Стандартизация в области измерений энергии. Государственный реестр измерительных приборов, принципы его формирования и ведения

с большими финансовыми  затратами на достаточно дорогие «интеллектуальные» ПИП и требует, кроме того, наличия большого количества каналов связи (на каждый ПИП по каналу), что в ряде случаев невыполнимо.

Рис. 4а. Вариант  обобщенной структурной схемы АСКУЭ: двухуровневая схема с контроллерными функциями обработки, встроенными  в первичные преобразователи 

    Другой крайний случай вырождения трехуровневой структуры АСКУЭ в двухуровневую с обычными «неинтеллектальными» ПИП связан с перенесением контроллерных функций сбора данных в ПК (рис. 4б).

Рис. 4б. Вариант  обобщенной структурной схемы АСКУЭ: двухуровневая схема с контроллерными функциями сбора, встроенными в ПК 

   В этом случае компьютер доукомплектовывается специальными модулями сбора данных и в круглосуточном режиме аналогично контроллеру реализует все функции АСКУЭ (примером такой системы является КТС «ЭНЕРГИЯ»).

Недостаток такого подхода связан, во-первых, с монопольным использованием компьютера только для задач энергоучета (хотя его возможности значительно шире), во-вторых, со снижением надежности и живучести АСКУЭ в целом (отказ компьютера ведет к разрушению всей

системы сбора и потере всех текущих измерительных данных), в-третьих, и в этой структуре надо решать проблему реализации большого количества измерительных каналов. Поэтому в ряде систем используются упрощенные контроллеры — концентраторы, или устройства сбора данных (УСД),

которые позволяют  мультиплексировать измерительные каналы, т. е. одновременно собирать данные с группы ПИП и передавать их на следующий уровень по одной двухпроводной линии, но с временным разделением каналов. 
 

Коммерческие  и технические АСКУЭ 

   По назначению АСКУЭ предприятия подразделяют на системы коммерческого и технического учета. Коммерческим, или расчетным учетом называют учет выработанной и отпущенной потребителю (предприятию) энергии для денежного расчета за нее (соответственно приборы для коммерческого учета называют коммерческими, или расчетными).

  Техническим, или контрольным учетом называют учет для контроля процесса энергопотребления внутри предприятия по его подразделениям и объектам (соответственно используются приборы технического учета). C развитием рыночных отношений, реструктуризацией предприятий, хозяйственным обособлением отдельных подразделений предприятий и появлением коммерчески самостоятельных, но связанных общей

схемой энергоснабжения производств субабонентов технический учет, помимо чисто контрольной функции, приобретает черты и расчетного учета.

   Системы АСКУЭ коммерческого и технического учета могут быть реализованы как раздельные системы (рис. 5) или как единая (смешанная) система. До недавнего времени в реализации систем АСКУЭ на предприятиях преобладал второй подход, но появление новой

техники сделало предпочтительным создание раздельных систем (раздельных, по крайней мере, на среднем уровне АСКУЭ). Этому способствовала и сама специфика этих двух видов учета. Коммерческий учет консервативен, имеет устоявшуюся схему энергоснабжения, для него характерно наличие небольшого количества точек учета, по которым требуется установка приборов повышенной точности, а сами средства

учета нижнего  и среднего уровня АСКУЭ должны выбираться из государственного реестра измерительных средств. Кроме того, системы коммерческого учета в обязательном порядке пломбируются, что ограничивает возможности внесения в них каких-либо оперативных изменений со стороны персонала предприятия. Технический учет, наоборот, динамичен и постоянно развивается, отражая меняющиеся требования производства; для него характерно большое количество точек учета по разным видам энергоресурсов, по которым можно устанавливать в целях экономии средств приборы пониженной точности, причем выбор этих

приборов не обязательно должен делаться из госреестра. Отсутствие пломбирования приборов энергосбытовой организацией позволяет службе главного энергетика предприятия оперативно вносить изменения в исходные данные установленных приборов в соответствии с текущими изменениями в схеме энергоснабжения предприятия.

Рис. 5. АСКУЭ  коммерческого и технического учета промпредприятия 

Централизованные и децентрализованные АСКУЭ 

    По принципу реализации и доступа к информации АСКУЭ как коммерческого, так и технического учета можно подразделить на централизованные и децентрализованные. Структура централизованной системы совпадает с обобщенной трехуровневой схемой АСКУЭ (рис. 3). В такой системе сбор данных с удаленных ПИП, территориально распределенных по подразделениям и объектам предприятия, осуществляется непосредственно или через УСД на многоканальный контроллер, а с него далее на ПК. Такая структура АСКУЭ гарантирует получение в реальном масштабе времени полной и точной информации по энергопотреблению всех подразделений и объектов предприятия для уровня главного энергетика и руководства предприятия, но ограничивает оперативный доступ к этой информации со стороны энергетиков и руководителей подразделений, отдельных удаленных хозяйственных объектов предприятия и его субабонентов, что снижает эффективность АСКУЭ в плане экономии энергоресурсов. Для централизованной системы организация оперативной обратной связи с различными объектами по

энергоучету требует построения либо развитой глобальной компьютерной

сети инфраструктуры предприятия, либо использования сети дистанционно

управляемых табло, подключенных к ПК главного энергетика. Оба эти пути

на сегодняшний  день для большинства предприятий  маловероятны в силу их

дороговизны.

  Альтернативой централизованной системе является децентрализованная

АСКУЭ (рис. 6).

Рис. 6. Децентрализованная АСКУЭ промпредприятия 

   Такая система строится на базе недорогих малоканальных контроллеров учета со встроенным табло и клавиатурой, которые устанавливаются

непосредственно на контролируемых объектах и через  среду связи подключаются к удаленной  ПК главного энергетика предприятия. Такая АСКУЭ обеспечивает в реальном масштабе времени доступ к информации энергоучета всем заинтересованным лицам. Децентрализованные АСКУЭ позволяют приблизить машинный интеллект к месту потребления энергоресурсов и благодаря этому оперативно и эффективно решать на местах задачи их учета, контроля и экономии. Децентрализованная

структура АСКУЭ  позволяет красиво, без противоречий объединить в рамках

единой АСКУЭ  функции коммерческого и технического учетов: одна или несколько малоканальных  систем выделяются для решения задач  коммерческого учета (и соответственно пломбируются энергоконтролирующими организациями), а остальные системы решают задачи технического учета (аналогичное объединение функций в рамках единой централизованной системы вызывает много проблем). Наконец, децентрализованная АСКУЭ, использующая системы учета с дополнительными функциями управления, позволяет реализовать

автоматическое  управление нагрузкой (потребителями-регуляторами) непосредственно на местах установки систем (для производств с высокой технологической дисциплиной) 

Интерфейсы  измерительных каналов АСКУЭ 

  В типовой трехуровневой структуре АСКУЭ промпредприятия нижний уровень (уровень первичных измерительных преобразователей ПИП) связан со средним уровнем (уровнем контроллеров, или уровнем вторичных измерительных преобразователей ВИП) измерительными каналами. К этим каналам относятся первичные преобразователи и линии связи, подключенные с одной стороны к выходам ПИП, а с другой стороны — ко входным цепям вторичных преобразователей. Большинство существующих ПИП измерения различных видов энергоносителей и их параметров имеет токовые аналоговые и/или токовые дискретные выходы (например термопары, термосопротивления). Типичные схемы интерфейсов измерительных каналов представлены на рис. 7.

а) схема подключения  датчика с токовым выходом

б) схема подключения  датчика с числоимпульсным выходом

Рис. 7. Типичные интерфейсы первичных измерительных  преобразователей ПИП (датчиков) со вторичными измерительными преобразователями ВИП (контроллерами) 

  ПИП с токовым аналоговым выходом  имеет встроенный источник тока — генератор тока с некоторым внутренним сопротивлением RВН, который управляется функцией f (x) измерения параметра х энергоносителя (рис. 7а). Ток i = f (x) поступает в линию связи и на входном нагрузочном резисторе RН вторичного преобразователя создает соответствующее падение напряжения, которое далее преобразуется в цифровое значение измеряемого параметра х. ПИП данного вида имеют, как правило, унифицированные выходные сигналы постоянного тока в диапазонах {0 —5}, {0 —20} или {4 —20} мA (току i = 0 или i = 4 мA соответствует некоторое минимальное значение измеряемого параметра х, а току i = iмакс. Из {5— 20} мА — максимальное значение этого параметра). Максимально допустимая длина линии связи между ПИП и ВИП зависит от величины внутреннего сопротивления RВН ПИП, активного сопротивления RЛ линии связи, входного сопротивления RН ВИП, ожидаемого уровня помех

и обычно не превышает несколько десятков метров. ПИП с дискретным выходным сигналом имеют, как правило, гальванически развязанный выход с

открытым коллектором транзистора или релейным «сухим» контактом,

питание которого производится со стороны источника тока, встроенного в ВИП (рис. 7б). При этом величина тока в линии связи имеет значение

i мин. или  i макс., в зависимости от того, закрыт или открыт выход ПИП, что определяется дискретным характером процесса измерения преобразователем параметра х энергоносителя. Последовательность «замыканий —размыканий» выходной цепи ПИП порождает на входе ВИП последовательность токовых двоичных импульсов («0», «1») определенной частоты и длительности, которая используется для цифрового представления измеряемого параметра х. Как правило, ток в линии связи не превышает

10–20 мA. Максимально допустимая длина линии связи зависит от величины

тока ВИП, активного  сопротивления линии и может доходить до 3 км.

Из рассмотренного следует, что выбор типов вторичных преобразователей (контроллеров, систем) в АСКУЭ, а также территориально-распределенная

структура АСКУЭ (удаленность точек учета первого уровня от второго уровня АСКУЭ) во многом зависят от выходных интерфейсов используемых первичных преобразователей. Этот фактор является системным, и его необходимо учитывать как при разработке АСКУЭ, так и при закупке конкретного оборудования для развития существующей АСКУЭ

предприятия.  

Интерфейсы  каналов связи АСКУЭ 

   Каналы связи в трехуровневой структуре АСКУЭ промпредприятия связывают средний уровень АСКУЭ (уровень вторичных измерительных преобразователей ВИП, или контроллеров, систем) с верхним — уровнем ПК. Большинство преобразователей и ПК имеют типовые интерфейсы, рассматриваемые далее.

   Интерфейс с токовой петлей (CL) относится к классу универсальных двухточечных радиальных интерфейсов удаленного последовательного доступа к системам (рис. 8).

а) токовая петля CL

б) интерфейс  радиальный последовательный ИРПС

Рис. 8. Токовые  интерфейсы вторичных измерительных  преобразователей (контроллеров) с  ПК  

   Этот интерфейс широко применяется в промышленном оборудовании, так как позволяет осуществить связь по физическим линиям на

дальние расстояния (до 3 км) без использования аппаратуры передачи данных (модемов).

   Интерфейс CL представляет собой двухпроводную линию, образующую

токовую петлю с дискретно переключаемым источником тока и приемником

(рис. 8а). Последовательные  данные от источника к приемнику передаются побитно и побайтно асинхронным способом сигналами постоянного тока

i = 20 мA (иногда используются сигналы 10, 40 или 80 мA). Ток, превышающий 17 мA, представляет логическую «1» (маркер), а ток, меньший чем 2 мA,— логический «0» (пробел). Одно из взаимодействующих устройств должно быть активным и служить источником тока, а другое — пассивным (приемником). Интерфейс CL имеет, как правило, протяженную линию передачи, которая подвержена влиянию внешних помех и

перенапряжений. Поэтому схемы передатчика и приемника линии могут быть гальванически развязаны за счет использования оптронов и изолированных источников питания (аналогичное решение приведено на рис. 7б).

   Максимальная скорость передачи сигналов по токовой петле — 9600 бит/с при длине линии связи до 300 м. Снижая скорость передачи, можно

почти пропорционально  увеличивать длину линии: на скорости 1200 бит/с длина линии увеличивается до 2000 м. Токовая петля используется обычно

для сопряжения одного передатчика и одного приемника, но, в принципе, она может охватывать и несколько последовательно соединенных пассивных приемников.