21
PRINCIPII DE REALIZARE A SISTEMELOR SCADA PENTRU CONTROLUL FURNIZ RII
AGENTULUI TERMIC ŞI A APEI
IN SECTOARELE URBANE I
Mircea Rî şteiu
Rezumat. Sistemul propus încearc s utilizeze performantele ţi experienţa din
sistemele de alimentare cu energie electric , în scopul îmbun t ţirii parametrilor energetici de
furnizare a agentului termic, dar mai ales a apei potabile si industriale. Sunt analizate componentele unui sistem SCADA care pot fi adaptate sectorului de activitate propus,
precum ţi algoritmii de implementare ţi ulterior, criteriile de evaluare a performantelor
ob ţinute. Sistemul propus face parte dintr-un proiect de modernizare a aliment rii cu ap a
unui sector urban cu peste 150000 locuitori. Rolul acestei implement ări ar trebui să permită, ca
de altfel orice dispecer, realizarea unei siguran ţe în funcţionare sporite, la parametru
calitativi superiori şi la un cost mult inferior actualelor implementări Dup analiza
specificului acestor sisteme urbane se formuleaz func ţiile SCADA specifice.
Cuvinte cheie conform IEEE: SCADA, sistem informatic, management energetic,
criterii de evaluare, algoritmi, HMI, G
1. LOCUL SISTEMELOR DE TIP SCAD ÎN PROCESUL ANALIZAT
În prezent industria energetic pe plan mondial precum şi în ţara noastr se caracterizeaz prin
profunde transform ri structurale. Func ţionarea într-un regim concurenţial duce la amplificarea
eforturilor actuale efectuate de companiile de electricitate în scopul cre şterii eficientei şi calit ţii serviciului.
Una din c ile de realizare a acestui deziderat o constituie orientarea spre noi strategii informatice. Informatizarea reprezint una dintre premisele de baz ale cre
şterii eficienţei şi siguranţei în exploatare a sistemului energetic na
ţional. Este cunoscut faptul c sunt situa
ţii când eficienţa furniz rii agentului termic sau a apei potabile din punctul de vedere a beneficiarului este în strâns dependen
ţ cu cheltuielile de transport şi întreţinere, pe lâng cheltuielile de produc
ţie. Acest lucru face ca sistemul de control al aliment rii s permit alegerea eficient a variantei cu cheltuielile cele mai reduse.
Pentru aceasta, sistemul de reglare a tura ţiei trebuie s înglobeze în funcţia de reglare
pe lâng parametrii de reglare specifici consumatorului şi o seam de parametri care conţin informaţii
legate de sursele de alimentare, de c ile prin care se realizeaz ă alimentarea figura 1. În acest caz,
parametrii principali ai surselor S l, S2 ar putea fi în cazul re ţelelor de alimentare cu ap
presiunea şi debitul, furnizate, iar liniile magistrale de alimentare ar putea fi caracterizate
prin cheltuielile de transport TI, T2, T3 şi exploatare El, E2, E3. Funcţia de reglare
22 con
ţine parametrii pi, p2, ..., pn care va controla alimentarea cu ap a eficient din punctul de vedere al consumatorului.
Aceast abordare - eficientizarea unui parametru din punctul de vedere al consumatorului - este necesar având in vedere c în cazul serviciilor c tre utilizatori,
reducerea cheltuielilor de producere şi exploatare se reflect atât la consumator cât şi la
produc tor. Func ţionarea într-un regim concurenţial duce la amplificarea eforturilor actuale
efectuate de companiile prestatoare de servicii în scopul cre şterii eficienţei şi calit ţii
serviciului. Una din c ile de realizare a acestui deziderat o constituie orientarea spre noi strategii informatice. Informatizarea reprezint una dintre premisele de baz ale cre
şterii eficien
ţei şi siguranţei în exploatare a sistemelor implementate. Altfel spus, în acest moment fiecare sta
ţie de pompare, de distribuţie devine parte component , un nod al unei re
ţele, iar analiza fiec rui nod implic analiza întregii p rţi a reţelei care este în rela
ţie cu nodul respectiv. Iar analiza sistemului energetic cuprinde analiza sistemului electric împreun
ă cu cel hidraulic, termic.
Fig. 1. Componen ţa funcţiei complexe de control
Prin defini ţie sistemul informatic SCADA Supervisory Control and Data
Acquisition sau dup alte publica ţii Security Control and Data Acquisition reprezint
sistemele informatice modeme, destinate urm ririi şi conducerii operative a proceselor
industriale, pe baza datelor achizi ţionate on line. Termenii DMS şi EMS provin tot din limba
englez : •
DMS-Distribution Management System sistemul de management al distribu
ţiei; •
EMS - Energy Management System sistemul de management al energiei.
23 Sistemele SCADA sunt deosebit de complexe
şi trebuie s fie capabile s integreze la nivel software întreaga gam de func
ţii necesare conducerii operative proceselor energetice:
• urm
ărire operativă; •
gestionare evenimente; •
arhivare; •
reglare bilan ţuri energetice;
• analiz
ă postavarie; •
ghid operator; •
diagnoz ă;
• mers economic, etc.
Toate aceste func ţii au drept scop optimizarea funcţion rii şi conducerii operative
a sistemelor în ansamblul lor, prin furnizarea rapid şi detaliat a datelor primare sau
prelucrate, oferind operatorilor imagini de ansamblu, sugestii operative şi interpret ri
detaliate ale situa ţiei reale asupra instalaţiilor urm rite.
Exploatarea şi conducerea unor procese energetice cum ar fi cazul celor amintite deja,
printr-un sistem informatic SCAD care realizeaz atât func ţii EMS cât şi funcţii DMS,
contribuie la cre şterea eficienţei în funcţionare prin urm toarele:
• exploatare corect
ă a grupurilor energetice; •
cre şterea randamentelor şi scăderea consumurilor specifice;
• sc
ăderea posibilităţii deciziilor greşite datorate subiectivităţii; •
cre şterea siguranţei în funcţionare şi a disponibilităţii grupurilor
energetice; •
eliminarea, limitarea sau evitarea unor regimuri anormale de func ţionare;
• prelungirea duratei de via
ţă a instalaţiilor şi echipamentelor electrice. DMS - Distribution Management Systems Sisteme de Management al
Distribu iei
Sistemele de management al distribu ţiei DMS Distribution Management Systems
trebuie s ofere operatorilor primari instrumente necesare pentru îndeplinirea urm toarelor sarcini globale din punct de vedere economic:
• reducerea pierderilor financiare
şi a daunelor datorate incidentelor, avariilor, deranjamentelor;
• îmbun
ătăţirea calităţii serviciului; •
posibilitatea amân ării unor investiţii printr-o mai bună utilizare a
instala ţiilorechipamentelor existente;
• minimizarea pierderilor de energie;
DMS ofer operatorilor dou instrumente de baz pentru ca acesta s - şi poat
realiza sarcinile: •
capacitatea de supraveghere, comand ă – control şi automatizare a
re ţelei;
• capacitatea de preluare a informa
ţiilor de la alte sisteme informatice. Datorit acestei caracteristici, operatorul va beneficia de o imagine clar
şi
24 actualizat a re
ţelei şi de localizare a defectelor. DMS cuprinde în structura sa urm toarele subsisteme de baz :
• SCADA - Supervisory Security Control and Data Acquisition Sistem
Achizi ţii Date, Supraveghere, Teleconducre;
• DA Automatizarea Distribu
ţiei; •
DSM Managementul Cererii de Consum; •
CIS - AMR Sistem rela ţii cu Consumatorii - Citirea Automată de la
distan ţă a înregistratoarelor;
• AMFMGIS Cartografiere Automat
ă ManagementulPatrimoniuluiSistem InformaticGeografic;
• FCM Managementul Forma
ţiilor de Lucru etc. DMS include func
ţii de achiziţie de date, control supraveghere, aplicaţii de analiz a reţelei de distribu
ţie, automatizarea staţiilor, precum şi asigurarea leg turilor cu alte sisteme de control computerizate, incluzând
şi alte sisteme automate de interfaţ cu consumatorii. Automatizarea distribu
ţiei DA reprezint utilizarea echipamentelor şi a sistemelor pentru achizi
ţia, prelucrarea şi prezentarea informaţiilor referitoare la starea şi performanţele reţelei de distribu
ţie, pentru comanda de la distanţ de la un punct central a aparatajului de comutaţie primar
şi pentru reconfigurarea automat f r o intervenţie uman a reţelei de distribuţie, ca r spuns la evenimentele specifice petrecute in re
ţea. Un sistem de automatizare a distribu
ţiei, bine definit şi bine proiectat, permite utilizatorului s supravegheze de la distan
ţ , s coordoneze şi s exploateze în timp real componentele distribu
ţiei, ceeea ce conduce la eficientizarea şi îmbun t ţirea fiabilit ţii reţelei de distribuţie a energiei electrice, la reducerea costurilor
şi la creşterea efectiv a calit ţii serviciului oferit consumatorilor.
Aplica ţii specifice, componente de baz ale sistemului de automatizare a distribuţiei
DA, sunt: •
restaurarea aliment ării agent, inclusiv cu energie electrică în urma defectelor;
• ini
ţierea prin telecomandă a acţiunilor necesare pentru echilibrarea consumului;
• telecomanda elementelor principale de comuta
ţie; •
supravegherea de la distan ţă a stării instalaţiilor reţelei de medie tensiune
MT. Fiecare dintre aceste aplica
ţii cuprinde de fapt seturi întregi de funcţii; spre exemplu aplica
ţia de telecomanda elementelor principale de comutaţie implic acţionarea asupra întreruptoarelor corespunz toare prin algoritmi specifici cu scopul stabilirii unei ramuri din re
ţeaua de alimentare cu ap . Ocolirea atât a dezechilibrelor electrice cât
şi fluidice impune acţiuni specifice, cu grad ridicat de complexitate. In aceast faz a analizei se poate face o prim sugestie de
îndreptare a cercet rilor - implementarea sistemelor de alimentare cu energie electric
ă fără
sisteme de întreruptoare, pentru simplificarea algoritmilor de lucru al DA.
Arhitectura hardware a unui sistem informatic SCADA pentru conducerea
operativ a proceselor electroenergetice sau energetice - pentru c ă în acest moment nu
mai pat fi separate cele dou ă sisteme - se bazeaz pe reţelele de calculatoare electronice,
asigurând prelucrarea distribuit pe niveluri ierarhice. Func
ţia de server în cadrul Sistemului Informatic de Conducere Operatic SICO
25 este de
ţinut de un echipament cu facilit ţi importante, precum: •
multiprocesare simetric ă;
• facilit
ăţi de timp real; •
securitate sporit ă a datelor analizate;
• administrare îmbun
ătăţită. Arhitectura promovat de speciali
şti permite în mod natural utilizarea mai multor servere de aplica
ţii, în funcţie de complexitatea procesului condus şi a funcţiilor care sunt implementate de sistem exemplu: server de baze de date, server pentru sisteme expert,
server pentru diagnoz etc.. In cazul aplica ţiilor uzuale este utilizat un singur calculator
server pentru implementarea func ţiilor sistemului, exploatând caracteristica multitasking pe
care o are sistemul de operare. Pentru realizarea interfe
ţei cu operatorul s-a optat în favoarea utiliz rii mediului MIS - Windows 95 realizat de firma american Microsoft. Windows este un mediu de operare
şi programare care ofer utilizatorilor o interfa
ţ grafic prietenoas , bazat pe ferestre ecran şi mijloace de interac
ţiune moderne: meniuri, butoane simulate pe ecran, cursoare grafice, cutii de dialog, icon-uri
şi altele. Sistemul de comunica
ţii se bazeaz pe protocolul TCPIP dezvoltat în SUA. Este standardul de comunica
ţie natural al sistemului de operare UNIX. Dac pe calculatoarele rulând sub UNIX, protocolul TCPIP este disponibil în mod natural, pentru utilizarea lui sub
PCAT este necesar pachetul de programe SUN PC - NFS produs de firma american SUN Microsystems INC. Acest pachet de programe permite interconectarea calculatoarelor DOS cu
sistemele UNTX, PC - NFS implementeaz modelul de interconectare a sistemelor deschise OSI, furnizând instrumente, precum: RPC Remote Procedure Caii, XDR Externai Data
Representation
şi socket. Dezvoltarea sistemului de programe aferent Sistemului de Conducere se face în
tehnologia Object -Oriented Programming OOP, întregul software al Sistemului de Conducere este scris în C
şi C++. Mai nou, limbajele grafice, spre exemplu G, ofer facilit
ţi de scriere directe a funcţiilor dorite.
2. FUNC IILE PRINCIPALE ALE SISTEMELOR INFORMATICE SCADA
