Комплекс распределенной периферии для построения систем автоматизации




Page 1


background image







Page 2


background image

118

Комплекс распределенной периферии 

для построения систем автоматизации

П

ервые в стране микропроцессорные устрой-
ства  релейной  защиты  были  разработаны 
30 лет назад, их выпуск был освоен именно 
на  НТЦ  «Механотроника».  Для  своего  вре-

мени  это  был  большой  шаг  в  развитии  отечествен-
ной  электроэнергетики.  С  момента  выхода  первых 
устройств релейной защиты БМРЗ компания НТЦ «Ме-
ханотроника» продолжает выполнять большой объем 
НИОКР  по  развитию  технической  базы,  обновлению 
и дальнейшему развитию программного обеспечения 
и модернизации аппаратной части устройств. 

Сейчас  НТЦ  «Механотроника»  выпускает  устрой-

ства релейной защиты, противоаварийную автомати-
ку, шкафы РЗА, системы оперативного тока СОПТ-МТ 
и системы АСУ ТП. Запущены серьезные проекты по 
обновлению всех выпускаемых решений, но одно из 
самых глобальных — это БМРЗ-УРП (рисунок 1), ис-
пользуемое сейчас в собственных шкафах АСУ-ТП. 

БМРЗ-УРП

  —  это  многофункциональное  устрой-

ство  распределенного  ввода-вывода,  позволяющее 
использовать  в  своем  составе  сигнальные,  функци-
ональные  и  коммуникационные  модули,  управляе-
мые центральным программируемым контроллером. 
Устройство  применяется  в  качестве  как 

АСУ

,  так 

и 

АСУ  ТП

,  и  позволяет  решать  широкий  круг  задач 

централизованного  сбора  и  обработки  информации 
со всех контролируемых устройств в пределах задан-
ного объекта энергетики, технологических процессов 
предприятий (добывающих, обрабатывающих, произ-
водственных).

Комплекс устройств БМРЗ-УРП предназначен для 

построения централизованных или децентрализован-
ных систем управления и телемеханики и размещает-
ся на стандартной DIN-рейке (35 мм) или на монтаж-
ной панели в ячейках КРУ, КСО и шкафах НКУ. 

БМРЗ-УРП включает в свой состав: 

 

– интерфейсный  модуль  для  обмена  данными 

с ведущим устройством сети; 

 

– модули ввода/вывода дискретных сигналов; 

 

– модули ввода аналоговых сигналов.

Сейчас  устройства  БМРЗ-УРП  уже  устанавлива-

ются почти во все шкафы АСУ ТП производства «Ме-
ханотроники». Планируется, что с 2022 года устрой-
ства,  входящие  в  комплекс  БМРЗ-УРП,  поступят 
в  продажу  для  установки  в  шкафы  автоматизации 
и управления наших партнеров.

АСУ  ТП  и  распределенная  периферия  на  базе 

БМРЗ-УРП

  имеют  трехуровневую  иерархическую 

структуру, пример которой представлен на рисунке 2.

На

 

верхнем

 

уровне

  с  участием  оперативно-

го  персонала  решаются  задачи  диспетчеризации 
процесса,  оптимизации  режимов,  подсчета  техни-
ко-экономических  показателей  производства,  визу-
ализации  и  архивирования  процесса,  диагностики 
и  коррекции  программного  обеспечения  системы. 
Верхний уровень АСУ ТП реализуется на базе серве-
ров, операторских (рабочих) и инженерных станций.

На

 

среднем

 

уровне

  —  задачи  автоматического 

управления и регулирования, пуска и останова обо-
рудования,  логико-командного  управления,  аварий-
ных отключений и защит. Средний уровень реализу-
ется на основе БМРЗ-УРП.

Нижний

  (

полевой

уровень

 

обеспечивает  сбор 

данных  о  параметрах  технологического  процесса 
и состояния оборудования, реализует управляющие 
воздействия.  Основными  техническими  средствами 
нижнего уровня являются датчики и исполнительные 
устройства, станции распределенного ввода/вывода, 
пускатели, концевые выключатели, преобразователи 
частоты.

БМРЗ-УРП  оптимизирован 

для работы с про-

граммируемыми  контроллерами,  поддерживаю-
щими  стандартный  протокол  обмена,  описанный 
в стандарте МЭК/ГОСТ 61158 с системами управ-
ления  непрерывными  процессами.  Для  обеспе-
чения  ее  работы  с  другими  программируемыми 
контроллерами или системами управления непре-
рывными процессами может использоваться соот-
ветствующий GSD-файл.

Стандарт  МЭК  61158,  посвящен-

ный  полевым  шинам,  вместе  с  со-
путствующими ему стандартами МЭК 
61784-1  и  МЭК  61784-2  определяет 
набор  протоколов  передачи  данных, 
которые  позволяют  осуществлять 
распределенное  управление  прило-
жениями  автоматизации.  Коммуника-
ционные  уровни  безопасности,  опре-
деленные  в  настоящем  стандарте, 
обеспечивают уверенность в том, что 
полевые шины могут использоваться 
в решениях по обеспечению функци-
ональной  безопасности  для  конкрет-
ного уровня.

Рис

. 1. 

Устройство

 

распределенной

 

периферии

 

БМРЗ

УРП

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА 

И  АВТОМАТИКА







Page 3


background image

119

Применение  распределенной  периферии  на 

базе  БМРЗ-УРП

  позволяет  получать  существен-

ную  экономию  денежных  средств  по  сравнению 
с  традиционными  вариантами  построения  систем 
автоматизации  для  любых  типов  контролируемых 
объектов. Эта экономия обеспечивается отказом от 
использования  многочисленных  разделительных 
барьеров, а также снижением затрат на прокладку 
кабельной сети. Широкие диагностические возмож-
ности  станции  позволяют  существенно  упростить 
выполнение пусконаладочных работ и ее дальней-
шую эксплуатацию.

БМРЗ-УРП имеет абсолютно гибкую архитектуру:

 

– распределенные,  автоматически  конфигурируе-

мые вводы/выводы; 

 

– горячая замена вводов/выводов; 

 

– меньшее количество проводов, больше цифровых 

связей; 

 

– совместимость  с  МЭК  61850  (контроллер,  пьезо-

датчик);

 

– повышенный уровень безопасности и гальваниче-

ская развязка оборудования;

 

– сокращение полной стоимости основного капитала 

до 35%; 

 

– ускорение реализации проекта до 30%;

 

– локальная экспертная поддержка. 

Преимущества  программного  обеспечения 

БМРЗ-УРП:

• 

Протоколы  Profi net  Profi bus 

являются  стан дар-

ти зированны ми протоколами обмена, описанными 
в стандарте IEC/ГОСТ 61158.

•  Протокол 

Profi net 

имеет уже встроенный протокол 

IEE1588 

синхронизации  времени,  не  требующий 

дополнительной настройки.

• 

Profi net 

использует стандартный протокол 

TCP/IP

 

для назначения параметров, настройки диагности-
ки и режим реального времени 

Ethernet

.

•  Топология: шлейфовая, звезда, кольцо, дерево.
•  Управление:  централизованное,  децентрализо-

ванное.

• 

Profi net RT

 — создание автоматизированных ре-

шений без привязки к производителям оборудова-
ния на основе открытого стандарта.

• 

PROFINET  IRT

 

(Isochronous  Real-Time)

  —  изо-

хронные  (астатические)  коммуникации  реального 
времени. 

•  Низкая стоимость разработки.

Для  разрабатываемой  коллекции  устройств  нет 

необходимости писать ПО верхнего уровня. Проекты 
составляются  на  территории  НТЦ  «Механотроника» 
и шкафы АСУ ТП передаются заказчику настроенны-
ми в полной заводской готовности.

MRP и MRPD: Profi net предлагает два решения 

для резервирования среды передачи.

Протоколы  MRP,  MRPD

  являются  стандартизи-

рованными протоколами, применение которых закре-
плено в стандарте МЭК 62439 разделах 1, 2, 3. (Про-
токол  подразумевает  объединение  в  кольцо  группы 
коммутаторов,  один  из  которых  берет  на  себя  роль 
ведущего).

Протокол резервирования мультимедиа (MRP)

 

позволяет  создавать  независимую  от  протокола 
кольцевую топологию с временем переключения ме-
нее  50  мс.  Этого  достаточно  для  стандартной  связи 
с Profi net в реальном времени.

Чтобы переключить избыточность в случае ошиб-

ки  без  задержки  по  времени,  необходимо  использо-
вать «Резервирование носителей для запланирован-
ного  дублирования»  (MRPD)  в  качестве  концепции 
бесшовного резервирования носителей. В MRPD цик-
лические  данные  в  реальном  времени  передаются 
в обоих направлениях в кольцевой топологии. Отмет-
ка  времени  в  пакете  данных  позволяет  получателю 
удалить избыточные дубликаты.

Дальнейшее  развитие  платформы  будет  направ-

лено  на  интеграцию  с  традиционными  протоколами 
передачи  связи  МЭК  60870-5-101/103,  МЭК  60870-5-
104, МЭК 61850, а также на расширение сферы при-
менения  и  реализации  функций  преобразователя 
дискретных и аналоговых сигналов (ПДС и ПАС в со-
ответствии со стандартами ПАО «Россети»).  

Р

Рис

. 2. 

Трехуровневая

 

структура

 

распределенной

 

периферии

 

ООО «НТЦ «Механотроника»

г. Санкт-Петербург

Tел. 8-800-250-63-60

www.mtrele.ru

 5 (68) 2021



Читать онлайн

Первые в стране микропроцессорные устройства релейной защиты были разработаны 30 лет назад, их выпуск был освоен именно на НТЦ «Механотроника». Для своего времени это был большой шаг в развитии отечественной электроэнергетики. С момента выхода первых устройств релейной защиты БМРЗ компания НТЦ «Механотроника» продолжает выполнять большой объем НИОКР по развитию технической базы, обновлению и дальнейшему развитию программного обеспечения и модернизации аппаратной части устройств.

Сейчас НТЦ «Механотроника» выпускает устройства релейной защиты, противоаварийную автоматику, шкафы РЗА, системы оперативного тока СОПТ-МТ и системы АСУ ТП. Запущены серьезные проекты по обновлению всех выпускаемых решений, но одно из самых глобальных — это БМРЗ-УРП (рисунок 1), используемое сейчас в собственных шкафах АСУ-ТП.

Рис. 1. Устройство распределенной периферии БМРЗ-УРП

БМРЗ-УРП — это многофункциональное устройство распределенного ввода-вывода, позволяющее использовать в своем составе сигнальные, функциональные и коммуникационные модули, управляемые центральным программируемым контроллером. Устройство применяется в качестве как АСУ, так и АСУ ТП, и позволяет решать широкий круг задач централизованного сбора и обработки информации со всех контролируемых устройств в пределах заданного объекта энергетики, технологических процессов предприятий (добывающих, обрабатывающих, производственных).

Комплекс устройств БМРЗ-УРП предназначен для построения централизованных или децентрализованных систем управления и телемеханики и размещается на стандартной DIN-рейке (35 мм) или на монтажной панели в ячейках КРУ, КСО и шкафах НКУ.

БМРЗ-УРП включает в свой состав:

  • интерфейсный модуль для обмена данными с ведущим устройством сети;
  • модули ввода/вывода дискретных сигналов;
  • модули ввода аналоговых сигналов.

Сейчас устройства БМРЗ-УРП уже устанавливаются почти во все шкафы АСУ ТП производства «Механотроники». Планируется, что с 2022 года устройства, входящие в комплекс БМРЗ-УРП, поступят в продажу для установки в шкафы автоматизации и управления наших партнеров.

АСУ ТП и распределенная периферия на базе БМРЗ-УРП имеют трехуровневую иерархическую структуру, пример которой представлен на рисунке 2.

Рис. 2. Трехуровневая структура распределенной периферии

На верхнем уровне с участием оперативного персонала решаются задачи диспетчеризации процесса, оптимизации режимов, подсчета технико-экономических показателей производства, визуализации и архивирования процесса, диагностики и коррекции программного обеспечения системы. Верхний уровень АСУ ТП реализуется на базе серверов, операторских (рабочих) и инженерных станций.

На среднем уровне — задачи автоматического управления и регулирования, пуска и останова оборудования, логико-командного управления, аварийных отключений и защит. Средний уровень реализуется на основе БМРЗ-УРП.

Нижний (полевой) уровень обеспечивает сбор данных о параметрах технологического процесса и состояния оборудования, реализует управляющие воздействия. Основными техническими средствами нижнего уровня являются датчики и исполнительные устройства, станции распределенного ввода/вывода, пускатели, концевые выключатели, преобразователи частоты.

БМРЗ-УРП оптимизирован для работы с программируемыми контроллерами, поддерживающими стандартный протокол обмена, описанный в стандарте МЭК/ГОСТ 61158 с системами управления непрерывными процессами. Для обеспечения ее работы с другими программируемыми контроллерами или системами управления непрерывными процессами может использоваться соответствующий GSD-файл.

Стандарт МЭК 61158, посвященный полевым шинам, вместе с сопутствующими ему стандартами МЭК 61784-1 и МЭК 61784-2 определяет набор протоколов передачи данных, которые позволяют осуществлять распределенное управление приложениями автоматизации. Коммуникационные уровни безопасности, определенные в настоящем стандарте, обеспечивают уверенность в том, что полевые шины могут использоваться в решениях по обеспечению функциональной безопасности для конкретного уровня.

Применение распределенной периферии на базе БМРЗ-УРП позволяет получать существенную экономию денежных средств по сравнению с традиционными вариантами построения систем автоматизации для любых типов контролируемых объектов. Эта экономия обеспечивается отказом от использования многочисленных разделительных барьеров, а также снижением затрат на прокладку кабельной сети. Широкие диагностические возможности станции позволяют существенно упростить выполнение пусконаладочных работ и ее дальнейшую эксплуатацию.

БМРЗ-УРП имеет абсолютно гибкую архитектуру:

  • распределенные, автоматически конфигурируемые вводы/выводы;
  • горячая замена вводов/выводов;
  • меньшее количество проводов, больше цифровых связей;
  • совместимость с МЭК 61850 (контроллер, пьезодатчик);
  • повышенный уровень безопасности и гальваническая развязка оборудования;
  • сокращение полной стоимости основного капитала до 35%;
  • ускорение реализации проекта до 30%;
  • локальная экспертная поддержка.

Преимущества программного обеспечения БМРЗ-УРП:

  • Протоколы Profinet Profibus являются стандартизированными протоколами обмена, описанными в стандарте IEC/ГОСТ 61158.
  • Протокол Profinet имеет уже встроенный протокол IEE1588 синхронизации времени, не требующий дополнительной настройки.
  • Profinet использует стандартный протокол TCP/IP для назначения параметров, настройки диагностики и режим реального времени Ethernet.
  • Топология: шлейфовая, звезда, кольцо, дерево.
  • Управление: централизованное, децентрализованное.
  • Profinet RT — создание автоматизированных решений без привязки к производителям оборудования на основе открытого стандарта.
  • PROFINET IRT (Isochronous Real-Time) — изохронные (астатические) коммуникации реального времени.
  • Низкая стоимость разработки.

Для разрабатываемой коллекции устройств нет необходимости писать ПО верхнего уровня. Проекты составляются на территории НТЦ «Механотроника» и шкафы АСУ ТП передаются заказчику настроенными в полной заводской готовности.

MRP и MRPD: Profinet предлагает два решения для резервирования среды передачи.

Протоколы MRP, MRPD являются стандартизиованными протоколами, применение которых закреплено в стандарте МЭК 62439 разделах 1, 2, 3. (Протокол подразумевает объединение в кольцо группы коммутаторов, один из которых берет на себя роль ведущего).

Протокол резервирования мультимедиа (MRP) позволяет создавать независимую от протокола кольцевую топологию с временем переключения менее 50 мс. Этого достаточно для стандартной связи с Profinet в реальном времени.

Чтобы переключить избыточность в случае ошибки без задержки по времени, необходимо использовать «Резервирование носителей для запланированного дублирования» (MRPD) в качестве концепции бесшовного резервирования носителей. В MRPD циклические данные в реальном времени передаются в обоих направлениях в кольцевой топологии. Отметка времени в пакете данных позволяет получателю удалить избыточные дубликаты. Дальнейшее развитие платформы будет направлено на интеграцию с традиционными протоколами передачи связи МЭК 60870-5-101/103, МЭК 60870-5-104, МЭК 61850, а также на расширение сферы применения и реализации функций преобразователя дискретных и аналоговых сигналов (ПДС и ПАС в соответствии со стандартами ПАО «Россети»).

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Превентивное управление нагрузкой в сетях 0,4 кВ в целях предотвращения возникновения аварийных ситуаций

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Релейная защита и автоматика
Удинцев Д.Н. Милованов П.К. Зуев А.И.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(68), сентябрь-октябрь 2021

Внедрение цифрового дистанционного управления оборудованием и МП устройствами РЗА на подстанциях 110–220 кВ ПАО «Россети Московский регион»

Релейная защита и автоматика
Гвоздев Д.Б. Грибков М.А. Бороздин А.А. Рыбаков А.К.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»