Создание программного модуля обработки данных счётчиков электроэнергии на предприятии РУП "Минскэнерго" филиал "Энергосбыт"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Анализ предметной области

1.1 Структура предприятия

1.2 Информационная система предприятия

1.3 Постановка задачи

2. Варианты возможных способов учёта и контроля электрической энергии

2.1 Электронный программируемый прибор для дистанционного учёта электрической энергии типа «ETS-M»

2.2 Сумматор электронный многофункциональный «СЭМ_1»

2.3 Сумматор электронный многофункциональный для учета электроэнергии «СЭМ_2»

2.4 Счётчик статический активной энергии однофазный «Гран-Электро СС-101»

3. Описание системы управления

3.1 Характеристика АСКУЭ

3.2 Структурная схема АСКУЭ

3.3 Общие требования к системе АСКУЭ

3.4 Обзор существующих АСКУЭ

4. Создание программного модуля

4.1 Выбор языка и среды разработки

4.2 Протокол обмена данных со счётчиком

4.3 Чтение, модификация и обнуление параметров

4.4 Циклический избыточный код (CRC)

4.5 Поиск счётчиков при использовании расширенной адресации

5. Технико-экономическое обоснование разработки программного модуля обработки данных счётчиков электроэнергии

5.1 Характеристика программного модуля

5.2 Оценка трудоемкости и сроков разработки

5.3 Расчет затрат на разработку и отпускной цены программного продукта

5.4 Расчет затрат по использованию ПО

6. Охрана труда и меры безопасности при работе со счётчиком электроэнергии

6.1 Характеристика считывающего устройства

6.2 Оценка потенциально опасных факторов

6.3 Обоснование выбора инженерно-технических и организационно-планировочных мер по обеспечению безопасности персонала, конструктивные решения

Заключение

Список использованных источников

Приложения



Введение

В настоящее время одной из важнейших задач каждого предприятия становится экономия материальных ресурсов, так как именно материальные затраты составляют большую часть издержек производства, от которых непосредственно зависит величина прибыли. А прибыль является основным источником жизнеобеспечения предприятия.

Рациональное и экономное использование материальных и топливно-энергетических ресурсов имеет очень большое значение для каждого конкретного предприятия нашего государства.

Расход материальных ресурсов, в том числе и электрической энергии, представляет собой их производственное потребление. Расход на производство охватывает все количество материальных ресурсов, затраченных предприятием непосредственно на выполнение программы по выпуску продукции. Расходование материальных ресурсов осуществляется также на ремонтные нужды, обслуживание внутризаводского транспорта, обеспечение подсобного хозяйства, культурно-бытовые нужды. Потребление материальных ресурсов характеризуется общим потреблением на выполнение всей производственной программы в отчетном периоде и удельным их расходом - потреблением на производство единицы товарной продукции.

Основным условием снижения затрат сырья и материалов на производство единицы продукции является совершенствование технологии производства, сокращение затрат на обслуживание производства, использование прогрессивных видов материалов, внедрение технически обоснованных норм расходов материалов и топливно-энергетических ресурсов.

Национальным достоянием Республики Беларусь являются её природные, топливно-энергетические ресурсы, а также технический и интеллектуальный потенциал. Повышение эффективности использования технического потенциала, а также всех видов ресурсов внутри страны с применением в широких масштабах энергосберегающих технологий в промышленности, является важнейшей задачей политики ресурсосбережения.

Целью дипломной работы является создание программного модуля обработки данных счётчиков электроэнергии на предприятии РУП «Минскэнерго» филиал «Энергосбыт».

Для достижения цели дипломной работы необходимо решить ряд задач:

1) анализ технологического процесса с целью определения места, роли и значимости программного модуля обработки данных счётчиков электроэнергии в технологическом комплексе;

2) анализ системы электроснабжения;

3) определение иерархии системы управления и контроля, а также структуры АСКУЭ;

4) разработка программного модуля обработки данных счётчиков электроэнергии;

5) описание программного обеспечения АСКУЭ;

6) определение технико-экономической актуальности, необходимости и возможности модернизации системы;

7) анализ существующей системы организационно-технических мероприятий по обеспечению охраны труда и техники безопасности при эксплуатации, модернизированной системы.

Дипломный проект выполнен самостоятельно, проверен в системе «Антиплагиат». Процент оригинальности соответствует норме, установленной кафедрой. Цитирования обозначены ссылками на публикации, указанные в «Списке литературы».

программный счётчик электроэнергия экономический



1. Анализ предметной области

1.1 Структура предприятия

Филиал «Энергосбыт» является обособленным подразделением РУП «Минскэнерго» и расположен по адресу 220013, г. Минск, ул. Б. Хмельницкого, 6.

Одной из основных задач филиала «Энергосбыт» является обеспечение надежной и точной работы расчетных приборов учета электрической энергии на объектах энергосистемы РУП «Минскэнерго» и у потребителей города Минска и Минской области.

Для выполнения этой задачи персоналом филиала проводятся работы по наладке систем учета электроэнергии, замене, опломбировке однофазных и трехфазных счетчиков электрической энергии, установленных у потребителей. По заявлениям потребителей или заявкам представителей энергоснабжающей организации производится снятие приборов учета электрической энергии для проведения экспертной проверки в РУП «Белорусский Государственный Институт Метрологии». Производится проверка параметризации электронных приборов учета, установленных у потребителей, а также корректировка параметризации согласно действующим распорядительным документам.

За 2015 год персоналом филиала выполнена плановая замена 68 180 приборов учета электрической энергии.

Функцию ремонта счетчиков, без проведения которых невозможно обеспечение надежной и точной работы расчетных приборов учета электрической энергии на объектах энергосистемы РУП «Минскэнерго» и у потребителей города Минска и Минской области, в филиале создан цех по ремонту приборов учета. Цех организует и проводит работы по ремонту однофазных и трехфазных электросчетчиков и представляет отремонтированные электросчетчики на поверку в РУП «БелГИМ».

За 2015 год персоналом филиала отремонтировано 117 777 приборов учета электрической энергии.

Суммарное электропотребление потребителями РУП «Минскэнерго» в 2015 г. составило 9 677,1 млн. кВтч, теплопотребление - 10 498,4 тыс. Гкал.

Потребителям РУП «Минскэнерго» в 2015 г. отпущено электрической и тепловой энергии на сумму 23 448,3 млрд. руб.

Количество абонентов электрической энергии по состоянию на 01.01.2016 г. по РУП «Минскэнерго» составило 1 619 014, в том числе бытовых - 1 540 924, не бытовых - 78 090.

Количество абонентов тепловой энергии по состоянию на 01.01.2016 г. по РУП «Минскэнерго» составило 19 014.

По состоянию на 01.01.2016 по г. Минску и Минской области в эксплуатации находится 1 683 584 счетчик электрической энергии.

Контроль за работой автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии, программно-техническое обслуживание автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) промышленных, непромышленных и бытовых потребителей г. Минска и Минского района осуществляет служба АСКУЭ, в которой я проходил преддипломную практику.

Служба автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии (служба АСКУЭ) является структурным подразделением филиала «Энергосбыт» РУП «Минскэнерго». Служба АСКУЭ создается, упраздняется приказом директора филиала «Энергосбыт» с согласованием генерального директора РУП «Минскэнерго» и подчиняется непосредственно главному инженеру. Служба осуществляет свою работу в соответствии с планами, утвержденными главным инженером филиала «Энергосбыт».

Цели и направление деятельности АСКУЭ:

1) Создание и совершенствование автоматизированной (информационно-измерительной) системы контроля и учета электрической энергии.

2) Осуществление коммерческого учета на межсистемных и международных линиях РУП «Минскэнерго».

В зону обслуживания службы АСКУЭ входят:

1) Автоматизированная (информационно-измерительная) система коммерческого учета филиала «Энергосбыт» РУП «Минскэнерго»;

2) Коммерческие учеты на межсистемных и международных линиях РУП «Минскэнерго»; АСКУЭ бытовых абонентов на территории Минской области; АСКУЭ юридических лиц и индивидуальных предпринимателей на территории Минской области; В отношении АСКУЭ, расположенных на территории МРО служба АСКУЭ осуществляет шеф-контроль и методологическое управление технологическим персоналом МРО.

Основные задачи:

1) Обеспечение точной и надежной работы расчетных автоматизированных систем учета электроэнергии у потребителей РУП «Минскэнерго».

2) Обеспечение точной и надежной работы электронных приборов учета установленных на межсистемных и международных учетах РУП «Минскэнерго».

3) Приемка в эксплуатацию по завершению пусконаладочных и ремонтно-восстановительных работ, участие при метрологической аттестации автоматизированных систем потребителей.

4) Оказание методологической помощи потребителям в автоматизации учета электропотребления.

5) Методологическая работа с подразделениями филиала Энергосбыт и координация работы с аналогичными подразделениями других «Облэнерго» и РУП «Минскэнерго».

По состоянию на 01.01.2016 г. общее количество АСКУЭ потребителей на территории г. Минска и Минской области составило 5 720 шт.

Филиал «Энергосбыт» имеет собственную производственную инфраструктуру, которая обеспечивает выполнение полного цикла сбыта электроэнергии.

В структуру филиала «Энергосбыт» кроме центральных служб, отделов и цеха по ремонту приборов учета электроэнергии входят:

Три отделения в г. Минске:

1) Минское отделение по сбыту электрической энергии;

2) отделение по сбыту электрической энергии Минского района, в состав которого входят Заславский и Острошицкий производственно-сбытовые участки;

3) Минское отделение по сбыту тепловой энергии.

А также семь межрайонных отделений по Минской области, в состав которых входят семнадцать производственно-сбытовых участков:

1) Вилейское межрайонное отделение, в состав которого входит Мядельский производственно-сбытовой участок;

2) Молодечненское межрайонное отделение, в состав которого входит Воложинский производственно-сбытовой участок;

3) Слуцкое межрайонное отделение, в состав которого входят Копыльский и Стародорожский производственно-сбытовые участки;

4) Солигорское межрайонное отделение, в состав которого входит Любанский производственно-сбытовой участок;

5) Клецкое межрайонное отделение, в состав которого входит Несвижский производственно-сбытовой участок;

6) Столбцовское межрайонное отделение, в состав которого входят Дзержинский, Узденский и Фанипольский производственно-сбытовые участки;

7) Пуховичское межрайонное отделение, в состав которого входит Руденский производственно-сбытовой участок.

Организационная структура филиала «Энергосбыт» представлена на рисунке 1.1.

Структура и штаты службы АСКУЭ утверждаются директором филиала «Энергосбыт» в соответствии с типовыми структурами, нормативами численности с учетом объемов и особенностей работ. Службу АСКУЭ возглавляет начальник, который назначается и освобождается от занимаемой должности приказом директора филиала «Энергосбыт», по представлению главного инженера (на должность начальника службы АСКУЭ назначается лицо, имеющее высшее техническое образование и стаж работы на инженерно-технических должностях в энергосистеме не менее 5 лет). Функции и обязанности персонала службы АСКУЭ распределяются начальником службы АСКУЭ посредством разработки и утверждения должностных и рабочих (профессиональных) инструкций для работников службы АСКУЭ. Ответственность за полноту и качество распределения функций и обязанностей и обеспечение условий для их выполнения возлагается на начальника службы АСКУЭ. Контроль качества выполняемой подчиненным персоналом работы и ответственность за результаты работы службы АСКУЭ возлагается на начальника службы АСКУЭ.

Рисунок 1.1 - Организационная структура В соответствии с основными задачами служба АСКУЭ осуществляет следующие функции:

1) Контроль правильности работы, наладки и ввода в эксплуатацию расчетных автоматизированных систем учета электроэнергии у потребителей РУП «Минскэнерго».

2) Проведение ремонтных, наладочных и эксплуатационных работ по АСКУЭ-потребителей РУП «Минскэнерго» и ее развитие.

3) Установку, замену и техническое обслуживание расчетных электронных приборов учета установленных на межсистемных и международных учетах РУП «Минскэнерго».

4) Приемку в эксплуатацию по завершению пусконаладочных и ремонтно-восстановительных работ, участие при метрологической аттестации автоматизированных систем потребителей.

5) Консультацию потребителей по вопросам автоматизации учета электроэнергии, обобщение опыта эксплуатации и внесение предложений по дальнейшему развитию системы АСКУЭ-потребительское РУП «Минскэнерго».

6) Проведение обучения персонала РУП «Минскэнерго» пользованию автоматизированными системами учета электроэнергии и правилами их эксплуатации.

7) Проведение мероприятий по технике безопасности; инструктажей, проверки знаний персонала; для техники безопасности, смотров-конкурсов по охране труда и правилам техники безопасности.

8) Согласование и сопровождение договоров на поставку электрической энергии в сеть РУП «Минскэнерго» от объектов малой и нетрадиционной энергетики в части АСКУЭ.

9) Совместно со службами РУП «Минскэнерго» и концерна «Белэнерго» рассмотрение и ввод в работу новых приборов и систем учета, проведение их модернизации и реконструкции с применением новой техники, оборудования, систем и т.д.

10) Методическое руководство подчиненным персоналом МРО и других подразделений по вопросам АСКУЭ.

11) Координация работы с аналогичными подразделениями других «Облэнерго» и РУП «Минскэнерго».



1.2 Информационная система предприятия

Автоматизированная система филиала «Энергосбыт» районной электросети (АС «Энергосбыт») предназначена для автоматизации расчетов за электроэнергию с абонентами-организациями в отделе филиала «Энергосбыт» районной электросети. АС «Энергосбыт» предназначена и для тех, кто хочет впервые перейти на компьютеризованный учет в филиале «Энергосбыт», и для тех, кто хочет обновить устаревшую эксплуатируемую программу. АС «Энергосбыт» повысит эффективность работы филиала «Энергосбыт» за счет организации функционально обособленных автоматизированных рабочих мест, позволит сэкономить время абонентов и освободит сотрудников от рутинной работы.

Функционально АС «Энергосбыт» позволяет:

1) формировать и вести электронные карточки абонентов;

2) формировать и вести электронные карточки объектов учета потребления электроэнергии;

3) редактировать (изменять) информацию об абонентах и объектах с последующей автоматической обработкой редакции при выписке счетов;

4) формировать и вести «Журнал редакции»;

5) вводить показания счетчиков, величин установленной мощности и договорных величин реактивной энергии;

6) принимать и контролировать показания из электронной книги контролера (разработка РУП «Минские электросети» позволяет отказаться от перфокарт и других бумажных носителей учета показаний счетчиков), карманных ПК;

7) производить ежемесячный расчет счетов за электроэнергию, формирование платежных требований и счетов-фактур;

8) осуществлять контроль за правильностью выписки счетов;

9) формировать счет для оплаты в кассу с учетом задолженности и пени;

10) формировать и вести счета-фактуры и книгу продаж;

11) вести учет оплаты за электроэнергию;

12) Формировать и вести оборотно-сальдовые ведомости расчетов с абонентами;

13) обеспечивать оперативной информацией при работе с абонентами-должниками;

14) производить расчет задолженности и пени для предоставления в арбитражный суд;

15) производить расчет реализации за отпуск электроэнергии;

16) Вести учет показаний счетчиков на фидерах «Облэнерго» и производить расчет покупки электроэнергии;

17) Анализировать покупку и реализацию электроэнергии;

18) определять места и величины потерь электроэнергии на различных уровнях: фидерном, абонентском, объектном;

19) вести учет договорных величин электропотребления абонентов, контроль их использования, корректировку в зависимости от оплаты;

20) производить расчет начислений за превышение договорных величин и формировать платежные документы;

21) вести учет утвержденных бюджетом лимитов на электропотребление (в натуральном и денежном выражении) и расчетов задолженности бюджетных организаций, а также формировать отчетность.

22) формировать статистические отчеты 46эс, 9пс;

23) первоначально сформировать базу данных, исходя из существующих в филиале «Энергосбыт» баз данных старых программ.

АС «Энергосбыт» функционирует на компьютерах типа IBM PC с оперативной памятью не менее 32 Мб и частотой не менее 150 МГц под управлением ОС Windows 95 и выше. В штатном варианте для АС «Энергосбыт» требуется 6 персональных компьютеров (5 АРМ + 1 сервер) и 2 принтера (лазерный и струйный). Возможно поэтапное наращивание комплекса технических средств, начиная с 1 компьютера и 1 принтера (многопользовательский режим). АС «Энергосбыт» разработана с применением программного продукта фирмы Microsoft: Access. АС «Энергосбыт» разработана и функционирует в РУП “Минские электросети”, начиная с сентября 1998г. (в полном объеме: с ноября 1999г.).

Общая структурно-функциональная схема автоматизированной системы филиала «Энергосбыт» приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема АС «Энергосбыт»

1.3 Постановка задачи

При постановке цели данного дипломного проекта были поставлены следующие задачи:

1) изучение аналогов;

2) разработка и реализация собственной автоматизированной системы интеграции данных о потреблении электроэнергии;

3) тестирование разработанной системы на корректность работы и соответствие качеству;

4) выработка навыков творческого мышления и умения применять обоснованные в технико-экономическом отношении решения инженерных задач, воспитание ответственности за качество принятых решений;

5) закрепление знаний, полученных ранее;

6) формирование профессиональных навыков, связанных с самостоятельной деятельностью будущего специалиста;

7) приобщение к работе со специальной и нормативной литературой;

8) привитие практических навыков применения норм проектирования, методик расчетов, технологических инструкций, типовых проектов, стандартов и других нормативных материалов;

9) применение современных расчетно-графических и экономико-математических методов, организационного, экономического и социального анализа, оценки, сравнения, выбора и обоснования предлагаемых проектных решений;

10) самостоятельное выполнение расчетов конструктивного, технологического, организационного и экономического характера с использованием экономико-математических методов и современных информационных технологий;

11) оформление проектных материалов (четкое, ясное, технически грамотное и качественное литературное изложение пояснительной записки и оформление графического материала проекта).



2. Варианты возможных способов учёта и контроля электрической энергии

2.1 Электронный программируемый прибор для дистанционного учёта электрической энергии типа «ETS-M»

Основной областью применения программируемого дистанционного суммирующего прибора типа «ETS-M» (в дальнейшем - сумматор) является измерение потребления электрической энергии. Применение прибора даёт преимущество там, где потребитель получает энергию от нескольких подстанций. В таком случае на каждом вводе питания установлены электросчётчики с импульсными датчиками. Прибор «ETS-M» суммирует импульсы электросчётчиков и индицирует потребление по каналам, суммированное потребление по тарифам и суммарное потребление по зонам суточного графика нагрузки. Длительностью периода интегрирования может быть любое стандартное значение.

Прибор «ETS-M» может найти также применение при измерении водоснабжения и газоснабжения и в каждых областях, где обрабатываются импульсы пропорциональные определённому количеству.

В приборе далее предусмотрено программирование уровня нагрузки в часы пик. В случае достижения пороговых значений нагрузки прибор дает сигнал опасности.

Прибор дистанционного учёта типа «ETS-M» в зависимости от заказа может выполняться с 4-мя, 8-ю и 12-ю входами. Действительное число каналов в зависимости от программирования 2-4, 2-8 и 2-12. Направление энергии может определяться по каждому каналу, так к одному сумматору могут присоединяться электросчётчики, работающие при положительном направлении энергии (потребление) и счётчики, которые работают при отрицательном направлении энергии (выработка энергии).

Для суммирования активной и реактивной энергии необходимо два прибора отдельно. Так как сумматор выполняет функцию контактных часов, отдельных контактных часов не требуются.

К системе могут подключаться счётчики с различными номиналами тока и напряжения. Система противодействует вибрации с частотой не более 25 Гц и с амплитудой не более 0,1 мм.

2.2 Сумматор электронный многофункциональный «СЭМ_1»

Сумматор электронный многофункциональный «СЭМ_1» (в дальнейшем - сумматор).

Сумматор предназначен для эффективного контроля и учёта потребления электроэнергии и мощности непосредственно у потребителей, и в автоматизированных системах централизованного учёта и контроля.

Сумматор может использоваться предприятиями госэнергонадзора и диспетчерскими службами энергосистем для оперативного сбора информации о выработке, перетоках и потреблении электроэнергии и введения ограничений на электропотребление.

Сумматор позволяет организовать нижний уровень сети учёта выработки, распределения и потребления энергии с целью получения баланса выработки и перетоков энергии, контроля мощности и расхода энергии потребителями с любой схемой электроснабжения как всего предприятия, и его подразделений по зонам суток, суткам и за расчётный период.

Общий вид сумматора приведён на рисунке 2.1.



Рисунок 2.1 -- Общий вид «СЭМ-1»

Сумматор обеспечивает приём импульсных сигналов с преобразователем по 16-ти каналам при длине линии связи не более 3 км, сопротивлением не более 190 Ом/км и ёмкостью не более 0,1 мкФ/км.

Первичными преобразователями с импульсными выходами могут быть электронные счетчики с импульсным выходом, индукционные счетчики со встроенными устройствами формирования импульсов, вырабатывающие импульсы, соответствующие определенному расходу энергии.

Допускается использовать любые первичные преобразователи, имеющие следующие характеристики:

1) длительность импульсов, не менее 12 мс;

2) входной ток в момент импульса, не менее 10 мА;

3) допустимый ток паузы, не более 1 мА;

4) максимальная частота импульсов, не более 10 Гц.

Сумматор рассчитан на круглосуточную работу без технического обслуживания.

Сумматор обеспечивает алгебраическое сложение информации, полученной от различных каналов учета, образуя группы учета от 1 до 6. Набор каналов в группе произвольный, при этом каналы в разных группах могут повторяться.

Сумматор «СЭМ-1» обеспечивает выдачу по двум выходным каналам информации первой и второй групп учета. Частота импульсов каждого выходного канала пропорциональна суммарному количеству энергии соответствующей группы учёта.

Параметры выходных сигналов соответствуют требованиям, предъявляемым к преобразователям.

Сумматор обеспечивает двунаправленный обмен информации с ПЭВМ по двум последовательным интерфейсам. Первый интерфейс - RS232С и ИРПС «токовая петля» по ГОСТ 11 305.916-84. Второй интерфейс - RS232С (трёхпроводной).

Сумматор обеспечивает сохранение измерений при кратковременном пропадании напряжения и при отключении питающего напряжения сроком не менее двух месяцев.

Сумматор сохраняет работоспособность при отклонении напряжения питающей сети на 10% от 220 В и 5% от 100 В.

2.3 Сумматор электронный многофункциональный для учета электроэнергии «СЭМ_2»

Сумматор электронный многофункциональный для учета электроэнергии «СЭМ_2» (в дальнейшем - сумматор) предназначен для измерений, коммерческого и технического учета электроэнергии и мощности непосредственно у потребителей, а также в составе автоматизированных систем централизованного учета и контроля энергоресурсов.

Общий вид сумматора «СЭМ-2» приведён на рисунке 2.2.



Рисунок 2.2 -- Общий вид «СЭМ-2»

Сумматор «СЭМ-2» может работать в двух режимах: обычном и сетевом. Режим работы задается внутренним джампером. Сумматор в обычном режиме используется совместно с первичными преобразователями с импульсными выходами или счетчиками с цифровым интерфейсом RS485. Из общего количества каналов учета импульсными могут быть максимум 16 каналов.

Первичными преобразователями с импульсными выходами могут быть электронные счетчики с импульсным выходом, индукционные счетчики со встроенными устройствами формирования импульсов или другие суммирующие приборы, вырабатывающие импульсы, соответствующие определенному расходу энергии.

Допускается использовать любые первичные преобразователи, имеющие следующие характеристики:

1) длительность импульсов, не менее 12 мс;

2) входной ток в момент импульса, не менее 10 мА;

3) допустимый ток паузы, не более 1 мА;

4) максимальная частота импульсов, не более 10 Гц.

Сумматор «СЭМ_2» в сетевом режиме предназначен для суммирования мощности и энергии, полученной от нескольких сумматоров «СЭМ-2» нижнего уровня, работающих в обычном режиме, по коммутируемым телефонным или выделенным линиям связи. Он применяется для получения совмещенного графика мощности и энергии для систем и объектов с удаленными сумматорами «СЭМ-2» (более 3 км).

Сумматор рассчитан на круглосуточную работу без технического обслуживания.

Сумматор обеспечивает алгебраическое сложение информации, полученной от различных каналов учета, образуя группы учета. Это позволяет производить расчет суммарной активной и реактивной электроэнергии, потребляемой предприятием в обоих направлениях. Набор каналов в группе произвольный, при этом каналы в разных группах могут повторяться.

Максимальное количество групп учета для сумматора «СЭМ_2»-6.

Сумматор «СЭМ-2» обеспечивает выдачу по двум выходным каналам телеметрической информации первой и второй групп учета, что позволяет создавать системы учета с количеством импульсных каналов более 16-ти.

Сумматор обеспечивает двунаправленный обмен информации с ПЭВМ по последовательному интерфейсу типов «СТЫК C2» по ГОСТ 18145 и ИРПС «токовая петля». Опрос сумматора в составе АСКУЭ может производиться с помощью программного пакета «ENERGY for WINDOWS», поставляемого по специальному заказу.

Сумматор в обычном режиме обеспечивает выдачу сигналов о достижении заданного получасового лимита потребляемой мощности и сигнализацию наступления пиковой зоны, что позволяет создавать системы учета с автоматическим регулированием мощности в пиковых зонах.

2.4 Счётчик статический активной энергии однофазный «Гран-Электро СС-101»

Для связи с внешними устройствами счетчик имеет два независимых последовательных канала связи:

1) оптический порт, выполненный по рекомендации МЭК 1107;

2) цифровой интерфейс - MBUS, токовая петля или RS485 (в зависимости от модификации счетчика).

Оптический порт предназначен для работы на короткое расстояние (до 1,5 м) через считывающую головку оптического интерфейса, выполненную в соответствии с рекомендациями МЭК 1107, например, адаптер АПС74, и используется для оперативной работы непосредственно на месте установки счетчика.

Оптический порт имеет фиксированные параметры обмена:

1) скорость обмена - 2400 бод;

2) тип паритета - четность;

3) число информационных бит - 8;

4)число стоповых бит - 1.

Цифровой интерфейс (MBUS или токовая петля, или RS485) предназначен для включения в систему АСКУЭ.

Параметры обмена для цифрового интерфейса могут быть установлены в следующих пределах:

1) скорость обмена - от 100 до 19200 бод (шаг 1 бод);

2) тип паритета - нет, четность, нечетность;

3) число информационных бит - 8;

4) число стоповых бит - 1.

Счетчик позволяет проводить сеансы обмена по обоим каналам связи одновременно. На рисунке 2.3 представлено расположение портов на корпусе счетчика.

Рисунок 2.3 - Счётчик «Гран-Электро СС 101»



3. Описание системы управления

3.1 Характеристика АСКУЭ

Автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии обеспечивает коммерческий учёт электроэнергии (мощности).

Коммерческий учёт электрической энергии (мощности) - процесс измерения количества электрической энергии и определения объема мощности, сбора, хранения, обработки, передачи результатов этих измерений и формирования, в том числе расчетным путем, данных о количестве произведенной и потребленной электрической энергии (мощности) для целей взаиморасчетов за поставленные электрическую энергию и мощность, а также за связанные с указанными поставками услугах[1].

Системы энергоучёта позволяют производить учёт потребления электроэнергии и тепла на объектах жилого, коммерческого и производственного назначения. Системы могут учитывать потребление энергоресурсов на уровне дома, районов, города, населённого пункта с единым диспетчерским и финансовым центрами.

АСКУЭ объединяет в себе:

1) измерительные трансформаторы тока и напряжения;

2) первичные приборы (счетчики электроэнергии различных типов от различных производителей);

3) устройство сбора и передачи данных (УСПД);

4) сервер БД, АРМ пользователей;

5) развитые средства сбора и доставки данных - система поддерживает сбор данных по различным системам связи.

Выполняемые функции АСКУЭ:

1) учет электроэнергии;

2) сочетание функций контроля, учета и управления;

3) построение локальных и распределительных иерархических систем;

4) адаптация к любым объектам и схемам энергосбережения;

5) интеграция в состав автоматизированных систем предприятия с передачей данных в информационные системы предприятия;

6) реализация привычной среды Windows;

7) реализация базы данных на Microsoft SQL Server, Oracle Database, Firebird.

В Республике Беларусь (согласно ТКП 308-2011) АСКУЭ -- система технических и программных средств для автоматизированного сбора, передачи, обработки, отображения и документирования процесса выработки, передачи и (или) потребления электрической энергии (мощности) по заданному множеству пространственно распределённых точек их измерения, принадлежащих объектам энергоснабжающей организации или абоненту.

Особенности и преимущества АСКУЭ:

1) многотарифный расчет с поставщиками, потребителями электроэнергии на основе точных, достоверных, легитимных и оперативных данных учёта;

2) повышение эффективности энергопотребления и энергосбережения за счёт дистанционной автоматизации энергоучёта в реальном масштабе времени;

3) оперативное определение баланса электроэнергии и мощности по предприятию и его структурам с выявлением потерь;

4) сокращение затрат на обработку информации экономическими подразделениями предприятия за счет получения оперативной и достоверной информации об энергопотреблении в электронном виде.

Система строится на базе отдельных функционально законченных компонентов и масштабируется от небольших узлов учета до систем учета крупных энергообъектов.

Рассматривать строение АСКУЭ целесообразно, разбив ее мысленно на некие блоки. Таких блоков будет три. Это общепринятая и наиболее распространенная компоновка, которая составляет основу системы.

Блок №1 включает в себя приборы учета энергии, которые представляют собой электронный либо индукционный электросчетчик. Они устанавливаются у потребителя. Если установлен счетчик нового типа (электронный), то сбор информации производится через встроенный специальный порт связи. На данный момент большинство производимых приборов учета оснащены интерфейсом для включения в АСКУЭ. Если же счетчик старого образца, то есть индукционный, то применяется считывающее устройство и передача данных ведется уже непосредственно с этого датчика.

Блок №2 выполняет функцию связи. Показания, собранные с помощью первого блока с потребителей должны быть переданы и надежно защищены от неправомерного доступа. Выполнить данную функцию возможно посредством монтажа следующих линий связи:

1) мобильная связь различных стандартов GPRS, 3G, либо по Wi-Fi;

2) телефонные линии связи;

3) передача с помощью сети интернет;

4) совокупность всех способов, для наилучшей работы системы.

Блок №3 представляет собой совокупность современных специализированных средств компьютерной обработки полученных данных. С его помощью показания счетчиков будут собраны, обработаны и проанализированы. Технически он состоит из какого-либо сервера или компьютера с установленным программным обеспечением, которое позволит оптимально настроить все части системы.

Если визуально представить систему, то она будет иметь вид, представленный на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 - Схема АСКУЭ

В свою очередь рисунок 3.2 демонстрирует схему АСКУЭ многоэтажного дома.

Рисунок 3.2 - Схема АСКУЭ 100-квартирного жилого дома

3.2 Структурная схема АСКУЭ

Система коммерческого учета представляет собой совокупность взаимосвязанных общественных (юридических, административных и др.) отношений и собственно технических и программных средств реализации коммерческого учета. Основным продуктом системы коммерческого учета на рынке электроэнергии и энергоносителей является учетная информация, используемая для оформления финансовых документов по расчетам между субъектами рынка в целях расчета режимов электропотребления, определения и прогнозирования всех составляющих баланса электроэнергии (выработка, отпуск, потери), определения стоимости и себестоимости производства, передачи и распределения электрической энергии и мощности.

АСКУЭ компонуются на объекте эксплуатации из серийно выпускаемых агрегатных средств измерений, внесенных в Государственный реестр средств измерений. Для полной реализации своего назначения современная АСКУЭ должна строиться исключительно как многоуровневая система, состоящая из нижнего, среднего и верхнего уровней. Схема современной многоуровневой АСКУЭ представлена на рисунке 3.3. ИК -измерительный канал, УСПД - устройство сбора и передачи данных, ПК - персональный компьютер.

Рисунок 3.3 - Схема трехуровневой АСКУЭ

АСКУЭ разрабатываются для различных по масштабу и сложности предприятий - от простейших с несколькими счётчиками до территориально распределённых с сотнями и тысячами счётчиков. Системы строятся на базе центров сбора и обработки данных. Преобразования выходных сигналов измерительных трансформаторов в цифровую форму и вычислительные функции учета электрической энергии выполняются электронными счетчиками. Для подключения счетчиков с импульсными выходами и сбора информации в системе используются сумматоры. Представление информации по всем счетчикам и сумматорам обеспечивают компьютеры и устройства сбора и передачи данных (УСПД) со специальным программным обеспечением. Центры сбора и обработки данных объединяют технические и программные средства позволяющие собирать данные коммерческого учета со следующих элементов:

1) счетчиков электроэнергии серии «Альфа» («Альфа», «ЕвроАльфа», «А1700», «А1800» и «А1140»), СП ООО «Эльстер Метроника», объединенных или через мультиплексоры расширители МПР-16 (необязательный элемент) или через интерфейсы в различных комбинациях из набора «RS-232», «RS-485», «RS-422», ИРПС (токовая петля);

2) устройств сбора и передачи данных (УСПД) (необязательный элемент) серии «RTU-300». УСПД могут быть связаны в сеть на основе интерфейса «RS-485» (Ethernet). УСПД обеспечивают сбор данных со счетчиков с цифровым или импульсным (телеметрическим) выходом;

3) комплексов аппаратно-программных средств (КАП) для учета электроэнергии на основе УСДП серии «RTU-300» или серии «СЭМ-1»;

4) других центров сбора и обработки данных ИВК «Альфа-центр» (только многопользовательская версия ПО).

Все модификации счетчиков имеют возможность отображать на жидкокристаллическом индикаторе напряжения, токи, активную (реактивную) и полную мощность 3-х фазной системы.

Максимальное число счетчиков, которые может поддерживать ИВК «Альфа-центр», зависит от типа используемого RTU, числа заданных тарифов, числа образуемых групп, глубины хранения архивных данных в устройствах серии «RTU-300» и может достигать 256 штук. Для непосредственного опроса отдельных УСПД или опроса счетчиков подключенных к одному мультиплексору (например, в случае повреждения линии связи), предусматривается использование переносного портативного компьютера типа NoteBook с последующей загрузкой данных в центр сбора и обработки данных. Измерительно-вычислительный комплекс «Альфа-Центр» решает следующие задачи:

1) измерение параметров, указанных в таблице 3.1;

2) автоматические расчеты в соответствии с описаниями расчетных групп и соответствующих им описаниям временных зон;

3) ведение архивов по результатам расчетов;

4) диагностика полноты данных;

5) поддержание единого системного времени с целью обеспечения синхронных измерений;

6) отслеживание превышения мощности заданных лимитов.

Таблица 3.1 - Параметры, измеряемые ИВК «Альфа-Центр»

Наименование параметра	Примечание
Показания счетчиков	Расчет ведется по активной, реактивной мощности в двух направлениях.
Средние мощности на интервале усреднения 1/3/5/10/15/30 мин	Расчет ведется по активной, реактивной мощности в двух направлениях. При этом с разных точек учета могут сниматься профили с разными интервалами усреднения, но коммерческий интервал устанавливается единый на всю систему.
Максимальная средняя мощность на коммерческом интервале с учетом временных зон	Расчет ведется по расчетным группам с раскладкой по временным зонам. Временные зоны могут назначаться с дискретностью до 1-ой минуты. Вариантов разбиения суток на временные зоны может быть неограниченное количество (варианты временных зон). Привязка вариантов временных зон производится к расчетным группам.
Потребление активной и реактивной энергии (включая переток) за сутки, месяц, год	Расчет ведется по расчетным группам в целом и с раскладкой по временным зонам.
Индикация ряда параметров электрической энергии	Для непосредственного опроса счетчиков «Альфа» и «ЕвроАльфа». «А1700» без нормирования точности: частота, пофазные токи и напряжения, пофазные углы сдвига между токами и напряжениями, пофазная мощность

3.3 Общие требования к системе АСКУЭ

Технические средства АСКУЭ для промышленных предприятий могут включать в себя:

1) измерительные трансформаторы тока (ТТ) и напряжения (ТН);

2) электронные счетчики электрической энергии с цифровым интерфейсом для АСКУЭ коммерческого учета, а также электронные и индукционные счетчики с импульсными выходами для АСКУЭ технического учета;

3) устройства сбора и передачи данных (УСПД);

4) средства телекоммуникации между объектами АСКУЭ и Центрами сбора и обработки информации АСКУЭ;

5) вычислительные средства обработки информации Центров сбора и обработки информации АСКУЭ (сервера, рабочие станции, отдельные компьютеры).

АСКУЭ коммерческого учета предприятия должна работать в реальном масштабе времени и в автоматическом режиме дистанционно передавать (принимать) данные учета и сервисную информацию в АСКУЭ энергоснабжающей и (или) энергосбытовой организации.

Сбор данных измерения и учета электроэнергии должен производиться в АСКУЭ коммерческого учета только по цифровому интерфейсу с помощью УСПД и (или) устройств связи, соответствующих нормативно- техническим требованиям, принятым в Республике Беларусь.

Система коммерческого учета должна считывать, передавать по каналам связи и помещать в базу данных энергоснабжающей и (или) энергосбытовой организации следующую информацию:

1) получасовые значения активной и реактивной мощности обоих направлений;

2) суммарные, за сутки, за месяц значения активной и реактивной энергии обоих направлений по тарифным зонам на момент считывания (по возрастанию), фиксируя дату и время считывания;

3) значения активной и реактивной энергии обоих направлений по тарифным зонам по окончании суток и по окончании месяца;

4) значения токов, напряжений, частоты (при необходимости).

АСКУЭ коммерческого учета должна обеспечивать синхронизацию времени во всех счетчиках, входящих в систему.

Система коммерческого учета должна дать возможность в режиме реального времени обратиться к любому счетчику, зарегистрированному в системе, для считывания необходимых данных, не используя никакой дополнительной аппаратуры/программ на своем рабочем месте.

Контролирующему персоналу системы, имеющему полномочия, разрешить в режиме прямого доступа просмотреть данные параметризации, а при необходимости разрешить параметризировать счетчик.

3.4 Обзор существующих АСКУЭ

ПО «Матрикс»: Отличительными особенностями комплекса АСКУЭ на базе ПО Matrix AMM по сравнению с предшественниками являются:

1) Поддержка двух современных технологий: PLC (SFSK) и беспроводную Zig Bee совместимую связь стандарта IEEE802.15.4 для обмена данными между приборами учета и устройствами сбора-передачи данных (УСПД), что позволяет обеспечить стопроцентный сбор данных при относительно небольших финансовых и трудозатратах.

2) Использование новейших smart-счетчиков типа МТХ1 и МТХ

3) Использование современных каналов связи между УСПД и центром мониторинга - GPRS/GSM, Ethernet, USB.

4) Открытое прикладное программное обеспечение на базе системы управления базами данных MySQL, позволяющее организовать автоматический экспорт учетных данных в систему биллинга и импорт идентификационных данных абонента в АСКУЭ-Быт.

5) Возможность автоматизированного сбора учетных данных о потребленной электроэнергии с приборов учета, оснащённым импульсными выходами, в т.ч. воды, газа и тепла с помощью внешних радио-модулей.

6) Обеспечение верификации данных и их хранение в необработанном виде на нескольких уровнях комплекса (1-й уровень - счетчики, 2-й уровень - УСПД, 3-й уровень - сервер СУБД).

ПО «Альфа-центр» - технология и программное обеспечение для работы на оптовом и розничном рынках электроэнергии. Применяется в ОГК, ТГК, ФСК ЕЭС, МРСК, Русгидро, ИнтерРАО, РЖД, Газпром и еще на более чем 4000 предприятий России и СНГ. Измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) АСКУЭ «Альфа-центр» предназначены для измерения и учёта электрической энергии и мощности, а также автоматического сбора, обработки и хранения данных со счётчиков электроэнергии и отображения полученной информации в удобном для анализа виде. Программные пакеты серии АС «Альфа-центр» позволяют удовлетворить потребности в автоматизации коммерческого и технического учёта электроэнергии как потребителей с несколькими счётчиками, так и распределённых предприятий уровня АО «Энерго» с большим количеством объектов и пользователей. Все варианты программного обеспечения полностью совместимы на уровне справочников и данных. Технология «Альфа-центр» позволяет создавать АСКУЭ как для небольших предприятий с 1-5 точками учёта, так и распределённые системы сбора и обработки данных с тысячами точек учёта.



4. Создание программного модуля

4.1 Выбор языка и среды разработки

Поставленные задачи были решены с использование следующих средств:

при построении диаграммы вариантов использования и других диаграмм данного приложения было использовано приложение Enterprise Architect 7.5;

для написания приложения был выбран объектно-ориентированный язык Java (оболочка Eclipse MARS.1). Система будет реализована в виде распределённого приложения с использованием платформы JEE7. Модель доступа к данным электросчётчика будет осуществляться с помощью последовательного канала связи. Клиентское приложение будет реализовано с использованием технологи и библиотеки jssc-2.8.0.

4.2 Протокол обмена данных со счётчиком

Диалог между управляющим компьютером (в дальнейшем УК) и счетчиком основан на принципе - главный-подчиненный. Роль главного всегда играет УК, а счетчик (счетчики) может быть только подчиненным. Для работы со счетчиком можно использовать два варианта протокола:

1) протокол с адресацией по сетевому адресу (в дальнейшем базовый протокол) может использоваться для любых счетчиков;

2) протокол с адресацией по заводскому номеру (в дальнейшем протокол с расширенной адресацией) может использоваться для счетчиков, начиная с версии 1.15.

Основные положения базового протокола приведены ниже:

1) Протокол предусматривает одно главное и до 254 подчиненных устройств.

2) Сообщения, которыми обмениваются между собой главное и подчиненные устройства, помещаются в пакеты. Структура пакета представлена на рисунке 4.1.

3) Каждое подчиненное устройство, включенное в сеть, имеет свой уникальный адрес.

4) Для широковещательного обмена зарезервированы два адреса 0 и 255. Все подчиненные устройства принявшие пакет с адресом 0 или 255 обязаны его исполнить. Пакет, содержащий 0 адрес, требует ответа от подчиненного устройства, а пакет с адресом 255 ответа не требует.

5) Для повышения надежности передачи используется избыточный циклический код (CRC).

6) Байты, принадлежащие одному пакету должны передаваться непрерывным потоком.

7) Тайм-аут между байтами больший, чем время передачи 7 байт является признаком завершения пакета. Если скорость обмена меньше 150 бод, тайм-аут равен 500 мс.

8) Если в пакет помещается тип данных, состоящий из нескольких байт, то самый младший байт типа данных должен следовать первым.

Рисунок 4.1 - Структура пакета отправляемых данных

Поля «адрес», «функция» и «CRC» составляют обрамление пакета, а поле «сообщение» - содержимое пакета.

Поле «адрес» имеет размерность 1 байт и содержит сетевой адрес счетчика или широковещательный адрес, поле «функция» тоже однобайтное и определяет функцию, выполняемую пакетом. Допустимые значения этого поля будут подробно определены ниже.

Поле «CRC» это 2-х байтное число представляющее собой результат шифрования циклическим кодом полей «адрес», «функция» и «сообщение». Более подробно о контроле циклическим кодом и пример его расчета будут приведены ниже.

Наполнение поля «сообщение» зависит от функции выполняемой пакетом. Инициатива обмена всегда принадлежит УК, он формирует пакет запроса, передает его в линию и ожидает ответ от счетчика. В свою очередь все счетчики «прослушивают» линию и если пакет запроса принят без искажений, проверяют поле «адрес» и если оно равно 0 или 255, или совпадает с собственным адресом, то обнаруживший совпадение счетчик приступает к выполнению команды. После выполнения команды снова анализируется адрес и если он не равен 255, то отправляется ответ в линию. Время выполнения запроса зависит от его типа. Время выполнения запросов при чтении параметров из счетчика, как правило, не превышает 0,2 с. Модификация или обнуление параметров счетчика может составлять от 1 до 2 с.

В ответном пакете поле «адрес» совпадает с соответствующим полем команды. Если счетчик может обработать команду, то поле «функция» не изменяется, в противном случае старший бит этого поля устанавливается в 1. Наполнение поля «сообщение» зависит от команды.

При использовании команд модификации и обнуления необходимо иметь в виду, что не все параметры могут быть изменены, а также то, что выполнение этих команд возможно только при отключении защиты.

Начиная с версии 1.15, появилась возможность адресации по заводскому номеру. Структура пакета отправляемых данных представлена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Структура пакета отправляемых данных

Начиная с версии 1.21, появилась возможность передачи длины, и номера пакета. Структура пакета отправляемых данных представлена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Структура пакета отправляемых данных

При этом полностью сохраняется возможность работы со счетчиком по его сетевому адресу. Основные положения протокола с расширенной адресацией приведены ниже:

1) протокол предусматривает одно главное и любое количество подчиненных устройств (подчиненные устройства должны иметь уникальные заводские номера);

2) сообщения, которыми обмениваются между собой главное и подчиненные устройства, помещаются в пакеты. Структуры пакетов были представлены выше;

3) для повышения надежности передачи используется избыточный циклический код (CRC);

4) байты, принадлежащие одному пакету должны передаваться непрерывным потоком для пакетов типа 1, для пакетов типа 2 и 3 допускаются разрывы в потоке данных длительностью не более 500 мс;

5) тайм-аут между байтами больший, чем время передачи 7 байт является признаком завершения пакета для пакетов типа 1, для пакетов типа 2 и 3 признаком завершения пакета является прием количества байт указанных в длине пакета; если в пакет помещается тип данных, состоящий из нескольких байт, то самый младший байт типа данных должен следовать первым.

Поле «заголовок» всегда постоянно и содержит два байта [0xFF, 0x7F]. Данное поле означает, что будет использоваться расширенная адресация.

Поле «len» содержит байт длины пакета. Длина пакета считается целиком, с учетом заголовка и контрольной суммы.

Поле «num» содержит однобайтный номер пакета. Номер пакета в ответном сообщении счетчика должен совпадать с номером пакета в запросе. Таким образом, можно проверить, что ответ пришел именно на наш запрос.

Поле «адрес» содержит сетевой адрес счетчика, которому предназначен запрос. Нулевое значение адресует счетчики с любым сетевым адресом. Размерность поля составляет один байт.

Маска заводского номера может содержать любые символы заводского номера и символ «?». Размер данного поля 8 байт. Символ «?» означает, что в данной позиции может находиться любой символ. Например, маска «1???????» адресует счетчики с заводскими номерами, начинающимися на «1», а маска «????????» адресует все счетчики (широковещательный запрос).

Размер и содержание полей «функция» и «сообщение» аналогично таковым в базовом протоколе.

Поле «инверсия CRC» это 2-х байтное число, представляющее собой результат шифрования циклическим кодом всего тела пакета. Рассчитывается так же как для базового протокола и инвертируется побитно.

При использовании расширенной адресации можно организовать поиск счетчиков по их заводским номерам. Подробнее про алгоритм поиска счетчиков будет описано ниже.

4.3 Чтение, модификация и обнуление параметров

Основное назначение протокола обмена это чтение, модификация и обнуление параметров счетчика. Перечень параметров приведен в таблице «Кодировка параметров» приложения А. Все параметры предполагают возможность чтения за исключением параметра №37 «Пароль», который можно только изменить. Знаком «+» в полях «Модификация» и «Обнуление» помечены те параметры, которые можно изменять или обнулять.

В счетчике предусмотрена защита от несанкционированного изменения параметров счетчика. Имеется два уровня доступа. Основной уровень предоставляет полный доступ ко всем модифицируемым параметрам, а вспомогательный позволяет изменить только сетевой адрес, конфигурацию порта связи и маску отображаемых параметров. Каждый из уровней доступа защищен своим паролем. Поэтому перед выполнением команд, которые могут изменить какой-либо параметр необходимо подтвердить свое право на выполнение таких действий. Получить тот или другой уровень доступа можно с помощью команды «Отключить защиту». Аргументом команды «Отключить защиту» является 8-ми байтный пароль. Если после отключения защиты счетчик не принял ни одной команды изменяющей параметры в течение 240 секунд, то защита будет восстановлена автоматически. Защиту также можно восстановить с помощью команды «Восстановить защиту».