Компания ПРОЕКТ-П в 2018г. совместно с ООО "Активконтролс" (г.Москва) для ООО "ЭМ-ЭНЕРГО" (Группа Компаний "Оптикэнерго" г.Саранск) разработали автоматизированную систему управления мощностью газопоршневой электростанции.

Установка газопоршневой электростанции на предприятии позволяет существенно сократить расходы на электроэнергию. В большинстве случаев газопоршневые установки работают в параллель с сетью и автоматически поддерживают минимальный импорт мощности из сети. Актуальность установки газопоршневых электростанций обусловлена низкой себестоимостью вырабатываемой электроэнергии по сравнению со стоимостью электроэнергии из центальной сети, а также выработкой тепловой энергии, которую промышленные предприятия используют для собственных нужд.

Группа Компаний "Оптикэнерго" (г.Саранск) выпускает основные типы волоконно-оптического кабеля, провода и кабели энергетического назначения и мн.др. Заводы работают в круглосуточном режиме и потребляют по несколько мегават электроэнергии в час. ООО "ЭМ-ЭНЕРГО" занимается электроснабжением предприятий внутри Группы Компаний "Оптикэнерго". Ранее на ЭМ-ЭНЕРГО были установлены три ГПУ производства "Волжский дизель" мощностью 800кВт каждая, но в процессе расширения предприятия, вырабатываемой мощности от этих ГПУ стало не хватать. Поэтому руководство ЭМ-ЭНЕРГО приняло решение установить дополнительно две газопоршневые установки MWM мощностью 2МВт каждая. Работы выполнялись в два этапа. На превом этапе была установлена ГПУ №4, на втором этапе, в процессе увеличения потребляемой заводами мощности, предполагалось установить ГПУ №5.
Так как потребление электроэнергии в течении суток на заводе не равномерно и крайне не желателен переток мощности во внешнюю электросеть, решение задачи управления вырабатываемой электрической мощностью всеми ГПУ было одной из важнейших задач в рамках выполнения первого этапа по внедрению ГПУ №3 и №4.

Для управления мощностью, а также контроля технологических параметров газопоршневых установок компаниями ПРОЕКТ-П и ООО "Активконтролс" была разработна автоматизированная система диспетчеризации и управления (АСДУ) газопоршневыми установками. К основным функциям АСДУ относятся диспетчерский мониторинг состояния вводных ячеек и параметров электросети на вводах, мониторинг и управление газопоршневыми электростанциями, а также автоматическое и ручное управление вырабатываемой мощностью в зависимости от мощности на вводах электросети.

Разработка и внедрение автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления влючала в себя следующие этапы: разработка проектной документации, поставка оборудования и сборка шкафа автоматики, электромонтажные работы, разработка программного обеспечения и пуско-наладочные работы.

Функции АСДУ:
1. Управление ПУСК/СТОП и переключение режимов работы газопоршневых установок;
2. Управление мощностью газопоршневых установок в зависимости от мощности на двух вводах — поддержание заданного импорта из сети;
3. Оперативный контроль параметров электросети на вводах (напряжение, ток, мощность, cos и т.п.);
4. Оперативный контроль электрических и технологических параметров работы газопоршневых установок;
5. Графическое отображение параметров газопоршневых установок на экране панели оператора и диспетчерского компьютера в виде мнемосхем технологического процесса, графиков параметров, журналов событий и т.п..
6. Архивирование технологических параметров и событий на панели оператора и диспетчерском компьютере.
7. СМС-информирование о запуске/останове газопоршневых установок, а также о предупреждениях и авариях.

Интеграция ГПУ №1,2,3 "Волжский дизель" в АСДУ:
Cистема управления мощностью ГПУ №1,2,3 от "Волжский дизель" разработана базе контроллеров ComAp. На сетевых вводах установлены контроллеры ComAp IntaliMains NT, а ГПУ №1,2,3 управляются посредством контроллеров InteliSys NT. Все контроллеры ComAp объединены CAN-шиной, посредством которой производится обмен сигналами между контроллерами ComAp и управление всей системой в целом. Также все контроллеры ComAp объединены по шине RS485 и подключены через преобразователь к АРМ оператора, посредством которого осуществляется мониторинг и управление сетевыми вводами и ГПУ №1,2,3.
При разработке АСДУ необходимо было учесть данное решение и с минимальными затратами произвести интеграцию существующих ГПУ №1,2,3 в разрабатываемую автоматизированную систему управления. На этапе проектирования АСДУ было принято решение использовать существующие контроллеры ComAp на вводах для мониторинга состояния вводых ячеек и мощности на вводах, и контроллеры ComAp управления ГПУ для мониторинга состояния и управления ГПУ №1,2,3. Для подключения контроллеров ComAp к АСДУ была использована существющая линия RS485. Все контроллеры ComAp были переведены в режим ручного управления, что позволило по протоколу Modbus-RTU считывать мощность на вводах, индивидуально запускать и останавливать ГПУ, а таже задавать уставку вырабатываемой мощности для каждой ГПУ. Данное решение позволило практически не изменяя существующую систему управления ГПУ интегрировать ее в АСДУ и обеспечило безболезненный переход к новой системе управления на этапе пуско-наладочных работ.

Технические и программные средства АСДУ:
1. Автоматизированное рабочее место оператора (АРМ) на базе SCADA системы MasterSCADA 3.х, OPC-сервера CoDeSys и OPC-сервера Multi-Protocol MasterOPC Server (Siemens S7).
2. Шкаф АСДУ на базе программируемого логического контроллера WAGO 750-8207, модулей ввода-вывода WAGO, панели оператора Weintek MT8103iE.

Мониторинг состояния и управление ГПУ №4 MWM осуществляется посредством дискретных и аналоговых сигналов шкафа HAS, список которых приведен в Таблице 1.

Параметры работы двигателя, генератора и другого оборудования ГПУ №4 передаются на АРМ оператора по интерфейсу Ethernet (протокол Siemens-S7).

Мониторинг и управление ГПУ осуществляется как с панели оператора Weintek, так и с АРМ оператора, независимо друг от друга.

Краткое описание автоматизированной системы управления:
Программируемый логический контроллер WAGO 750-8207 по протоколу Modbus-RTU считывает параметры электросети с контроллеров управления ComAp двух сетевых вводов (MainsImport). Запуск и останов газопоршневых установок осуществляется в ручном режиме с панели оператора Weintek или АРМ оператора. По команде оператора ПЛК WAGO 750-8207 по протоколу Modbus-RTU посылает на контроллеры управления ГПУ №1,2,3 команду запуска/останова ГПУ, а для ГПУ №4 замыкает/размыкает дискретный выход — "ПУСК/СТОП ГПУ". В зависимости от мощности на вводах, контроллер высчитывает мощность запущенных газопоршневых установок и посылает для ГПУ №1,2,3 по протоколу Modbus-RTU задание мощности (LocalBaseLoad), а для ГПУ №4 выдает задание мощности на аналоговый выход "Задание мощности ГПУ". Для ГПУ №4 в ручном режиме задается cos в диапазоне -0.95..-0.99 и 1..0.8, при этом ПЛК выдает задание cos на аналоговый выход "Задание cos ГПУ". В АСДУ предусмотрена работа всех ГПУ в ручном, в автоматическом и смешанных режимах.
В пиковые нагрузки оптимальным режимом работы является смешанный режим при котором ГПУ №4 запускается в ручном режиме на максимальную мощность, а ГПУ №1,2,3 запускаются в автоматическом. Поддержание заданного импорта электрической мощности из сети осуществляется путем изменения мощности ГПУ №1,2,3.
В АСДУ задается нижняя и верхняя границы нагрузки ГПУ в %. Если задание мощности для ГПУ в автоматическом режиме становится ниже или выше заданных границ, то с задержкой по времени инициируется предупреждение, которое информирует оператора о необходимости отключить или подключить дополнительную ГПУ для оптимальной работы системы.
Для ограничения вырабатываемой мощности для каждой ГПУ задается номинальная мощность ГПУ относительно которой расчитывается задание мощности для соответствующей ГПУ.

Краткое описание интерфейса панели оператора Weintek:
Интерфейс панели оператора Weintek состояит из пяти разделов: МНЕМОСХЕМА, ЭЛЕКТРОСЕТЬ, ЖУРНАЛ, ГРАФИКИ, СИСТЕМА.
На экране МНЕМОСХЕМА отображается однолинейная электрическая схема, на которой отображаются состояния оборудования, сетевых вводов и газопоршневых установок. Кроме этого, на экране отображаются элементы управления ГПУ — кнопки АВТО, РУЧН, СТАРТ, СТОП, а также параметры сетевых вводов и ГПУ (мощность, статус, аварии и т.п.) Индикаторы "Высокая/низкая загрука ГПУ" отображают соответсвующие предупреждения. Индикатор "АВАРИЙНЫЙ СТОП" отображает состояние кнопки "Аварийный стоп".
На экране ЭЛЕКТРОСЕТЬ отображаются параметры сетевых вводов: напряжения, токи, cos, активная, реактивная и суммарная мощности и энергии.
На экране ЖУРНАЛ отображаются события АСДУ с отметкой времени их возникновения, к которым относятся события технологического процесса (состояние вводых ячеек, запуск/останов ГПУ, режим работы ГПУ и т.п.), предупреждения и аварии.
Раздел ГРАФИКИ содержит несколько страниц, на которых отображаются графические зависимости мощности на вводах, задание и генерируемая мощность каждой ГПУ от времени.
Вразделе СИСТЕМА задаются минимальное потребление из сети (уставка импорта мощности), нижняя и верхняя границы мощности в % и задержка предупреждения низкая и высокая загрузка ГПУ, параметры фильтра генерируемой мощности ГПУ №4 на аналоговом входе, а также дата, время и пароль панели оператора. Доступ к разделу СИСТЕМА защищен паролем.

Краткое описание интерфейса АРМ оператора:
Интерфейс автоматизированного рабочего места оператора (АРМ) АСДУ разработан на базе SCADA системы MasterSCADA 3.х. Обмен информацией MasterSCADA с оборудования АСДУ производится посредством OPC-серверов по протоколам CoDeSys и Siemens S7. По протоколу CoDeSys осуществляется обмен данными между АРМ оператора и ПЛК WAGO 750-8207, а по протоколу Siemens S7 считываются данные с шкафа HAS. На главном экране АРМ отображается однолинейная электрическая схема, на которой изображены состояния оборудования и параметры вводов и ГПУ. Также как и на Мнемосхеме панели оператора Weintek, на главном экране расположены элементы управления ГПУ — кнопки АВТО, РУЧН, ЗАПУСК, ОСТАНОВ, а также основные параметры работы ГПУ — мощность, статус, аварии и т.п. Оператор с главного экрана имеет возможность открыть графики электрической мощности на вводах, а также посмотреть журнал событий АСДУ. Для каждой ГПУ разработано несколько информационных экранов: "Параметры ГПУ", "Мнемосхема ГПУ", "Графики параметров ГПУ", "Журнал ГПУ". Также с главного экрана АСДУ открываются экран "Системные" — на котором отображаются настройки регулирования мощности ГПУ, общесистемные ошибки, аварии и параметры оборудования.