Mikon Systems Companie Publicatii Sistem informatic integrat de management pentru productia de energie electrica si termica
Sistem informatic integrat de management pentru productia de energie electrica si termica
Luni, 15 Noiembrie 2004 13:12

SISTEM INFORMATIC INTEGRAT DE MANAGEMENT

PENTRU PRODUCTIA DE ENERGIE ELECTRICA SI TERMICA

- SUCURSALA ELECTROCENTRALE CONSTANTA

Mat. Constantin Alexandru, Mikon Systems, e-mail: Această adresă de e-mail este protejată de spamboţi; aveţi nevoie de activarea JavaScript-ului pentru a o vizualiza

Ing. Andrei Gusti , Mikon Systems, e-mail: Această adresă de e-mail este protejată de spamboţi; aveţi nevoie de activarea JavaScript-ului pentru a o vizualiza

Mat. Magda Fulger, S.C. Electrocentrale Bucuresti S.A., Sucursala Electrocentrale Constanta, e-mail: Această adresă de e-mail este protejată de spamboţi; aveţi nevoie de activarea JavaScript-ului pentru a o vizualiza

Ing. Dragos Stanciu, SmartStep, e-mail: Această adresă de e-mail este protejată de spamboţi; aveţi nevoie de activarea JavaScript-ului pentru a o vizualiza

 

Abstract: The technological management IT system allows to thermal and electrical power supply companies' managers and to distribution dispatches' qualified personnel, to know the installations and equipments current state functioning, to make the right decisions according to their economical and efficient functioning way, to evaluate the optimum distribution between these two energy forms.

Based on a high performance SCADA system with large possibilities of controls command, all technological and economical calculations on resources, consumptions and production are made on-line, giving permanently the right information on the functioning state.

This IT system represents a good instrument for determining the best technological and economic management of thermal and electrical power supply companies, functioning on the competitive power supply market.

Keywords: technologic, economic, management

 

1. INTRODUCERE

Sistemul informatic integrat de management tehnologic pentru productia de energie electrica si termica este destinat centralelor electrice si de termoficare si vine in intampinarea nevoilor de informatii la toate nivelurile decizionale. Procesul de decizie-conducere in centralele electrice si de termoficare este de tip continuu si necesita existenta unui "tablou de bord" alimentat cu informatii corecte si de timp real pentru realizarea unui nivel-baza de decizie cat mai realist.

Functionalitatea unui astfel de sistem inseamna: culegerea datelor din procesul tehnologic, prelucrarea si transformarea acestora in indicatori tehnologici si financiari utili pentru determinarea modului corect si eficient de functionarea a instalatiilor.

Electrocentrale Constanta este sucursala a S.C. Electrocentrale Bucuresti S.A. si are ca activitate producerea de energie electrica si termica.

Electrocentrale Constanta, incepand cu anul 1999, a trecut la implementarea unui sistem informatic cu grad ridicat de integrare, intr-o tehnologie moderna si care sa acopere activitatile caracteristice (vezi arhitectura prezentata in figura 1).

In cadrul S.E. Constanta, realizarea unui sistem informatic integrat a constat in parcurgerea unor etape proiect - realizare - implementare - interfatare pentru fiecare subsistem din componenta.

Subsistemele software au fost concepute si realizate ca aplicatii personalizate si personalizabile, extensibile sub aspectul numarului si natura marimilor fizice de proces sau datelor de intrare gestionabile, interfatabile, dar care pot rula si independent. Alte doua subsisteme reprezinta infrastructuri de transmisii de date pentru: marimile de proces tehnologic ale sistemului SCADA si date-voce - Ethernet-fibra optica.

 

2. ETAPELE PROIECTULUI

Realizarea acestui proiect a cuprins trei etape majore:

•  1999-2002: Managementul activitatilor tehnico - economice si de gestiune - MIS (Sistem de Management al Informatiilor), SIVECO ROMANIA

•  2002-2003: Sistemul de monitorizare a parametrilor tehnologici - SCADA (Sistem de Control si Achizitii de Date), MIKON SYSTEMS

•  2003-2004: Aplicatii software pentru regimul zilnic de exploatare si calculul consumului specific de combustibil pentru producerea de energie termica si electrica si repartizarea costurilor de functionare pe produse de baza si secundare conform normativelor si prescriptiilor energetice A.N.R.E., MIKON SYSTEMS

Partenerii SE Constanta pentru realizarea sistemului informatic sunt:

•  Hewlett Packard - furnizor echipamente hardware PC

•  National Instruments - furnizor hardware industrial pentru achizitie si procesare marimi tehnologice si furnizor platforma software de dezvoltare

•  Oracle si Microsoft - furnizori de platforme software de baza (sisteme de operare si servere de baze date)

•  Siveco Romania si Mikon Systems - furnizori de servicii, design, realizare si implementare aplicatii software

3. DESCRIEREA SOLUTIEI

 

3.1 Sistemul SCADA

3.1.1 Descrierea generala

Sistemul de monitorizare a parametrilor tehnologici ai CET PALAS, realizat in cadrul lucrarii, este o aplicatie tip SCADA cu functii de achizitie, stocare prelucrare si transmisie in timp real a principalilor parametrii tehnologici ai termocentralei. Scopul aplicatiei este acela de a furniza informatii necesare imbunatatirii performantelor in exploatarea sistemului atat prin realizarea de balante instantanee cat si prin realizarea de rapoarte zilnice, decadale, lunare, trimestriale sau anuale.

Din punct de vedere al echipamentelor, achizita de date se realizeaza din mai multe surse, aplicatia SCADA realizand o integrare a acestora la nivelul server-ului de aplicatie. Sursele de date sunt:

•  senzori si traductori de diverse tipuri in semnal unificat 4-20mA sau 2-10mA (aprox. 160 marimi). Achizitia acestor parametrii se realizeaza prin intermediul unui dulap de achizitie echipat cu un sistem de calcul propriu si placi de achizitie National Instruments - SUA

•  multimetre pentru marimi electrice tip DMK - Lovato (126 multimetre)

•  contori de energie electrica tip AIN500 - ABB (5 contori)

•  contori de energie termica apa/abur tip MULTICALC - ACK Pascani (4 contori)

•  contori de gaze tip MULTICALC - ACK Pascani (2 contori)

Numarul total de parametrii achizitionati de sistemul SCADA este de aproximativ 5000, dintre care peste 4500 sunt parametrii electrici.

Din punct de vedere software, sistemul SCADA este o aplicatie client-server, formata dintr-un server de aplicatie care asigura in principal functiile de achizitie, stocare, prelucrare si transmisie de date si un numar de aplicatii client care asigura functile de vizualizare a marimilor achizitionate si raportare.

Aplicatiile sistemului SCADA sunt dezvoltate pe platforma MS Windows utilizand ca mediu de programare limbajul grafic LabView 6.1 produs de firma National Instruments. Pentru raportari s-au utilizat aplicatii MS Excel interfatate cu bazele de date MS SQL Server 2000 si Oracle 8i.

Comunicatia intre aplicatiile software ale sistemului este asigurata de reteaua locala a beneficiarului si se bazeaza pe protocolul standard TCP/IP in interiorul retelei locale si prin VPN, prin Internet, practic din orice locatie geografica. Aplicatiile client ale server-ului SCADA pot accesa server-ul SCADA prin VPN cu aceleasi functionalitati ca si in interiorul retelei locale.

 

3.1.2 Descrierea dulapului de achizitie

Dulapul de achizitie realizeaza interfata cu procesul tehnologic si se afla in conturul neoperativ al CCT.

Dulapul de achizitie concentreaza echipamentele de achizitie de date, realizand functiile de culegere si integrare a datelor provenind din sistemul tehnologic. Culegerea datelor se realizeaza fie direct prin placile de achizitie de date (de la traductori si senzori), fie prin intemediul convertorilor de comunicatie seriala. Integrarea datelor culese se realizeaza practic intr-o unitate de calcul (PC industrial) amplasata in dulap.

PC-ul industrial este prevazut cu placi de achizitie marimi analogice, placa de achizitie marimi binare si o placa multiport seriala pentru convertorii RS485/RS232. Achizitia de date de la convertorul M-Bus/RS232 se realizeaza utilizand portul serial al placii de baza a PC-ului.

Placile de conditionare a marimilor binare asigura izolarea galvanica a sistemului de achizitie fata de echipamentele de camp si impreuna cu un divizor realizeaza configuratia de conectare a celor 48 de intrari binare la placa de achizitie.

Achizitia celor 352 de marimi binare se realizeaza pe trei canale independente reprezentate. Fiecare placa este conectata la cate un grup de placi multiplexoare AMUX-64T NI conectate intre ele in cascada. Primele doua placi de achizitie sunt conectate la cate un grup de 4 multiplexoare, iar cea de-a treia placa de achizitie este conectata la un grup de 3 multiplexoare. Fiecare din cele 11 placi multiplexoare asigura conditionarea (izolarea galvanica) a 32 de semnale electrice diferentiale in semnal unificat.

 

3.1.3 Descrierea aplicatiilor

Din punct de vedere software, sistemul SCADA este structurat pe trei niveluri:

•  interfata cu echipamentele (drivere)

•  server-ul de aplicatie

•  aplicatia client

Din punct de vedere software interfata cu procesul este asigurata de un pachet de aplicatii (drivere) specifice fiecarui tip de echipament inclus in sistem.

Pentru placile de achizitie a marimilor analogice si binare s-au utilizat driverele NI-DAQ 6.0 furnizate de producatorul echipamentelor, firma National Instruments - SUA.

Pentru celelalte echipamente s-au implementat urmatoarele drivere, dezvoltate in cadrul aplicatiei, si anume:

•  driver MODBUS pentru comunicatia cu multimetre DMK

•  driver FLAG pentru comunicatia cu contori AIN500

•  driver proprietar pentru comunicatia cu contori MULTICALC ACK Pascani

Cu exceptia driver-ului FLAG, celelalte drivere ruleaza pe calculatorul dulapului de achizitie, unde valorile achizitionate sunt unificate intr-un singur masiv de date care este transmis la server. Server-ul integreaza datele provenite de la dulapul de achizitie cu datele furnizte de driver-ul FLAG si formeaza vectorul de parametrii tehnologici achizitionati.

Valorile stocate la un moment dat in vectorul de parametrii tehnologici achizitionati se caracterizeaza prin aceea ca au o aparitie asincrona in sistem, in sensul ca fiecare sursa de date are propriul interval de esantionare. Astfel, marimile analogice si binare sunt achizitionate cu o rata de 100S/sec, in timp ce marimile provenite de la multimetre DMK (pe comunicatie seriala) se esantioneaza odata la 5 secunde. Contorii MULTICALC si AIN500 furnizeaza date la un interval de timp mergand pana la 30 de secunde deoarece aparatele respective au un timp de raspuns foarte mare la interogarile adresate de sistem.

Corectia erorilor in achizitia de date se realizeaza fie prin verificarea sumelor de control (CRC) specifice protocoalelor de comunicatie pe seriala, fie prin filtrari software pentru marimile analogice achizitionate de la placile de achizitie.

Tinand cont de cele de mai sus, s-a putut defini ca intervalul de timp la care se realizeaza o inregistrare a tuturor parametrilor tehnologici in baza de date a sistemului este de un minut.

Pentru sistemul de evenimente, tinand cont de caracterul asincron in care parvin datele achizitionate, s-a luat in considerare momentul de timp al aparitiei fiecarei marimi in sistem. In acest sens, timpul minim de discriminare intre doua evenimente este de 10ms pentru marimile binare si analogice achizitionate prin dulapul de achizitie.

Principala componenta software a sistemului SCADA il constitue aplicatia server. Aceasta aplicatie este formata dintr-un numar de module care pot fi executate pe un singur calculator performant sau pot fi distribuite pe mai multe sisteme de calcul pentru optimizarea utilizarii resurselor hardware ale sistemului.

Modulele serverului SCADA sunt: server-ul de achizitie de date, server-ul de calcule, server-ul de baze de date, server-ul DDE, server-ul de comenzi.

Server-ul de achizitie de date implementeaza mecanismele de comunicatie cu echipamentele.

Functiile de baza ale serverului de achizitie de date sunt:

•  preluarea datelor de la echipamentele de achizitie, prin implementarea protocoalelor de comunicatie specifice

•  planificarea mecanismului de interogare (polling) la intervalele de timp necesare asigurarii timpului real al sistemului

•  unificarea si sincronizarea datelor provenite din punctele de achizitie si din diferite surse de date

Server-ul de calcule realizeaza procesarea in timp real a datelor achizitionate. Functiile de baza ale serverului de calcule sunt:

•  calculul parametrilor secundari prin aplicarea de formule si functii matematice asupra marimilor achizitionate. Aceste formule sunt introduse in sistem cu ajutorul unui configurator si pot fi modificate in timpul executiei programului. Ca exemple tipice de functii matematice pot fi: integrari, medii, derivari, sume, interpolari etc.

•  inregistrarea parametrilor sistemului (achizitionati si calculati) in baza de date a sistemului

•  verificarea incadrarii parametrilor sistemului in limitele normale, de atentionare sau de avarie si inregistrarea evenimentelor respective in jurnalul de evenimente al sistemului. Definirea conditiilor de incadrare a fiecarei marimi in parte in limitele de functionare normala, de atentionare sau de avarie poate fi facuta in timpul rularii programului cu ajutorul unui configurator

•  gestionarea evenimentelor generate de achizitia de date prin inregistrarea acestora in jurnale de evenimente si avertizarea grafica si sonora a operatorului

•  calculul valorilor medii orare, zilnice etc. ale parametrilor sistemului si inregistrarea acestora in baza de date a sistemului

Server-ul de baze de date utilizeaza sistemul MS SQL SERVER 2000. Pentru inregistrarea informatiilor in tabelele server-ului de baze de date, server-ul de calcule utilizeaza mecanismul standard ADO prin care se asigura o viteza de tranzactionare sporita, absolut necesara pentru reducerea timpului real al sistemului.

Pentru interfata cu aplicatiile client se foloseste de asemenea mecanismul standard ODBC care asigura o portabilitate sporita a aplicatiilor. Inregistrarile marimilor achizitionate se fac pe tabele la nivelul fiecarei zi pentru marimile instantanee si respectiv la nivel lunar si anual pentru mediile orare calculate.

Server-ul DDE asigura comunicarea intre server-ul sistemului SCADA si aplicatiile client prin mecanismul standard NetDDE. Acest mecanism realizeaza publicarea in reteaua LAN/WAN a parametrilor sistemului astfel incat orice client validat de sistemul de protectie poate avea acces la valorile instantanee ale marimilor achizitionate.

Server-ul de comenzi asigura raspunsurile la interogarile adresate server-ului de aplicatiile client, cum ar fi cererile de grafice istorice, grafice comparative, jurnale de alarme (evenimente).

Din punct de vedere functional serverul de aplicatie asigura producerea unui vector de 10.000 de marimi analogice si a 320 de marimi binare. Tot serverul de aplicatie memoreaza valorile acestor marimi la interval de 1 minut (media pe 1 minut) in fisiere jurnal si genereaza fisiere de evenimente (depasiri de praguri la marimile analogice si schmbari de stari la marimile digitale).

Modulul de comunicatie cu clientii al server-ului de aplicatie onoreaza cererile acestora cu privire la datele stocate sau la evenimente.

Aplicatia client face legatura cu serverul si prezinta datele sub forma unor scheme tehnologice.

3.2 Sistemul MIS

Sistemul informatic MIS se prezinta ca solutie completa ERP (Planificarea Resurselor Intreprinderii) dezvoltata de Siveco Romania. Cuprinde module care rezolva principalele probleme legate de gestiunea economica si automatizeaza fluxurile specifice de date, asigura coerenta datelor si raportarea pe criterii multifunctionale. Utilizeaza ca suport un server de baze de date relationale ORACLE 8i.

Utilizatorii acestor aplicatii folosesc aceeasi interfata grafica, cu securizare totala a datelor, drepturile de acces ale utilizatorilor putand fi stabilite pana la cel mai detaliat nivel posibil (nivel de operatie).

Aria de acoperire a Sistemului Informatic MIS:

•  aplicatia de gestiune financiar-contabila acopera activitatile financiar-contabile desfasurate de catre sucursala prin: gestionarea operativa a documentelor emise si primite de sucursala (facturi, ordine de plata, chitante fiscale etc.); intocmirea notelor contabile, prelucrarea acestora si obtinerea automata a situatiilor de iesire cerute de legislatia contabila: registrul de casa, registrul jurnal, fise de cont, balanta de verificare etc.; obtinerea de situatii operative privind incasarile, platile, obligatiile fata de partenerii de afaceri; crearea unei "arhive" contabile informatizate, privitor la documentele emise si primite si la situatiile financiar-contabile, care poate fi accesata in timp real de catre utilizatori

•  modulul de management al mijloacelor fixe si obiectelor de inventar controleaza urmatoarele procese: clasificarea, luarea in evidenta, modernizarea, modificarea si scoaterea din functiune a utilajelor si echipamentelor; calculul de amortizare si generarea notelor contabile corespunzatoare

•  modulul de salarizare cuprinde: gestiunea salariatilor in cadrul structurii organizatorice a sucursalei; gestiunea salariilor, primelor, sporurilor, retinerilor; generarea notelor contabile asociate

•  modulul de management al stocurilor si aprovizionarii acopera: managementul cantitativ si calitativ al stocului, detailat pana la nivelul locatiei; controlul automat al nivelului stocului (cu generare automata de cereri de achizitie); managementul tranzactiilor de stoc; generarea automata sau la cerere a documentelor contabile

•  modulul de gestionare a intretinerii asigura: definirea si adaugarea de echipamente structurate functional pe zone, functii, categorii, centre de cost; posibilitatea crearii de grupuri si structuri complexe de echipamente; managementul situatiei echipamentelor; planificarea in timp a activitatilor si serviciilor de intretinere reparatii; mentinerea in istoric a tuturor activitatilor si serviciilor

•  modulul de management al contractelor asigura: definirea flexibila a structurii contractelor, eventual pe faze pentru contractele de reparatii si de furnizare a energiei termice; managementul tarifelor pentru energia termica livrata (definirea si mentinerea listelor de preturi; definirea de tarife diferentiate in functie de anumite criterii; mentinerea unui istoric al preturilor); se controleaza si monitorizeaza urmatoarele: starea contractelor; derularea facturarilor, platilor

 

3.3 Aplicatiile pentru regimul zilnic de exploatare si pentru determinarea consumului specific de combustibil

3.3.1 Aplicatia pentru regimul zilnic de exploatare

Aceasta aplicatie asigura functionalitatea de raportare si prelucrare a datelor stocate in baza de date Oracle 8i. Datele stocate in baza de date Oracle reprezinta valori medii orare ale marimilor din sistemul SCADA, valori zilnice medii corespunzatoare seturilor de 24 de valori ale fiecarei marimi.

Aplicatia este formata din 33 de foi de calcul, grupate astfel :

- interfata aplicatiei

- rapoarte de intrare, care preiau datele existente in baza de date Oracle

- rapoarte de iesire, care contin formule de calcul ce se aplica asupra datelor din rapoartele de intrare

- foaie de control a operatiilor de scriere, modificare si salvare

Interfata aplicatiei este formata din lista rapoartelor si butoane functionale: butoane pentru preluarea si salvarea datelor din, si in baza de date Oracle, butoane de navigare prin lista de rapoarte existente, butoane prin care se apeleaza functii de salvare conform cu data curenta si listare la imprimanta a tuturor rapoartelor din cadrul aplicatiei.

In cadrul rapoartelor de intrare utilizatorul poate insera valori sau poate modifica valori asociate unor marimi provenite din baza de date Oracle.

In cadrul rapoartelor de iesire se gasesc marimi derivate din rapoartele de intrare. Aceste marimi sunt rezultatul aplicarii unor formule sau proceduri programatice care pot fi schimbate sau modificate de catre utilizator.

 

3.3.2 Determinarea consumului specific de combustibil si repartizarea costurilor pe produse de baza si secundare

Aplicatia software realizeaza calculele pentru determinarea consumului specific de combustibil necesar producerii energiei electrice si termice, precum si repartizarea costurilor intre serviciile si produsele de baza si secundare din termocentrala CET Palas Constanta.

Perioada de timp corespunzatoare datelor tehnologice de intrare necesare aplicatiei (valori medii ponderate cu numarul orelor de functionare) poate fi oricare in intervalul 2 ore - 365 zile, orice interval mai mare de 24 de ore fiind multiplu de zi. Modulul de repartizare a costurilor poate fi rulat doar lunar, dupa incheierea exercitiului financiar-contabil al S.E. Constanta.

Aplicatia software are la baza modelului matematic elaborat de GSCI si ICEMENERG la care s-au adus modificarile necesare impuse de actuala schema termo-mecanica a CET Palas Constanta si metodologia de repartizare a cheltuielilor intre serviciile si produsele de baza si secundare pe baza metodologiei prezentate in cadrul ordinului A.N.R.E. nr.27 / 2001.

 

4. CONCLUZII

Sistemul informatic integrat de management tehnologic permite conducerii centralelor de productie energie electrica si termica, precum si personalului calificat din cadrul dispeceratelor de distributie, sa cunoasca starea curenta a instalatiilor si echipamentelor in functiune, sa ia hotarari cu privire la modul economic si eficient de functionare al acestora, sa calculeze valoarea optima de producere si distributie a celor doua forme de energie.

Avand la baza un sistem SCADA performant cu posibilitati de comanda directa a buclelor de reglare, toate calculele tehnologice si economice legate de resurse, consumuri si productie se realizeaza on-line, oferind in acest mod o imagine permanent actualizata a unei stari de functionare.

Sistemul informatic propus reprezinta instrumentul de management tehnologic si economic necesar unitatilor producatoare de energie electrica si termica, in noile conditii concurentiale de functionare ale pietei de energie.

 

5. BIBLIOGRAFIE

[1] Metodologia pentru determinarea consumului de combustibil al centralelor termoelectrice si realizarea unui program informatic avand la baza metodologia mentionata anterior - Mikon Systems / 2004

[2] Regulament privind asigurarea functionarii economice a centralelor electrice PE012 - ICEMENERG / 1993

[3] Metodologia pentru analiza consumului total de combustibil in centralele termoelectrice - GSCI / 1995

 

Figura 1: Arhitectura sistemului informatic integrat - Sucursala Electrocentrale Constanta