Поможет ли контроллер ARIS C304 в реализации цифровых подстанций 6-35 кВ?

В то время как электросетевые компании все больше внимания обращают на реализацию быстровозводимых модульных цифровых подстанций 6-35 кВ, рассмотрение подобного класса устройств очень своевременно. А в условиях, когда ставки делаются на отечественные решения, это вдвойне актуально.

В отличие от других контроллеров, доступных на рынке, ARIS C304 сочетает в себе несколько функций: обеспечивает возможность ввода сигналов с измерительных ТТ и ТН, реализацию функций измерительного преобразователя, коммерческого учета и контроля качества электроэнергии. Конечно, он поддерживает и протоколы стандарта МЭК 61850. Мы рассмотрим сам прибор и сценарии его применения на цифровых подстанциях.

Внешний вид

ARIS C304 сочетает в себе несколько функций: обеспечивает возможность ввода сигналов с измерительных ТТ и ТН, реализацию функций измерительного преобразователя, коммерческого учета и контроля качества электроэнергии.

Общий вид устройства представлен на рис. 1. В первую очередь хочется отметить различные возможности по монтажу, которые поддерживает устройство. Оно имеет крепление под DIN-рейку, которое можно снять, если в нем нет необходимости, и 4 «крючка» для крепления на ровную вертикальную панель.

ARIS C304 представляет собой черный параллелепипед без каких-либо органов управления и индикации (за исключением нескольких светодиодов). Однако ARIS C304 имеет интерфейс для подключения опциональной выносной панели управления и индикации, сочетающей в себе 5.7” LCD дисплей и 12-кнопочную клавиатуру.

Возвращаясь к массогабаритным характеристикам ARIS C304, хочется отметить, что это компактный и легкий контроллер. На лицевой стороне расположены дискретные входы/выходы, порты Ethernet и RS485, аналоговые входы по току и напряжению, светодиодная индикация питания, состояния устройства и сигнализации ошибок, а также порт для подключения панели управления и индикации.

Делая вывод о внешнем виде, можно отметить «мобильность» контроллера. Панель управления и индикации не интегрирована в корпус устройства, что означает возможность ее расположения в любых мыслимых и немыслимых плоскостях на большом удалении от самого устройства. Само устройство позволяет максимально эффективно использовать данное вам пространство благодаря нескольким вариантам креплений.

Претендуешь - соответствуй!

В комплектацию ARIS C304 входят различные модули, позволяющие осуществлять полный мониторинг и управление ячейкой. Этакий конструктор для проектировщика. Но насколько эти модули смогут удовлетворить потребности специалистов?

Исходя из возможностей четырех перечисленных модулей, нашу задачу по управлению ячейкой можно решить, применив одно устройство ARIS C304, и еще останется минимум 4 дискретных входа и 2 дискретных выхода.

Давайте попробуем реализовать цифровое КРУ на базе ARIS C304. Идея заключается в удаленном управлении всеми устройствами, расположенными в ячейке. Для такой задачи от контроллера потребуется следующее: управление и контроль состояния выключателя, заземлителя, привода тележки, получение информации с датчика напряжения на кабельном вводе, дополнительно – данные с ключа местного управления. Такой минимум требований в первом приближении достаточен.

Для удовлетворения обозначенных требований понадобится 11 дискретных входов и 6 дискретных выходов. Обращаемся к перечню модулей и видим, что модули DI24-15 и DI220-15 поддерживают до 15 дискретных входов на 24 В и 220 В соответственно. Модули DOL и DOH имеют 8 каналов для телеуправления.

Модуль DOH имеет в составе электромеханические реле и может использоваться либо для телеуправления, либо для блокировки (одновременное использование в двух режимах запрещено). Это важно знать заказчику и проектировщику.

Исходя из возможностей четырех перечисленных модулей, нашу задачу по управлению ячейкой можно решить, применив одно устройство ARIS C304, и еще останется минимум 4 дискретных входа и 2 дискретных выхода. Мы говорим «минимум», потому что используем только 2 модуля по назначению, останется место еще и для третьего.

Смелое решение

Многие скажут, что объединять функции нескольких испокон веков независимых устройств в одном - недопустимо. Причины у каждого свои. Компания «Прософт-Системы» представила свое мнение на этот счет и, дополнив устройство модулем ввода сигналов измерения от ТТ и ТН, добавила в ARIS C304 функции коммерческого контроля и учета электроэнергии. Интересное решение.

Первое, что приходит на ум, – уменьшение объема монтажа. Контроллер предполагает установку непосредственно в ячейку (6-35 кВ), нет необходимости выносного монтажа (из ячейки) вторичных цепей измерения сигнализации и управления. Второе – экономия на установке устройств. Контроллер выполняет функционал измерительного прибора, счетчика ЭЭ, модуля ввода-вывода ТМ, прибора ПКЭ, шлюза для интеграции устройств РЗА. Но истинную актуальность и экономическую эффективность такого решения покажет только время и эксплуатация.

Время практики

При тест-драйве ARIS C303 мы подробно рассматривали модули и функции контроллеров ARIS C30x. Поэтому давайте перейдем от теории к практике и оценим юзабилити устройства с позиции наладчика.

Мы уже посчитали, что одного контроллера для реализации цифрового КРУ достаточно. Теперь настроим контроллер на управление этой ячейкой.

Начнем с настройки управления коммутационным аппаратом – выключателем. Для того чтобы контроллер ARIS C304 смог чем-нибудь управлять, необходимо создать команду.

На рис. 2 уже представлена наша команда управления.

Созданную команду необходимо настроить: жестко определить и задать дискретные входы и выходы для управления и контроля коммутационного аппарата. Параметры настройки приведены на рис. 3.

При создании и настройке команды управления выключателя нам потребуется:

• Выбрать модуль, выдающий сигналы ТУ (строка «Модуль», рис. 3). Определим канал 1 для команды включения, канал 2 - для команды отключения выключателя. В нашем устройстве используется модуль DOH, который программно перенастроен и отображается как модуль DOTC02. Необходимость программной перенастройки модуля нам не ясна, но однозначно связана с программным обеспечением линейки оборудования ARIS C30х. По словам производителя, при поставке устройств вся настройка модулей будет произведена заблаговременно. В данный момент ведется работа по улучшению ПО, чтобы убрать данную операцию по перенастройке из списка необходимых.
• Настроить каналы для получения информации о состоянии объекта управления. Для этого в строке «Состояние объекта управления» требуется назначить двухпозиционный дискретный сигнал. На данном этапе настройки мы были приятно удивлены. ПО ARIS C304 настолько гибкое, что позволяет создавать двухпозиционные каналы, комбинируя дискретные входы не попарно (DI 1 + DI 2), а произвольно (DI 1 + DI 5). Для настройки канала потребуется перейти в конфигуратор параметра модуля дискретных входов (он доступен на отдельной вкладке web-конфигуратора) (рис. 4). Выбор дискретных входов для создания двухпозиционного канала приведен на рис. 5. Настроить каналы для получения информации о состоянии объекта управления. Для этого в строке «Состояние объекта управления» требуется назначить двухпозиционный дискретный сигнал. На данном этапе настройки мы были приятно удивлены. ПО ARIS C304 настолько гибкое, что позволяет создавать двухпозиционные каналы, комбинируя дискретные входы не попарно (DI 1 + DI 2), а произвольно (DI 1 + DI 5). Для настройки канала потребуется перейти в конфигуратор параметра модуля дискретных входов (он доступен на отдельной вкладке web-конфигуратора) (рис. 4). Выбор дискретных входов для создания двухпозиционного канала приведен на рис. 5. Обратим внимание на «Фильтр неопределенного состояния». Выдержка времени, установленная наладчиком, предназначена для ожидания изменения положения коммутационного аппарата. Если бы ее не было, то при отключении выключателя состояние двухпозиционного канала изменялось бы как: 10 (выключатель включен), далее 00 (неопределенное состояние коммутационного аппарата), 01 (выключатель отключен). Промежуточное состояние 00 могло бы привести к ошибке работы других команд и срабатыванию ТС. Для контроля состоянии выключателя «Включено» мы определим DI 1, для состояния «Отключено» - DI 5.Почему мы контролируем состояние положения коммутационного аппарата двухпозиционным каналом? На всякий случай поясним. Атрибут данных stVal объекта данных Pos логического узла XCBR требует использования двухпозиционного канала в соответствии со стандартом МЭК 61850. Использования комбинаций 10, 01, 00 («вкл», «выкл», «промежуточное состояние»), 11 («запрещенное состояние») позволяет точно контролировать положение выключателя. После создания канала потребуется обновление конфигурации контроллера. Теперь данный канал доступен для использования в командах. Настроить каналы для получения информации о состоянии объекта управления. Для этого в строке «Состояние объекта управления» требуется назначить двухпозиционный дискретный сигнал. На данном этапе настройки мы были приятно удивлены. ПО ARIS C304 настолько гибкое, что позволяет создавать двухпозиционные каналы, комбинируя дискретные входы не попарно (DI 1 + DI 2), а произвольно (DI 1 + DI 5). Для настройки канала потребуется перейти в конфигуратор параметра модуля дискретных входов (он доступен на отдельной вкладке web-конфигуратора) (рис. 4). Выбор дискретных входов для создания двухпозиционного канала приведен на рис. 5.

• В рамках алгоритмов блокировок настроить запрещающий сигнал. На рис. 3 этот параметр настройки определяется в строке «Условие» как для раздела «ТУ Вкл», так и для «ТУ Выкл». Данный сигнал может быть результатом работы алгоритма, заложенного в контроллер, или каким-либо другим информационным сигналом. Важное требование производителя: этот сигнал блокировки всегда должен быть назначен, без него команда выполнятся не будет. Так как данный сигнал нам не требуется, мы создадим «виртуальный канал». Этот канал, как вы поняли, создается программно и не имеет физического воплощения. Но обладает рядом перспектив по использованию. Во-первых, данный канал можно использовать в алгоритмах блокировки, присвоив ему результат работы алгоритма (0 или 1). Во-вторых, данному каналу можно присвоить значение, вычисленное с помощью «калькулятора» (рис. 6). Калькулятор поддерживает логические и алгебраические операции. В результате можем получить на «логическом выходе» этого канала значение, составленное из состояний реальных дискретных входов.

Для примера мы назначили на переменные «y» и «z» значения дискретных входов DI01 и DI05. При дорасчете значение виртуального канала «y+z».

В-третьих, ПО ARIS C304 позволяет подставлять значение в канал в режиме наладки. Данное значение устанавливается пользователем. Используя эту возможность, подставим в виртуальном канале значение 0, тем самым разрешим работу контроллера на отключение и включение.

Подробная работа с алгоритмами будет рассмотрена далее.

В нашем эксперименте управления выключателем не требуется алгоритмов и дополнительных условий. Тогда настройка команды управления будет выглядеть как изображено на рис. 3.

Физически мы переведем выключатель в состояние «Включено». Далее для проверки запустим команду управления в режиме наладки и нажмем кнопку «ОТКЛ» (рис. 7).

В опыте использовался имитатор выключателя. Контроллер отработал успешно. МЭК 61850

В МЭК 61850 для управления выключателем предусмотрен логический узел CSWI, а для контроля состояния выключателя – XCBR.

В логическом устройстве ARIS C304 Controller изначально определены 2 логических узла (рис. 8)

Для добавления логических узлов доступна и используется кнопка «Создать» (рис. 9)

На рис. 10 представлено меню создания логического узла. На рис. 11 приведены допустимые типы логических узлов.

В соответствии с нашей задачей создаем XCBR и CSWI. Необходимо отметить, что благодаря пояснениям к логическим узлам, становится ясно, какие из них отвечают за модули, входящие в устройство. После создания логических узлов, древо будет расширено автоматически.

Созданная ранее команда управления не только продемонстрировала возможности конфигурирования и юзабилити контроллера посредством web-конфигуратора, но и потребуется нам теперь для управления по МЭК 61850. Для того чтобы телеуправление по МЭК 61850 заработало, необходимо присвоить созданную ранее команду логической модели устройства. Будем использовать два логических узла XCBR и CSWI. Объекту данных Pos логического узла CSWI присвоим команду управления, атрибуту данных stVal объекта данных Pos логического узла XCBR – двухпозиционный сигнал состояния выключателя.

Привязка атрибутов логических узлов осуществляется в отдельной вкладке и заключается в выборе требуемых параметров из списка «Объекты 61850» и списка «Тэг АРИС» (рис. 12). В качестве клиентской системы мы использовали OPC-сервер компании ReLab. Важно отметить, что в целях безопасности в настройках ARIS C304 необходимо указать IP-адрес клиента, с которого будет осуществляться управление (рис. 13).

Наладчики будут рады, ощутив, что ничто не ограничивает их фантазию при работе с дискретными каналами - это несомненный плюс. Так как попавший к нам ARIS С304 был одним из первых представителей новой линейки, то в процессе работы с ним были обнаружены некоторые ошибки ПО, например, обновление списка дискретных сигналов после создания двухпозиционного канала было доступно в сервисном режиме разработчика. Чему мы действительно удивились, так это тому, что ARIS C304 автоматически «распределил» команду управления по атрибутам объекта данных логического узла CSWI. Это здорово! О блокировках В рамках нашего обещания рассмотреть блокирующий сигнал и юзабилити при создании алгоритмов оперативных блокировок мы попробуем реализовать один из алгоритмов блокировок, используемый в ячейках КРУ одной из компаний КРУ-строителей: разрешается перемещение КВЭ ввода, если разомкнут заземлитель сборных шин своей секции (в ячейке ТН) и отключен свой выключатель. Положение заземлителя передается по GOOSE-сообщению, в GOOSE-сообщении будет передаваться атрибут данных «stVal» объекта данных «Pos» логического узла «XSWI». Положение выключателя будет определяться по состоянию канала двухпозиционного сигнала, к которому подключен выключатель. Пример алгоритма приведен на рис. 14.

Разомкнутое состояние заземлителя и положение выключателя «отключено» в обоих случаях определяется комбинацией двух битов 01. Данная комбинация не может быть передана ни GOOSE-сообщением, ни внутренней логикой устройств. Для передачи состояния используется кодирование. Комбинация 01 в двоичной системе счисления соответствует 1 в десятеричной системе счисления. Соответственно, состояние коммутационного аппарата передается как целочисленный тип данных (integer). Тогда состояние «отключено» передается как «1», «включено» – «2», «промежуточное состояние» – «0». По этой причине в алгоритме входные сигналы определяются как «INT», далее значения сравниваются с 1. Если оба сигнала о состоянии соответствуют положению «отключено» (1), то на выходе логического «И» будет единица. Но так как для работы любой команды требуется значение блокирующего сигнала «0», после «И» установлен блок инверсии. Далее логически сигнал идет на выход из алгоритма. Web-конфигуратор ARIS C304 не позволяет создавать алгоритмы, поэтому используется отдельная программа - «SoftConstructor». Добавить новый алгоритм можно в разделе «алгоритмы» (рис. 15)

Виден список алгоритмов, реализованных в устройстве. Галочкой отмечены работающие алгоритмы. При создании собственного алгоритма (рис. 16) мы должны задать его название, комментарии (по желанию) и, самое главное, прикрепить файл, который будет содержать в себе алгоритм.

После загрузки файла в контроллер необходимо сделать привязку входных и выходных сигналов (рис. 17).

Так как web-конфигуратор для всей линейки ARIS C30x един, а мы рассматривали параметрирование GOOSE-сообщений в тест-драйве ARIS C303, то повторяться мы не станем. Результат, как мы и ожидали, оказался положительным. Алгоритм отработал верно. Резюме

Младший брат» оказался ничуть не хуже старшего. Да, придется потратить немного времени на то, чтобы сориентироваться в разделах web-конфигуратора и по-настоящему оценить все возможности, предоставленные пользователю производителем. Свобода в конфигурации и управлении дискретными сигналами, наличие калькулятора для дорасчета сигналов заслуживает оценки «отлично»! Реализация функций контроллера и счетчика электроэнергии в одном устройстве впечатляет, посмотрим, как это решение зарекомендует себя в будущем. Кроме того, наличие функций контролера и системы учета в одном устройстве дополнено поддержкой нескольких профилей пользователей ARIS C304, что позволит специалистам разных служб использовать одно устройство независимо.

Мелкие недоработки, обнаруженные нами, не портят общего впечатления, тем более что при поставке данных устройств они уже будут отвечать всем требованиям заказчика. «Цифровая подстанция» рекомендует контроллер ARIS C304 к использованию в современных ячейках КРУ.