.

• Повышение уровня информационной и общей безопасности технологического комплекса ЕНЭС.

Цели  создания программно-технического комплекса  АСУТП ПС должны быть достигнуты за счёт решения следующих задач:

• Автоматическое и оперативное дистанционное управление основным технологическим оборудованием.
• Мониторинг и контроль технологических процессов, состояния основного оборудования и качества электроэнергии, в том числе:

• представление оператору электрических схем подстанций в динамике их изменений;
• представление цифровых значений технологических параметров, существенных для ведения режимов;
• регистрация и тревожная сигнализация при выходе параметров технологических процессов за допустимые пределы;
• отображение и сигнализация изменений электрических схем, происходящих в процессе ведения технологического режима.

• Регистрация параметров, необходимых для анализа и оценки работы технологического оборудования, средств автоматизации и действий персонала, в том числе:

• регистрация технологических событий нормального режима;
• регистрация аварийных ситуаций и запись аварийных процессов.
• Системная интеграция с системами и средствами автоматического контроля и управления (РЗА, ПА, АСКУЭ). АСУТП ПС должна интегрировать средства и системы автоматизации, обеспечивая как минимум, получение информации от внешних систем управления и задание для них уставок, и, как максимум, реализацию общего функционала с помощью единого программно-технического комплекса средств автоматизации.
• Мониторинг и управление специализированными подсистемами автоматического технологического управления:
• релейная защита и автоматика;
• локальная противоаварийная автоматика;
• управление вспомогательными технологическими процессами.
• Регистрация параметров переходных процессов в аномальных режимах.
• Учет параметров основного технологического оборудования.
• Коммерческий и технический учёт электроэнергии и мощности.
• Генерация отчётов оперативной и учётной информации по основной и вспомогательной технологической деятельности (бланки оперативных переключений, оперативный журнал событий, отчётная документация АСКУЭ и другие виды документов по управленческим задачам).
• Мониторинг эксплуатационных параметров и диагностика состояния основного технологического оборудования.
• Мониторинг и диагностика комплекса программно-технических средств АСУТП ПС.
• Формирование и представление оперативной и отчётной информации верхним уровням АСУПТД ФСК.
• Обеспечение информационной безопасности и общей безопасности АСУТП ПС.

1.3 Типовая структура  АСУТП ПС

АСУТП ПС строится в виде иерархической  многоуровневой структуры на базе современных программно-технических средств, реализующих основные информационные и управляющие функции.

В типовой структуре АСУТП выделяются следующие уровни:

• уровень датчиков, исполнительных механизмов и аппаратов, счетчиков, микропроцессорных терминалов и других измерительных средств;
• уровень промышленных контроллеров;

• уровень центральных вычислительных ресурсов и автоматизированных рабочих мест.

Необходимо предусмотреть два  режима функционирования АСУТП ПС:

• с локальным пунктом управления и диспетчеризации для обслуживаемых подстанций;
• с удаленным пунктом телеуправления для необслуживаемых подстанций.

Для необслуживаемого режима эксплуатации подстанций основные функции управления и диспетчеризации должны выноситься на более высокий уровень кустового пункта диспетчеризации и управления. При этом на каждой необслуживаемой подстанции необходимо предусмотреть размещение сокращенного состава операторских консолей с целью выполнения профилактических и наладочных работ.

Для подстанций с обслуживаемым  режимом эксплуатации в составе  АСУТП организуется сеть АРМ в необходимом составе. Должна быть предусмотрена связь с соответствующим кустовым пунктом управления и диспетчеризации с целью обеспечения возможности распределения функций и задач управления между локальным и кустовым пунктами управления и перехода в дальнейшем на необслуживаемый режим эксплуатации.

Региональная сеть связи АСУТП  включает в себя:

• сеть каналов связи предпочтительно радиальной структуры;
• каналообразующую и маршрутизирующую аппаратуру в кустовом центре диспетчеризации и управления;
• каналообразующую и маршрутизирующую аппаратуру в составе АСУТП отдельных подстанций.

1.4 Архитектура АСУТП ПС

Архитектура АСУТП ПС, как взаимосвязь компонентов  структуры системы, должна строиться с учетом следующих требований и решений:

1. Модульный принцип построения технических и программных средств, прикладного и технологического программного обеспечения с использованием лучших образцов отечественных и зарубежных продуктов.
2. Открытая масштабируемая архитектура комплекса технических средств (КТС) и программного обеспечения (ПО) на основе общепризнанных и широко используемых международных стандартов, исключающая использование специальных фирменных технологий в части технических, программных и сетевых решений, не соответствующих вышеупомянутым требованиям стандартизации.
3. Функциональная и территориальная распределенность (децентрализация) компонентов системы, при которой выполнение функций контроля и управления отдельной единицей оборудования ПС в минимальной степени должно зависеть от состояния других компонентов системы, что существенно повышает надежность и живучесть системы.
4. АСУТП ПС строится на основе взаимосвязи функций автоматизации технологических процессов основного и вспомогательного оборудования, как единая интегрированная система.
5. АСУТП ПС должна обеспечивать согласованное функционирование и информационную интеграцию с системами релейной защиты и противоаварийной автоматики и другими системами автоматического управления (при сохранении автономности функционирования этих систем).
6. Комплекс задач и функций АСУТП ПС должен быть открыт для расширения в связи с необходимостью:

• модификации технологических процессов и модернизации оборудования подстанции;

• внедрения новых и перспективных информационных технологий, а также технологий управления и регулирования;
• наращивания состава и объемов обрабатываемой информации.

7. Архитектурные решения АСУТП ПС должны быть согласованы с архитектурой АСУПТД ФСК, которая является её верхним управленческим уровнем, в части:

• форматов информационного обмена и взаимодействия;
• нормативно-справочной информации;
• процедур информационной защиты и безопасности.

8. Должен обеспечиваться распределенный, децентрализованный принцип организации управления технологическими процессами в комплексе регионального куста подстанций, предусматривающий:

• обеспечение гарантированного времени реакции системы на внешние события;
• оперативное оповещение верхних уровней с минимальной задержкой в режиме «тревожного сообщения» о выходе технологических режимов за нормальные пределы и об аварийных событиях;
• регистрация значений параметров протекания аварийных процессов (построение трендов);
• обеспечение самодиагностики и режимов восстановления элементов и подсистем АСУТП на всех уровнях иерархии и во всех контурах управления;
• обеспечение информацией (по значениям параметров и событиям технологических процессов) верхних уровней управления по запросам и инициативно, по установленным расписаниям.

1.5 Подсистемы  АСУТП ПС и состав задач  технологического управления по  подсистемам

В АСУТП  ПС выделяются следующие функциональные подсистемы:

• Подсистема оперативного и диспетчерского управления.
• Подсистема информационной поддержки и контроля систем РЗА, ПА и других специализированных систем автоматического управления.

• Подсистема управления режимами и мониторинга параметров качества электроэнергии.

• Подсистема регистрации параметров переходных процессов в аномальных режимах.
• Подсистема коммерческого и технического учета электроэнергии.
• Подсистема мониторинга, диагностики состояния и эксплуатации основного технологического оборудования.
• Подсистема автоматизации вспомогательных технологических процессов.
• Подсистема информационного взаимодействия.
• Подсистема информационной и общей безопасности.

Задачи  подсистемы оперативного и диспетчерского управления:

• дистанционное управление коммутационной аппаратурой и контроль исполнения;
• контроль основного оборудования, в том числе:

• отображение текущего состояния электрической схемы ПС и положения коммутирующей аппаратуры;
• представление оператору цифровых значений аналоговых режимных параметров и значений дискретных сигналов, существенных для ведения режима ПС;
• сигнализация отклонений аналоговых параметров при их выходе за нормальные и аварийные пределы с выдачей тревожных сигналов и сообщений по предаварий-ным и аварийным ситуациям;
• сигнализация изменений электрических схем, происходящих в процессе ведения режима;

• регистрация параметров, необходимых для анализа работы электрооборудования, персонала и средств автоматизации, в том числе:

• регистрация технологических событий (выход параметров режима за нормальные и аварийные пределы, переключения силового коммуникационного оборудования и т.д.);

• регистрация средних значений параметров нормального режима;

• выдача советов и рекомендаций по аномальным ситуациям;
• выдача оперативной информации по событиям при ведении технологического процесса и ведение журнала событий;
• ведение отчётной и архивной документации по оперативному управлению.

Задачи  подсистемы информационной поддержки  и контроля систем РЗА, ПА и других специализированных систем автоматического управления/регулирования:

• контроль и регистрация действий РЗА и ПА и анализ аномальных состояний;
• сбор и отображение данных контроля текущего состояния и самодиагностики устройств внешних систем автоматического управления;
• регистрация аварийных ситуаций и документирование действий систем и персонала ПС в предаварийных и аварийных состояниях, а также при ликвидации аварий;
• обеспечение информацией верхних уровней управления о событиях во внешних системах;
• автоматическое повторное включение ЛЭП, управление линиями передачи и вставками постоянного тока;
• аварийное включение резерва.

Задачи  подсистемы управления режимами и мониторинга параметров качества электроэнергии:

• мониторинг, контроль, диагностика;
• регистрация действий систем автоматики ПС, в том числе в части:

• управления напряжением и реактивной мощностью;
• управления составом работающих трансформаторов;
• управления нагрузкой в утяжелённых и аварийных режимах;

• непрерывный мониторинг параметров качества электроэнергии.

Состав задач этой подсистемы зависит  от уровня оснащённости подстанции современными измерительными приборами и возможности сбора первичной информации от систем автоматики.

Задачи подсистемы регистрации  параметров переходных процессов в аномальных режимах:

• сбор и регистрация значений параметров аномальных режимов и сигналов дискретного срабатывания от устройств РЗА;
• формирование и ведение архивов аномальных процессов и ситуаций;
• ретроспективный анализ аномальных процессов и ситуаций.

Задачи подсистемы коммерческого  и технического учёта электроэнергии:

• сбор и обработка данных коммерческого учёта электроэнергии от средств АСКУЭ;
• технический учет электроэнергии;
• расчет баланса электроэнергии подстанции.

Задачи подсистемы мониторинга, диагностики  состояния и эксплуатации основного технологического оборудования:

• мониторинг, диагностика и учет ресурсов основного технологического оборудования:

• коммутационной аппаратуры;
• трансформаторов и устройств РПН;

• изоляции высоковольтного оборудования;

• гибкое энергосберегающее управление системами охлаждения трансформаторов, диагностика эффективности охлаждения, состояния и ресурса электродвигателей охладителей;
• информационно-справочное обеспечение эксплуатационных работ;
• документирование профилактических и ремонтно-восстановительных работ;
• контроль выполнения операций по вводу и выводу основного оборудования в ремонт и подготовке рабочих мест ремонтных бригад.

Задачи  подсистемы автоматизации вспомогательных  технологических процессов:

• контроль состояния источников и сети оперативного тока;
• контроль работы воздухо-приготовительной установки и системы воздухоснабжения выключателей;
• контроль системы автоматического управления охлаждением трансформаторов;
• контроль системы автоматического пожаротушения.

Задачи  подсистемы информационного взаимодействия:

• информационно-справочное обеспечение технологических и административно-хозяйственных работ;
• технологический документооборот подстанций;
• ведение базы данных и информационное обеспечение верхних уровней АСУ ПТД сетевых компаний и АСДУ ЕЭС;
• двусторонний обмен информацией с вышестоящими уровнями иерархии управления и со смежными системами управления;
• учет результатов работ и услуг по основной технологической деятельности.

Задачи  подсистемы информационной и общей  безопасности:

• администрирование и мониторинг защитного сетевого экрана fire wall;
• организация и мониторинг защиты информации при передаче по сетевым каналам;
• защита от несанкционированного доступа к базам данных;