Разработка аппаратной части распределительной трансформаторной подстанции


Тип работы:  Дипломная работа
Объем: 59 страниц
Цена этой работы: 1500 теңге
В избранное:   
Бесплатно:  Антиплагиат

Какую ошибку нашли?

Рақмет!






Аңдатпа
Дипломдық жобаны орындау барысында электр энергиясын таратуды автоматтандыру жүйесі әзірленді.
Дипломдық жоба технологиялық процестің сипаттамасын, сондай-ақ жүйенің жұмыс істеу принципін қамтиды. Автоматтандыру құрамдастары таңдалған, олардың техникалық сипаттамасы ұсынылған. Автоматтандырыл-ған бағдарлама алгоритмі әзірленді және жобаны визуализациялау бойынша жұмыс жүргізілді.
Қосалқы станса құрылысының техникалық-экономикалық негіздемесі және өміртіршілік қауіпсіздігі қаралды.

Аннотация
В ходе выполнения дипломного проекта была разработана система автоматизации распределения электрической энергии.
Дипломный проект включает в себя описание технологического процесса, а также принцип функционирования системы. Выбраны составляющие автоматизации, представлено их техническое описание. Разработан алгоритм автоматизированной программы и проведена работа по визуализации проекта.
Рассмотрены технико-экономическое обоснование сооружения подстанции и безопасность жизнедеятельности.

Abstract
In the course of the graduation project, a system for automating the distribution of electrical energy was developed.
The graduation project includes a description of the process, as well as the principle of the system. The components of automation are selected, their technical description is presented. The algorithm of the automated program was developed and the project visualization work was carried out.
The feasibility study of the construction of the substation and life safety are considered.

Содержание
Введение 6
1 Теоретическая часть 7
1.1 Описание процесса распределения электроэнергии подстанции ... . 22011010 кв 7
1.2 Обзор технологических задач автоматизации подстанции 22011010кв 8
1.3 Постановка задач дипломного проекта 9
2 Разработка аппаратной части распределительной трансформаторной подстанции 10
2.1 Разработка структуры и выбор компонентов системы автоматизации (контроллер, датчик, измерительные устройства) 13
2.2 Разработка функциональной схемы проекта автоматизированной подстанции 17
3 Программная часть автоматизированной подстанции 18
3.1 Выбор программного обеспечения 18
3.2 Разработка модели системы автоматизации распределения энергии в среде Tia Portal 19
3.3 Разработка подсистем 21
4 Индидуальное задание по ТАУ 25
4.1 Устройство и описание системы стабилизации 30
4.2 Исследование системы стабилизации частоты двигателя без корректирующего звена 39
4.3 Исследование системы стабилизации частоты вращения двигателя
с введением корректирующего звена 39
4.4 Исследование заданной системы стабилтзации частоты вращения двигателя в программной среде Simulink 39
5 Метрологическая часть 47
5.1 Задание 48
5.2 Структурная схема канала измерения температуры 49
5.3 Выбор средств измерения 49
5.4 Рачеты значения суммарной погрешности канала измерения температуры 50
6 Безопасность жизнедеятельности 51
6.1 Идентификация и оценка опасных и вредных факторов на подстанциях при распределении электроэнергии 55
6.2 Расчет искусственного освещения в помещении подстанции 56
6.3 Расчет заземляющего устройтсва ОРУ 110 кв 49
6.4 Пожарная безопасность 49
6.5 Возможные чрезвычайные ситуации на подстанциях 49
7 Технико-экономическое обоснование 49
7.1 Определение потерь электроэнергии в трансформаторах 100.4 кВ 49
Заключение 59
Перечень сокращений и обозначений 60
Список литературы 61
Перечень сокращений и обозначений

АВР
автоматическое включение резерва
АПВ
автоматическое повторное включение
АТ
автотрансформатор
ВЛ
воздушная линия
ВН
высокое напряжение
ВЧ
высокая частота
ГЗ
газовая защита
ДФЗ
дифференциально - фазная защита
КЗ
короткое замыкание
КРУ
комплектное распределительное устройство
ЛЭП
линия электропередач
МТЗ
максимальная токовая защита
МЭС
межсистемные электрические сети
НН
низкое напряжение
ОПН
ограничитель перенапряжения
ОРУ
открытое распределительное устройство
ПС
подстанция
ПУЭ
правила устройства электроустановок
РЗ
релейная защита
РПН
регулирование под нагрузкой
РУ
распределительное устройство
РЭК
региональная электросетевая компания
СД
синхронный двигатель
СН
среднее напряжение
с.н.
собственные нужды
ТЗНП
токовая защита нулевой последовательности
ТЗОП
токовая защита обратной последовательности
ТОО
товарищество с ограниченной ответственностью
ТТ
трансформатор тока
ТЭО
технико - экономическое обоснование
ТЭЦ
теплоэлектроцентраль
УРОВ
устройство резервирования отказа выключателя
ЭДС
электродвижущая сила
IRR
норма прибыли инвестиционного проекта
NPV
чистый приведенный доход
PP
срок окупаемости инвестиций

Введение
Казахстан обладает крупными запасами энергетических ресурсов (нефть, газ, уголь, уран) и является сырьевой страной, живущей за счет продажи природных запасов энергоносителей (80% экспорта -- сырье, а доля промышленного экспорта сокращается ежегодно). Электроэнергетика Казахстана развивается быстрыми темпами. До 2010 года Казахстан являлся нетто-экспортёром электроэнергии, а после 2010 года является нетто-импортером, то есть потребляет больше электроэнергии, чем производит.
Энергетические компании постоянно пытаются модернизировать электроэнергетические системы, используя цифровую технологию, иногда называемую "интеллектуальной энергосистемой". Например, более интеллектуальные счетчики (иногда называемые "интеллектуальными счетчиками") представляют собой определенный тип усовершенствованного счетчика, который более подробно идентифицирует потребление, чем обычный счетчик. Интеллектуальный счетчик может затем передавать свою информацию через какую-нибудь сеть обратно в локальную коммунальную службу для мониторинга и с целью начисления счетов (телеметрия). Хотя все эти достигнутые в последнее время усовершенствования и обновления электроэнергетической системы являются полезными, требуется дополнительное усовершенствование. Существуют отчеты о том, что только в Соединенных Штатах половина генерируемой электроэнергии не используется, половина пропускной способности сетей электроэнергетичес-кой системы на большое расстояние не используется, и две трети локального распределения в стране не используются. Поэтому, очевидно, существует потребность в улучшении управления сетями электроэнергетической системы.
В дипломной работе проектируется автоматизированное распределение электроэнергии подстанции УКПГ Прорва 22011010кВ , функциональные схемы проекта, сопоставляя, выбираются все электрооборудования, предлага-ется технико экномическое обоснование сооружения автоматизированной подстанции, а также обеспечения безопасных условий труда обслуживающему персоналам подстанции.
Сооружение подстанции УКПГ Прорва 22011010 кВ, предлагаемое ди-пломной работой наиболее "интелектуальна" для энергосистемы Казахстана, потому что это один из шагов к обеспечению доступа к стабильной электроэнергии для всех потребителей.

1 Технологическая часть

35.1 Описание процесса распределения электроэнергии подстанции

Все технологические процессы любого производства связаны с потреблением энергии. На их выполнение расходуется подавляющая часть энергетических ресурсов.
Важнейшую роль на промышленном предприятии играет электрическая энергия - самый универсальный вид энергии, являющейся основным источником получения механической энергии.
Преобразование энергии различных видов в электрическую происходит на электростанциях. Электростанциями называются предприятия или уста-новки, предназначенные для производства электроэнергии. Топливом для электрических станций служат природные богатства - уголь, торф, вода, ветер, солнце, атомная энергия и др.
В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные, а также маломощные электрические станции местного значения - ветряные, солнечные, геотермальные, морских приливов и отливов, дизельные и др.
Основная часть электроэнергии (до 80 %) вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). Процесс получения электрической энергии на ТЭС заключается в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединённую с генератором). Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат каменный уголь, торф, горючие сланцы, естественный газ, нефть, мазут, древесные отходы.
Особенностью работы электростанций является то, что они должны вырабатывать столько энергии, сколько её требуется в данный момент для покрытия нагрузки потребителей, собственных нужд станций и потерь в сетях. Поэтому оборудование станций должно быть всегда готово к периодическому изменению нагрузки потребителей в течении дня или года.
Для обеспечения указанных требований энергосистемы оборудуют специальными диспетчерскими пунктами, оснащёнными средствами контроля, управления, связи и специальными схемами расположения электростанций, линий передач и подстанций. Диспетчерский пункт получает необходимые данные и сведения о состояниях технологического процесса на электростанциях (расходе воды и топлива, параметрах пара, скорости вращения турбин и т.д.); о работе системы - какие элементы системы (линии, трансформаторы, генераторы, нагрузки, котлы, паропрово-ды) в данный момент отключены, какие находятся в работе, в резерве и т.д.; об электрических параметрах режима (напряжениях, токах, активных и реактивных мощностях, частоте и т.д.).
В Казахстане, как и во многих других странах, для производства и распределения электроэнергии применяется трёхфазный переменный ток частотой 50Гц (в США и ряде других стран 60Гц). Сети и установки трёхфазного тока более экономичны по сравнению с установками однофазно-го переменного тока, а также дают возможность широко использовать в качестве электропривода наиболее надёжные, простые и дешевые асинхрон-ные электродвигатели.
Наряду с трёхфазным током в некоторых отраслях промышленности применяют постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной металлургии , электрифицированный транспорт и др.).
Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места её потребления, прежде всего в крупные промышленные центры, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Её необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей - промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т.д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500кВт и более), чем обеспечи-ваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи и получается большая экономия материалов за счёт сокращения сечений проводов. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых транс-форматорами. Трансформатор не является электрической машиной, т.к. его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Повы-шение напряжения осуществляется при помощи повышающих трансформаторов на электростанциях, а понижение - при помощи понижающих трансформаторов на подстанциях у потребителей.
Подстанции - это места, где уровень напряжения претерпевает изменения с помощью трансформатора. Помимо трансформаторов на подстанции будут размещаться выключатели (так называемые автоматические выключатели), счетчики, реле защиты и другое контрольное оборудование. Вообще говоря, большая подстанция получает питание через входящие линии электропередач при некотором напряжении (скажем, 400 кВ), при изменении уровня напряжения (скажем, до 132 кВ) с использованием трансформатора, а затем направляет его наружу через исходящие линии электропередач.
Трансформаторная подстанция - это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии.
Подстанции могут быть закрытыми или открытыми в зависимости от расположения её основного оборудования. Если оборудование находится в здании, то подстанция считается закрытой; если на открытом воздухе, то - открытой.
Оборудование подстанций может быть смонтировано из отдельных эле-ментов устройств или из блоков, поставляемых в собранном для установки виде. Подстанции блочной конструкции называются комплектными.
В оборудование подстанций входят аппараты, осуществляющие коммутацию и защиту электрических цепей.
Основной элемент подстанций - силовой трансформатор. Конструктивно силовые трансформаторы выполняются так, чтобы максимально отвести тепло, выделяемое ими при работе от обмоток и сердечника в окружающую среду. Для этого, например, сердечник с обмотками погружают в бак с маслом, делают поверхность бака ребристой, с трубчатыми радиаторами.
Комплектные трансформаторные подстанции, устанавливаемые непо-средственно в производственных помещениях мощностью до 1000 кВА, могут оснащаться сухими трансформаторами.
Для увеличения коэффициента мощности электроустановки на подстанциях устанавливают статические конденсаторы, компенсирующие реактивную мощность нагрузки.
Автоматическая система контроля и управления аппаратами подстанции следит за процессами, происходящими в нагрузке, в сетях электроснабжения. Она выполняет функции защиты трансформатора и сетей, отключает при посредстве выключателя защищаемые участки при аварийных режимах, осуществляет повторное включение, автоматическое включение резерва.
Трансформаторные подстанции промышленных предприятий подключаются к питающей сети различными способами в зависимости от требований надёжности бесперебойного электроснабжения потребителей.
Типовыми схемами, осуществляющими бесперебойное электроснабжение, являются радиальная, магистральная или кольцевая.
В радиальных схемах от распределительного щита трансформаторной подстанции отходят линии, питающие крупные электроприёмники: двигате-ли, групповые распределительные пункты, к которым присоединены более мелкие приёмники. Радиальные схемы применяются в компрессорных, насосных станциях, цехах взрыво- и пожароопасных, пыльных производств. Они обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, позволяют широко использовать автоматическую аппаратуру управления и защиты, но требуют больших затрат на сооружение распределительных щитов, прокладку кабеля и проводов.
Магистральные схемы применяются при равномерном распределении нагрузки по площади цеха, когда не требуется сооружать распределительный щит на подстанции, что удешевляет объект; можно использовать сборные ши-нопроводы, что ускоряет монтаж. При этом перемещение технологического оборудования не требует переделки сети.
Недостатком магистральной схемы является низкая надёжность электроснабжения, так как при повреждении магистрали отключаются все электроприёмники, присоединённые к ней. Однако установка перемычек между магистралями и применение защиты существенно повышает надёжно-сть электроснабжения при минимальных затратах на резервирование.
От подстанций ток пониженного напряжения промышленной частоты распределяется по цехам с помощью кабелей, проводов, шинопроводов от цехового распределительного устройства до устройств электроприводов отдельных машин.
Для передачи и распределения электроэнергии широко применяются силовые кабели в резиновой, свинцовой оболочке; небронированные и бронированные. Кабели могут укладываться в кабельные каналы, укрепляться на стенах, в земляных траншеях, заделываться в стены.

35.2 Обзор технологических задач автоматизации подстанции

Автоматизация технологического процесса подстанции -- совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы , позволяющей осуществлять управление самим технологическим процессом без непосред-ственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений. Соответственно, в результате автомати-зации технологического процесса подстанции создаётся АСРЭ.
Основа автоматизации технологических процессов подстанции -- это перераспределение, энергетических потоков в соответствии с принятым критерием управления.
Под АСРЭ подстанции понимается распределенная иерархическая система, работающая в темпе протекания технологического процесса. Система интегрирует в себя информацию со всех смежных подстанционных систем, таких как РЗА (релейная защита и автоматика), ПА (противоаварий-ная автоматика), АИИС КУЭ (Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии), система контроля, мониторинга и управления основным оборудованием, ОМП (определения места повреждения), РАС (регистрации аварийных событий) и передает данную информацию на верхние уровни иерархии управления режимами и эксплуатацией электрических сетей. АСРЭ подстанции обеспечивает минимизацию потерь в системе распределения, улучшение качества электроэнергии и обеспечить функции управления отключениями. Коммуникации внутри системы осуществляются с использованием стандартных промышленных протоколов, таких как МЭК 60870-5-10x, DNP 3.0, Modbus, Profibus. Предпочтительней использование протокола МЭК 61850, который является наиболее актуальной разработкой в области коммуникационных технологий для систем управления в энергетике.

1.3 Постановка задач дипломного проекта

Задачи:
1 Обзор литературы по технологическим задачам распределения электроэнергии подстанции 22011035 кв;
2 Разработка аппаратной части распределительной трансформаторной подстанции;
3 Сравнительный анализ аппаратных частей прототипа и модернизиро-ванной системы;
4 Разработка макета трансформаторной подстанции распределения электроэнергии в среде Tia Portal;
5 Исследование макета трансформаторной подстанции распределения электроэнергии в среде Tia Portal ;
6 Исследование системы стабилизации частоты двигателя с корректирующем звеном и без него;
7 Произвести выбор технических средств измерения температуры (первичных преобразователей и вторичных измерительных приборов), обосновать данный выбор;
8 Расчет искусственного освещения в помещении подстанции и заземляющего устройства ОРУ 110 кВ;
9 Определение потерь электроэнергии в трансформаторах 100.4 кВ.

1.3.1 Описание прототипа на примере подстанции УКПГ ПРОРВА

1- Генератор, 2- Подстанция, 3- Линии электропередач, 4- Потребители
Рисунок 1.1 - Схема распределения электроэнергии на "УКПГ прорва"
Вырабатываемая электрическая энергия с генератора поступает на подстанцию. Далее подстанция понижает электрическую энергию до 22011035 кВ, и через линии электропередач передает к потребителям. Передает по стандарту не проверяя на потери и аварийные ситуации, соответственно переизбыток или недостаток электрической энергии может привести промышленное предприятие к непредвиденным обстоятельствам.

2 Разработка аппаратной части распределительной подстанции

2.1 Разработка структуры и выбор компонентов системы автоматизации (контроллер, реле, измерительные устройства)

2.1.1 Структура автоматизированного распределения электроэнергии на подстанции будет состоять из датчиков, счетчиков и промышленного контроллера. В автоматизированной системе распределения электроэнергии подстанции расположено 10 аналоговых датчиков, 3 дискретных и один контроллер распределения электроэнергии. Аналоговые датчики предназначены для замера информации с 2 подсистем. Дискретные датчики предназначены для функционирования системы, то есть отвечают за пуск и стоп подсистем и за работу всей подстанции.
Выбор компонентов автоматизированной системы распределения электроэнергии.
Аналоговые датчики:
1 Датчик замера напряжения трансформатора;
2 Датчик замера входящего напряжения на подстанцию;
3 Датчик замера напряжения ЛЭП;
4 Датчик температуры обмоток трансформатора;
5 Датчик замера напряжения у потребителя;
6 Датчик положения коммутационных аппаратов;
7 Датчик информации о турбогенераторе;
8 Датчик информации о трансформаторе;
9 Датчик информации о подстанции;
10 Датчик информации о ЛЭП.
Дискретные датчики:
1 Отключение трансформатора;
2 Отключение подачи напряжения на ЛЭП;
3 Отключение питания подстанции.

2.1.2 Анализ аппаратных частей выбранных для модернизированной системы подстанции

Рисунок 2.1 - Датчик температуры обмоток трансформатора

1) Датчик температуры обмоток температуры трансформатора VAISALA в ТП. Датчик температуры в помещении со встроенным чувстви-тельным элементом служит для измерения обмоток высокой и низкой температуры трансформатора.
Таблица 2.1 - Технические характеристики VAISALA
Диапазон измерения температуры
-40˚С до +200˚С
Чувствительные элементы
Pt100
Напряжение питания
40 В
Степень защиты
IP 67
Соответствует стандартам
МЭК 61850
Система связи
Ethernet, Modbus, GOOSE

Рисунок 2.2 - Датчик замера входящего напряжения на подстанцию ДНХ-3000-Л
2) В конструкции датчика напряжения ДНХ-3000-Л применен прецизионный датчик Холла, что в сочетании с используемой схемой компенсационного типа позволило получить неплохие технические характеристики. Высокая точность измерений достигается благодаря целому ряду новых конструктивных решений, которые дополняют традиционное для таких датчиков исполнение.
Таблица 2.2 - Технические характеристики ДНХ-3000-Л
Напряжение питания
15 - 30 В
Класс точности
1,5
Диапазон измеряемого напряжения
3000 В
Рабочая температура
-40˚С до +70˚С
Соответствие стандартам
МЭК 61850
Система связи
Modbus, Ethernet, GOOSE
Масса,г
1200

Рисунок 2.3 - Датчик замера напряжения трансформатора VSO

3) Датчик VSO предназначен для измерения токов с высокой чувствительностью, гальванической развязкой и защитой от внешних полей. Состоит из кольцевого разрезного магнитопровода с датчиком Холла, печатной платы и электронной схемы обработки сигнала с возможностью размагничивания магнитопровода.

Таблица 2.3 - Технические характеристики VSO
Напряжение питания
5 - 40 В
Класс точности
1,5
Частота замеров
2,0 разс
Рабочая температура
-55˚С до +65˚С
Соответствие стандартам
МЭК 61850
Система связи
Modbus, Ethernet, GOOSE

Рисунок 2.4 - Счетчик электроэнергии в ЛЭП АЛЬФА А1800

4) Многофункциональный микропроцессорный счётчик АЛЬФА A1800 трансформаторного включения предназначен для учёта активной и реактивной энергии и мощности в трёхфазных сетях переменного тока в режиме многотарифности, хранения измеренных данных в своей памяти, а также передачи их по цифровым и импульсным каналам связи на диспетчерский пункт по контролю, учёту и распределению электроэнергии.
Счётчик АЛЬФА А1800 предназначен для установки на перетоки, генерацию, высоковольтные подстанции, в распределительные сети и на промышленные предприятия.

Таблица 2.4 - Технические характеристики Альфа А1800
Напряжение питания
2,5 - 15 В
Класс точности
2

Рабочая температура
-40˚С до +50˚С
Соответствие стандартам
МЭК 61850
Система связи
Modbus, Ethernet, GOOSE

Рисунок 2.5 - Датчик марки WDM-T
5) Система марки WDM-T (Wireless Diagnostic Monitor - Temperature) предназначена для дистанционного измерения температуры оборудования, для которого невозможно использовать проводные датчики измерения температуры с соединительными кабелями.
Система WDM-T состоит из трех (и более) автономных датчиков контроля температуры марки WTS, смонтированных на проводах ЛЭП, и одного блока приемника - концентратора информации марки WDM, установленного на земле. Беспроводные датчики марки WTS предназначены для контактного измерения температуры проводов ЛЭП. Датчики этого типа монтируются непосредственно на проводах линии в районе подстанции в зоне прямой радиосвязи с приемником марки WDM.

Таблица 2.5 - Основные параметры приемника WDM
Протокол связи с датчиками
Bluetooth
Интерфейс связи
RS-485
Напряжение питания, В
120 250
Потребляемая мощность, Вт
10
Диапазон рабочих температур, град
-40 +60
Масса приемника, грамм
400

Рисунок 2.6 - Автоматический регулируемый трансформатор
6) Автоматический регулируемый трансформатор серии TNDTNS(SVC) автоматически следит за изменением напряжения и при необходимости приводится в действие регулирующий механизм, чем поддерживается выходное напряжение на заданном уровне и достигается стабилизация напряжения. Находит широкое применение при значительных колебаниях напряжения в питающей сети в таких областях, как промышленное производство, научные исследования, в медицине, для питания бытовых электроприборов.
Таблица 2.6 - Технические характеристики
Мощность
5 кВт
Частота, Гц:
50-60
Рабочая температура
-5˚С до +40˚С
Соответствие стандартам
МЭК 61850
Система связи
Modbus, Ethernet, GOOSE
Входное напряжение,В
280-415
Наличие гармонических помех
Гармонические помехи отсутствуют
Время срабатывания, с
не более 3 - 6
Вес, кг
19,5

7) Программируемые контроллеры SIMATIC S7-1200 это новое семейство микроконтроллеров для решения самых разных задач автоматизации малого уровня. Эти контроллеры имеют модульную конструкцию и универсальное назначение. Они способны работать в реальном масштабе времени, могут использоваться для построения относительно простых узлов локальной автоматики или узлов комплексных систем автоматического управления, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети Industrial EthernetPROFINET, а также PtP (Point-to-Point) соединения.
Программируемые контроллеры S7-1200 имеют компактные пластиковые корпуса со степенью защиты IP20, могут монтироваться на стандартную 35 мм профильную шину DIN или на монтажную плату и работают в диапазоне температур от 0 до +50 °C. Они способны обслуживать от 10 до 284 дискретных и от 2 до 51 аналогового канала ввода-вывода. При одинаковых с S7-200 конфигурациях ввода-вывода контроллер S7-1200 занимает на 35% меньший монтажный объем.
К центральному процессору (CPU) программируемого контроллера S7-1200 могут быть подключены коммуникационные модули (CM); сигнальные модули (SM) и сигнальные платы (SB) ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов. Совместно с ними используются 4-канальный коммутатор Industrial Ethernet (CSM 1277) и модуль блока питания (PM 1207).
Сигнальные модули SM:
Сигнальные модули (модули расширения) позволяют адаптировать контроллер к требованиям решаемой задачи. Они позволяют увеличивать количество входов и выходов, с которыми работает центральный процессор, дополнять систему ввода-вывода дискретными и аналоговыми каналами с требуемыми параметрами входных и выходных сигналов.
Сигнальные модули устанавливаются справа от центрального процессора и могут подключаться только к CPU 1212C и CPU 1215C.
Подключение к внутренней шине контроллера выполняется с помощью выдвижных штекеров, вмонтированных в каждый модуль SM. Подключение внешних цепей производится через съемные терминальные блоки с контактами под винт.
В состав сигнальных модулей входят 8- и 16-канальные модули ввода и модули вывода дискретных сигналов, 16- и 32-канальные модули ввода-вывода дискретных сигналов, 8-канальные модули ввода и 4-канальные модули вывода аналоговых сигналов, а также модуль ввода-вывода аналоговых сигналов с 4 входами и 2 выходами.
Сигнальные платы SB:
По своему назначению сигнальные платы аналогичны сигнальным модулям. Они устанавливаются в специальный отсек на фронтальной панели центрального процессора и не изменяют установочных размеров корпуса.
Сигнальные платы могут использоваться со всеми типами центральных процессоров. Одновременно можно использовать одну сигнальную плату.
Коммуникационные модули CM 1241:
Коммуникационные модули CM 1241 позволяют устанавливать PtP соединения между контроллером S7-1200 и контроллерами других производителей, принтерами, сканнерами, модемами и т.д. Модули имеют два исполнения с встроенным последовательным интерфейсом RS 232 или RS 485.
Оба модуля обеспечивают поддержку протоколов ASCII и Modbus RTU (ведущее или ведомое устройство). Дополнительно модуль CM 1241 с интерфейсом RS 485 обеспечивает поддержку протокола USS. Все команды для управления обменом данными встроены в систему команд контроллера.
Коммуникационные модули устанавливаются слева от центрального процессора и подключаются к его внутренней шине через встроенные в каждый модуль соединители. Они могут работать со всеми типами центральных процессоров.
Дополнительные компоненты:
Кроме модулей центральных процессоров, сигнальных модулей и плат в составе программируемого контроллера S7-1200 могут использоваться:
* блок питания PM 1207 с входным напряжением ~115230 В, выходным напряжением =24 В и номинальным током нагрузки 2.5 А;
* неуправляемый коммутатор Industrial Ethernet CSM 1277: 4xRJ45, 10100 Мбитс;
* карты памяти SIMATIC Memory Card емкостью 2 или 24 Мбайт для расширения загружаемой памяти контроллера;
* имитаторы с встроенными переключателями для имитации входных дискретных сигналов центрального процессора в процессе отладки программы.
Аппаратура человеко-машинного интерфейса:
Для решения задач оперативного управления и мониторинга в сочетании с программируемыми контроллерами S7-1200 рекомендуется использовать базовые панели операторов SIMATIC, оснащенные встроенным интерфейсом Ethernet.
Функции контроллера SIMATIC S7-1200:
oo обеспечение предельно простых стартовых решений;
oo оперативный и простой процесс знакомства с контроллером;
oo удобный в использовании стандартный набор команд и доступные для понимания принципы программирования, позволяют значительно снижать затраты времени на разработку проектов;
oo предельно доступные и полные характеристики реального масштаба времени: опции прерываний, скоростные счетчики и импульсные выходы позволяют использовать этот тип оборудования для автоматизации быстро протекающих процессов;
oo контроллер позволяет использовать свою производительность на все 100% в распределенных структурах автоматизации.

Рисунок 2.7 - Контроллер SIMATIC S7-1200

Таблица 2.7 - Технические характеристики
Обозначение типа продукта
ЦП 1215C
Напряжение питания, В
20-30
Число аналоговых входов
12
Число дискретных входов
14
Входное напряжение, В
24
Рабочая память, RAM
100
Коммуникационный интерфейс PROFINET, 10100 Мбитс
2xRJ45
Производительность, мкс
2
Масса, г
500
Таймеры
IEC
Потребляемый ток, не более
500 мА при =24 В

2.2 Разработка функциональной схемы проекта

2.2.1 Схема собственных нужд подстанции
Надежность работы подстанции в значительной степени определяется надежностью работы ее собственных нужд, а надежность работы последних зависит от надежности работы их источников питания.
На подстанциях потребителями собственных нужд являются: электроосвещение, вентиляторы охлаждения мощных трансформаторов, зарядные агрегаты аккумуляторных батарей, вентиляция помещений и т.д.
На подстанциях, использующих переменный оперток в большинстве случаев ТТ собственных нужд подключают непосредственно к выводам обмоток НН силовых трансформаторов, с тем чтобы иметь возможность производить операции с аппаратами 10 кВ после подключения одного из главных трансформаторов к сети ВН [4].
На небольших понижающих подстанциях с целью питания собственных нужд устанавливают, один трансформатор 6-100,40 - 0,23 кВ, а на мощных понижающих подстанциях - два трансформатора, присоединяемых обычно к различным секциям 6-10 кВ [4].
Номинальная мощность ТСН, питающих собственные нужды, выбираются так, чтобы обеспечить питание наибольшей возможной длительной нагрузки.
Применяется в качестве ТСН, трансформаторы мощностью 630 кВА (ТМ-63010).

Рисунок 2.8 - Схема питания собственных нужд подстанции
УКПГ Прорва

2.2.2 Функциональная схема автоматизированной подстанции

Рисунок 2.9 - Функциональная схема автоматизированной системы распределения электроэнергии на подстанции

3 Программная часть автоматизированной подстанции

3.1 Выбор программного обеспечения

TIAPortal(TotallyIntegratedAutomati onPortal) -- интегрированнаясреда проектированияпрограммного обеспечения,систем автоматизации, техноло-гических процессов от уровня приводов и регуляторов до уровня человеко-машинного интерфейса. Среда является реализацией представления комплексной автоматизации эволюционным прогрессом систем автоматизации Simatic компании Siemens AG [9].
В TIA Portal v14 интегрированы три главных программных пакета (см. рис. 3.1):

SimaticStep 7 v.14 для программирования S7-1200, S7-300, S7-400 и WinAC;

SimaticWinCCv.14 для разработки человеко-машинного интерфейса(от простейших кнопочных панелей до многосложных конфигураций уровня SCADA);

Sinamics StartDrive v.14 для изменения значений, программированияи диагностики приводов Sinamics.
Данная система имеет такие достоинства, как:

общая программная платформа;

единый пользовательский интерфейс для любой задачи автоматизации вместе с общими службами;

непроизвольный контроль обособленных данных и всего проекта на целостность и корректность;

сильная подсистема библиотек для всех задач;
встроенное обеспечение функций Safety;

встроенные инструменты работы с приводами.

Рисунок 3.1 - программные пакеты TIA Portal v14

TIA Portal предоставляет пользователям создавать комплексные проекты систем автоматизации на основе программируемых регуляторов SIMATIC быстро и безотчетно, что опускает общепринятые расходы времени и средств на интеграцию отдельных программных пакетов. Это программное творение годится как для начинающих, так и для опытных пользователей.

На рисунке 3.2 продемонстрировано первое окно создания проекта в TIA Portal V14.

Рисунок 3.2 - Начальное окно TIA Portal V14

TIA Portal предоставляет поддержку функций навигации проектов, общие концепции применения библиотек, централизованного руководства данными и оснащения их полной совместимости, проверки и множества других функций. Например, все устройства и сети в какой угодно системе автоматизации с этого момента могут быть сконфигурированы при использовании общего редактора устройств и сетей. Редактор гораздо уменьшает затраты на конфигурирование и организацию согласование между контроллерами, приводами и приборами и системами человеко-машинного интерфейса. Все программные блоки, параметры настройки контроллеров, теги и сообщения могут вводиться только один раз, что значительно ускоряет и сокращает расход на разработку комплексного проекта автоматизации[10].
Программное обеспечение TIA Portal является компонентом пакетов программ STEP 7 Professional Basic V14 и SIMATIC WinCC v14.

Подчиненность контроллеров и HMI (Human-machineinterface) устройств, воплощенных в этой среде, показана на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Составные части TIA Portal V14

Программы создаются в среде STEP 7 Professional Basic V14. Пакет STEP 7 Professional v14 имеет весь спектр инструментов, необходимых для настройки параметров, программирования, конфигурирования аппаратуры и промышленных сетей, диагностики и обслуживания систем управления, построенных на базе программируемых контроллеров S7-1200, S7-1500, S7-300 и WinAC.

Пакет STEP 7 V14Basic содержит программное обеспечение STEP 7 Basic V14 для настройки панелей операторов серии SIMATIC BasicPanel. С помощью интерфейса выполняется быстрый поиска и быстрый доступ к искомым данным и компонентам проекта. Также перекрестные ссылки, действующие в масштабах всего проекта, могут использоваться для поиска информации (теги, объекты и т.д.)[11].
Для выбора устройств в TIA Portal требуется нажать на кнопку Configure device (см. рисунок 3.4). После этого выходит список PC systems, HMI и Controllers.

Рисунок 3.4 - Выбор устройств

Проектный вид окна TIA Portal v14 показан на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Проектный вид TIA Portal v14

Основные особенности TIA Portal v14:

оперирование функциональных средств TIA Portal для разработки и создания комплексных проектов автоматизации;

инстинктивно легкий интерфейс пользователя с обширными возможностями;
один редактор используется для настройки аппаратных и сетевых топологии;
системное руководство набором информации для выполнения операций настроек;

концентрированное управление данными с использованием всеобщих имен;

сверхмощный редактор программ;

рабочая среда для формирования приемлемого согласования программируемых контроллеров с приборами и системами человеко-машинного интерфейса;

мощный набор диагностических функций;
мощные библиотечные функции;

программные компоненты защищены под паролем.

Объединения функций гарантии безопасности в STEP 7 Professional v14.
Интерфейс пользователя STEP 7 v14 основывается на применении новейших компьютерных технологий, стандартов Windows и разложения интерфейсных функций между разными редакторами[12].
На рисунках 3.6 и 3.7 отображена конфигурируемая аппаратура с фотографической точностью. Выполнять быстрый переход к настраиваемой группе параметров можно с помощью специальная навигации для каждого модуля.

Рисунок 3.6 - Конфигурирование аппаратуры и топологии сетей
топологии сетей

Сетевой вид обеспечивает:
cоединенный просмотр сетевых и аппаратных компонентов;
настройка отдельных станций;

многоуровневый вид для обзора всего проекта;

присоединение узлов к сети реализуется по drag&drop (перетащил-бросил);

хорошо сформированный вид представления даже для очень больших проектов;

одинаковыеметодынтеграции для всех устройств PROFIBUS PROFINETAS-i.
Библиотечные функции TIA Portal направлены на стандартизацию и вторичное использование разных компонентов проекта. Ппеременные, блоки, сигналы тревоги, структура и содержимое экранов, параметры отдельных модулей или станций могут оставаться в виде одного библиотечного блока локальной или глобальной библиотеки.

Системные требования для установления программного обеспечения STEP 7 ProfessionalBasic V14 может устанавливаться на компьютерыпрог-рамматоры с 32-разрядной операционной системой:

- Windows XP Home SP3 (только STEP 7 Basic);

- Windows XP Professional SP3;
- Windows 7 Home Premium (только STEP 7 Basic);
- Windows 7 Professional;

- Windows 7 Enterprise;

- Windows 7 Ultimate;
- Windows Server 2003 R2 Std. SP2 (только STEP 7 Professional);
- Windows Server 2008 Std. SP2 (только STEP 7 Professional).
Требования к аппаратуре минимальные - процессор Pentium 4, 1.7ГГц; оперативная память емкостью 1 Гбайт; графика 1024x768 точек. Рекомендуемые: Процессор CoreDuo, 2ГГц или более мощный; оперативная память емкостью 8 Гбайт или выше; графика 1280x1024 точки или выше.
Программным обеспечением, предопределенным для визуализации, то есть для создания SCADA систем, является SIMATIC WinCC V14. Это пакет программ человеко-машинного интерфейса, встроенный в программное обеспечение TIAPortal V14. Он используется в разработки проектов как отдельных панелей операторов, так и многопользовательских SCADA систем.

Программное обеспечение SIMATIC WinCC V14 устанавливается совместно с программным обеспечением WinCCRuntime. По своим функциональным особенностям программное обеспечение WinCC наиболее близко WinCCFlexibleRuntime. Оно применяется для создания одноместных компьютерных станций операторов во всех секторах промышленного предприятия, а также в системах автоматизации зданий. Пакет WinCCRuntimeAdvanced обарудован встроенными интерфейсами OPC DA, OPC UA (клиент) и поддерживает некоторую часть функций существующих пакетов Sm@rtService и Sm@rtAccess.
Программное обеспечение WinCCRuntimeProfessional предопределено для решения комплексных задач человеко-машинного интерфейса на основе одноместных или распределенных многоместных компьютерных систем. Оно предоставляет поддержку web технологий и может применяться во всех отраслях промышленного производства. Пакет WinCCRuntimeProfessional является дальнейшим прогрессом программного обеспечения WinCCRuntime V7.0 SP2 и предоставляет в основном пакете доступ к данным WinCC через интерфейсы OPC UA (сервер), OPC DA, HAD, A&E и OPC XML, а также через WinCC OLE DB[9].
Пакет WinCC V14 включает в себя набор инструментальных средств проектирования, которые используются для решения как простых, так и составных задач человеко-машинного интерфейса. Эти инструментальные средства дают возможность настраивать панельь операторов, образовыватьодноместные или многоместные системы человеко-машинного интерфейса с клиентсерверной архитектурой.
Преимущества TIA Portal:
Первое это интерфейс. Он создан для комбинирования необходимых компонентов и функций и быстрого выбора. Возможность прямого ввода команд сохраняется, но, как показала практика, работа мышью оказывается гораздо удобнее. Это объясняется подчиненностью компонентов и уменьшением глубины вложения. В одном клике мышкой расположено всё, что может понадобиться. Последовательная и отчетливая структура, которая не требует штудирования и заучивания. Не нужно тратить время на поиски по меню или изучение справки в поисках редкой функции. Общий подход для абсолютно разных инструментов и функций. Ежеминутный контроль правильности действий программиста исключает человеческие ошибки, опечатки, но не мешает сохранению выполненной работы. Просто ошибки будут ярко выделены и наделены рекомендациями по устранению конфликта.

Вторым фактором является общий подход ко всему многообразию задач. Нет отдельных программ, графических картинок, списков оборудования, сетевых топологий. Всё это заключено в единое пространство стандартизированного проекта. Это дает возможность получить подлинно цельнотянутую интеграцию разных, почасту очень разнородных компонентов. Ярче всего это проявляется на примере работы с базой переменных проекта. Она единая, доступна из всех задача ориентированных инструментов и все изменения внесенные, например, в графическом дизайнере HMI интерфейса сразу отражаются во всех остальных редакторах. Это исключает ошибки ввода, избавляет от необходимости экспорта-импорта данных и допускает вести одновременную работу с разными частями проекта.

Третье это широкое использование и простая и наглядная интеграция библиотек и служебных компонентов, предлагаемых как производителем, так и создаваемых пользователем. Можно не просто сохранять куски машинного кода и функциональные блоки для дальнейшего использования. Предусмотрена возможность создавать комплексные библиотеки, содержащие композиционные элементы, состоящие из исполняемого кода для контроллеров и графических образов для устройств человеко-машинного интерфейса.
В TIA Portal также можо удаленно наблюдать за SCADA системой на основе встроенного web сервера , которая:

через стандартный Internet протокол обеспечивает доступ к контроллеру;

для главных процессоров устройств и модулей расширения обеспечивает внутренние стандартные web-страницы;

предоставляет прямой доступ к диагностической информации;

для построения простейших средств HMI обеспечивает создание пользовательских web- страниц.

3.2 Разработка модели системы автоматизации распределения энергии в среде Tia Portal

3.2.1 Алгоритм автоматизированной системы распределения электроэнергии на подстанции
Структура системы распределения электроэнергии на подстанции:
- главное окно
- подсистема подстанции
- подсистема трансформатор
Автоматизированная система распределения электроэнергии подстанции имеет главное окно и 2 подсистем. Управление подстанцией осуществляется с помощью главного окна. В главном окне осуществляется 2 подсистемы распределения электроэнергии. Чтобы подать питание на подстанцию, сперва надо запустить турбогенератор на главном экране кнопкой "Питание вкл". Далее запуск подстанцией осуществляется авто-матически. Чтобы выключить питание подстанции нужно на главном экране нажать кнопку Стоп.

3.2.2 Модель системы главного окна диспетчерского пункта.
Главное окно является стартовым ... продолжение
Похожие работы
Разработка технологии получения качественной глины
Разработка ЭИС страхового менеджера
Разработка туристского бренда Казахстана
Разработка информационной системы «Гостиница»
Разработка приложения баз данных (кинотеатры)
Разработка анимационных программ семейных туров
Теоретическая разработка экстремальных туристских маршрутов
Разработка ЭИС «Управление кредитными операциями»
Питание и туризм. Разработка туров для гурманов
Разработка и реализация антикризисных программ государства
Дисциплины
Stud.kz
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рақмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Жабу / Закрыть