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

   Токовая петля позволяет передавать данные по двухпроводной линии в одном направлении (симплексная связь): от передатчика к приемнику. Для

дуплексной связи (одновременной передачи в двух противоположных направлениях) используется четырехпроводная линия (рис. 8б). Такой

принцип используется в интерфейсе ИРПС. Интерфейс содержит цепь 1 «Передаваемые данные» (Пд+/Пд_) и цепь 2 «Принимаемые данные» (Пр+/Пр_). Этот интерфейс гарантирует передачу сигналов со скоростью

9600 бит/с на расстояние до 500 м (на больших расстояниях пропорционально снижается скорость), но не регламентирует типы применяемых кабелей и разъемов.

  Другой тип массового, наиболее широко используемого интерфейса — интерфейс стандарта Ассоциации электронной промышленности США (EIA) RS_232C (европейский аналог стандарт CCITT V.24). Этот тип интерфейса применим для синхронной и асинхронной связи между устройствами в симплексном, полудуплексном и дуплексном режимах. Стандарт регламентирует состав, назначение и обозначение линий (цепей) интерфейса, их нумерацию, электрические характеристики, обозначения и уровни сигналов интерфейса, скорости передачи данных и тип используемых разъемов.

    В зависимости от условий конкретного применения используется различное

число линий  интерфейса. Так, для асинхронного обмена через модем требуются 8 цепей, а  для аналогичной связи по физическим линиям — только три цепи: данные передатчика T*D, данные приемника R*D и  сигнальная земля GND —рис.9.  

а) структура  интерфейса RSA232C для асинхронной  связи по физическим

линиям

б) битовая структура  передаваемого байта при асинхронной  связи

Рис. 9. Интерфейс RSA232C 

   Соединения по интерфейсу RS_232C реализуются через стандартные 9 или

25_контактные  разъемы типа DB9 или DB25.

Cкорость передачи данных по интерфейсу RS_232C составляет от 50 до

19200 бит/с, а максимальная длина линий связи при максимальной скорости

не превышает 16 м. На практике это расстояние может  быть существенно увеличено при  снижении скорости передачи и использовании  экранированного кабеля с малой  собственной емкостью (при скорости 1200 бит/с максимальная длина неэкранированного кабеля достигает 900 м). Типичный формат асинхронной передачи данных по интерфейсу представлен на рис. 9б (аналогичный формат используется и для интерфейса ИРПС). Передаваемый байт данных оформляется стартовым битом, битом паритета и стоповым битом. Любое сообщение, передаваемое по интерфейсу асинхронным способом, представляет совокупность байтов данных, оформленных указанным образом.

   Позднее были разработаны новые стандарты, позволившие улучшить согласование линий, увеличить расстояние и скорость передачи данных, реализовать более сложную структуру соединений приборов. Стандарт RS_422A ориентирован на использование дифференциальной сбалансированной линии передачи с импедансом 50 Ом, что повышает помехоустойчивость интерфейса, длину линии связи и скорость передачи (10 Мбит/с при длине кабеля до 13 м и 100 кбит/с при длине 1300 м). Кроме того, этот стандарт допускает подключение к одному передающему устройству до 10 приемников. Более поздний стандарт RS_485A, являющийся усовершенствованием RS-422A, ориентирован при тех же скоростных характеристиках на совместную работу до 32 источников и 32 приемников данных. Последние два стандарта позволяют объединять приборы в разветвленные сетевые структуры и поэтому в последние годы они все чаще реализуются в различных приборах, в том числе и в приборах учета энергоресурсов.

  Рассмотренные интерфейсы каналов связи дают возможность строить различные территориально-распределенные и децентрализованные АСКУЭ промпредприятий (рис. 10).

а) интерфейс  по физической линии RSA232

б) интерфейс  по коммутируемому телефонному каналу

в) интерфейс  по физической линии ИРПС

г) интерфейс  согласно RSA485

Рис. 10. Структуры  АСКУЭ с учетом применяемых интерфейсов 

   Трехпроводной интерфейс RS_232C позволяет самым простым способом

подключать к  порту ПК удаленную (до 900 м) систему  учета. При необходимости подключить к компьютеру несколько систем в  ПК встраивается стандартный мультиплексор RS_232C на требуемое количество каналов (4, 8 или 16).

  Необходимо заметить, что для защиты оборудования от перенапряжений в линиях связи (особенно при грозовых разрядах) надо применять сетевые

фильтры передачи данных СФПД.

  Структуры АСКУЭ, использующие внутризаводские или городские телефонные линии, также работают с интерфейсом RS_232C, к которому в этом случае подключаются модемы как со стороны систем, так и со стороны ПК (рис.10б). К такой сети можно подсоединять неограниченное количество систем при условии, что время сбора данных не лимитируется.

  Другой тип сети с удаленным (до 3 км) подключением системы к компьютеру использует четырехпроводной интерфейс ИРПС (рис. 10в). Для подключения к ПК нескольких систем по такому интерфейсу используется соответствующий мультиплексор ИРПС, встраиваемый в компьютер.   Современный интерфейс RS_485 позволяет строить разветвленные

децентрализованные  АСКУЭ по многоточечной схеме (с  удалением систем до 1200 м от ПК) с  минимальными затратами кабеля (используются двухпроводные линии связи —  рис. 10г). 

Задачи  систем контроля и учета 

Структуры АСКУЭ предназначены для решения следующих задач:

• комплексный автоматизированный коммерческий и технический учет электроэнергии и энергоносителей (питьевая, техническая и теплофикационная вода, пар, сжатый воздух, природный и технические газы, нефтепродукты) по предприятию, его инфра (котельная и объекты жилкомбыта) и интраструктурам (цеха, подразделения, субабоненты) по действующим тарифным системам по всем параметрам энергоучета (для электроэнергии — по расходу и мощности, для энергоносителей—по количеству и расходу среды, по количеству и расходу тепла со средой, по давлению и температуре среды энергоносителя) с целью производства внешних и внутренних расчетов по энергоресурсам и обеспечения их рационального расхода;
• контроль энергопотребления по всем энергоносителям, точкам и структурам учета в заданных временных интервалах (3, 30 минут, зоны, смены, сутки, декады, месяцы, кварталы и годы) относительно заданных лимитов, режимных и технологических ограничений мощности, расхода, давления и температуры с целью экономии энергоресурсов и обеспечения безопасности энергоснабжения;
• фиксация отклонений контролируемых величин энергоучета и их оценка в абсолютных и относительных единицах с целью облегчения анализа энергопотребления;
• сигнализация (цветом, звуком, распечаткой) отклонений контролируемых величин сверх допустимого диапазона значений с целью принятия оперативных решений;
• прогнозирование (кратко-, средне- и долгосрочное) значений величин энергоучета с целью планирования энергопотребления;
• автоматическое управление энергопотреблением на основе заданных критериев и приоритетных схем включения/отключения потребителей_регуляторов с целью экономии ручного труда и обеспечения качества управления;
• обеспечение внутреннего хозрасчета по энергоресурсам между цехами и подразделениями завода с целью экономии энергоресурсов и их рационального расходования на рабочих местах;
• точный расчет с субабонентами предприятия по энергопотреблению с целью справедливого распределения энергозатрат.

  Приведенный перечень задач АСКУЭ имеет перспективный характер, так как большинство действующих АСКУЭ промышленных предприятий в силу

своих структурных  и функциональных ограничений решают только часть рассмотренных задач (как правило, первые три). 

Функции АСКУЭ 

   Для решения указанных задач и достижения соответствующих целей энергоучета программноаппаратные средства децентрализованной АСКУЭ должны обеспечивать выполнение ряда функций как на среднем уровне

АСКУЭ (уровне систем), так и на верхнем уровне (уровне ПК).

Функции систем среднего уровня, как правило, жестко запрограммированы в заводских условиях и не подлежат изменению в процессе эксплуатации. Эти

функции выражаются в перечне штатных параметров энергоучета, которые при всей их предопределенности действующими правилами энергоучета все же специфичны для системы каждого типа и зависят от опыта, знаний и системных представлений разработчика и изготовителя систем. Поэтому выбор того или иного типа систем энергоучета для конкретного предприятия необходимо проводить не только по структурным, но и по функциональным характеристикам систем.

   Всю совокупность функций систем среднего уровня и ПК верхнего уровня

АСКУЭ можно  классифицировать по следующим группам функций:

• формирование нормативно-справочной базы энергоучета предприятия по каждой точке и структуре учета, тарифам, зонам, сменам, аппаратным и программным средствам АСКУЭ;
• сбор в автоматическом (по заданным периодам времени) и ручном (по запросу оператора) режимах конкретных штатных параметров каждой системы децентрализованной АСКУЭ по каждой точке и/или структуре учета;
• накопление данных энергоучета в базе данных АСКУЭ на ПК по каждой точке учета с заданной временной дискретностью на требуемую ретроспективу;
• обработка накопленных значений энергоучета в соответствии с действующими тарифами, схемой энергоснабжения и структурой учета предприятия;
• отображение измерительной и расчетной информации энергоучета в виде комплекса графиков, таблиц и ведомостей на мониторе ПК.

 

Экономическая эффективность АСКУЭ промышленных предприятий 

   Смысл создания и использования АСКУЭ заключается в постоянной экономии энергоресурсов и финансов предприятия при минимальных начальных денежных затратах. Величина экономического эффекта от использования АСКУЭ достигает по предприятиям в среднем 15-30% от годового потребления энергоресурсов, а окупаемость затрат на создание АСКУЭ происходит за 2-3 квартала. На сегодняшний день АСКУЭ предприятия является тем необходимым механизмом, без которого невозможно решать проблемы цивилизованных расчетов за энергоресурсы с их поставщиками, непрерывной экономии энергоносителей и снижения доли

энергозатрат в себестоимости продукции предприятия.

  По мере автоматизации технологических процессов предприятия, снижения степени человеческого участия в производстве и повышения уровня его

организации АСКУЭ может быть трансформирована в автоматическую систему с обратным контуром управления энергопотреблением не через энергетика-диспетчера или руководителя, а через соответствующие устройства управления нагрузками регуляторами. До тех же пор, пока в технологии производства преобладает человек со своими случайными волевыми решениями, АСКУЭ сохранится как автоматизированная система, позволяющая, в первую очередь, выявлять все потери энергоресурсов, связанные с неэффективным человеческим участием в процессе энергопотребления.

   Уровень энергопотребления предприятия определяется, с одной стороны,

энергоемкостью установленного технологического оборудования, а с другой

стороны, режимами его эксплуатации, которые задаются персоналом предприятия непосредственно на рабочих местах, исходя из производственных и личных интересов и потребностей. Изменение первой базовой составляющей энергопотребления требует замены устаревших энергоемкого оборудования и техпроцесса более современными и менее энергоемкими, что связано с модернизацией производства и привлечением крупных инвестиций, что в условиях нашей экономики проблематично.    Поэтому необходимо обратить внимание на возможности минимизации второй, организационно-технической составляющей (ОТС) энергопотребления предприятия (рис. 13), которая не требует крупных денежных затрат, но при реализации дает эффект практически мгновенно.    Заметим, что актуальность минимизации этой составляющей сохраняется и после сокращения базового энергопотребления в результате модернизации производства.

Рис. 13. Составляющие энергопотребления промышленного предприятия