АСКУЭ на базе счетчика МКТС

Размещено на http://www.allbest.ru/

19

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА» ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ

Институт безотрывных форм обучения

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов»

на тему:

АСКУЭ на базе счетчика МКТС

Санкт-Петербург



Содержание

Введение

Понятие АСКУЭ

Цели энергоучета и задачи АСКУЭ

Счетчик МКТС

Состав и устройство счетчика МКТС

Функциональные возможности счетчика МКТС

Монтаж электрических соединений теплосчетчика

Заключение

Приложение (Схема АСКУЭ на базе счетчика МКТС)

Список используемой литературы



Введение

Высокая стоимость энергоресурсов обусловила кардинальное изменение отношения к организации энергоучета в промышленности и других энергоемких отраслях (транспорт и жилищно-коммунальное хозяйство). Потребители начинают осознавать, что в их интересах необходимо рассчитываться с поставщиком энергоресурсов не по каким-то условным нормам, договорным величинам или устаревшим и неточным приборам, а на основе современного и высокоточного приборного учета. Под давлением рынка энергоресурсов потребители приходят к пониманию той простой истины, что первым шагом в экономии энергоресурсов и снижении финансовых потерь является точный учет. Современная торговля энергоресурсами основана на использовании автоматизированного приборного энергоучета, сводящего к минимуму участие человека на этапе измерения, сбора и обработки данных и обеспечивающего достоверный, точный, оперативный и гибкий, адаптируемый к различным тарифным системам учет, как со стороны поставщика энергоресурсов, так и со стороны потребителя. С этой целью, как поставщики, так и потребители создают на своих объектах автоматизированные системы контроля и учета энергоресурсов - АСКУЭ. При наличии современной АСКУЭ промышленное предприятие полностью контролирует весь свой процесс энергопотребления и имеет возможность по согласованию с поставщиками энергоресурсов гибко переходить к разным тарифным системам, минимизируя свои энергозатраты.

Ход развития мировой энергетики и промышленности показывает, что альтернативы принципу "все надо учитывать и за все надо платить" нет. И если сегодня кому-то еще удается бесконтрольно пользоваться чужими энергоресурсами, то завтра это станет попросту невозможно, и преимущества будут у того, у кого все процессы энергопотребления будут уже под полным контролем.



Понятие АСКУЭ

Решение проблем энергоучета на предприятии требует создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ), в структуре которых в общем случае можно выделить четыре уровня:

Первый уровень - первичные измерительные приборы (ПИП) с телеметрическими или цифровыми выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета потребителей (потребление электроэнергии, мощность, давление, температуру, количество энергоносителя, количество теплоты с энергоносителем) по точкам учета (фидер, труба и т.п.);

Второй уровень - устройства сбора и подготовки данных (УСПД), специализированные измерительные системы или многофункциональные программируемые преобразователи со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с территориально распределенных ПИП, накопление, обработку и передачу этих данных на верхние уровни;

Третий уровень - персональный компьютер (ПК) или сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с УСПД (или группы УСПД), итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам - по подразделениям и объектам предприятия, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений управления) оперативным персоналом службы главного энергетика и руководством предприятия;

Четвертый уровень - сервер центра сбора и обработки данных со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющий сбор информации с ПК и/или группы серверов центров сбора и обработки данных третьего уровня, дополнительное агрегирование и структурирование информации по группам объектов учета, документирование и отображение данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений персоналом службы главного энергетика и руководством территориально распределенных средних и крупных предприятий или энергосистем, ведение договоров на поставку энергоресурсов и формирование платежных документов для расчетов за энергоресурсы;

Все уровни АСКУЭ связаны между собой каналами связи. Для связи уровней ПИП и УСПД или центров сбора данных, как правило, используется прямое соединение по стандартным интерфейсам (типа RS-485, ИРПС и т.п.). УСПД с центрами сбора данных 3-го уровня, центры сбора данных 3-го и 4-го уровней могут быть соединены по выделенными, коммутируемыми каналам связи или по локальной сети.

Рис.1 Схема четырехуровневой АСКУЭ

Цели энергоучета и задачи АСКУЭ

Можно выделить две цели, достигаемые с помощью контроля и учета поставки/потребления энергоресурсов, вне зависимости от используемых для этого технических средств:

1. Обеспечение расчетов за энергоресурсы в соответствии с реальным объемом их поставки/потребления.

2. Минимизация производственных и непроизводственных затрат на энергоресурсы.

Благодаря различным способам достижения цели минимизация затрат на энергоресурсы может быть реализована как без уменьшения объема потребления энергоресурсов, так и за счет уменьшение объема потребления энергоресурсов. Эти цели достигаются благодаря решению следующих задач учета энергоресурсов и контроля их параметров.

Задачи систем контроля и учета.

точное измерение параметров поставки/потребления энергоресурсов с целью обеспечения расчетов за энергоресурсы в соответствии с реальным объемом их поставки/потребления и минимизации непроизводственных затрат на энергоресурсы, в частности, за счет использования более точных измерительных приборов или повышения синхронности сбора первичных данных;

диагностика полноты данных с целью обеспечения расчетов за энергоресурсы в соответствии с реальным объемом их поставки/потребления за счет повышения достоверности данных, используемых для финансовых расчетов с поставщиками энергоресурсов и субабонентами предприятия и принятия управленческих решений;

комплексный автоматизированный коммерческий и технический учет энергоресурсов и контроль их параметров по предприятию, его инфра- (котельная и объекты жилкомбыта) и интраструктурам (цеха, подразделения, субабоненты) по действующим тарифным системам с целью минимизации производственных и непроизводственных затрат на энергоресурсы;

контроль энергопотребления по всем энергоносителям, точкам и объектам учета в заданных временных интервалах (5, 30 минут, зоны, смены, сутки, декады, месяцы, кварталы и годы) относительно заданных лимитов, режимных и технологических ограничений мощности, расхода, давления и температуры с целью минимизации затрат на энергоресурсы и обеспечения безопасности энергоснабжения;

фиксация отклонений контролируемых параметров энергоресурсов, их оценка в абсолютных и относительных единицах для анализа как энергопотребления, так и производственных процессов с целью минимизации затрат на энергоресурсы и восстановление производственных процессов после их нарушения из-за выхода контролируемых параметров энергоресурсов за допустимые пределы;

сигнализация (цветом, звуком) об отклонениях контролируемых величин от допустимого диапазона значений с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет принятия оперативных решений;

прогнозирование (кратко-, средне- и долгосрочное) значений величин энергоучета с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет планирования энергопотребления;

автоматическое управление энергопотреблением на основе заданных критериев и приоритетных схем включения/отключения потребителей - регуляторов с целью минимизации производственных затрат на энергоресурсы за счет экономии ручного труда и обеспечения качества управления;

поддержание единого системного времени с целью минимизации непроизводственных затрат на энергоресурсы за счет обеспечения синхронных измерений. Большинство действующих АСКУЭ промышленных предприятий в силу своих структурных и функциональных ограничений решают только часть рассмотренных задач.

Счетчик МКТС

Теплосчётчики МКТС предназначены для измерения и учёта количества тепловой энергии, объёмного и массового расхода, объёма и массы, температуры и давления теплоносителя в открытых и закрытых системах водяного теплоснабжения, теплопотребления и теплоотведения; объёмного и массового расхода, объёма и массы, температуры и давления воды в системах водоснабжения и водоотведения; объёмного расхода, объема, температуры и давления жидких сред (воды, молока, соков, алкогольной продукции с содержанием этилового спирта до 60% и др.) в технологических процессах, в том числе в пищевой промышленности. Область применения теплосчетчиков: коммерческий и технологический учёт на объектах теплоэнергетического комплекса жилищно-коммунального хозяйства и промышленных предприятий, информационно-измерительные системы, системы контроля и регулирования технологических процессов.

Состав и устройство счетчика МКТС

В состав теплосчетчика входят:

системный блок (СБ);

до 16 измерительных модулей (ИМ), 12 из которых могут включать в свой состав электромагнитные преобразователи расхода;

до 16 первичных преобразователей температуры (ПТ);

до 16 первичных преобразователей давления (ПД);

до 12 первичных преобразователей расхода: электромагнитных (в составе ИМ) и преобразователей расхода или счетчиков воды с импульсным выходом (ПРИ).

Связь между измерительными модулями и системным блоком осуществляется по цифровому каналу обмена данными. Использование цифрового канала обмена данными между измерительными модулями и системным блоком теплосчетчика МКТС исключает необходимость ввода индивидуальных калибровочных коэффициентов для расходомеров (например, веса импульса) при настройке параметров узла учета (УУ) - таких коэффициентов просто нет. Это позволяет исключить возможность фальсификации коммерчески значимой информации, связанную с неправильным вводом веса импульса расходомера. В случае наличия в конфигурации УУ расходомеров «импульсного» типа других производителей, подключенных к теплосчетчику МКТС, настроечные коэффициенты таких расходомеров выводятся на дисплей системного блока МКТС. Один теплосчетчик МКТС может обслуживать от 1 до 4 независимых узлов учета.

Системный блок устанавливается на стене помещения в удобном для пользователя месте. Он выполняет функции вычисления, архивирования данных, поддержки интерфейсов, обеспечивает стабилизированным питанием все элементы теплосчётчика.

Рис.2 Общий вид системного блока счетчика МКТС

Системный блок состоит из 2-х частей: основного блока и дисплейно-клавиатурной панели (ДКП), которые соединены между собой петлями. Основной блок содержит :

материнскую плату (плату вычислителя)

блок питания системного блока и всех подключенных к нему измерительных модулей;

аккумулятор резервного питания, если блок питания - бесперебойный;

плату подключений для подсоединения кабеля сетевого питания, кабелей линий связи с измерительными модулями и кабелей различных интерфейсов;

гермовводы для этих кабелей;

планку для крепления защитных рукавов и/или кабелей.

Рис.3 Расположение элементов системного блока

Материнская плата содержит микроконтроллер, управляющий процессами обработки данных в теплосчетчике, энергонезависимую память для хранения архивов, микросхему часов реального времени и календаря с литиевым элементом резервного питания, интерфейсы RS-232 и RS-485. На материнской плате также размещены шесть слотовых разъёмов (XS1…XS6) для установки плат расширения:

устройства печати протоколов на принтер (УПП) - устанавливается в слот XS5;

платы для записи архивов на USB флэш-диск - устанавливается в слот XS6;

платы GSM модема;

платы регулирования температуры теплоносителя;

платы интерфейса RS-485 (независимого от RS-232);

платы интерфейса LonWorks;

платы токовых выходов 4-20, 0-20 или 0-5 мА (ПТВ);

платы частотных выходов (ПЧВ);

платы дискретных входов;

платы дискретных выходов.

Платы расширения могут устанавливаться в любой слот материнской платы, если не указано иное. Все платы расширения, кроме USB, гальванически изолированы от материнской платы как по питанию, так и по интерфейсу. Номенклатура плат расширения может расширяться, например, для реализации различных интерфейсов для связи с внешними устройствами. Разъёмы интерфейсов RS-232, USB и LPT выходят на правую боковую стенку основного блока и закрываются защитной крышкой. Интерфейсы RS-232 и RS-485 (отключающийся при подключении к разъему RS-232) входят в базовую комплектацию системного блока. Остальные интерфейсы реализуются с помощью плат расширения.

Блок питания СБ может быть сетевым или бесперебойным (ББП). ББП обеспечивает питание теплосчётчика от встроенного аккумулятора при пропадании сетевого напряжения. Переключение питания МКТС с сетевого на автономное и обратно осуществляется автоматически, в зависимости от величины напряжения в силовой сети. Источником энергии для питания МКТС в автономном режиме служит входящая в состав СБ аккумуляторная батарея (АКБ) с номинальным напряжением 12 В и с номинальной электрической ёмкостью 7 или 12 А*час (в зависимости от комплектации). При необходимости допускается применение АКБ с другим значением номинальной электрической ёмкости (но не менее 7 А*час). О работе МКТС в режиме автономного питания свидетельствует периодическое, примерно 1 раз в секунду, мигание светодиодного индикатора питания на ДКП.

Максимальное время автономной работы МКТС (Т, час) можно оценить по формуле:

Т ? 4С/(N+2),

где С - ёмкость аккумулятора в А*час, N - количество измерительных модулей, подключенных к СБ. При работе в автономном режиме ББП контролирует напряжение на АКБ и автоматически выключает питание МКТС при снижении этого напряжения до 11 В для предотвращения переразряда батареи. При появлении рабочего напряжения в силовой сети ББП восстанавливает питание всех узлов МКТС и производит заряд АКБ.

Измерительные модули предназначены для измерения расхода, температуры и давления. Измерительные модули устанавливаются на соответствующих трубопроводах. Основу измерительного модуля составляет электронный блок (ЭБ), к которому подключаются первичные преобразователи. Электронный блок преобразует сигналы первичных преобразователей в значения величин расхода, температуры и давления и передает их в СБ в цифровом формате по специализированному интерфейсу связи в физических единицах (м3 /час, градусах Цельсия и кгс/см2 ).

ИМ имеют различные исполнения и обозначаются «Мxyz», где:

x - количество входящих в его состав электромагнитных преобразователей расхода (0 или 1);

y - количество каналов измерения температуры, равное максимальному числу подключаемых к ИМ преобразователей температуры (0, 1 или 2);

z - количество каналов измерения давления, равное максимальному числу подключаемых к ИМ преобразователей давления (0 или 1).

В состав теплосчетчика входит до 16 таких измерительных модулей (из них - до 12 с преобразователями расхода), подключаемых к СБ теплосчетчика витыми парами проводов. По витой паре к измерительному модулю от СБ подается гальванически изолированное питание и осуществляется двусторонний обмен данными. Полярность подключения проводов витых пар не имеет значения.

Рис.4 Общий вид, габаритные и установочные размеры измерительного модуля МКТС

Таблица1. Габаритные и установочные размеры ИМ



Функциональные возможности счетчика МКТС

Теплосчетчики, в зависимости от монтажной и настроечной конфигурации, обеспечивают измерение, вычисление, вывод на дисплей и передачу в системы сбора данных, контроля и регулирования технологических процессов следующей информации для каждого УУ:

суммарного отпущенного/потребленного количества тепловой энергии (в гигакалориях) нарастающим итогом;

суммарных объема (в кубических метрах) и массы (в тоннах) жидкости, прошедшей по каждому трубопроводу, нарастающим итогом;

суммарного времени (в часах) наработки теплосчетчика (времени накопления количества тепловой энергии) и суммарных времен отказов в каждом УУ, нарастающим итогом;

суммарного времени накопления объема и массы жидкости в каждом трубопроводе нарастающим итогом;

текущего значения тепловой мощности (в гигакалориях в час) в каждом УУ;

текущего значения объемного (в кубических метрах в час) и массового (в тоннах в час) расхода жидкости в каждом трубопроводе;

текущего значения температуры (в градусах Цельсия) и давления жидкости (в технических атмосферах абсолютных) в каждом трубопроводе;

текущего значения разности температур в подающем и обратном трубопроводах;

текущего значения температуры наружного воздуха (при наличии соответствующего датчика);

даты и времени;

информации о модификации теплосчетчика, его заводском номере, настроечных параметрах, конфигурации и состоянии;

данных из архивов теплосчетчика.

При отображении на дисплее дополнительно могут использоваться следующие размерности физических величин: гигаджоули и мегаватт-часы для количества тепловой энергии; технические атмосферы избыточные и мегапаскали для давления; мегаватты для тепловой мощности.

Теплосчетчики обеспечивают архивирование в энергонезависимой памяти следующих параметров:

почасового, посуточного и помесячного количества тепловой энергии в гигакалориях (нарастающим итогом);

почасового, посуточного и помесячного объема и массы (нарастающим итогом) теплоносителя в кубических метрах и в тоннах соответственно;

среднечасовых, среднесуточных и среднемесячных температур (в градусах Цельсия) и давлений теплоносителя (в технических атмосферах абсолютных);

среднечасовых, среднесуточных и среднемесячных температур окружающего воздуха (при наличии термопреобразователя) в градусах Цельсия;

времени наработки теплосчетчика в часах;

времени начала и окончания событий и ошибок (неисправностей), а также их кода.

Ёмкость архивов составляет, не менее:

почасового - 120 суток,

посуточного - 16 месяцев,

помесячного - 20 лет,

диагностической информации - 7936 записей.

При отключении сетевого питания вся информация, записанная в архивы, сохраняется в энергонезависимой памяти теплосчетчика не менее 12 лет. Отображение на дисплее накопленных количества тепловой энергии, массы и объема измеряемой среды при наибольшем расходе и наибольшей разности температур обеспечивается в течение всего срока эксплуатации теплосчетчика без возврата в нуль. Цена младшего разряда при отображении на дисплее накопленных количества тепловой энергии, массы и объема измеряемой среды соответствует, по меньшей мере, количеству тепловой энергии, массы и объема соответственно, измеренному за 1 секунду при наибольшем расходе и наибольшей разности температур.

В качестве интерфейса при обмене данными теплосчетчика с компьютером и другими внешними устройствами используются интерфейсы RS-232, RS-485, а также Modbus, LonWorks, сотовый модем, Ethernet и др. при условии комплектации теплосчетчика соответствующими платами расширения или преобразователями интерфейсов. Теплосчетчики обеспечивают выдачу по перечисленным интерфейсам значений всех измеряемых величин и всех архивных данных.

По заказу потребителя измерительная информация может быть представлена в виде одного или нескольких типов выходных электрических сигналов:

постоянного тока в диапазоне 4 - 20 мА или другом по ГОСТ 26.011;

частотного сигнала в диапазоне 0-1000 Гц или другом по ГОСТ 26.010;

импульсного сигнала с заданным весом импульса;

Монтаж электрических соединений теплосчетчика

Электрическое питание всех ИМ теплосчётчика осуществляется от находящегося в СБ источника постоянного напряжения 24 В. Передача питающего напряжения к ИМ, а также обмен данными между СБ и ИМ происходит по двухпроводным высокочастотным линиям связи, выполненным экранированным кабелем «витая пара», например, типа STP, FTP, КАЭфП или аналогичным (сечение медных проводников не менее 0,2 мм2 ). На небольших (менее 100 м) расстояниях допустимо использование неэкранированных витых пар типа UTP, КАП и т.п.

Для связи с ИМ системный блок имеет два канала, обозначаемые L1 и L2. К каждому из каналов может быть подключено до 8 ИМ, 6 из которых с преобразователем расхода. На плате подключений СБ (см. Рис. 3) предусмотрено по две пары клеммных контактов для подключения линий связи к каждому из каналов, обозначенные L1+, L1- (канал L1) и L2+, L2- (канал L2). Там же расположены две пары клемм PE для подключения экранов витых пар. В общем виде схема подключения отдельных ИМ к каналам СБ представлена на Рис.5:

Рис.5 Схема подключения ИМ к СБ МКТС

Для соединения измерительных модулей с системным блоком к каналам L1 и/или L2 подключают линии связи, выполненные из витых пар. Далее будем называть линию связи, подключенную к каналу, термином «сегмент». Количество сегментов для каждого канала не должно превышать двух. Все четыре сегмента полностью равноправны. Для снижения потерь в линиях связи измерительные модули следует распределять по возможности равномерно между сегментами. Волновое сопротивление всех кабелей, входящих в сегменты одного канала, должно быть одинаковым (рекомендуется использовать кабель одного типа для монтажа всех линий связи МКТС).

Для обеспечения нормального питания измерительных модулей необходимо, чтобы длина одного сегмента, выполненного витой парой с сечением медного проводника 0,2 мм2 , удовлетворяла условию S1+S2+…SN < 220 м, где Si - длина линии связи от СБ до i-го ИМ, N - количество ИМ, подключённых к данному сегменту:

Рис.6 Ограничение на длину сегмента

Например, один ИМ может быть расположен на расстоянии до 220 м от СБ, два ИМ одного сегмента - до 110 м, три ИМ одного сегмента - до 73 м, и т.д. Если ИМ расположены так, что длины линий связи между ними и СБ разные, то, например, три ИМ одного сегмента могут располагаться на расстояниях до 40, 70 и 110 м от СБ (40 + 70 + 110 = 220). В зависимости от сечения медного проводника витой пары предельно допустимая сумма длин линий связи одного сегмента в приведённой выше формуле меняется в соответствии с таблицей 2:



Таблица 2. Предельная сумма длин линий связи одного сегмента

Следует подчеркнуть, что указанные предельные длины сегментов являются приблизительными из-за разброса характеристик кабелей и измерительных модулей. Поэтому в проекте узла учета следует закладывать запас по длине кабелей, используемых для монтажа линий связи между СБ и ИМ.

автоматизированная система энергетический учет теплосчетчик



Заключение

Анализируя возможности МКТС, можно сделать вывод, что данный счетчик представляет собой самодостаточную функциональную двухуровневую автоматизированную систему контроля и учета энергоресурсов. А возможность применения большого количества плат расширения и интерфейсов для передачи данных в ПК, позволяет использовать его в мнгоуровневых системах контроля технологических процессов.



Приложение 1

Схема АСКУЭ на базе счетчика МКТС



Список используемой литературы:

1.А.Гуртовцев "Комплексная автоматизация энергоучета на промышленных предприятиях и хозяйственных объектах" журнал "СТА" с.44-45 №3, 1999 г.

2.Быценко С. Г. Инструментальное обеспечение рынка электроэнергии. Концепция создания автоматизированной системы контроля и управления энергопотреблением. Промышленная энергетика №№ 8, 9, 11 1997 г.

3.М. В. Самойлов, В. В. Паневчик, А. Н. Ковалев. Основы энергосбережения: Учеб. пособие / 2-е изд. - Мн.: БГЭУ, 2002. - 198 с.

4.Барышев В., Трутаев В. Источник энергии - в ее экономии // Белор. думка. 1997.

5.Теплосчетчик МКТС. Руководство по эксплуатации. Часть I. Издание 57-е. 19.06.2017

Размещено на Allbest.ru

...