Автоматизация процесса разработки и поддержки экранов подземного электроснабжения угольной шахты с использованием средств GENESIS64

Введение

Электроснабжение угольных шахт состоит из двух подсистем – статичного наземного электроснабжения и динамично развивающегося – подземного. Ввиду расширения сети выработок регулярно создаются новые распределительные пункты, устанавливаются трансформаторные подстанции, переносятся существующие. С учётом данной особенности сразу после ввода в эксплуатацию системы оперативно-диспетчерского управления возникает необходимость в непрерывной поддержке.

Стандартный выход из этой ситуации – отдельный штатный сотрудник, имеющий необходимую квалификацию. Более удобный – система, поддержка которой не требует больших затрат времени и специальных навыков персонала.

Структура

Подземное электроснабжение угольной шахты состоит из нескольких поверхностных распределительных пунктов 6 кВ, расположенных на разных промплощадках.

Далее напряжение распределяется по подземным РП (рис. 1). 

От подземных распределительных пунктов подключены потребители и трансформаторные подстанции 1,14/0,6(0,4) кВ. Распределительные пункты состоят из взрывозащищённых ячеек, каждая из которых оборудована устройством микроконтроллерной защиты. Связь с устройствами микроконтроллерной защиты преимущественно реализуется посредством интерфейса RS-485 и последующим преобразованием протокола, однако в качестве преимущества системы можно отметить отсутствие зависимости от конкретных протоколов или интерфейсов. Данные, полученные любым способом с различных устройств, нормализуются средствами AssetWorX SCADA-системы.

Данные агрегируются на двух отказоустойчивых серверах с установленным программным обеспечением ICONICS GENESIS64 (рис. 2).

ICONICS гарантирует сохранность критически важных данных через опцию «горячего» резерва для надёжных взаимодействий. Резервируемые коллекторы и логгеры обеспечивают восстановление данных в случае сбоя системы. С технологией ICONICS по автоматическому обнаружению отказов и промежуточной буферизации данных (store-and-forward) пользователи этой системы могут быть уверены в том, что критически важные данные масштаба реального времени, историческая и событийная информация всегда будут доступны. Резервируемые решения просты в настройке, установке и развёртывании.

Цели

В процессе разработки системы были поставлены следующие цели:

• сбор данных при помощи большого стека протоколов с различных устройств микроконтроллерной защиты ячеек;

• приведение данных к единому представлению;

• автоматическая генерация тегов Hyper Historian и AlarmWorX для вновь вводимых устройств;

• автоматическое создание на экране экземпляров вновь вводимых

• ячеек, которые вручную устанавливаются на мнемосхему, легко настраиваются;

• отсутствие необходимости копирования/тиражирования вспомогательных экранов для каждого устройства;

• разработка специфичных объектно-ориентированных экранов.

Эти возможности требовали реализации для каждого типа ячейки (рис. 3):

1. вводная 6 кВ;

2. секционная 6 кВ;

3. отходящая 6 кВ;

4. вводная 1,14/0,6(0,4) кВ;

5. отходящий контактор 0,4 кВ.

Создание тегов

Программное обеспечение ICONICS поддерживает иерархическое построение проектов на базе стандарта ISA-95. Специально разработанный для этих задач компонент AssetWorX позволяет организовать структуру проекта в виде иерархического дерева, тем самым значительно упрощая поиск необходимых объектов и доступ к ним. Такой подход также упрощает обучение нового персонала благодаря логичному и интуитивно понятному подходу. Каждый компонент в виртуальном дереве предприятия обладает присущими только ему преднастроенными свойствами и функциями, доступными пользователю. Это позволяет упростить разработку проекта благодаря созданию шаблонов типовых объектов и последующему их копированию. Наряду с упрощением и упорядочиванием доступа к необходимым данным и экранам дерево AssetWorX является само по себе индикатором состояния предприятия благодаря возможности вывода непосредственно на него информации о происходящих на предприятии событиях и тревогах.

Разработанная структура ассетов соответствует реальной иерархии подземного электроснабжения, что позволяет легко ориентироваться в наборе данных и даёт возможность без необходимости не прибегать к мнемосхеме.

В процессе реализации автоматического создания тегов была разработана типовая таблица для каждого вида ячеек. GENESIS 10.95 позволяет тиражировать однажды созданную структуру тегов применительно к новым устройствам, однако данная возможность отсутствовала для событий и трендов. С целью полной автоматизации работ по интеграции новых устройств было разработано вспомогательное программное обеспечение генерации структурированных файлов. Пользователю необходимо указать ip-адрес преобразователя интерфейса, к которому подключён контроллер ячейки, промплощадку, РП и номер ячейки (то есть установить устройство в структуре тегов согласно его реальному месту в иерархии электроснабжения), выбрать из выпадающего списка принадлежность к конкретному типу (рис. 4).  

Результатом работы программы являются структурированные файлы, готовые к импорту в ICONICS GENESIS64 AlarmWorX и Hyper Historian. Далее необходимо просто импортировать эти файлы. Таким образом, кардинально снижаются трудозатраты на интеграцию данных от вновь вводимых устройств в SCADA-систему.

Создание экземпляра на экране

Для решения этой задачи используется инструмент Smart Symbol, встроенный в GENEISIS64. Инструмент позволяет динамически изменять привязки динамики к тегам в зависимости от ряда параметров, вводимых пользователем (рис. 5).

Создание универсального символа для всех типов устройств сказалось на скорости запуска и работы экранов, что является существенным недостатком такого подхода.

Хорошее быстродействие достигнуто путём разработки отдельных символов для каждого типа ячеек. Каждый символ имеет собственный набор аналоговых значений и определённые особенности в отображении пиктограмм.

К примеру, для отходящей ячейки существует параметр Orientation, определяющий, какое положение на секции шин занимает ячейка (рис. 6).

Преимуществом использования данного инструмента является также возможность менять совпадающие параметры сразу у группы символов, например, в случае полного переноса распределительного пункта или секции ячеек.

Специальные экраны

Экран просмотра журналов срабатываний

В энергетике существует задача просмотра внутренних журналов блока микроконтроллерной защиты, таких как «протокол срабатывания защиты», «журнал событий», «журнал изменения настроек». Привычным способом получения таких данных является непосредственное подключение к контроллеру по месту, однако это несёт определённые неудобства для эксплуатационного персонала. В связи с этим возникает необходимость реализовать считывание журналов в SCADA-систему. Процесс чтения журналов имеет нерегулярный характер, что позволяет осуществлять чтение данных по необходимости, напрямую из экрана GraphWorX (рис. 7). 

Такой подход несёт в себе дополнительные положительные стороны, такие как отсутствие необходимости настраивать обмен с серверами, экономия точек лицензии, снижение нагрузки на сеть по сравнению с постоянным обменом.

Экран энергопотребления

В контроллере каждой ячейки хранятся данные счётчика в виде накопительного итога. В таком виде эти данные не слишком полезны, гораздо нагляднее для анализа использовать посуточные и почасовые нагрузки, пики потребления. Хранение таких трендов в Hyper Historian позволяет производить обработку данных «на лету», исключая хранение отдельно почасовых и суточных отчетов.

Интерфейс взаимодействия с Hyper Historian отдаёт готовые расчётные значения по любой переменной за заданный период времени.

Экран, разработанный с использованием этих возможностей, представлен на рис. 8.

Данные визуализируются в таблице GridWorX, энергопотребление представлено за месяц с посуточными и почасовыми данными. Значения окрашиваются в зависимости от близости к пикам потребления выбранного периода. Стоит отметить, что вышеперечисленные экраны являются объектно-ориентированными: Smart Symbol ячейки уже содержат в себе необходимую информацию и настроены таким образом, что каждый раз по запросу генерируется экземпляр экрана для конкретного устройства. Это также снижает трудоёмкость поддержки системы.

Выводы

Встроенные в Genesis64 мощные инструменты дают простор для реализации дополнительного функционала, особенно в комбинации с собственными разработками. Перечисленные в статье технические решения, равно как и работа с системой в целом, высоко оцениваются и заказчиками, и эксплуатационным персоналом. ●