O aplicaţie interesantă a familiei de module I-7000 este gestionarea centralelor hidroelectrice miniatură, prin intermediul reţelei telefonice.
Utilizarea modulelor din familia 7000 este foarte potrivită în acest caz: la o hidrocentrală mare, există fie personal de întreţinere numeros, fie sisteme de automatizare mai vechi, fie sisteme retehnologizate, performante dar costisitoare. Dar la o microhidrocentrală adesea nu există personal de specialitate, iar sistemul de control trebuie să fie IEFTIN, astfel că modulele 7000 sunt exact ce trebuie!
În timpul sezonului secetos cursurile de apă sunt foarte scăzute, producţia de energie hidroelectrică este insuficientă, iar zona este alimentată cu electricitate din reţeaua de distribuţie.
În sezonul ploios, energia generată depăşeşte necesităţile locale, iar electricitatea este furnizată integral de hidrocentralele miniatură. Deoarece la reţeaua de distribuţie sunt conectate prea multe hidrocentrale, este foarte uşor ca energia electrică să curgă în direcţie inversă, generând pierderi de energie. În consecinţă, este foarte importantă gestionarea corectă a microhidrocentralelor. Dar majoritatea acestor centrale mici sunt amplasate pe râuri sau la munte, departe de localităţi, iar numărul nodurilor de intrare /ieşire şi al circuitelor de măsură este foarte redus. În plus, nu există facilităţi speciale de comunicaţii, care să fie folosite exclusiv, de aceea este foarte dificil pentru dispeceratul naţional să conducă aceste hidrocentrale. Unităţile de control în timp real (RTU) folosite în alte staţii de transformare nu au caracteristici acceptabile pentru microhidrocentrale. A fost proiectat un sistem ieftin de gestionare a hidrocentralelor mici, bazat pe seria I-7000, care să comunice pe liniile telefonice obişnuite (prin apel dial-up).
Arhitectura
S-a pornit de la cerinţele de performanţă ale sistemului:
– Eşantionare de CA (1-2 canale);
– Tensiunea de intrare 0-120V, curentul de intrare 0-5A;
– Ieşiri digitale de pe un canal: Ua, Ub, Uc, Uo, Ia, Ib. Ic, In, Uab, Ubc, Uac, P, Q, Wh, F, cos j;
– Eroarea totală la conversia de CA: maxim 0,5%;
– Semnale digitale (sub formă de pulsuri) două canale;
– Pentru bucla de intrare se foloseşte izolaţia optică;
– Lăţimea pulsurilor este mai mare de 10msec;
– Nivelele logice ale semnalelor de interfaţă sunt zero pentru LOW şi repectiv 5-30V pentru HIGH;
– Înregistrările de date trebuie să poată fi memorate permanent, chiar în lipsa tensiunii de alimentare.
Porturile pentru sincronizarea cu alte sisteme:
– Viteza de transmisie să fie de 300, 600, 1200, 2400, 4800 sau 9600 bauzi (reglabilă);
– Moduri de lucru: semi-duplex, full duplex;
– Semnale digitale (8-16 canale);
– Semnale de stare cu tensiuni la intrare de 0V pt zero logic, 5-30V pt 1 logic;
– Rezoluţia în microhidrocentrală, pentru evenimentele importante, să fie mai bună de 20 msec.;
– Comandă de la distanţă (două canale);
– Protocolul de comandă de la distanţă, pentru sincronizarea cu alte sisteme;
– Protocol de telecontrol CDT, elaborat de Ministerul Energiei Electrice;
– Protocolul 1801 şi alte protocoale de comunicaţii.
Software-ul sistemului
Modulele de control I-7188 pot schimba informaţii cu modulele de intrare şi ieşire I-7052, I-7067 şi dispozitivele de eşantionare pentru CA şi pot crea o bază de date dinamică. Pe de altă parte, modulele calculatoare pot transmite date sistemului de nivel superior folosind conexiunea dial-up pe linii telefonice obişnuite.
Controlerul 7188 verifică prin polling modificările semnalelor de comutare de pe teren, cu o frecvenţă ridicată, pentru a garanta că rezoluţia în timp a modificărilor de stare de pe teren este mai bună de 20msec. Pentru a asigura corectitudinea semnalelor de stare de la comutatoarele microhidrocentralei, I-7188 foloseşte filtrarea prin software, ca să rejecteze semnalele de interferenţă provocate de comutaţie sau de alte surse externe. De asemenea, 7188 întreabă permanent modulele despre datele de eşantionare de CA. Dacă PC-ul de nivel superior are de transmis ceva comenzi de la distanţă pentru controlul centralei, I-7188 execută respectivele comenzi, controlând comutatoarele şi distribuitoarele prin intermediul unui 7067.
Atunci când semnalul de stare al unui comutator de pe teren se modifică, 7188 ar trebui să apeleze automat PC-ul de nivel superior şi să-i ceară voie să transmită respectivele semnale. Dacă sistemul de conducere de nivel superior nu răspunde, atunci 7188 mai face o dată apelul, repetând încercarea de trei ori. În caz de eşec, înseamnă că linia telefonică este ocupată sau apar alte probleme de transmisie. Atunci 7188 stochează local datele măsurate. Modemul lui 7188 va fi automat setat pe modul de răspuns automat la apeluri telefonice, pentru ca PC-ul supervizor să poată solicita datele memorate.
Software-ul I-7188 pentru maşinile de nivel superior
Sistemul are trei porturi: unul pentru legătura dial-up, altul pe reţeaua RS-485 pentru legătura cu alte sisteme, şi unul pentru monitorizarea în background.
Modulul I-7188 cere în mod activ datele de la microhidrocentrale şi recepţionează în mod pasiv datele de la centralele hidroelectrice. Aceste date sunt schimbate cu alte sisteme sau cu procesele din fundal prin intermediul protocolului 1801 şi al altor protocoale de comunicaţii.
Monitorizarea de fundal
Calculatorul PC industrial se foloseşte pentru monitorizarea de fundal. Are următoarele funcţii:
• Procesarea semnalelor analogice, care include măsurarea şi calcularea puterilor electrice (activă, reactivă, aparentă, factor de putere) precum şi măsurarea tensiunilor şi curenţilor.
• Procesare analogică şi digitală, respectiv eliminarea interferenţelor, filtrarea digitală, compensarea erorilor sistematice, decizii privind validitatea datelor, conversii de scară, prelucrarea alarmelor de ieşire din gama nominală, ş.a.m.d.
Culegerea şi procesarea informaţiilor de stare indică accidentele sau funcţionarea defectuoasă, semnalele de poziţionare ale comutatoarelor şi ruptoarelor de circuit, semnalele de acţionare a releelor de protecţie, etc. Achiziţia acestor semnale se face prin metoda de polling rapid. Procesarea semnalelor include condiţionarea semnalelor analogice, izolarea galvanică cu barieră optică, proecesarea anti-dithering pentru punctele de contact, filtrarea hard şi soft, compensarea de bază de timp, verificarea validităţii datelor, etc, precum şi răspunsurile sau acţiunile necesare şi utilităţile de procesare aferente (de exemplu activarea jurnalului de evenimente, generarea de alarme de accident, apariţia de ferestre pop-up pe ecranul operatorului, etc.).
Culegerea şi procesarea valorilor accumulate de pulsuri poate fi “îngheţată”, citită şi dezgheţată la intervale de timp fixe (un minut, 5 minute, 10 minute sau la alte intervale specificate).
Achiziţia şi prelucrarea informaţiilor de pulsuri include validarea datelor şi decizii asupra caracterului raţional al acestora, conversii de scară, detectarea şi corectarea erorilor, procesări în caz de depăşiri ale datelor acumulate, şi altele. În timpul prelucrării informaţiilor de pulsuri, celelalte funcţii nu trebuie să fie afectate.
Modulele de monitorizare de fundal au fost scrise în Visual Basic 6.0, şi asigură toate funcţiile necesare sitemului.
Detaliile sunt următoarele:
Schema principală de conexiuni
Afişează schema de conexiuni a echipamentului primar al centralei şi graficele enumerative aferente. Prezintă starea reală a comutatoarelor şi ruptoarelor, direcţia de curegere a curentului, şi informaţiile electrice principale (tensiuni, curenţi, putere activă, reactivă). Utilizatorii pot să efectueze controlul de la distanţă prin intermediul acestui grafic, care le permite alegerea dispozitivelor de control la distanţă şi execuţia. Înainte de a executa orice comenzi, sistemul solicită utilizatorului introducerea parolei corecte. După ce comenzile au fost trasmise, cere un răspuns de la microhidrocentrală. Dacă comanda nu s-a executat cu succes în intervalul de timp specificat, atunci comanda este anulată şi pe ecranul dispecerului apre un mesaj de alertă.
Afişaj grafic cu bare
Sunt prezentate sub formă de bar-graph curbele de tensiune şi frecvenţă instantanee ale fiecărei hidrocentrale.
Informaţii de timp real
Se afişează în timp real datele analogice de la hidrocentrală, datele digitale şi informaţiile sub formă de pulsuri, inclusiv tipul echipamentului, numele, denumirea punctului de măsură, valoarea analogică, starea comutatoarelor, momentele acţiunilor, momentele basculării comutatoarelor, valoare în grade electrice a pulsului.
Interfaţa bazei de date
Asigură gestiunea tuturor bazelor de date din sistem, inclusiv interogările de date, adăugările, modificările şi ştergerile.
Comenzi de sistem
Utilizatorul supervizor poate să stabilească modul de operare şi parola pentru operator pentru a împiedica un utilizator să efectueze operaţii care depăşesc privilegiul (gradul de autorizare) al respectivului utilizator, sau să efectueze din greşeală anumite operaţii.
De asemenea, utilizatorul supervizor poate regla ceasul sistemului şi programa mesajele de alarmă.
În cazul unor operaţii importante sau accidente, sistemul poate lansa avertizări sonore pentru a-i atrage atenţia operatorului să trateze corespunzător situaţia ivită. Poate de asemenea să formeze numărul de telefon solicitat de sistem. În plus, utilizatorul poate stabili ca imprimantele să tipărească informaţiile respective (pe baza cererii sau la momentele de timp specificate).
Câteva probleme ce necesită o atenţie specială în timpul programării:
Interogarea (polling) de mare viteză a lui 7188 pentru a cere datele de modificare a stării de la modulul 7052 nu trebuie să fie întreruptă de formarea numărului de telefon, pentru a se asigura că rezoluţia achiziţiei de date este mai bună de 20msec. De aceea, procesul de apel telefonic trebuie să fie implementat numai cu ajutorul unei rutine de întreruperi. Dacă modemul nu are ton sau numărul solicitat este ocupat un interval de timp mai mare, procesul de formare a numărului trebuie să fie forţat să renunţe la apel, pentru a asigura funcţionarea corectă a reţelei telefonice (altfel există riscul de blocare).
Deoarece reţeaua de date pe linii telefonice dial-up face schimburi de date cu viteze foarte mari, este important să se implementeze facilităţi complete de verificare a corectitudinii datelor transmise.
Ing. Cristian Malide
IMPERIAL ELECTRIC Tel: 211.37.82