58
Universitatea Politehnica Bucureşti Facultatea de Automatică şi Calculatoare Departamentul de Automatică şi Ingineria Sistemelor LUCRARE DE LICENȚĂ Controlul unui sistem de alimentare electrică în caz de avarie la rețeaua de distribuție națională Absolvent Victor - Alexandru Lică Coordonatori: Prof. dr. ing. Sergiu Stelian Iliescu Sl. dr. ing. Iulia Dumitru Bucureşti, 2013

LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

  • Upload
    others

  • View
    36

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Universitatea Politehnica Bucureşti Facultatea de Automatică şi Calculatoare

Departamentul de Automatică şi Ingineria Sistemelor

LUCRARE DE LICENȚĂ

Controlul unui sistem de alimentare electrică în caz

de avarie la rețeaua de distribuție națională

Absolvent

Victor - Alexandru Lică

Coordonatori:

Prof. dr. ing. Sergiu Stelian Iliescu

Sl. dr. ing. Iulia Dumitru

Bucureşti, 2013

Page 2: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 2

CUPRINS

1. Introducere 3

2. Studiul sistemelor și rețelelor de alimentare cu energie electrică în caz de avarie 5

2.1 Noțiuni introductive. Generalități 5

2.2 Consumatorii finali de energie. Clasificare 6

2.3 Scheme de alimentare cu sistem de anclanșare automată a rezervei 7

2.3.1 Schema bloc a unei instalații de AAR 8

2.3.2 Principiul și condițiile de funcționare al unei instalații de AAR 9

2.3.3 Schema de funcționare a unei instalații AAR convenționale

realizată cu ajutorul logicii cablate folosind contacte și relee 11

2.3.4 Scheme de AAR moderne 13

3. Prezentarea mediului de programare utilizat în dezvoltarea aplicației - Centum VP 17

3.1 Sisteme de conducere distribuită (DCS) 17

3.2 Centum VP 18

3.2.1 Arhitectura – Centum VP 18

3.2.2 Funcțiile bloc (Function Block) 20

4. Implementarea DCS. Automatizarea procesului de anclanșare automată a rezervei 23

4.1 Studiu de caz: Sistem AAR cu doi feederi și cuplă longitudinală 23

4.2 Crearea unui proiect în Centum VP și definirea FCS-ului și HIS-ului 25

4.3 Definirea semnalelor de intrare și ieșire în Centum VP 27

4.4 Funcțiile bloc și implementarea logicii 30

4.5 Realizarea interfeței grafice cu ajutorul Graphic Builder Centum VP 40

4.6 Rularea aplicatiei in Test Function 42

5. Concluzii 48

Anexa A. Elementele interfeței grafice. Nume generic. Valoare inițială. Modificări. 50

Anexa B. Scheme logice 50

Bibliografie 55

Page 3: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 3

1. Introducere

Procesele energetice de producere, transformare, transport, distribuție și consum al

energiei electrice sunt procese de complexitate ridicată. Am ales să tratez această temă

datorită importanței dezvoltării domeniului energetic în țara noastră. Acest domeniu este intr-

o continuă ascensiune, atât datorită infrastructurii învechite care necesită retehnologizări

importante pentru a ajunge la standarde optime, cât și a lipsei totale a acesteia în unele zone

de importanță maximă.

Consider că această lucrare, realizată cu sprijinul firmei japoneze Yokogawa îmi poate

oferi posibilitatea de a face un prim pas spre aplicabilitatea automatizărilor industriale în sfera

ingineriei electrice.

Procesele energetice se deosebesc de alte procese din cadrul activității de producție a

unei fabrici de foc continuu sau a unei zone industriale printr-o serie de particularități

specifice proceselor energetice. Dintre acestea, se remarcă efectele scurtcircuitelor și

influiența proceselor tranzitorii care pot fi resimțite pe mari porțiuni ale sistemelor electrice.

Intervale de timp de ordinul secundelor sau chiar a milisecundelor pot afecta grav

funcționarea optimă a fabricilor sau a zonelor industriale.

O altă particularitate a sistemelor electrice o reprezintă producerea și consumul

energiei care se realizeazăîn mod aproape simultan. La ora actuală, nu există posibilitatea de a

se putea asigura stocarea unei rezerve de energie electrică necesară unui întreg sistem de

alimentare, în consecință, puterea produsă de agregate trebuie să urmareascăîn permanență

variațiile puterii cerute de consumatori.

Intreruperea alimentării cu energie electrică este o altă particulariatate a acestor

sisteme. Intreruperile pot duce la perturbări în funcționarea consumatorilor și pot avea

repercursiuni asupra economiei naționale. Continuitatea alimentării cu energie electricăși

eliminarea într-un timp cât mai scurt al defectelor din sistemele electrice pentru restabilirea

unui regim normal de funcționare al sistemelor energetice au o importanță deosebită.

Zonele industriale bazate pe sisteme energetice sunt dispuse pe suprafețe foarte

întinse. Generatoarele, staţiile de transformare şi consumatorii conectaţi la linii în cadrul unui

sistem se află la distanţe de zeci sau sute de kilometri, astfel devine primordială nevoia de

implementarea a sistemelor de tip DCS pentru conducereși monitorizare a proceselor

desfășurate.

In cadrul acestei lucrări,îmi propun să realizez o aplicatie pentru unsistem distribuit de

conducere a sistemelor de alimentare cu energie electrică în caz de avarie. Un aspect

important tratat in această lucrare este utilizarea metodelor de automatizare bazate pe sisteme

DCS și implementarea logicii în astfel de sisteme, folosind mediile de programare Yokogawa.

Întrucât evoluția actuală a tehnologiei a condus această prelucrare a informațiilor în direcția

calculatoarelor, este facilitată astfel monitorizarea on-line a fluxului de informație. Acest

lucru aduce schimbări masive la nivelul proiectării și funcționării schemelor de AAR.

Această evoluție a condus la posibilitatea înlocuirii cablării efective cu automate programabile

sau controllere ce realizează întreaga logică de anclanșare și declanșare a întreruptoarelor

astfel putând fi reglați parametrii de timp.

Page 4: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 4

Anclanșarea autoamată a rezervei (AAR) reprezintă un sistem automat în circuit

deschis care are drept obiectiv principal asigurarea continuității în alimentarea consumatorilor

cu energie electrică. Schemele de alimentare sunt proiectate astfel încât alimentarea acestora

se realizează pe două căi: de la aceeași sursa sau de la surse diferite.

În general, în regim normal consumatorii se alimentează pe o singură cale, fiind

denumită alimentare normală sau principală. In caz de avarie(deconectare intempestivă sau

scaderea tensiunii sub o valoare de prag) se realizează trecerea automatăa instalației de AAR

pe sursa de alimentare de rezervă. Aceasta poate deservi o grupă sau mai multe grupe de

consumatori, fiecare prevazută cu câte o cale normală de alimentare.

Aceste particularități enunţate anterior impun un grad foarte ridicat de siguranţă în

funcţionarea sistemelor energetice şi, deci, echiparea lor cu dispozitive de protecţie, care au

rolul de asigura în mod automat deconectarea instalaţiei electrice protejate în cazul apariţiei

unui defect sau a unui regim anormal, periculos pentru instalaţie, precum şi rolul de

semnalizare. Evitarea sau remedierea defectelor prin acţiunea protecţiei trebuie să se

efectueze într-un mod optim, fiind asigurate anumite performanţe impuse funcţionării

protecţiei.

Automatizarea acestui tip de procese are două obiective generale: separarea

elementului avariat de restul instalației și asigurarea continuității în alimentarea cu energie

electrică, dar și sesizarea și semnalizarea defectelor permanente și regimurile de funcționare

anormale a instalațiilor electrice.

Instalațiile de AAR, formează un ansamblu complex ce are drept obiectiv înlăturarea

în condiții optime a defectelor apărute. Acestea necesită totodată prelucrarea extrem de

rapidă a unui număr mare de informații legate de regimul de funcționare ale instalațiilor,

prelucrare efectuatăîn stadiul actual de dispozitivele de protecție instalate în numeroase

puncte ale sistemului electric, la fiecare întreruptor a carui declanșare este comandată

automat.

Page 5: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 5

2. Studiul sistemelor și rețelelor electrice

2.1 Noțiuni introductive. Generalități

Golurile de tensiune au un impact negativ asupra calității energiei electrice furnizate

consumatorilor. Impactul depinde în mare măsură de tipul acestor fenomene electrice cât și de

curbele de acceptabilitate ale claselor de echipamente ce sunt legate la rețeaua de energie

electrică.

Golul de tensiune poate fi caracterizat ca o scadere bruscă de tensiune, sub un nivel de

prag, urmată de o revenire după un interval de timp relativ scurt. Nivelul acestei perturbatii ce

afectează consumatorii este determinat atât de procentul de reducere al tensiunii cât şi de

durată.

In funcție de gravitatea repercursiunilor pe care aceste goluri de tensiune le pot avea,

în speță intreruperea accidentală a furnizării de energie electrică se evidențiază consumatorii

vitali. Efectele produse de acest fenomen electric afectează în mod direct populațtia. Un

domeniu în care energia electrică are o importanță vitală este domeniul sănătății. Milioane de

oameni depind în fiecare secundă de aparatura medicală alimentată electric: aparate de dializă,

aparatura din blocul operator sau aparatura din sălile de reanimare și exemplele pot continua.

Un impact negativ asupra populației o poate avea și distrugerea mediului datorată

golurilor de tensiune. Astfel, echipamentele de protecție împotriva poluării prin lipsa de

alimentare electrică pot duce la dezastre, care pot afecta mediul inconjurator: atmosfera, apa

potabilă, apele râurilor și lacurilor sau fertilitatea solululi. Golurile de tensiune pot afecta și

din punct de vedere economic, prin întreruperea unor fabrici de foc continuu sau anumite

procese tehnologice care asigură traiul unei anumite regiuni iar intreruperea funcționării duce

la prierderi economice substanțiale.[1]

Pentru ca aceste lucruri să fie evitate se utilizează soluția alimentării consumatorilor

vitali din alte surse disponibile, în cazul întreruperii intempestive a alimentării de normale.

Sursele alternative de alimentare pot fi constituite din alte rețele sau dintr-un grup

electrogenerator propriu. Rețelele electrice de rezervă pot prelua în întregime puterea

consumată. În cazul grupului electrogenerator, acesta dispune de putere limitată şi de aceea se

va face o selecție a consumatorilor ce vor rămâne cuplați la acesta, în functie de importanța

consumatorilor. Alimentarea consumatorilor vitali din sursele de rezervă, în cazul întreruperii

accidentale a alimentării de bază, se face cu ajutorul unui echipament AAR.

Anclanşarea automată a rezervei (AAR) reprezintă procesul de conectare rapidă a

consumatorilor electrici la un circuit de rezervă (linie electrică sau transformator), în cazul

căderii circuitului normal de alimentare, ca urmare a unei avarii sau a unei deconectări impuse

de către dispozitivele de protecție. Aceasta se poate aplica consumatorilor sensibili la goluri

de tensiune ce beneficiază de două sau mai multe alimentări cu energie electrică din surse

diferite.

În general, AAR este necesară pentru alimentarea cu energie electrică a consumatorilor finali:

în fabrici și zone industriale de flux continuu care realizeaza diferite procese

tehnologice;

în spitale sau instituții publice de interes național unde continuitatea în functionare

este un factor vital;

în zonele în care există probleme în alimentarea cu energie electrică.

Page 6: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 6

2.2 Consumatorii finali de energie. Clasificare

Consumatorii finali de energie pot fi clasificaţi în funcţie de mai multe criterii:

1) în funcţie de durata consumului pot fi:

a) sezonieri;

b) permanenţi.

2) în funcţie de sectorul de activitate căruia îi aparţin pot fi:

a) industriali;

b) terţiari (complexe comerciale, şcoli, spitale, clădiri administrative, etc);

c) casnici (rezidenţiali).

3) în funcţie de efectul întreruperii neanunţate a alimentării cu energie, pot fi încadraţi în trei

categorii :

a) consumatori de gradul I, la întreruperea alimentării cărora se pot produce victime

omeneşti, avarii grave ale unor instalaţii, perturbarea gravă a vieţii şi activităţii

unor colectivităţi mari de oameni;

b) consumatori de gradul II, la întreruperea alimentării cărora se produc importante

pierderi de producţie;

c) consumatori de gradul III, la întreruperea alimentării cărora sunt afectate

condiţiile de muncă şi de viaţă ale unor grupuri de oameni.

La nivelul unui consumator final complex, consumurile de energie pot îmbrăca mai

multe forme:

energie electrică;

energie mecanică;

energie termică (căldură, frig);

energie potenţială (aer comprimat);

energie primară (combustibili).

Cel mai complex sistem consumator este întâlnit în zonele industriale. Acest sistem

este la rândul său compus din mai multe subsisteme şi anume:

subsistemul stocului de energie primară (combustibili lichizi sau solizi);

subsistemul transformatorilor de energie (centrală termică, centrală electrică de

termoficare, staţie de pompe, staţie de compresoare de aer, transformatoare electrice,

etc);

subsistemele de distribuţie a fiecăruia dintre purtătorii de energie direct utilizabilă

(energie electrică, abur, apă fierbinte, aer comprimat, etc);

subsistemul consumatorilor finali.

Formele de energie direct utilizabile disponibile la nivelul unui contur dat, atât cele

provenite din exteriorul cât şi cele generate în interiorul acestuia, pot fi încadrate într-una

dintre următoarele două categorii:

a) consumuri directe (tehnologice), aferente etapelor realizării unui produs sau

prestării unui serviciu;

b) consumuri indirecte, aferente activităţilor conexe desfăşurate în perimetrul

respectiv.

Page 7: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 7

Consumurile indirecte contribuie la asigurarea şi susţinerea logistică a activităţii

propriu-zise. Activităţile conexe includ planificarea, monitorizarea, contabilizarea,

aprovizionarea, asigurarea condiţiilor de muncă, transportul intern, distribuţia, paza, etc.

Cele două categorii de consumuri de energie au caracteristici diferite. De aceea, este

recomandat ca la întocmirea inventarului consumurilor energetici dintr-o zona industrială să

se precizeze din ce categorie face parte fiecare cerere sau consum de energie.

În raport cu conturul stabilit se definesc categoriile de intrări şi ieşiri din acest contur.

În general, fluxurile materiale continue sau discontinue intrate într-un contur dat pot fi

clasificate în trei categorii:

a) resurse primare, care pot fi materiale şi/sau energetice;

b) semifabricate;

c) energie primară sau direct utilizabilă.

Ieşirile din conturul respectiv pot fi la rândul lor clasificate în patru categorii şi anume:

a) produsul principal;

b) produsul sau produsele secundare;

c) resursele secundare materiale şi/sau energetice;

d) pierderi directe de energie.[2]

2.3 Scheme de alimentare cu sistem de anclanșare automată a

rezervei

Sub denumirea de AAR putem îngloba totalitatea dispozitivelor care facilitează

conectarea automată a alimentării de rezervă în cazul în care se produce deconectarea de la

linia de alimentare normală sau cea de serviciu. Alimentarea de rezervă poate fi utilizată

pentru alimentarea de serviciu de mai mulți consumatori, având rolul de a se conecta în mod

automat și rapid pentru a suplini linia ieșită din funcțiune.

Schemele de alimentare cu energie electrică trebuie realizate în funcție de importanța

consumatorului, dar este recomandat ca întotdeauna să existe posibilitatea de alimentare de

rezervă în cazul în care există o avarie la sistemul național. Deși este o variantă costisitoare

din punct de vedere economic, aceasta este întâlnită la consumatorii strategici, pentru care

dubla alimentare permanentă prin două linii sau transformatoare este vitală menținerii

continuității furnizarii de energie electrică.

Alimentarea cu energie electrică a unui consumator se poate realiza pe mai multe căi.

Calea de alimentare reprezintă totalitatea instalaţiilor înseriate între punctul de racordare la

reţeaua distribuitorului/furnizorului şi punctul de delimitare dintre distribuitor/furnizor şi

consumator. Se poate afirma despre două căi de alimentare că sunt independente în momentul

în care apare un defect pe una dintre ele iar funcționarea celeilate căi de alimentare nu este

afectată. Astfel, există posibilitatea demarării lucrărilor de reparație sau de mentenanță a

elementului sau părții de circuit care duce la scoaterea temporară a căii afectate.

Schemele de AAR se regăsesc atât în instalațiile de distribuție a energiei electrice dar

și în cele care o produc. Datorită faptului că instalațiile de alimentare sau de producere a

Page 8: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 8

energeiei electrice sunt foarte complexe s-a ajuns la un grad foarte mare de automatizare.

Astfel, dacă la început instalațiile AAR erau preponderent mecanice sau preponderent

electrice, acum se pune foarte mult accentul pe automatizarea procesului. În instalațiile de

AAR mecanice se folosește energia înmagazinată în resorturi comprimate sau în greutăți,

ridicate cu servomotoare comandate iar cele electrice au o structură de funcționare bazată pe

relee. Automatizarea proceselor energetice duce la implementarea de sisteme cu

microprocesoare sau automate programabile.[3]

După cum am prezentat, sistemele AAR asigură alimentarea continuă cu energie

electrică. Acestea determină conectarea automată a alimentării de rezervă în cazul

deconectării alimentării normale, realizează trecerea de pe alimentarea normală din reţea pe o

rezervă care poate să fie o altă reţea sau un generator electric.

2.3.1 Schema bloc a unei instalații AAR

Schema bloc a unei instalații de AAR este formată din următoarele elemente:

1. element ce acționează în momentul în care tensiunea scade sub valoarea reziduală de

0,3 Un, denumit generic element de pornire;

2. element ce condiționează funcționarea de prezența tensiunii de alimentare la bornele

transformatorului TT2, de pe alimentarea de rezervă, denumit în literatura de

specialitate element de control;

3. element de temportizare;

4. element care realizează blocarea instalației în cazul acționării repetate.

Figura 2.1 - Schema bloc a unei instalații AAR (după [4])

Page 9: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 9

Prin declanșarea întreruptorului I2 se realizează blocarea sistemului de anclanșare

automată a rezervei în cazul apariției unui defect permanent. Pentru a se evita punerea în

paralel a două tensiuni nesincrone sau defazate și pentru a preîntâmpina pornirea dacă

intreruptorul de pe alimentarea normală a fost declanșat, comanda de execuție pentru AAR a

fost conectată la actionarea întreruptorului I2.

Actualmente, cea mai utilizată soluție este AAR reversibilă clasică, care foloseşte

pentru comutarea între sursele de alimentare normale şi de rezervă, un automat dedicat a cărui

funcţie principală este supravegherea sursei normale şi comutarea pe sursa de rezervă, atât

timp cât sursa normală nu este disponibilă. Sistemele de anclanșare automată a rezervei

dispun de două sau trei întreruptoare cu protecție la scurtcircuit și suprasarcină, interblocaj

electric și mecanic. Aceste elemente permit instalației de AAR, trecerea de pe sursa de bază

pe cea auxiliară, într-un interval de timp cuprins între 0,1 și 30 de secunde, acest lucru ducând

la neafectarea cunsumatorilor electrici racordați la rețeaua respectivă. Protecțiile la

scurtcircuit și suprasarcină asigură funcționarea în condiții de siguranță a circuitelor din aval

iar intreruptoarele nu se pot închide în același timp datorită protecțiilor chiar și în cazul

regimului tranzitoriu. Soluțiile moderne de anclanșare automată nu permit repetarea

procesului de anclanșare în cazul în care se constată defecte persistente. Temporizarea în

cazul tensiunilor de peste 110 kV este suficient de mare încât să se permită dezionizarea

locului în care în timpul scurtcircuitului s-a produs arcul electric.

2.3.2 Principiul și condițiile de funcționare al unei instalații de AAR

Anclanșarea automată a rezervei este un proces care are drept obiectiv general,

trecerea automată de pe sursa de alimentare normalăa pe cea de rezervă, păstrând astfel

continuitatea în alimentarea cu energie electrică a consumatorilor. Instalația de anclanșare

automată a rezervei (AAR) realizează conectarea consumatorului la reţeaua electrică

disponibilă, cu trecere automată pe reţeaua de bază, atunci când aceasta se află în parametri

nominali.

Sistemele de AAR trebuie să îndeplinească o serie de condiții pentru o funcționare

corectă și eficientă din punct de vedere energetic. Acest sistem trebuie să asigure o

continuitate a alimentării cu energie electrică în mod sigur și rapid în cazul căderii de tensiune

pe sursa principală și să nu permită alimentarea simultană a receptoarelor de la cele două

surse. Instalația de anclanșare automată a rezervei trebuie să asigure totodată revenirea pe

sursa de bază, atunci când se constată că defectul a disparut. Acest lucru se va întâmpla după

o întârziere de acționare ce are ca obiectiv preîntâmpinarea fenomenului de oscilație, trecerea

de pe sursa normală pe cea de rezervă sau de pe cea de rezervă pe cea normală, fără

posibilitatea de a selecta una dintre surse.

În continuare, voi prezenta modul în care funcționează un sistem AAR. Considerăm sursa de

alimentare normală, separat, doua bare prin transformatoarele T1 și T2, și alimentarea din

sursa de rezervă, ambele bare prin transformatorul Tr. Pe fiecare bară există câte un sistem

propriu de AAR care monitorizează prezența tensiunii pe bara cu ajutorul transformatorului

de tensiune TT. În cazul în care se detectează lipsa de tensiune electrică pe bara sau pe

sistemul de bare, instalația de AAR aferentă de pe bară sau cele două instalații de AAR de pe

Page 10: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 10

sistemul de bare vor acționa asupra întreruptoarelor IA. Se face astfel deschiderea spre linia

de alimentare normală și închiderea pe linia de rezervă. În cazul întreruperii alimentării cu

energie electrică datorate unuia dintre transformatoarele T1 sau T2 va intra în funcțiune în

mod automat întreruptorul transformatorului Tr.[4]

Condiții de funcționare pentru dispozitivele de AAR

1. La baza funcționării procesului de AAR sta funcționarea selectivă a protecțiilor

prin relee asigurând funcționarea la defecte localizate în rețeaua de

consumatori sau pe partea de înaltă tensiune.

2. Anclanșarea automată a rezervei trebuie să aibă loc doar în cazul în care s-a

realizat declanșarea alimentării de serviciu (normală). Dacă acest lucru nu s-ar

realiza, anclanșarea ar putea avea loc în timpul semnalizării unui defect sau

nedeclanșarea alimentării normale ar putea conduce la alimentarea în paralel

cu tensiuni defazate.

3. Pornirea AAR se realizeaza in doua cazuri: la disparitia totala a tensiunii pe

linie sau la scaderea tensiunii sub o valoare stabilita ca limita inferioara, in

functie de consumatorii legati la alimentare.

4. “Pauza de AAR” trebuie să fie sub valoarea de 1 secundă pentru a nu permite

scăderea turației motoarelor cuplate la linia de bază, motoare ce acționează

consumatorii industriali dintr-o fabrică de foc continuu.

5. Alegerea sau implementarea unei scheme de AAR este condiționată de

parametrii care permit autopornirea motorului asincron. Acești parametri pot fi

determinați ușor prin calcul sau în mod experimental.

tensiunea reziduală pe bare în momentul intrării in funcțiune a

instalației de AAR

numărul și puterea motoarelor care se autopornesc

factorul de simultaneitate al autopornirii acestora [4]

Implementarea sistemului de conducere a unei instalații de AAR se poate realiza în

două moduri:

1. în mod convențional cu ajutorul logicii cablate folosind contacte și relee, care au rolul

de a comanda intreruptoarele automate

2. cu ajutorul automatelor programabile sau a sistemelor DCS, logica fiind construită cu

ajutorul programării logice bazate pe:

Ladder Diagram (LAD)

Function Block Diagram (FBD)

Sequential Function Chart (SFC)

Structured Text (ST)

Indiferent de varianta de implementare, sistemul de comandă al AAR primește

informații despre starea întreruptoarelor și protecțiilor, funcționarea sursei de alimentare

normală, dar și despre prezența sau lipsa tensiunii pe barele de alimentare, în funcție de

acestea comandând întreruptoarele IA (Figura 2.2).

Page 11: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 11

Schema prezinta alimentarea normla, a doua bare, prin transformatoarele T1 si T2,

care pot fi alimentate in caz de avarie de la sursa de rezerva, prin transformatorul Tr, care

poate suplini lipsa de tensiune pentru ambele bare. Fiecare bara are propriul sistem de AAR

ccare determina prezenta tensiunii cu ajutorul transformatorului de tensiune TT. Lipsa de

tensiune pe una dintre bare sau pe sistemul de bare, determina instalatiile de AAR sa

actioneze intreruptorului IA, aferent fiecareia. Intreruptoarele de pe linia de alimentare

normala sunt declansate iar cele de pe linia de alimentare de rezerva sunt anclansate. La

intreruperea alimentarii pe unul sau ambele transformatoare T1 si t2 se conecteaza automat

intreruptorul transformatorului de rezerva Tr.

Figura 2.2 - Principiul de funcționare al sistemului de AAR (după [5])

2.3.3 Schema de funcționare a unei instalații AAR convenționale

realizată cu ajutorul logicii cablate folosind contacte și relee

In cele ce urmează voi prezenta schema unui dispozitiv de AAR convențional, cu

relee, pentru anclanșarea automată a întreruptorului unei linii de rezervă la sistemul dublu de

bare BI si BII. Considerând linia 1 - 1L ca feed-er în funcțiune iar linia 2 – 2L reprezentând

feed-erul de rezervă cu separatoarele închise pe sistemul de bare BI. Semnalizarea ce arată că

schema este gata să funcționeze este realizată cu ajutorul lămpii LS. Cheia de comandă este

pe poziția din diagramă, ultimul rând și se stabilesc contactele marcate cu X. [4]

Page 12: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 12

Figura 2.3 - Schema monofilară a AAR electric cu relee

pentru anclanșarea unei linii de rezervă (după [4])

Figura 2.4 - Schema de curent alternativ a dispozitivului de AAR (după [4])

Figura 2.5 - Diagrama cheii de comandă a sistemului AAR, atât pentru declanșare cât și

pentru anclanșare. (după [4])

Page 13: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 13

Figura 2.6 - Schema desfășurată pentru AAR convențională (după [4])

„Sunt excitate releele RE si 1RI, după cum urmează: bareta (+), CA 13-16, 1I2 închis,

RE, bareta (-); de asemenea, contactul RE închis, 1Ri și bareta negativă; dacă întreruptorul 1I

este declanșat, releele minimale 1RU și 2RU închid contactele, se excita bobina releului de

timp RT, toate celelate contacte fiind făcute. Se închid cu temporizare contactul RT și se

excită releul intermediar 2RI; acesta închide contactele de la 2RI1 și 2RI4, anclansarea

intreruptorului 2I se face prin circuitul: bareta (+), CA 25-28, 2RI4 închis, 1I3 închis și 2BA la

bareta (-). Dacă 2 este declanșat prin protecție evidențiind un defect permanent, schema

rămâne blocată pentru că releul RE este dezexcitat ca urmare a faptului că 1I2 s-a deschis și

releele 1RI, 1RT și 2RI se dezexcită. Semnalizarea funcțiilor AAR se face prin releleul de

semnalizare RS și prin stingerea lămpii LS. Dacă anclanșarea lui 2I este reușita se comută

cheia pe poziția 2L – funcțiune și 1L - rezervă. In urma acestei comutări se reaprinde lampa

LS.” [4]

2.3.4 Scheme de AAR moderne

Configurațiile de AAR variază în funcție de cerințele diferitelor zone industriale în

care sunt implementate. Pe scară largă, cele mai utilizate trei configurații le voi prezenta in

acest capitol. Aceste configurații sunt folosite în centralele termice, instalații de procesare și

în centralele nucleare.

Tipul 1 de configurație AAR

Acest sistem auxiliar este tipic pentru stațiile de producere a energiei termice. Acest

tip de configurație deservește alimentarea unui singur sistem de consumatori de la două surse

diferite.

Page 14: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 14

Figura 2.7 - Schema de AAR utilizată în zone industriale de tip Termocentrală (după [6])

Sursa normală (NS) alimentează consumatorul prin întreruptor normal de sursă (BNS),

în timp ce sursa alternativă (AS) alimentează prin întreruptor alternativ de sursă (ASB).

Pornirea și oprirea sunt asigurate prin sursa alternativă atunci când generatorul principal este

oprit. Consumatorii ce trebuie transferați pe sursa alternativă în acest caz sunt de obicei

pompe pentru alimentarea cazanelor, dispozitive de răcire prin ventilație, pompe de răcire a

apei. Odată generatorul este conectat la sistem, sarcinile sunt transferate unității auxiliare de

transformare (UAT), care este conectat la sursa normală. Când UAT este oprită, sarcinile

transferate anterior la sursa normală trebuie să fie transferate la sursa alternativă. Acest

transfer se poate face manual sau automat. Transferurile manuale sunt efectuate în timpul

pornirilor și opririlor planificate. Transferul automat pe sursa de rezervă (ABTS) este

preferată, deoarece timpul mort al motoarelor este minim. Timpul mort este timpul în care

motorul nu se află sub tensiune. Acest tip de transfer este, de asemenea, cunoscut sub numele

transfer stație - unitate de transfer în termocentrale. [6]

Configurație AAR tip II

O configurație tipică de AAR folosită în instalații de proces, cum ar fi rafinăriile,

combinatele chimice, petroliere, fabricile de hârtie. În acest tip de configurație de AAR există

două surse, S1 și S2 fiecare alimentând grupul lui de consumatori. Cele două surse sunt legate

prin intermediul unui întrerupător de egalitate (TB), care este în mod normal deschis. Sursa 1

este conectată la consumatorii ei printr-un post de transformare (ST1) și prin întreruptorul

(SB1) și similar Sursa 2 este conectată la consumatori printr-un post de transformare (ST2) și

intreruptorul (SB2).

În funcție de poziția intreruptorului de pe cupa TB sunt posibile diferite scenarii de

operare. Funcționarea normală se realizează prin menținerea întreruptorului TB deschis în

cazul în care fiecare sursă alimentează sarcinile care îi revin. In caz de urgență, care ar putea

fi din datorată unei avarii la transformatorul ST1 sau a unor defecte permanente, sarcinile sunt

transferate la alte surse prin închiderea TB și deschiderea SB1 și viceversa. În instalațiile de

proces, de asemenea, sunt efectuate ambele manevre de transfer: manual și automat. Sistemele

de transfer manuale sunt folosite în timpul manevrelor de pornire sau oprire planificate ale

Page 15: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 15

procesului. Transferul în caz de avarie poate fi realizat fie în modul break than make (tranziție

deschis) fie în modul make than break (tranziție închis). [6]

Figura 2.8 – Configurație AAR de tip II întâlnită în zonele industriale precum rafinăriile,

combinatele chimice, petroliere

Configurație AAR tip III

Centralele nucleare folosesc patru configurații diferite de AAR. Două dintre

configurațiile de AAR cele mai utilizate pe scară largă în America de Nord sunt explicate în

acest capitol. Există două tipuri de consumatori ce sunt deserviți în centralele nucleare, clasa

de consumatori 1E și consumatori balance-of-plant. Clasa de consumatori 1E reprezintă

elementele esențiale pentru oprirea reactorului, izolarea în cazul proceselor de control a

situațiilor sau substanțelor care pot deveni periculoase, răcirea reactorului și îndepărtarea

căldurii care poate duce la explozii. Restul consumatorilor sunt numiți consumatori balance-

of-plant. În funcție de modul în care sunt alimentați cu energie electrică acești consumatori,

configurațiile instalației de AAR se schimbă.

În prima configurație, atât consumatorii de clasa 1E cat și balance-of-plant (BOP),

sunt alimentate, în mod normal, de la generator prin unitatea de transformare auxiliar (UAT).

In cazul în care alimentarea normală cade, consumatorii de clasă 1E și cei de tip BOP sunt

transferate la o sursă alternativă de alimentare printr-un transformator de pornire a motoarelor

(SST). Această configurație AAR este prezentată în Fig.2.9 [6]

Page 16: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 16

Figura 2.9 - Configurație AAR întâlnită în zona centralelor nucleare în care toți consumatorii

auxiliari sunt alimentați în mod normal de la generatorul principal, prin UAT (după [6])

Un alt tip de configurație a sistemului de AAR în funcție de consumatorii unei centrale

nucleare, de clasă 1E este reprezentată de alimentarea de la o sursă alternativă de energie prin

stații de transformatoare de serviciu (SSTs) ce are rolul de a transfera consumatorii la o altă

sursă alternativă de energie în caz de urgență. Consumatorii BOP sunt în mod normal

alimentați prin intermediul generatorului principal, prin UAT, așa cum se arată în Fig.2.10

Ambele configurații de AAR prezentate mai sus prezintă o maniera proprie de transfer

în condiții de avarie la o sursă de alimentare alternativă cu energie electrică. Cea mai

importantă cerință pentru orice sistem automat AAR este trecerea rapidă și fiabilă pe o nouă

linie de alimentare în cazul consumatorilor afectați, dar și menținerea timpului mort la valori

mai scăzute. [5]

Page 17: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 17

Figura 2.10 - Configurare de AAR pentru centrale nucleare în care consumatorii de clasă 1E

sunt alimentați în mod normal de la o sursă separată (după [6])

Page 18: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 18

3. Prezentarea mediului de lucru utilizat în dezvoltarea

aplicației - Centum VP

3.1 Sisteme de conducere distribuită (DCS)

Termenul de DCS (Distributed Control Sistem) înglobează un sistem de conducere, de

obicei la nivel de producție, fabricație, un sistem dinamic în care conducerea procesului se

realizează pe subansamble, distribuite în cadrul sistemului, cu ajutorul unor subsisteme de

controllere, neamplasate centralizat, ce formează “Inteligența” procesului. Un subsistem

poate fi controlat de unul sau mai multe controller.

DCS are la bază controlul cu ajutorul unor stații de lucru, PC-uri, care facilitează

rularea procesului ce constă în hardware-ul de conducere și monitorizare din zona de proces

(plant). DCS este des întâlnit în majoritatea ramurilor industriei:

platforme marine de foraj;

hidrocentrale și baraje;

rafinării;

turnuri de răcire;

combinate siderurgice, metalurgice și chimice;

industria producerii de medicamente;

sisteme și rețele de alimentare cu energie electrică.

Sistemele de tip DCS utilizează procesoare personalizate iar pentru interconectarea cu

restul dispozitivelor de câmp se utilizează elemente de interconectare și protocoale de

comunicație proprietare.

Modulele de intrare și ieșire au un rol foarte important în DCS. Prin intermediul

modulelor de intrare se achizitionează date de la instrumentele de intrare ale procesului și se

transmit instrucțiuni pentru ieșirile procesului. Comunicația cu PC-ul sau comunicațiile

electrice au la baza principiul de multiplexare și demultiplexare. Aceste rețele de comunicație

realizează conexiunea dintre controllerul central și sistemele din câmp dar și legatura cu

interfața om-mașina. Elementele de DCS pot conecta echipamente fizice precum pompe,

valve, întreruptoare, separatoare si interfața om-mașina prin SCADA. Sistemul DCS primește

informații atât prin intermediul echipamentelor direct conectate fizic, cu ajutorul sistemului de

intrări/ieșiri cât și prin tipurile de comunicație Modbus si Profibus.[7]

DCS-urile sunt conectate la senzori și elemente de acționare și folosesc valoarea de

referința pentru a controla fluxul de material din zona de proces.

Un exemplu concludent în acest sens este referința unei bucle de reglare formată dintr-

un senzor de presiune, controller-ul și o valvă. Rezultatele măsurătorilor de presiune sau

debit sunt trimise către controller, prin intermediul unui modul de intrări/ieșiri. In funcție de

valoarea variabilei măsurate, valva sau elementul de acționare reglează debitul de lichid astfel

încât să se atingă pragul dorit de operator. Folosind acest principiu simplu putem extinde

exemplul la rafinarie care poate ajunge la mii de intrari/ieșiri, implicand un DCS de

dimensiuni mari. Cum ramurile industriei sunt foarte diversificate iar procesele care trebuie

reglate sunt de foarte multe tipuri nu ne putem limita doar la curgerea fluidelor prin

conducte.[]

DCS oferă soluții pentru procese variate, cum ar fi: arzatoare, cuptoare de ciment,

operațiuni de extracție minieră și prelucrarea minereului.

Page 19: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 19

Controllerele citesc informaţiile de la dispozitivele din câmp şi le procesează.

Prezentatorul Sequence of Events (Secvenţă de evenimente - SOE) permite utilizatorilor să

extragă, vizualizeze, analizeze şi tipărească mesajele de alarmă şi evenimentele provenite de

la un număr maxim de 8 surse ce furnizează date.

DCS-ul este capabil să execute o multitudine de bucle de reglare pentru o zonă

industrială. Dispozitivele de intrare/ieșire pot fi integrate, dar pot și achizitiona sau prelua date

și în mod remote prin intermediul rețelelor de câmp. Controllerele actuale au posibilități de

calcul foarte performante. Pe lângă controlul PID se poate efectua și logica și controlul

secvențial.

Sistemele DCS sunt proiectate cu procesoare ce oferă redundanța în scopul unei

fiabilități ridicate a sistemului de conducere. DCS poate implica una sau mai multe stații de

lucru. Configurarea se poate face atât de la o stație de lucru cât și de la un computer on-line.

Conexiunea la nivel local este asigurată de către o rețea cu transmisie pe cablu coaxial,

twisted paid sau fibră optică. [8]

3.2 Centum VP

Centum VP este un sistem DCS, marcă inregistrată Yokogawa Electric Corporation,

ceea ce înseamnă că "inteligența" pentru a rula procesul constă în hardware-ul de conducere

în zona de proces. Sistemul Centum VP are un număr maxim de 64 de posturi pentru fiecare

domeniu, 16 domenii, 256 stații maxime și 100.000 de tag-uri plus alte 1 milion de tag-uri

opționale.

3.2.1 Arhitectura – Centum VP

Figura 3.1 - Schema rețea Centum VP cu două domenii (după [10])

Page 20: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 20

Centum VP prezinta o arhitectura similara cu alte sisteme DCS existente în momentul de faţă.

Dintre componentele hardware din configuratia Centum VP remarcam:

interfaţa om-maşină (HIS – Human Interface Station)

stație de control (FCS – Field Control Station)

echipamente de rețea.

HIS - Human Interface Station. Acest post este folosit în principal pentru operarea și

monitorizarea funcțiilor de plant, din zona de proces. Cu ajutorul software-ului opțional se

poate defini sistemul constructor de funcții.

FCS - Field Control Station este conectat direct la procese. Prin urmare, FCS

trebuie să aibă fiabilitate ridicată, disponibilitate ridicată, acuratețea și fiabilitatea datelor.

FCS oferă conducerea funcțiilor de plant prin intermediul instrumentelor din baza sa de date

oferind redundanță opțională. Informațiile de proces sunt trimise prin intermediul protocolului

de comunicație VNET, pentru conducerea sau monitorizare de către un HIS. Vitezele de

procesare pornesc de la 1 secundă (standard) dar pot fi și de 500 ms sau 200 ms și se pot

selecta pentru blocurile de funcții. FCS poate comunica cu fiecare subsistem, cum ar fi PLC

sau echipamentele analitice. De exemplu, pentru comunicarea cu PLC-urile proprietare

Rockwell Automation, Yokogava distribuie pachetul de comunicație PLC-5/SLC 500 pentru

automatele programabile din gama PLC-5/SLC 500. Alte subsisteme pentru comunicație cu

echipamente de tip PLC sunt:

FA-M3 pachet de comunicație pentru Yokogawa FA-M3 și FA500

MELSEC pachet de comunicație pentru PLC-urile Mitsubishi

DARWIN/DAQSTATION pachet de comunicație pentru Yokogawa’s DARWIN și

DAQSTATION

Modbus pachet de comunicație pentru STARDOM de la Yokogawa, Modicon de la

Schneider and Memocon-SC de la Yasukawa Electric Corporation

YS pachet de comunicație pentru conectarea directă cu YS100 SERIES de la

Yokogawa

Un FCS este format din 4 elemente principale: sursa de alimentate (Pover Supply

Unit), unitatea de procesare (Field Control Unit), card de comunicatie, carduri I/O analogice

si digitale. Cele 4 componente sunt montate pe rack-uri, pe nivele, denumite generic noduri,

fiecare nod avand capacitatea de a stoca 12 astfel de dispozitive in functie de cerinte.

Numerotarea se realizeaza de la dreapta la stanga.

Modulele procesorului, sursele de alimentare, modulele de I/O, inclusiv magistrala de

comunicare, alcatuiesc o configurație de tip redundantă. Robustețea FCS este data de această

configurație cunoscuta sub numele de “Pair and Spare” iar fiabilitatea rezultatelor de calcul

este asigurată prin validarea în timp real. Arhitectura hardware este alcatuită din două module

de procesor cu două MPU fiecare. MPU1 și MPU2 ale procesorului principal au rolul de a

compara rezultatele de calcul, iar dacă rezultatele nu se potrivesc, primul procesor intră în

modul de mentenanță, timp în care procesorul secundar preia controlul procesului. Pentru

realizarea transferului de procesor fără întreruperi, MPU3 și MPU4 de asemenea calculază și

compară rezultatele în timp ce modulul procesorului principal este activ. “Pair and Spare” este

tehnologia proprietară Yokogawa.[9]

LAN1 / LAN2. Local Area Network (LAN) furnizează servicii de network unui grup

de calculatoare aflate într-o arie georgrafică restransă. În protocoalele Yokogawa, LAN este

definită ca:

Page 21: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 21

VNET / IP (LAN1 și LAN2 datorită redundanței)

Ethernet

VNET / IP și Ethernet este calea de comunicație, care utilizează protocolul Ethernet

și functionează cu viteza de 1GB. Acesta are la bază o comunicare deschisă bazată pe

componente care nu sunt specifice numai Centum, prin TCP / IP. Pe cele două LAN-uri,

magistrala 1 (Bus 1) reprezintă calea comunicație de control și magistrala 2 (Bus 2) calea

comunicații de date prin intermediul protocolului TCP/IP. Dacă nu se reușeste comunicația pe

Bus 1, atunci comunicația de control trece pe Bus 2 pentru stația respectivă. Comunicația

VNET / IP se poate desfășura pe o distanță de 100 de metri pe cablu Ethernet CAT 5e UTP și

hub-uri legate prin conectori RJ45 pentru comunicarea între dispozitive și de până la 5 km,

prin cablu de fibra optică.

Ethernet este o rețea folosită pentru transferul de fișiere și comunicarea de informații

între HIS, ENG (mediul de inginerie) și alte instrumente Ethernet de uz general. Comunicarea

Ethernet se face de obicei prin intermediul unui card de Ethernet montat un PC sau un server.

Terminologia de comunicare Ethernet se referă la comunicarea bazată pe diferite protocoale

standard Ethernetbased. Protocolul de comunicație pentru Ethernet este IEEE802.3 based.

VNET reprezintă calea de comunicație care leagă componentele sistemului asigurând

funcțiile de control și monitorizare. VNET funcționează cu o rată de 10 MB, cu o lungime de

185 metri. Lungimea maximă este de 500 de metri pe segment, dacă este folosit cablu coaxial

10 Base 5. Cu cablu de fibra optică și repetoare, distanța poate fi extinsă la 20 km.

Un domeniu este o grupare de posturi. Centum VP poate aloca pentru un domeniu

până la 64 de posturi. Intervalul de adrese pe domeniu pentru VNET este 1-16, fiind premise

un număr maxim de 256 de posturi pe sistemul Centum VP. Pentru împarțirea unui sistem

Centum VP pe domenii se folosește un BCV (Bus converter), transferul realizându-se prin

cablu coaxial.[8]

3.2.2 Funcțiile bloc (Function Block)

La nivel software, FCS este alcătuit din funcții care realizează calculul părții de

control sau funcții pentru controlul procesului.

Principiul de funcționare al unui function block este de tip black box. Acesta

îndeplinește funcția de prelucrare a datelor de intrare, realizează operațiunile de calcul și

prelucrează datele concomitent pentru semnalele de intrare, fiind capabil să returneze

semnalul de ieșire prelucrat.

Prelucrarea datelor de intrare presupune convertirea unui semnal primit de la sursa la

care este conectată într-un tip de date care permite realizarea operațiunilor de calcul.

Operațiile de calcul formează etapa în care datele citite și prelucrate ale semnalului de intrare

sunt procesate în funcție de caracteristicile function block-ului care realizează această etapă.

Page 22: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 22

Figura 3.2 - Structura unui bloc funcţional

Un Function Block este alcătuit din:

terminalele de intrare și ieșire ce permit comunicația cu dispozitivele exterioare

funcției bloc;

funcție de prelucrare a datelor de intrare;

funcție de prelucrare a calculelor;

funcție de prelucrare a ieșirilor;

funcție de prelucrare a intrărilor;

totalitatea constantelor și variabilelor utilizate în prelucrarea datelor.

Tipuri de blocuri funcționale

CentumVP pune la dispozitia utilizatorului o gamă variată de blocuri funcționale, în

funcție de tipul de date pe care îl prelucrează, parametrii de configurare și variabilele care pot

fi setate în timpul operațiunii.

Page 23: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 23

Figura 3.3 - Meniu de alegere pentru funcțiile bloc

Blocurile de control pentru reglare – realizează controlul procesării de calcule

utilizând valori de proces analogice pentru monitorizare şi control al procesului. Blocurile

funcţionale care oferă funcţia de control de reglare sunt referite ca “Regulatory Control

Block”.

Blocurile control de reglare includ Input indication blocks (blocuri indicaţie de

intrare), controller blocks (blocuri de control), manual loader blocks (Blocuri de încarcare cu

acţionare manuală), signal set blocks, signal limiter blocks (blocuri limitator de semnal),

Signal selector blocks (blocuri selector de semnal), signal distribution blocks (blocuri de

distribuţie semnal), pulse-count blocks (blocuri numărător de puls), alarm blocks (blocuri de

alarmă) şi blocuri YS.

Blocuri de control secvenţial – acest tip de bloc de control stabilește o serie de

evenimente care sunt necesare pentru a controla un proces. Astfel, se pot defini secvențe

tabelare cu ajutorul funcțiilor Sequence Tables, blocuri de tip SFC, blocuri de tip timer,

countere software, convertoare numerice sau instrumente de tip Switch care permit controlul

ON/OFF al dispozitivelor cum ar fi separatoarele electrice. Controlul secvential urmează pas

cu pas condițiile și ordinea predefinită.

Blocuri pentru calcul aritmetic și logica de operare - realizează calcule de

procesare generale, cum ar fi calcul aritmetic, calcul analogic şi funcţionarea logică. Calcul

aritmetic şi blocurile de logică includ blocuri de calcul numeric, blocuri de calcul analogic,

blocuri cu scop general de calcul, blocuri de calcul auxiliare şi blocuri de funcţionare logică.

Scopul general al blocului de calcul, cum ar fi calculul aritmetic, calculul analogic şi

Page 24: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 24

funcţionarea logică sunt îndeplinite la semnalele de intrare pentru a îmbunătăţi controlul de

reglementare şi controlul secvenţei.

Blocuri pentru vizualizare (Faceplate) - sunt formate din blocuri Faceplate

analogice, blocuri de Faceplate pentru secvenţe şi blocuri Faceplate hibride.[8]

Page 25: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 25

4. Implementarea DCS. Automatizarea procesului de

anclanșare automată a rezervei

4.1 Studiu de caz: Sistem cu doi feederi și cuplă longitudinală

Aplicația pe care am dezvoltat-o reprezintă implementarea unui sistem DCS care

asigură trecerea automată de pe sursa de baza pe sursa de rezervă pentru a asigura

continuitatea alimentării cu energie a consumatorilor.

In funcție de sarcină, se poate alege rimul de funcționare cu un transformator în

funcțiune, bara de MT întregită prin cuplă și un transformator în rezervă sau cu două

transformatoare în funcțiune și cupla deschisă.

La dispariția tensiunii de pe bara de medie tensiune, dacă există tensiune pe

alimentarea de rezervă, dacă AAR-ul este în funcțiune, are condiții de funcționare și nu este

blocat, după “pauza de AAR” se comandă declanșarea sursei de bază, și anclanșarea sursei de

rezervă după verificarea deschiderii alimentării de bază.

În cazul declanșării intempestive a sursei de bază, dacă există tensiune pe alimentarea

de rezervă, dacă AAR-ul este în funcțiune, are condiții de funcționare și nu este blocat, se

comandă anclanșarea fără temporizare a sursei de rezervă după verificarea deschiderii

alimentării de bază.

Figura 4.1 Schema de funcționare a sistemului de AAR cu doi feederi și cuplă longitudinală

Page 26: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 26

Regimuri de functionare:

- AAR pe cuplă;

- AAR pe trafo 1;

- AAR pe trafo 2;

- AAR anulat.

Modul Operațional 1 – Comutare automată de la transformatorul 1 la transformatorul

2 de alimentare

În acest caz, automatul de activare a rezervei verifică îndeplinirea unor condiții logice

specifice acestui mod de funcționare. Astfel, trebuie detectată tensiune pe ambele linii, iar

instalația de AAR trebuie să funcționeze pe trafo1 (setare din cheie). Astfel întreruptoarele de

pe transformatorul 1 - Q1 și Q4 și întreruptorul aferent cuplei Q3 vor fi închise. Pe

transformatorul 2 - Q2 și Q5 vor fi în starea deschis și pregatite, fără să prezinte defecte

permanente, iar resortul trebuie să fie armat.

Dacă se detectează o pierdere de tensiune pe bara de 20 kV atunci va porni funcția de

AAR și se va executa automat trecerea de pe trafo1 pe trafo2. Intreruptorul transformatorului

și cel al cuplei vor primi semnalul de trip. După o întârziere de maxim 1 secundă în care se

face verificarea trecerii întreruptorului de intrare, de pe trafo1, pe poziția deschis,

întreruptorul de pe alimentarea alternativă, trafo2, se va închide. În caz contrar, funcția de

AAR se va opri. Se verifică pozitia întreruptorului și se semnalizează faptul că procesul de

AAR s-a finalizat.

Modul Operațional 2 – Comutare automată de la transformatorul 2 la transformatorul

1 de alimentare

Trebuie detectată tensiune pe ambele linii iar instalația de AAR trebuie să fie în

funcțiune pe trafo2 (setare din cheie). Astfel întreruptoarele de pe transformatorul 2 – Q2 și

Q5 și cel de pe cuplă, Q3 vor fi închise. Pe transformatorul 1 - Q1 și Q4 vor în starea deschis

și pregătite fără să prezinte defecte permanente, resortul trebuie să fie armat.

Dacă se detectează o pierdere de tensiune pe bara de 20 kV, atunci va porni funcția de

AAR și se vor executa automat trecerea de pe trafo2 pe trafo1. Întreruptorul transformatorului

și cel al cuplei vor primi semnalul de trip. După o întârziere de maxim 1 secundă în care se

face verificarea trecerii întreruptorului de intrare de pe trafo2 pe poziția deschis, întreruptorul

de pe alimentarea alternativă, trafo1, se va închide. În caz contrar, funcția de AAR se va opri.

Se verifică poziția întreruptorului și se semnalizează faptul că AAR a lucrat.

Modul Operațional 3 – Comutare automată de la alimentarea cu ambele

transformatoare în funcțiune și cupla de MT conectată la un singur transformator de

alimentare cu cupla de MT închisă.

În cazul comutării de pe ambele transformatoare și cupla longitudinală în funcțiune pe

un singur trafo condițiile inițiale care trebuie îndeplinite sunt: prezența tensiunii pe ambele

linii, modul ARR să fie stabilit pe cuplă iar toate întreruptoarele aferente transformatoarelor

Page 27: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 27

să fie închise, mai puțin cel de pe cupla Q3 care trebuie sa fie deschis și pregătit – să fie

resortul armat și a nu existe semnalizare pentru intreruptor defect.

Dacă se detectează o cădere de tensiune pe bara de 20 kV atunci va porni funcția de

AAR și se vor executa automat manevrele pentru trecerea din modul normal, cel cu două

transformatoare și o cupla deschisa, la cel cu un singur transformator de alimentare.

Întreruptoarele aferente transformatorului secțiunii pe care a fost detectată pierderea de

tensiune și cel al cuplei vor fi declanșate. O întârzire de maxim 1s va permite controlul

poziției întreruptorului, acesta trebuind să devină deschis iar cupla de medie trensiune va fi

inchisă. In caz contrar, funcția de AAR se va opri. Întârzierea precedentă stabilirii poziției

întreruptorului are rolul de a facilita controlul efectuării manevrei și indică faptul că secvența

de AAR s-a executat.

4.2 Crearea unui proiect în CENTUM VP și definirea FCS-ului și

HIS-ului

Crearea unui nou proiect în mediul de lucru destinat Centum VP se realizează în

System View, pe care îl găsim în Windows Start menu la secțiunea Centum. Pentru a crea

proiectul trebuie dat clik dreapta pe secțiunea System View din stanga mediului de lucru și

urmata calea: Create New/Project.

În fereastra Outline va trebui sa introducem informațiile referitoare la Software-ul

Centum: Userul – Yokogawa, Organizația – Yokogawa și informații despre proiect.

In secțiunea “Create new project” definim numele proiectului: AAR și locația unde va

fi salvat acesta C:\CENTUMVP\eng\BKProject\. Tot de aici, putem schimba și numărul de

domenii. În aceasta fereastră, în Detailed Setting avem posibilitatea de a activa două opțiuni:

“Manually Register Engineering Unit Symbol” și “Manually Register Switch Position Label”,

ambele default fiind inactive. Prin activarea primei, fiecare unitate inginerească va trebui

inregistrată în Engineering Unit Symbol Builder din folderul COMMON, în mod implicit,

unitatea inginerească putând fi declarată direct în Function Block Detail Builder. În cazul

celei de-a doua opțiuni, aceasta permite salvarea manuală a poziției switch-urilor în Switch

Position Label Builder.

In mod automat, după ce noul proiect a fost creat, va apare o fereastră prin care se

poate crea un FCS. Pentru proiectele deja existente, crearea unui nou FCS se face prin

selectarea proiectului apoi File\New\FCS. De aici, putem seta tipul stației care este

reprezentat de modelul hardware și numărul ales pentru plantul nostru.

In cazul de față, am ales: AFV10D Duplexed Field Control Unit (for Vnet/IP and FIO.

19” Rack Mountable Type) fără alimentare dual-redundantă. Prin intermediul câmpului

“Database type” se definește varietatea de tipuri de funcții bloc suportate de FCS.

“Alias of Station” permite utilizatorului redenumirea FCS-ului. Acest nou nume va fi

afișat în fereastra “System Status”. Acesta poate fi definit cu până la 8 caractere alfanumerice.

Page 28: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 28

“Upper Equipment Name” permite utilizatorului să grupeze hardware-ul asociat FCS

și HIS, sub un nume comun. Aceasta poate fi folosit în “User Security” pentru restricționarea

accesului.

In secțiunea “Network” regăsim setări referitoare la setările protocolului Vnet/IP

Control Bus TCP/IP. Aici sunt setate în mod automat de către software Adresa IP și Masca de

subnet. Adresa ip este construită pe baza numărului de domeniu (Domain Number – D# ) și

numărul de stație (Station Number – S#) și este de forma 172.16.D#.S# . Ambele sunt foarte

ușor de observat din numele FCS-ului care este alcătuit din numărul stației și domeniului. De

exemplu, în cazul nostru FCS este FCS0101 iar adresa va fi 172.16.1.1. Masca este asignată

în mod automat folosind algebra binară.

Figura 4.2 - Setările protocolului Vnet/IP Control Bus TCP/IP

De asemenea, pentru dezvoltarea unui proiect în CentumVP este necesară crearea și

definirea unui nou HIS. Acest proces se realizează în mod automat. După crearea procesului,

apare o fereastră care permite configurarea HIS-ului, în funcție de cerințele utilizatorului. El

poate totodată să creeze un nou HIS asemeni unui nou FCS (procedura descrisă anterior).

Aici utilizatorul trebuie să definească tipul stației operator pe care care o va utiliza: fie

consola Yokogawa fie un PC. Host name-ul pentru Ethernet, adresa IP și masca de subnet,

adresele de Vnet/VnetIP pot fi lasate default.

În CentumVP, adresa de stație HIS începe de la 64. În secțiunea ”Network” se

configurează setările pentru Ethernet TCP/IP. Cele două configurații principale care trebuie

făcute sunt Vnet/IP Bus 2 și pentru cardul de rețea (onboard network card) pentru care se

definesc numele de host pentru Ethernet, adresa IP și masca de subnet pentru comunicația

HIS-ului.

În primul caz, adresa IP se stabilește după urmatorul model: 192.168.D#+128.S#+129,

unde D# reprezintă numărul domeniului, iar S# reprezintă numărul stației. Pentru cardul de

rețea adresa este de tipul 172.17.D#.S#.

In cazul proiectului pe care il dezvolt HIS-ul este HIS0164 de unde tragem concluzia

că numărul domeniului este 1 și cel al stației este 64. Adresa IP pentru Vnet/IP Bus 2 este

192.168.129.193 cu masca 255.255.255.252 iar pentru cardul de rețea este 172.17.1.64 cu

masca de subnet 255.255.0.0.[8]

Page 29: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 29

Figura 4.3 - Configurarea setarilor pentru Ethernet TCP/IP

4.3 Definirea semnalelor de intrare și iesire în CENTUM VP

Intrări/ieșiri software – I/O-uri virtuale sunt oferite de software-ul intern al FCS-

ului.

In CENTUM VP sunt disponibile două tipuri de variabile software: “Internal switch”,

folosite pentru lucrul cu valorile logice între blocuri funcționale sau alte funcții aplicație și

“Message output” care sunt folosite pentru a inștiința despre apariția unui eveniment.

La rândul lor, I/O-urile de tip “Internal Switch” sunt de două feluri: ”Common

Switch” (simbolizate în mediul de lucru prin %SW) si “Global Switch” (marcate prin %GS).

[8]

Mesajele de tip “Message Output” sunt de mai multe feluri:

mesaje de semnalizare - %AN (Annunciator Message)

mesaje de tipărire - %PR (Print Message)

mesaje ajutătoare pentru operator - %OG (Operator Guide Message)

mesaje multimedia - %VM (Multimedia Start Message)

mesaj de semnalizare pentru evenimente - %EV (Signal Event Message)

Switch-urile

Common Switch-urile sunt flaguri în interiorul FCS și pot fi folosite pentru

semnalizarea evenimentelor tabelelor de secvență. Switch-urilor le pot fi atribuite tag-uri.

Intrările și ieșirile proiectului le-am definit în secțiunea SWITCH a FCS-ului și sunt de

tipul Common Switch. Am definit atât stările instalației de AAR și a elementelor ei

componente, comenzile pe care utilizatorul le poate da instalației (semnale binare de intrare)

cât și ieșirile binare de tipul ON/OFF. [2]

Page 30: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 30

Stările instalației de AAR și a elementelor de circuit le-am definit cu ajutorul Common

Switch Builder în SwitchDef2 sub forma de taguri atribuite switch-urilor.

U_LOSS_M1 – indică lipsa tensiunii pe transformatorul 1

U_LOSS_M2 – indică lipsa tensiunii pe transformatorul 2

U_HEALTHY_M1 – indică prezența tensiunii pe transformatorul 1

U_HEALTHY_M2 – indică prezența tensiunii pe transformatorul 2

ABT_C_READY – anclanșarea automată a rezervei pregatită să lucreze pe cuplă

ABT_T1_READY – anclanșarea automată a rezervei pregatită să lucreze pe

transformatorul 1

ABT_T2_READY – anclanșarea automată a rezervei pregătită să lucreze pe

transformatorul 2

ABT_OUT_OF_SERV – starea în care instalația de AAR este scoasă din funcțiune

pentru mentenanță

ABT_OUT – starea în care instalația de AAR este oprită

ABT_LOCK – instalația de AAR blocată

ABT_LOCKOUT – instalația de AAR deblocată

U_M1_OK – nivelul OK pe circuitul de măsură tensiune linia 1

U_M2_OK – nivelul OK pe circuitul de măsură tensiune linia 2

MCB_M1_OK – indică faptul că siguranța de pe circuitul de măsură tensiune linia 1

este declanșat

MCB_M2_OK – indică faptul că siguranța de pe circuitul de măsură tensiune linia 2

este declanșat

Figura 4.4 - Definirea intrărilor/ieșirilor în Common Switch Builder

În același mod am definit în SwitchDef3 intrările binare:

BI_ABT_SCADA – regim de funcționare REMOTE din SCADA

Page 31: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 31

BI_ABT_T2 – semnal de trecere a AAR-ului pe T2

BI_ABT_T1 – semnal de trecere a AAR-ului pe T1

BI_Q5_READY_U_OK – Q5 pregătit și prezentă tensiune pe linia 1

BI_Q4_READY_U_OK – Q4 pregatit și prezentă tensiune pe linia 1

BI_ABT_LOCKOUT – semnal de deblocare instalație AAR

BI_Q2_READY – Intreruptorul Q2 pregătit

BI_Q1_READY – Intreruptorul Q1 pregătit

BI_Q3_READY – Intreruptorul Q3 pregătit

BI_Q2_OPENED – Intreruptorul Q2 deschis

BI_Q2_CLOSED – Intreruptorul Q2 închis

BI_Q1_OPENED – Intreruptorul Q1 deschis

BI_Q1_CLOSED – Intreruptorul Q1 închis

BI_Q3_OPENED – Intreruptorul Q3 deschis

BI_Q3_CLOSED – Intreruptorul Q3 închis

BI_Q4_CLOSED – Intreruptorul Q4 inchis

BI_Q4_OPENED – Intreruptorul Q4 deschis

BI_ABT_OFF – Semnal de oprire instalație AAR

BI_U_M1_LOSS – semnal lipsă tensiune pe circuitul de măsură al liniei 1

BI_U_M2_LOSS – semnal lipsa tensiune pe circuitul de măsură al liniei 2

BI_U_M1_OK – semnal tensiune OK pe circuitul de măsură al liniei 1

BI_U_M2_OK – semnal tensiune OK pe circuitul de măsură al liniei 2

BI_MCB_M1_OK – semnal siguranțe OK pe circuitul de măsură al liniei 1

BI_MCB_M2_OK – semnal siguranțe OK pe circuitul de măsură al liniei 2

BI_Q5_CLOSED – întreruptorul Q5 inchis

BI_Q5_OPENED – întreruptorul Q5 deschis

BI_ABT_COUPLER – semnal de trecere a AAR-ului pe cuplă

Figura 4.5 - Definirea intrărilor/ieșirilor în Common Switch Builder

In SwitchDef4 am definit ieșirile binare ale AAR-ului:

Page 32: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 32

BO_Q1_CLOSE_CMD – comanda de declanșare a întreruptorului Q1

BO_Q1_OPEN_CMD – comanda de anclanșare a întreruptorului Q1

BO_Q2_CLOSE_CMD – comanda de declanșare a întreruptorului Q2

BO_Q2_OPEN_CMD – comanda de anclanșare a întreruptorului Q2

BO_Q3_CLOSE_CMD – comanda de declanșare a întreruptorului Q3

BO_Q3_OPEN_CMD – comanda de anclanșare a întreruptorului Q3

BO_Q4_CLOSE_CMD – comanda de declanșare a întreruptorului Q4

BO_Q4_OPEN_CMD – comanda de anclanșare a întreruptorului Q4

BO_Q5_CLOSE_CMD – comanda de declanșare a întreruptorului Q5

BO_Q5_OPEN_CMD – comanda de anclanșare a întreruptorului Q5

BO_ABT_C_OK – AAR pe cupla funcțional

BO_ABT_COND_OK – condițiile de AAR sunt îndeplinite

BO_ABT_LOCKOUT – comanda de deblocare AAR

BO_ABT_OPERATED – instalația de AAR a lucrat

BO_ABT_T1_OK – AAR pe trafo1 funcțional

BO_ABT_T2_OK – AAR pe trafo2 funcțional

BO_ABT_OUT – AAR scos din funcțiune

Figura 4.6 - Definirea intrărilor/ieșirilor în Common Switch Builder

4.4 Funcțiile bloc și implementarea logicii

In realizarea proiectului meu ce reprezintă principiul de funcționare a unei instalații de

Anclanșare Automată a Rezervei am folosit o structură de control secvențială alcatuită din 7

“Sequence Function Blocks” de tipul LC64.

Funcția block LC64 este o diagramă logică cu 64 de elemente logice elementare AND,

OR, NOT, OFFD, TON, OND, SRS1-R. Schema logică a funcției bloc LC64 prezintă o

Page 33: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 33

structură cu 32 de intrări și 32 de ieșiri, făcând parte din categoria Logic Chart Block-urilor.

Acestea sunt blocuri de funcții care descriu relațiile dintre semnalele de intrare, semnalele de

ieșire și operatorii logici sub forma unor diagrame de interblocare, astfel încât să poată

indeplini funcția principală.

Figura 4.7 - Structura generală a unei funcții bloc LC64(după [10])

În realizarea logicii din spatele fiecărei funcții bloc am folosit următoarele tipuri de porți

logice uzuale:

AND – Logical AND

NOT – Logical Negation

OFFD – OFF-Delay timer

OND –ON-Delay timer

OR – Logical OR

SRS1-R – Set Dominant Flip-flop with 1 Output

TON – Trigger ON rising edge

a) AND b) NOT

c) OFFD d) OND

Page 34: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 34

e) OR f) SRS1-R g) TON

Figura 4.8 - Reprezentarea conventională a funcțiilor logice în Function Block Buider (după [10])

In FCS am definit cele 7 funcții bloc care stau la baza logicii proiectului:

VOLTAGE_CONTROL

ABT_CONDITIONS

TRANSFORMER_TRIP

COUPLER_CLOSING

TRANSFORMER_CLOS

ABT_OPERATED

Q_CHANGE

Realizarea efectivă a logicii a fost realizată în FUNCTION_BLOCK\ DR0001 cu

ajutoul uneltei de lucru Function Block Detail Builder disponibilă în CENTUM VP. Acesta

permite realizarea schemei logice a fiecarui bloc de funcții. Cu ajutorul funcțiilor logice am

definit relațiile logice dintre semnalele de intrare și cele de ieșire.

Funcția bloc VOLTAGE_CONTROL verifică prezența tensiunii pe cele două linii.

În cazul în care se primește semnal de lipsă tensiune pe M1 și siguranța de pe M1 nu este

sărită activează comanda de lipsă tensiune pe M1. În cazul în care se primește semnal ce

indică tensiune pe M1, prin semnalul de intrare BI_U_M1_OK.PV, atunci se activează

comanda U_HEALTHY_M1.PV ce indică prezența tensiunii pe linia1. Prin această funcție se

realizează în mod absolut similar verificarea și pentru linia 2. Aceleași semnale binare de

intrare pentru M2 returnează comenzile de lipsă și prezență tensiune în punctul de măsurare

M2.

Figura 4.9 - Logica funcției bloc VOLTAGE_CONTROL

Page 35: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 35

Funcția ABT_CONDITIONS reprezintă condițiile pentru intrarea instalației de AAR

în stările de: Out of service, AAR oprit, AAR blocat sau instalația să fie pregatită să lucreze

pe cuplă, trafo1 sau trafo2.

Pentru ca instalația să fie pregatită să lucreze pe modul Cupla - ABT_C_READY.PV -

este nevoie ca urmatoarele 4 condiții să fie îndeplinite simultan:

AAR setat din cheie pe modul de funcționare “cupla”

Intreruptorul Q3 pregătit

Intreruptorul Q1 închis

Intreruptorul Q2 închis

Pentru ca instalația să fie pregatită să lucreze pe modul Trafo1 ABT_T1_READY.PV

este nevoie ca urmatoarele 5 condiții să fie îndeplinite simultan:

AAR setat din cheie pe modul de funcționare “Trafo1”

Intreruptorul Q5 pregătit și tensiunea OK

Intreruptorul Q1 închis

Intreruptorul Q3 închis

Intreruptorul Q4 închis

In cazul în care instalația trebuie să fie pregatită să lucreze pe modul “Trafo2”

ABT_T2_READY.PV este nevoie ca urmatoarele 5 condiții să fie îndeplinite simultan:

AAR setat din cheie pe modul de funcționare “Trafo2”

Intreruptorul Q4 pregatit și tensiunea OK

Intreruptorul Q2 închis

Intreruptorul Q3 închis

Intreruptorul Q5 închis

Dacă nici măcar unul din modurile de mai sus nu este selectat instalația de AAR este

prevazută să intre în starea “out of service”. In aceasta stare se poate ajunge și prin comanda

de intrare ABT_OUT. Instalația se poate opri și din comanda ABT_OUT.PV sau dacă se

primește semnalul de intrare BI_ABT_OFF.PV

Tot în această funcție bloc este realizată și deblocarea instalației de AAR. Blocarea se

poate realiza în două moduri:

Prin comanda ABT_LOCK.PV

După ce instalația AAR a lucrat și s-a primit semnalul de ieșire

BO_ABT_OPERATED.PV

Deblocarea se realizează prin trecerea instalatiei prin starea oprit –

BO_ABT_OUT.PV

Page 36: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 36

Figura 4.10 - Logica funcției bloc ABT_CONDITIONS

Blocul TRANSFORMER_TRIP realizează anclanșarea celor două întreruptoare de

pe fiecare linie Q1, Q4 și Q2, Q5.

Anclanșarea întreruptoarelor Q2 si Q5 se va produce în momentul în care se primește

un impuls care dă comanda simultan pentru cele două întreuptoare. Acest lucru se va întâmpla

în momentul în care o serie de 3 condiții sunt îndeplinite simultan:

instalația de AAR să nu fie blocată,

se detectează lipsa de tensiune în punctul de măsurare M2,

cel puțin una din următoarele seturi de condiții este îndeplinită:

1. tensiune prezentă măsurată de M1 și instalația de AAR este pregătită să

anclanșeze cupla,

2. Q4 pregătit și prezență tensiune pe linia 1, adică primirea semnalului

de intrare de tip binary BI_Q4_READY_U_OK.PV și instalația este

pregătită să lucreze pe transformatorul 2.

În mod similar este construită logica și pentru anclanșarea pe linia 1 pentru

întreruptoarele Q1 și Q4. Anclanșarea întreruptoarelor Q1 și Q4 se va produce în momentul în

care se primește un impuls care dă comanda simultan pentru cele două întreruptoare. Acest

lucru se va întâmpla în momentul în care o serie de 3 condiții sunt îndeplinite simultan:

instalația de AAR să nu fie blocată,

se detectează lipsă de tensiune în punctul de măsurare M1,

cel puțin una din urmatoarele seturi de condiții să fie îndeplinită:

1. tensiune prezentă măsurată de M2 și instalația de AAR este pregătită să

anclanșeze cupla,

Page 37: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 37

2. Q5 pregătit și tensiune prezentă pe linia 2, adică primirea semnalului

de intrare de tip binary BI_Q5_READY_U_OK.PV și instalația este

pregatită să lucreze pe transformatorul 1.

Figura 4.11 - Logica funcției bloc TRANSFORMER_TRIP

Funcția bloc COUPLER_CLOSING activează ieșirea binară reprezentând comanda

de declanșare a întreruptorului Q3. Declanșarea întreruptorului aferent cuplei se realizează în

momentul în care o serie de 3 condiții sunt îndeplinite:

anclanșarea automată a rezervei nu este blocată

este detectată tensiune doar pe linia 1, sau este detectată tensiune doar pe linia 2 sau

este detectată tensiune pe ambele linii. Condiția este realizată cu un OR logic între

comenzile U_HEALTHY_M1.PV și U_HEALTHY_M2.PV.

cea de a treia condiție ca să aibă loc deschiderea cuplei este o condiție compusă din

alte 3 condiții. Astfel, instalația de AAR nu trebuie să fie blocată, întreruptorul cuplei

trebuie să fie pregătit și unul dintre întreruptoarele Q1 sau Q2 trebuie să fie deschis.

Figura 4.12 - Logica funcției bloc COUPLE_CLOSING

Funcția bloc TRANSFORMER_CLOS realizează declanșarea întreruptoarelor Q1,

Q4 pe trafo1 și Q2, Q5 pe trafo 2.

Page 38: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 38

Pentru declanșarea celor două întreruptoare pe linia 1 de transformare trebuie

îndeplinite simultan 3 condiții inițiale: instalația AAR să nu fie blocată, instalația AAR să fie

pregatită pe T2 pentru a putea prelua alimentarea cu energie electrică și intreruptorul Q2 să fie

deschis. După “pauza de AAR” realizată cu un bloc logic OFFD se verifică și condiția pentru

Q4 pregătit și tensiune prezentă pe linia 1 și se verifică iar condiția de funcționare a AAR-

ului, pentru ca acesta să nu fie blocat. Îndeplinirea acestor condiții duc la activarea comenzii

de declanșare a întreruptorului Q4 realizată cu un delay implementat cu ajutorul unei funcții

OFFD. În cazul în care s-a realizat declanșarea pe întreruptorul Q4 și întreruptorul Q1 este

pregătit să lucreze, se activează și comanda de declanșare a întreruptorului Q1.

Pentru declanșarea celor două întreruptoare pe linia 2 de transformare trebuie

îndeplinite, de asemenea simultan cele 3 condiții inițiale: instalația AAR să nu fie blocată,

instalația AAR să fie pregatită pe T1 pentru a putea prelua alimentarea cu energie electrică și

întreruptorul Q1 să fie deschis. După “pauza de AAR” realizată cu un bloc logic OFFD se

verifică condiția pentru Q5 pregătit și tensiunea prezentă pe linia 2, apoi se verifică iar

condiția de funcționare a AAR-ului, pentru ca acesta să nu fie blocat. Îndeplinirea acestor

condiții duc la activarea comenzii de declanșare a întreruptorului Q5 relizata cu un delay

implementat cu ajutorul unei funcții OFFD. În cazul în care s-a realizat declanșarea pe

intreruptorul Q5 și intreruptorul Q2 este pregătit să lucreze, se activează și comanda de

declanșare a întreruptorului Q2.

Figura 4.13 - Logica funcției bloc TRANSFORMER_CLOS

Funcția ABT_OPERATED arată faptul că funcția de AAR a lucrat. Pentru a evidenția

această comandă am folosit un bloc SRS1-S. Acesta este un bloc care primește 2 semnale de

intrare, una de set iar cealaltă de reset, având o singură ieșire. Pentru a reseta funcția după ce

se primește comanda de BO_ABT_OPERATED este nevoie ca instalația să treacă prin starea

ABT_OUT. Cu alte cuvinte, instalația trebuie oprită și repornită pentru a deveni din nou

funcțională.

Pentru a deveni activă ieșirea BO_ABT_OPERATED este necesar ca cel puțin una din

urmatoarele 3 condiții să fie îndeplinită:

Page 39: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 39

întreruptorul Q3 aferent cuplei să fie închis și ieșirea ce reperezintă comanda de

închidere să fie activată după ce se așteaptă timpul “pauza de AAR” reprezentat printr-

un timer de tipul OFFD.

întreruptoarele Q2 și Q5 aferente liniei 2 să fie închise, semnale de intrare binară

BI_Q2_CLOSED.PV si BI_Q5_CLOSED.PV și ieșirile ce reperezintă comanda de

declansare a înreruptoarelor, BO_Q2_CLOSE_CMD.PV și

BO_Q5_CLOSE_CMD.PV, să fie activate după ce se așteaptă timpul “pauza de

AAR” reprezentat printr-un timer de tipul OFFD.

In mod similar se procedează și pentru linia 1. Se închid întreruptoarele Q1 și Q2, se

primește semnalul de intrare BI_Q1_CLOSED.PV și BI_Q4_CLOSED.PV, se dă

comanda de declanșare a întreruptoarelor Q1 și Q4 prin comenzile

BO_Q1_CLOSE_CMD.PV.ON și BO_Q4_CLOSE_CMD.PV.ON acestea fiind

întârziate cu un delay ce reprezintă “pauza de AAR”.

Figura 4.14 - Funcția bloc ABT_OPERATED

Funcția bloc Q_CHANGE realizează logica de trecere a unuia din întreruptoare Q1,

Q2, Q3 aferente instalației de AAR din starea închis sau deschis în starea pregătit (ready).

Acest lucru se întamplă când unul dintre semnalele BI_Q#_CLOSED.PV sau

BI_Q#_OPENED.PV devin active, intrând în starea BI_Q#_READY.PV, unde # reprezintă

numărul unuia din cele 3 întreruptoare.

Page 40: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 40

Figura 4.15 - Funcția bloc Q_CHANGE – Trecere Q1, Q2, Q3 în starea pregătit (ready)

Tot în această funcție este realizată și închiderea unuia din cele 5 întreruptoare ale

circuitului de AAR. Pentru a declanșa un semnal de întreruptor închis (BI_Q1_CLOSED.PV)

am folosit un bloc SRS1-S. Funcția de SET a blocului este comandată atunci când semnalul

de declanșare este 1 sau când semnalul de închidere a întreruptorului este 1. Funcția de reset

este comandată atunci când semnalul de închidere al intreruptorului este 0 sau cand semnalul

de anclanșare este 1.

Page 41: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 41

Figura 4.16- Funcția bloc Q_CHANGE – închiderea întreruptoarelor

Pe lângă aceste 7 funcții secvențiale am introdus Function Block-ul INIT. Blocul este

de tip ST16, acest tip de bloc permite definirea a 32 de condiții și 32 de acțiuni sub forma

unui table de secvențe (Sequence table). Blocul ST16 este un bloc de decizie care descrie

relația dintre semnalele de intrare și semnalele de ieșire prin intermediul unei colecții de

reguli de tipul Y/N (yes/no). Prin conectarea secvențială cu alte funcții bloc ele devin mijlocul

de control al executării acestora.

Figura 4.17 - Structura generală a unei funcții bloc ST16 (după [10])

Fiecare tabel are 32 de coloane care sunt menționate ca "Reguli". În cazul în care un

tabel secvență este alcatuit numai din reguli, atunci toate condițiile sunt testate în fiecare ciclu

de sincronizare. Când toate condițiile din orice regulă se dovedesc a fi adevărate, atunci sunt

luate acțiunile din cadrul acelui set de condiții.

În cazul blocului definit de mine, INIT, acesta are rolul de a porni în mod automat

toate celelalte blocuri definite anterior. Prin această funcție am facilitat executarea simultană a

funcțiilor secvențiale prezentate anterior. După cum se observă în figura de mai jos, ecranul

este împărțit în patru cadrane. În cadranul din stânga jos avem posibilitatea să declarăm

acțiunile pe care dorim să le facem iar în partea de sus se definesc tagurile aferente condițiilor.

Din acest panou de control logic am construit logica de executare a procesului. Cea mai bună

abordare este de a observa succedarea logicii blocurilor de funcție. Din această fereastră avem

posibilitatea de a selecta timpul de procesare din opțiunea Processing Timing: I (Startup at

initial cold start or restart) ceea ce permite pornirea/repornirea de fiecare dată cu secvența

inițială: VOLTAGE_CONTROL și executarea în ordinea stabilită a instrucțiunilor sub forma

unui lanț.

Page 42: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 42

Figura 4.18 - Ponrnirea automată a blocrurilor de funcții declarate anterior

4.5 Realizarea interfeței grafice cu ajutorul Graphic Builder Centum

VP

În Centum VP interfața grafică se realizează cu ajutorul mediului Graphic Builder,

mediu vizual ce permite crearea și editarea de ferestre grafice destinate monitorizării pe stația

de Human Interface a dispozitivelor sistemelor DCS.

Graphic View-ul permite afișarea informațiilor din plant sau statusul procesului

controlat într-o manieră vizuală, ușor de perceput. Cum spuneam, Graphic View-urile se

construiesc folosind Graphic Builder-ul pus la dispozitie de Centum VP. Acestea pot conține

la rândul lor atribute grafice (Graphic Attribute), atribute de ansamblu (Overview Attribute) și

de control (Control Attribute).

Graphic Attribute – este utilizat pentru a afișa datele de proces împreună cu diverse

diagrame de tip flow chart sau pentru a apela diverse ferestre de operare sau

monitorizare.

Overview Attribute – este utilizat pentru afișarea statusului funcțiilor block și pentru

apelarea diverselor ferestre de operațiuni sau pentru ferestre de monitorizare.

Utilizarea lor permite înțelegerea foarte ușoară a stării generale a plantului sau a unui

anumit proces.

Page 43: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 43

Control Attribute – Faceplate-urile pot fi asignate unor ferestre grafice, utilizatorul

putând opera asupra plantului în timp ce are o viziune de ansamblu asupra ei.

Utilizatorul poate selecta ca Graphic View-ul să realizeze o scalare automată a

ferestrei când aceasta este schimbată. Dacă scalarea este specificată fereastra grafică este

mărită sau micșorată în funcție de dimensiunile ferestrei. Dacă scalarea nu este specificată,

atunci fereastra grafică este afișată la aceeași dimensiune cum a fost creată.

Pentru a implementa procesul de anclanșare automată a rezervei, am optat pentru un

graphic file de tipul Graphic Window (Graphic File\Atribute\ Panel Type) cu dimensiunea

970 lațime și 585 înalțimea display-ului graphic la o rezoluție de 1024 x 768, pentru a-mi

permite inserarea elementelor grafice ce simbolizeaza elementele de circuit: întreruptoarele de

pe transformatoare, întreruptorul de pe cuplă, dar și butoanele care le acționează și le trec din

starea ON în OFF sau invers. Modul de scalare l-am ales de tip “Fixed Ratio” pentru a nu

permite modificări de dimensionare a ferestrei. Fereastra grafică poate fi accesată din HIS/

WINDOW și se numește OVERVIEW.

Figura 4.19 - Interfața grafică – AAR doi feederi și cuplă longitudinală

Reprezentarea vizuală a circuitului este realizată cu ajutorul bibliotecii de elemente

grafice “Stancil”. Cele cinci întreruptoare, aferente fiecărui transformator și cuplei sunt

realizate în mod similar. Fiecare întreruptor este realizat din 6 linii și un cerc (basic shapes),

două linii care reprezintă delimitarea de restul circuitului și încă două care indică poziția

închis/deschis a întreruptorului. Pentru realizarea simbolului de întreruptor grupăm cele 7

elemente de grafică prin comanda Group.

Să considerăm, spre exemplu realizarea grafică a întreruptorului 4 de pe Trafo1.

Pentru a simboliza poziția închis/deschis a întreruptorului am folosit două linii care să

simbolizeze cele două poziții:

una, cu numele generic $TAGSWCLS căreia îi atribuim valoarea BI_Q1_OPENED.

Această operațiune o realizăm din Properties/Generic Name Binding după selectarea

“Define local Bindings” iar din câmpul Modifier definim condiția

$TAGSWCLS.PV==1, caz în care culoarea liniei nu se va modifica, iar pentru o

Page 44: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 44

valoare diferită de 1 a variabilei generic name $TAGSWCLS.PV<>1 afișăm linia

transparent.

cea de-a doua linie va fi realizată similar, va avea generic name-ul $TAGSWOPN iar

valoarea BI_Q1_CLOSED, și din câmpul Modifier definim condiția

$TAGSWOPN.PV==1, caz în care culoarea liniei nu se va modifica, iar pentru o

valoare diferită de 1 a variabilei generic name $TAGSWOPN.PV<>1 afisam linia

transparent.

Numele generice sunt variabile folosite în locul unui tag name, nume de element sau a

unei valori numerice care este atribuită unui obiect grafic. Se pot folosi mai multe denumiri

generice într-un grafic view. Acestui nume generic i se atribuie o valoare inițială. Se pot aloca

mai multe valori inițiale pentru un nume generic, prin crearea de seturi de nume generice.

Valorile initiale pot fi valori numerice, stringuri, date de process variabile, valori legate de un

obiect grafic (au extensia .PV)

Sintaxa unui nume generic este specifică. Începe tot timpul cu $ și este urmat de

caractere alfanumerice. Se pot folosi elemente precum “_” si “–“ și poate conține maxim 200

de caractere.

Pentru realizarea elementelor vizuale atribuite butoanelor și semnalizării prin leduri a

modului de anclanșare automată a rezervei selectat și a masurătorii de tensiune am folosit o

grupare de 3 elemente din biblioteca “Stancil” și forme de bază. O elipsa pe care o colorăm în

verde pentru a indica modul inactiv al comenzii și roșu pentru modul activat. Acest lucru este

realizat astfel:

din fereastra de proprietăți a elipsei în campul “Fill” selectam Type: “Solid” iar la

culoare selectăm verde,

în câmpul Generic Name Binding atribuim numele generic și valoarea pentru a crea

legatura cu variabilele de intrare sau ieșire ale proiectului,

în campul Modifier am setat valoarea 1 a variabilei din Generic Name pentru trecerea

în culoarea rosie.

Celelate două elemente sunt de tipul push button.

In câmpul Function din proprietățile elementului, setam la Data valoarea indicată în

câmpul Generic Name, tipul de funcție: “Instrument command Operation ” iar tipul de

date : “Process data”.

In câmpul Modifier vom stabili condiția de transparent pentru a crea suprapunerea de

butoane acționat/neacționat. Astfel, butonul va deveni transparent în momentul în care

valoarea din schema logică a numelui generic atribuit butonului este 1.

Vom realiza aceeași pași și pentru cel de-la doilea buton dar condiția va fi 0.

Pentru crearea semnalelor vizuale pentru care nu sunt atașate butoane am folosit

principiul de mai sus fără cele două push button-uri.

Toate grupurile care au fost necesare pentru realizarea implementării ferestrei grafice

OVERVIEW sunt prezentate detaliat în tabelul din ANEXA.

4.6 Rularea aplicatiei in Test Function

Pentru rularea unui proiect in CENTUM VP este nevoie sa pornim Test Functionul.

Aceasta procedura o realizam din partea meniu a ferestrei de System View, selectam FCS

Page 45: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 45

apoi alegem optiunea Test Function. Acest modul de testare ofera utilizatorului posibilitatea

compilarii si rularii aplicatiilor dezvoltate in CENTUM VP.

Pentru a putea lucra cu interfata HMI ce inglobeaza toata functiile aplicatiei de AAR

pe care am dezvoltat-o va trebui sa o accesam din meniul din partea stanga a ecranului

butonul NAME. In fereastra Name Input ce ne va aparea va trebui sa introducem numele

ferestrei pe care am creeat-o, in cazul nostru OVERVIEW. Dupa chemare efectiva a ferestrei

prin apasarea butonului Call vom putea simula efectiv cele 3 moduri operationale ale

instalatiei de AAR realizate cu ajutorul Functiilor Bloc si a Logicii.

Figura 4.20 Rularea aplicației – Deschiderea ferestrei Overview

Simularea celor 3 moduri operaționale:

Comutare de pe trafo1 pe trafo2

În acest caz, automatul de activare a rezervei verifică îndeplinirea unor condiții logice

specifice acestui mod de funcționare. Astfel, trebuie detectată tensiune pe ambele linii din

amonte in aval, iar instalația de AAR trebuie să funcționeze pe trafo1 (setare din cheie). Astfel

întreruptoarele de pe transformatorul 1 - Q1 și Q4 și întreruptorul aferent cuplei Q3 vor fi

închise. Pe transformatorul 2 - Q2 și Q5 vor fi în starea deschis și pregatite, fără să prezinte

defecte permanente, iar resortul trebuie să fie armat.

Pentru ca AAR-ul sa fie ON pe trafo1 avem nevoie de urmatoarele comenzi sa fie

activate:

ABT_T1

Pentru trafo1:

Page 46: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 46

- MCB_M1_OK;

- U_M1_OK;

- U4_READY_OK

- Intreruptoarele Q1, Q4, Q3 – inchise

Pentru trafo 2:

- MCB_M2_OK;

- U_M2_OK;

- U5_READY_OK

- Intreruptoarele Q2, Q5 – deschise

Figura 4.21 - AAR – activat pe trafo 1

Dacă se detectează o pierdere de tensiune pe bara de 20 kV atunci va porni funcția de

AAR și se va executa automat trecerea de pe trafo1 pe trafo2. Acest lucru se simuleaza prin

activarea comenzii U_LOSS_M1. Intreruptorul transformatorului și cel al cuplei vor primi

semnalul de trip. După o întârziere de maxim 1 secundă în care se face verificarea trecerii

întreruptorului de intrare, de pe trafo1, pe poziția deschis, întreruptorul de pe alimentarea

alternativă, trafo2, se va închide. În caz contrar, funcția de AAR se va opri. Se verifică pozitia

întreruptorului și se semnalizează faptul că procesul de AAR s-a finalizat, acest lucru se va

observa prin semnalizarea cu rosu a comenzilor ABT_OPERATED, ABT_LOCKOUT,

ABT_OUT_OF_SERVICE si dezactivarea avertismentului aferent ABT_ON_T1.

Page 47: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 47

Figura 4.22 - Semnalizarile instalației AAR după ce a funcționat în unul din cele 3 moduri

Comutare de pe trafo2 pe trafo1

În acest caz, automatul de activare a rezervei verifică îndeplinirea unor condiții logice

specifice acestui mod de funcționare. Astfel, trebuie detectată tensiune pe ambele linii, iar

instalația de AAR trebuie să funcționeze pe trafo2 (setare din cheie). Astfel întreruptoarele de

pe transformatorul 2 – Q2 și Q5 și întreruptorul aferent cuplei Q3 vor fi închise. Pe

transformatorul 1 – Q1 și Q4 vor fi în starea deschis și pregatite, fără să prezinte defecte

permanente, iar resortul trebuie să fie armat.

Pentru ca AAR-ul sa fie ON pe trafo1 avem nevoie de urmatoarele comenzi sa fie

activate:

ABT_T2

Pentru trafo1:

- MCB_M1_OK;

- U_M1_OK;

- U4_READY_OK

- Intreruptoarele Q1, Q4 – deschise

Pentru trafo 2:

- MCB_M2_OK;

- U_M2_OK;

- U5_READY_OK

- Intreruptoarele Q2,Q3, Q5 – inchise

Page 48: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 48

Figura 4.23 - AAR – activat pe trafo 2

Dacă se detectează o pierdere de tensiune pe bara de 20 kV atunci va porni funcția de

AAR și se va executa automat trecerea de pe trafo2 pe trafo1. Acest lucru se simuleaza prin

activarea comenzii U_LOSS_M2. Intreruptorul transformatorului și cel al cuplei vor primi

semnalul de trip. După o întârziere de maxim 1 secundă în care se face verificarea trecerii

întreruptorului de intrare, de pe trafo1, pe poziția deschis, întreruptorul de pe alimentarea

alternativă, trafo2, se va închide. În caz contrar, funcția de AAR se va opri. Se verifică pozitia

întreruptorului și se semnalizează faptul că procesul de AAR s-a finalizat, acest lucru se va

observa prin semnalizarea cu rosu a comenzilor ABT_OPERATED, ABT_LOCKOUT,

ABT_OUT_OF_SERVICE si dezactivarea avertismentului aferent ABT_ON_T2.

Comutare automată de la alimentarea cu ambele transformatoare în funcțiune și

cupla longitudinala conectată la un singur transformator de alimentare .

În cazul comutării de pe ambele transformatoare și cupla longitudinală în funcțiune pe

un singur trafo condițiile inițiale care trebuie îndeplinite sunt: prezența tensiunii pe ambele

linii, modul ARR să fie stabilit pe cuplă iar toate întreruptoarele aferente transformatoarelor

să fie închise, mai puțin cel de pe cupla Q3 care trebuie sa fie deschis și pregătit – să fie

resortul armat și a nu existe semnalizare pentru intreruptor defect.

ABT_COUPLER

Pentru trafo1:

- MCB_M1_OK;

- U_M1_OK;

- U4_READY_OK

- Intreruptoarele Q1, Q4 – inchise

Page 49: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 49

Pentru trafo 2:

- MCB_M2_OK;

- U_M2_OK;

- U5_READY_OK

- Intreruptoarele Q2 , Q5 – inchise

Cupla: Q3 - deschis

Figura 4.24 - AAR – activat pe Cuplă

Dacă se detectează o cădere de tensiune pe bara de 20 kV atunci va porni funcția de

AAR și se vor executa automat manevrele pentru trecerea din modul normal, cel cu două

transformatoare și o cuplă, la cel cu un singur transformator de alimentare. Întreruptoarele

aferente transformatorului secțiunii pe care a fost detectată pierderea de tensiune și cel al

cuplei vor fi declanșate. O întârzire de maxim 1s va permite controlul poziției întreruptorului,

acesta trebuind să devină deschis iar cupla de medie trensiune va fi inchisă. In caz contrar,

funcția de AAR se va opri. Întârzierea precedentă stabilirii poziției întreruptorului are rolul de

a facilita controlul efectuării manevrei și indică faptul că secvența de AAR s-a executat.

Page 50: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 50

5. Concluzii

Lucrarea de față este rezultatul unei colaborări cu firma japoneză Yokogawa care,

alături de profesorii ce m-au susținut și îndrumat în realizarea proiectului de licență, mi-a

oferit ocazia să descopăr modul de lucru, dar și cerințele și rigorile impuse de o astfel de

firmă.

Pe parcursul acestei colaborări am luat parte la cursul ProSafe RS Engineering, ce

reprezintă mediul de programare care asigură dezvoltarea de aplicații pentru Sistemele de

Control a Siguranței din zonele industriale.

Aplicația implementată în cadrul licenței prezintă un sistem de monitorizare și

conducere dezvoltat folosind mediul de programare Centum VP.

Lucrarea debutează cu o sinteză asupra problematicii din domeniu care ne-a permis

delimitarea sistemului obiect: automatizarea procesului de anclanșare automată a rezervei

implementabil în cadrul unei aplicații DCS.

In continuare a fost realizat un studiu atent al schemelor de alimentare folosite în

instalațiile de anclanșare automată a rezervei. Au fost detaliate atât AAR-urile convenționale

construite pe baza logicii cablate și a releelor, cât și cele care stau la baza echipamentelor

moderne a căror logică este implementată cu ajutorul limbajelor de programare ale

automatelor programabile.

Un alt aspect important abordat în cadrul acestei lucrări îl constituie analiza sistemelor

de conducere distribuită, precum și modalitatea de implementare în cadrul mediului de

programare dezvoltat de către firma Yokogawa - Centum VP.

In studiul de caz al lucrarii am implementat logica unui sistem de AAR, pe baza

cunoștiințelor dobandite în urma studiilor efectuate de-a lungul perioadei de cercetare pe care

am realizat-o în domeniile automatizărilor industriale și ingineriei electrice, două domenii

complementare cu rezultate extraordinare în dezvoltarea industriei pe scară largă. Aici am

folosit drept model de studiu instalația de AAR cu doi feederi și cuplă longitudinala.

Aplicatia pe care am dezvoltat-o poate fi extinsă si pentru mai multe linii de

alimentare, în funcție de numărul consumatorilor și sarcinile care trebuie alimentate cu

energie electrică.

Cu ajutorul blocurilor de funcții și a operatorilor logici am construit logica de

anclanșare automată a rezervei, iar cu ajutorul Graphic Builderului din Centum VP am

construit o interfață HMI care permite vizualizarea statusului instalației dar și a comenzilor

care s-au executat asupra instalației.

Lucrarea mi-a permis să dobândesc cunoștinte în utilizarea sistemului modern de

conducere distribuit. O mare parte a memoriului tehnic mi-a permis să dau o tentă

inginerească, practică temei abordate.

Dintre avantajele utilizării unui sistem distribuit ce conține și automate programabile

putem menționa: scaderea considerabilă a numărului de legături prin înlocuirea logicii cablate

Page 51: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 51

cu cea software, în consecință spațiul componentelor scade considerabil. Fiabilitatea

instalației crește odată cu scăderea numărului de componente. Un alt avantaj important care

merită semnalat este legat de numărul condițiilor care pot fi luate în calcul și validate printr-o

astfel de implementare. Numărul intrărilor și ieșirilor aferente mărimilor analogice care pot fi

controlate cu tehnologia oferită de PLC-uri, poate crește substanțial. Se pot crea algoritmi

elaborați, relativ ușor de implementat care pot deveni o modalitate de înnoire și optimizare a

proceselor pe care acestea le execută.

Implementarea sistemelor de control distribuit permite oferirea de soluții de proiectare

a unor instalații moderne care pot întotdeauna ușura munca operatorului uman prin

monitorizarea la distanță a instalațiilor de proces din zonele industriale. Totodată, aceste

sisteme permit și retehnologizarea unor soluții deja existente, care nu mai pot oferi

randamentul scontat datorită uzării lor atât fizice cât și morale, acest lucru implicând, în cele

mai multe cazuri, îmbunantațirea performațentelor tenico-economice și de mediu, creșterea

producției, reducerea consumurilor specifice, scăderea cheltuileilor de intreținere și

exploatare. [11]

Page 52: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 52

ANEXA A – Elementele interfeței grafice

Element grafic

(Grupat)

Tipul

elementelor

folosite

Numele

obiectelor

folosite

Nume

generic Valoare inițială

Modificări

(Acțiune/Condiție)

Intreruptor 1

Line StraightLine_0

003

$TAGSW

CLS BI_Q1_OPENED

No color change

$TAGSWCLS.PV=

=1

Transparent

$TAGSWCLS.PV<

>1

Line StraightLine_0

003

$TAGSW

OPN BI_Q1_CLOSED

No color change

$TAGSWOPN.PV=

=1

Transparent

$TAGSWOPN.PV<

>1

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q1_CLOSED -

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q1_CLOSED -

Intreruptor 2

Line StraightLine_0

003

$TAGSW

CLS BI_Q2_OPENED

No color change

$TAGSWCLS.PV=

=1

Transparent

$TAGSWCLS.PV<

>1

Line StraightLine_0

003

$TAGSW

OPN BI_Q2_CLOSED

No color change

$TAGSWOPN.PV=

=1

Transparent

$TAGSWOPN.PV<

>1

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q2_CLOSED -

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q2_CLOSED -

Intreruptor 3 Line StraightLine_0

003

$TAGSW

CLS BI_Q3_OPENED

No color change

$TAGSWCLS.PV=

=1

Transparent

$TAGSWCLS.PV<

>1

Page 53: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 53

Line StraightLine_0

003

$TAGSW

OPN BI_Q3_CLOSED

No color change

$TAGSWOPN.PV=

=1

Transparent

$TAGSWOPN.PV<

>1

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q3_CLOSED -

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q3_CLOSED -

Intreruptor 4

Line StraightLine_

0003

$TAGS

WCLS BI_Q4_OPENED

No color change

$TAGSWCLS.PV

==1

Transparent

$TAGSWCLS.PV

<>1

Line StraightLine_

0003

$TAGS

WOPN BI_Q4_CLOSED

No color change

$TAGSWOPN.PV

==1

Transparent

$TAGSWOPN.PV

<>1

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q4_CLOSED -

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q4_CLOSED -

Intreruptor 5

Line StraightLine_

0003

$TAGS

WCLS BI_Q5_OPENED

No color change

$TAGSWCLS.PV

==1

Transparent

$TAGSWCLS.PV

<>1

Line StraightLine_

0003

$TAGS

WOPN BI_Q5_CLOSED

No color change

$TAGSWOPN.PV

==1

Transparent

$TAGSWOPN.PV

<>1

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q5_CLOSED -

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q5_CLOSED -

Page 54: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 54

ABT_SCADA

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_ABT_SCADA

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_SCADA Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_SCADA Transparent

$TAG.PV==1

ABT_T1

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_ABT_T1

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_T1 Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_T1 Transparent

$TAG.PV==1

ABT_T2

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_ABT_T2

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_T2 Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_T2 Transparent

$TAG.PV==1

ABT_COUPL

ER

Elipse Elipse0 $TAGO

N

BI_ABT_COUPLE

R

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_COUPLE

R

Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_COUPLE

R

Transparent

$TAG.PV==1

ABT_OFF

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_ABT_OFF

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_OFF Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_ABT_OFF Transparent

$TAG.PV==1

U_LOSS_M1

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_U_M1_LOSS

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_U_M1_LOSS Transparent

$TAG.PV==0

Page 55: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 55

PushButton PushButton0 $TAG BI_U_M1_LOSS Transparent

$TAG.PV==1

U_M1_OK

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_ U_M1_OK

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_ U_M1_OK Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_ U_M1_OK Transparent

$TAG.PV==1

MCB_M1_O

K

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_MCB_M1_OK

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_MCB_M1_OK Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_MCB_M1_OK Transparent

$TAG.PV==1

U_LOSS_M2

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_U_M2_LOSS

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_U_M2_LOSS Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_U_M2_LOSS Transparent

$TAG.PV==1

U_M2_OK

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_ U_M2_OK

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_ U_M2_OK Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_ U_M2_OK Transparent

$TAG.PV==1

MCB_M2_O

K

Elipse Elipse0 $TAGO

N BI_MCB_M2_OK

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_MCB_M2_OK Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_MCB_M2_OK Transparent

$TAG.PV==1

U4_READY_

OK Elipse Elipse0

$TAGO

N

BI_Q4_READY_U

_OK

Red

$TAGON.PV==1

Page 56: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 56

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q4_READY_U

_OK

Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q4_READY_U

_OK

Transparent

$TAG.PV==1

U5_READY_

OK

Elipse Elipse0 $TAGO

N

BI_Q5_READY_U

_OK

Red

$TAGON.PV==1

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q5_READY_U

_OK

Transparent

$TAG.PV==0

PushButton PushButton0 $TAG BI_Q5_READY_U

_OK

Transparent

$TAG.PV==1

ABT_ON_T1 Elipse Elipse0 $TAGO

N ABT_T1_READY

RED

$TAGON.PV==1

ABT_ON_T2 Elipse Elipse0 $TAGO

N ABT_T2_READY

RED

$TAGON.PV==1

ABT_ON_CO

UPLER Elipse Elipse0

$TAGO

N ABT_C_READY

RED

$TAGON.PV==1

ABT_OUT_O

F_SERVICE Elipse Elipse0

$TAGO

N

ABT_OUT_OF_S

ERV

RED

$TAGON.PV==1

ABT_OPERA

TED Elipse Elipse0

$TAGO

N

BO_ABT_OPERA

TED

RED

$TAGON.PV==1

ABT_LOCKO

UT Elipse Elipse0

$TAGO

N

BO_ABT_LOCKO

UT

RED

$TAGON.PV==1

Page 57: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 57

Bibliografie

[1] Mihaela Marilena Albu, Goluri de tensiune. Caracteristici, tehnici de monitorizare şi

definire a unui indice de calitate a serviciului de furnizare a energiei electrice., Revista

Energetică, cod CNCSIS 512, categoria B, ISSN 1220-5133, februarie 2004

[2] Roxana Patrașcu, Cristian Răducanu, Ion Sotir Dumitrescu, Utilizarea energiei (Partea

intâi), UPB, 2003

[3] Burlacu Cristian, Anclanșarea automată a rezervei în rețelele electrice de distribuție,

București, 2008

[4] Dan Mihoc, Sergiu Stelian Iliescu, Ioana Făgărăşan, Gheorghe Ţăranu, George Materi,

Automatizarea Sistemelor Electro- şi Termoenergetice, Editura Printech, 2008

[5] Popescu Daniel, Iancu Nicolae, ASPECTE SPECIFICE ANCLANŞĂRII AUTOMATE A

REZERVEI PENTRU ALIMENTAREA CU ENERGIE ELECTRICĂ A UNUI SPITAL, A XVI-

A Conferitna Confort, eficienta, conservarea energiei si protectia mediului, Facultatea de

Instalatii, 18-19 martie 2010

[6] Tarlochan S. Sidhu, Vinayagam Balamourougan, Manish Thakur, Bogdan Kasztenny, A

Modern Automatic Bus Transfer Scheme, International Journal of Control, Automation, and

Systems, vol. 3, no. 2 (special edition), pp. 376-385, June 2005

[7] ***, Introduction to Industrial Control Networks. IEEE Communications Surveys and

Tutorials. 2012

[8] ***, CentumVP Engineering Training Manual, Documentaţie Yokogawa

[9] ***, ProSafe RS Engineering #1 Training Manual, Documentaţie Yokogawa

[10]***, Online Manual, Centum VP, Documentație Yokogawa

[11] ***, Regulamentul de calificare a producătorilor de energie electrică din surse

regenerabile de energie electrică pentru aplicarea schemei de susținere, Autoritatea națională

de reglementare în domeniul energiei, Departamentul PIAȚA DE ENERGIE

Page 58: LUCRARE DE LICENȚĂ - acse.pub.roacse.pub.ro/wp-content/uploads/2013/07/Lica_Victor_Alexandru_LICENTA.pdf · energie termică (căldură, frig); energie potenţială (aer comprimat);

Victor - Alexandru Lică 58