Схема автоматизированного управления

В качестве примера рассмотрим схему автоматизированного управления в энергетике. Она включала в себя несколько уровней и систем, схематично показанных на рис.2.

Рис.2. Схема автоматизированных систем управления электроэнергетики

ПСТ – подстанции, ФСК – федеральная сетевая компания, МЭС – местные электрические сети.

Автоматизированные системы управления (АСУ) должны обеспечивать решение задач производственно-технологического, оперативно-диспетчерского и организационно-экономического управления энергопроизводством. Эти задачи возлагаются на:

автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУ ТП);

автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДТУ);

автоматизированные системы технологического управления (АСУ ТУ).

АСУ ТП. Автоматизированные системы управления технологическими процессами во время эксплуатации должны обеспечивать:

контроль состояния энергетического оборудования;

автоматическое регулирование технологических параметров;

автоматическую защиту технологического оборудования;

автоматическое управление оборудованием по заданным алгоритмам;

технологическую и аварийную сигнализацию;

дистанционное управление регулирующей арматурой.

При технической реализации системы управления возможно включение автономных технических средств.

АСДТУ функционируют на диспетчерских пунктах (ДП) организаций, эксплуатирующих электрические и тепловые сети и включают в себя:

SCADА – систему сбора данных и диспетчерского управления;

EMS – мониторинг и контроль текущего состояния сети;

NMS – управление производством переключений;

OMS – управление работами по техническому обслуживанию и ремонтам;

DTS – диспетчерский тренажер с моделированием параметров электрической сети в реальном времени, а также для тренировок оперативно-диспетчерского персонала.

АСУ ТУ – автоматизированная система технологического управления, которая включает в себя АСДТУ, а также:

CIS – системы управления взаимодействиями с субъектами рынка, с цельюлокализации нарушений качества электроэнергии со стороны субъектов оптового рынка и других нарушений технических условий эксплуатации сети;

АИИС КУЭ – автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии (мощности), осуществляющие расчет, анализ, локализация потерь электроэнергии;

GRM (КСУПР) – корпоративную систему управления пространственно-распределенными ресурсами (картографические схемы воздушных линий, планы подстанций, дислокация выездных ремонтных бригад).

ERP (Enterprise Resource Planning) – планирование ресурсов предприятия. Состоит из интегрированного набора приложений, обслуживающих все основные бизнес-процессы предприятия.

OLAP (On-Line Analytical Processing) – аналитическая обработка данных в реальном времени. Общее название для класса программных систем, позволяющих быстро анализировать накопленные данные в различных разрезах.

Рассмотрим функции подсистем, составляющих АСДТУ.

Мониторинг и контроль текущего состояния сети (EMS). Данная система осуществляет:

анализ топологии и оперативное формирование расчётной модели сети;

оперативную оценку надежности схемы и режима сети;

расчет потокораспределения;

расчет и контроль потерь мощности;

выдачу рекомендаций оперативно-диспетчерскому персоналу для принятия мер по снижению потерь в электросетях;

контроль и анализ уровней напряжения;

расчет параметров аварийных режимов, параметров срабатывания устройств РЗА и ПА;

расчет и анализ аварийных режимов, определение места повреждения (ОМП) на линиях электропередачи;

оптимизацию режимов для минимизации потерь мощности и энергии.

Управление работами по техническому обслуживанию и ремонтам (OMS). Данные комплекс осуществляет:

подготовку схем для реализации планов-графиков проведения работ по ремонту;

обработку оперативно-диспетчерских заявок, обеспечивающую обмен информацией с соответствующими подразделениями Системного Оператора в согласованном протоколе обмена;

контроль допуска ремонтного персонала на сетевые объекты;

оперативный контроль выполнения работ, включая контроль и представление на АРМ диспетчерского персонала телеинформации о режиме и состоянии сети в объеме, необходимом для эффективного управления ремонтными работами.

Управление производством переключений (NMS). Этот комплекс предназначен для:

дистанционного оперативного управления коммутационной аппаратурой;

управления диспетчерским щитом (конфигурирование требуемой информации для отображения состояния коммутационной аппаратуры, измерений, квитирование сигналов, управление отображаемыми схемами);

формирования бланков переключений;

контроля переключений по утвержденным бланкам с блокировкой недопустимых действий;

формирования и ведения отчетности по оперативным переключениям;

информационной поддержки персонала при проведении оперативных переключений;

контроля исполнения диспетчерских команд.

Система сбора данных и диспетчерского управления (SCADA). Данная система осуществляет:

отображение с заданной периодичностью оперативной информации о параметрах режима электрической сети;

отображение сигнализации аварийных и предаварийных ситуаций (выход за технологические и аварийные пределы телеизмерений, телесигнализация отключения коммутационной аппаратуры и т.п.);

отображение с заданными характеристиками времени информации от разных источников: АСУ ТП подстанций, АИИС КУЭ, РЗА и ПА вспомогательных подсистем (видеоконтроля и наблюдения, пожаротушения, защиты информации);

получение информации от систем мониторинга и диагностики состояния силового оборудования подстанций;

управление средствами регулирования напряжения в сети;

информационную поддержку персонала при проведении оперативных переключений;

контроль исполнения диспетчерских команд.

1.3. Автоматизированная система управления хозяйством
электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД»

Создание автоматизированных систем производится в несколько этапов. Комплексная автоматизация деятельности предприятий и организаций железнодорожного транспорта в рамках единого процесса управления финансово-хозяйственной деятельностью реализована в проекте ЕК АСУФР. Вначале было создано несколько отраслевых технологических автоматизированных систем управления, в частности: АСУ грузовыми перевозками, АСУ пассажирскими перевозками, ЭЛКОМ (система электронной коммерции).

Одной из важнейших составляющих программы информатизации является подпрограмма «Оптимизация управления содержанием инфраструктуры и подвижного состава». В рамках этой программы:

формируются базы паспортов оборудования;

регистрируются поступление, выбытие, изменения характеристик оборудования;

осуществляется контроль работы устройств, учет и анализ отказов;

производится расчет и формирование планов технического обслуживания и ремонта объектов с учетом их фактического состояния;

осуществляется контроль соблюдения технологии и нормативов.

Подпрограмма состоит из комплексов прикладных и интегрирующих автоматизированных систем, взаимодействующих с внешними системами.

Ниже приведены некоторые из прикладных комплексов:

АСУ путевым хозяйством (АСУ-П);

АСУ локомотивным хозяйством (АСУ-Т);

АСУ хозяйством электрификации и электроснабжения (АСУ-Э);

АСУ хозяйством СЦБ (АСУ-Ш).

Рассмотрим подробнее АСУ-Э [2]. В состав системы включено несколько типов автоматизированных рабочих мест, которые функционируют в сети передачи данных РЖД и опираются в своей работе на соответствующих базы данных. Базы данных хранятся на серверах Дорог и имеют информационные связи, как с линейными подразделениями, так и с сервером главного вычислительного центра сети железных дорог РФ. Схема системы АСУ-Э приведена на рис. 3.

В системе АСУ-Э [3] нашли широкое применение геоинформационные технологии. Средствами АРМ ВТД ведется графическая документация – однолинейные схемы тяговых и трансформаторных подстанций, схемы питания и секционирования контактной сети. На всех схемах предусмотрена связь графических объектов с информацией, содержащейся в базе данных. Графическая документация поддерживается программными средствами MS Visio.

Рис. 3. Информатизация хозяйства электрификации и электроснабжения

В АСУ Э реализована автоматизированная подсистема учёта и анализа повреждений. Она обеспечивает: ведение единой базы данных об отказах технических средств; контроль своевременности мер по выявленным повреждениям; оценку качества работ по устранению отказов.

Подсистема проведения осмотров и технических ревизий позволяет вводить, хранить и анализировать информацию о выявленных неисправностях, дефектах или замечаниях, контролировать сроки их устранения.

Основой АСУ-Э являются автоматизированные рабочие места –
АРМы. В АРМах ведется практически полная информация по всем подразделениям хозяйства. Имеется возможность просмотра сводной информации по каждому из видов оборудования. На основании введенных данных в системе можно автоматически формировать отчеты, такие как отчет о технических средствах линейных подразделений (АГО-9), техническая оснащенность хозяйства, техпаспорта по тяговым подстанциям, районам контактной сети, подстанциям и электрическим сетям. На стадии планирования появляется возможность более точно определить потребность в планово-предупредительных работах (ППР) и капитальных ремонтах (КР).

На уровне дистанций электроснабжения в АСУ-Э, в частности, осуществляется:

ввод данных по использованию окон в движении поездов для выполнения работ по ремонту, замене и обслуживанию оборудования хозяйства;

создание, корректировка и публикация на web-сайт АСУ-Э графической документации в пределах дистанции электроснабжения;

формирование данных о выполнении работ предусмотренных планами ППР и КР.

Первичная информация в АСУ Э вводится с бумажных носителей (паспорта объектов, подразделений или устройств, планы и схемы, справочники и т.п.). Кроме сети передачи данных (СПД) в качестве систем связи могут использоваться глобальная система мобильной связи (GSM) и глобальная система позиционирования (GPS).

Перечень прикладного программного обеспечения (ППО), созданного по проекту АСУ-Э приведен в табл.1.

Автоматизированные рабочие места системы АСУ-Э

Таблица 1

Среди основных задач, решаемых АСУ-Э, можно выделить:

создание единой вычислительной сети, обеспечивающий сбор, обработку, передачу и хранение административно – хозяйственной информации по всем уровням управления;

совершенствование организации и технологии управления предприятиями, образующими инфраструктуру хозяйства электроснабжения железной дороги;

повышение достоверности сведений о технической оснащенности подразделений хозяйства электрификации и электроснабжения;

улучшение контроля технического состояния и обслуживания устройств электроснабжения;

повышение качества обслуживания устройств электроснабжения и снижение эксплуатационных расходов за счет четкого планирования работ.

Структура АСУ-Э представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структура АСУ-Э и взаимодействующих подсистем

АРМ ВТД – автоматизированное рабочее место ведения технической документации, Геосх БД –геосхематическая база данных, ТОиР - техническое обслуживание и ремонт

АСУ-Э, как система, обеспечивает переход к безбумажной документации. При этом можно выделить следующие ее особенности:

создание единой базы данных по оборудованию и объектам всего хозяйства электроснабжения и электрификации, что позволит обеспечить целостность и детализацию информации, а также увеличить скорость передачи информации между различными уровнями управления;

снижение трудоемкости работ по формированию отчетно-учетной документации;

унификация принципов и подходов управления с использованием автоматизированных систем;

накопление в одном месте информации по различной специфике работы хозяйства;

возможность интеграции со смежными системами других хозяйств и привлечение внешних данных;

оптимизация труда работников производственно-технических отделов.

Принцип взаимодействия АСУ-Э с внешними системами отображен на рис. 5, а концептуальная схема системы на рис.6.

Рис. 5. Принцип взаимодействия АСУ-Э с внешними системами

ЦЭДП – центральный энергодиспетчерский пункт, ВИКС – вагона лаборатории испытания контактной сети, ЕК АСУИ – единая корпоративная автоматизированная система управления инфраструктурой, КАСАНТ – контроль устранения отказов технических средств и анализ их надежности, АС ЭТД – автоматизированная система технологического документооборота

1.4. Единая корпоративная автоматизированная система
управления инфраструктурой ОАО «РЖД» (ЕК АСУ И)

Эксплуатация отраслевых технологических АСУ в «РЖД» показали их слабую внутреннюю связь. Эти системы не имеют функционала, связанного с экономикой бизнес-процессов, что не позволяло получить ожидаемого эффекта. Было принято решение создать единую корпоративную автоматизированную систему управления инфраструктуры ЕК АСУ И [4], задача которой состоит в информационном обеспечении эксплуатационных бизнес-процессов для инфраструктуры железнодорожного транспорта.

.

В эксплуатационную инфраструктуру входят объекты хозяйств:

пути и сооружений,

автоматики и телемеханики,

электрификации и электроснабжения,

связи.

Рис. 6. Концептуальная архитектура АСУ-Э

Единая корпоративная автоматизированная система управления инфраструктурой (ЕК АСУ И) создается для автоматизации и информационного обеспечения бизнес-процессов по текущему содержанию и ремонту инфраструктуры. Основные бизнес-процессы по эксплуатации хозяйства Электрификации и электроснабжения: мониторинг и диагностика, планово-предупредительный ремонт, управление отказами и неисправностями, содержание и технических средств ремонта и обслуживания. ЕК АСУ И не включает бизнес-процессы, связанные с капитальным ремонтом, реконструкцией и развитием

В состав ЕК АСУ И входят следующие компоненты: единая система мониторинга и диагностирования – ЕСМД, система оценки и прогнозирования состояния – СОПС, геоинформационная система - ГС, система управления работами по текущему содержанию – ТС-2, технологические АСУ хозяйств, в частности, АСУ-Э, единая технологическая база объектов инфраструктуры – ЕТБ, система управления и предоставления нормативно-справочной информации – ЕНСИ. Упрощенная структурная схема ЕК АСУИ показана на рис. 7. [4].

ЕК АСУ И имеет информационные связи с другими автоматизированными системами (АС): планирования окон, выдачи и отмены предупреждений, комплексной системой учета, контроля устранения отказов технических средств и анализа их надежности (КАСАНТ), единой корпоративной автоматизированной системой управления финансами и ресурсам (ЕК АСУФР-2), единой корпоративной автоматизированной системой управления трудовыми ресурсами (ЕК АСУТР), единой интегрированной автоматизированной системой управления перевозками (ЕАСУП), системой технологического документооборота (ЭТД).

Рис.7. Структурная схема единой корпоративной автоматизированной системы управления инфраструктурой ЕК АСУ И

Единая система мониторинга и диагностирования эксплуатационной инфраструктуры – ЕСМД осуществляет информационное обеспечение технологических аспектов процессов мониторинга и диагностирования объектов инфраструктуры и управления инцидентами.

ЕСМД-Э создается в рамках ЕСМД и учитывает особенности хозяйства Электрификации и электроснабжения. Предназначена ЕСМД-Э главным образом для руководства ЭЧ, Э, ЦЭ, ДЭЛ и оперативного персонала.

Функции системы включают в себя планирование и контроль периодических работ, регистрацию инцидентов, назначение ответственных и контроль сроков устранения инцидентов, извещение ответственных и руководителей о критической ситуации (эскалация), формирование отчетов. ЕСМД является источником данных об инцидентах для комплексной системы учета, контроля устранения отказов технических средств и анализа их надежности (КАСАНТ).

ЕСМД взаимодействует с диагностическими средствами и системами мониторинга состояния объектов и организован в виде набора программных модулей. Программные модули обеспечивают ведение оперативного режима и импорт данных из смежных систем, например: систем диагностики тяговых подстанций, АСТМУ, системы замечаний машинистов (АС ЗМ), системы ведения актов комиссионных осмотров станций (АС КМО), вагона лаборатории испытания контактной сети (ВИКС) и т.п.

Ситуация, требующая реакции со стороны персонала называется в ЕСМД-Э событием. Событие порождает лист регистрации (ЛР), в котором обеспечивается стандартный цикл обработки ситуации, контролируется соблюдение сроков выполнения, поддерживаются стандартные роли участников процесса. На рис. 8 приведен алгоритм обработки инцидента.

Листы регистрации классифицируются по типам (инцидент, плановые работы, план), в нем устанавливается нормативное время решения инцидента, указывается инициатор создания ЛР, координатор, ответственный.

В оперативном режиме отображается информация обо всех событиях, поступивших в систему как от внешних систем диагностики и мониторинга, так и введенных оперативным персоналом. Оперативная информация обновляется каждую минуту, при необходимости допускается изменение интервала. В оперативном режиме события могут иметь одну из трех меток: «без отметки о просмотре», «неустраненные с отметкой», «устраненные».

Статус листа регистрации зависит от его типа, например для инцидента возможны значения: «открыто», «в работе», «решено», «приостановлено», «закрыто», «отменено» и т.д. Лист регистрации для плана может иметь следующие статусы: «отрыто», «составлен», «согласование», «согласован», «утверждение», «утвержден», «закрыто», «доработка», «отменно». Листу регистрации назначается приоритет (от 1 до 4). Для ускорения процедуры создания листа регистрации предусматриваются шаблоны, снабженные списками для облегчения ввода требуемых данных.

Рассмотрим в качестве примера организацию ликвидации неисправности контактной сети. Процедура в системе ЕСМД-Э начинается с поступления в систему из АСУ-Э события о неисправности контактной сети и открытия дежурным ЭЧК листа регистрации инцидента «Неисправность в системе электроснабжения».

Начальник ЭЧК, согласовав работы по устранению инцидента с ЭЧЦ, назначает ответственного за выполнение работ. Система формирует извещения ответственным за устранение неисправности с указанием сроков устранения. Начальник ЭЧК указывает в ЛР номер наряда, выданного руководителю работ, и переводит лист регистрации в статус «в работе».

Руководитель работ выполняет устранение неисправностей по данному наряду и переводит ЛР в статус «Решено» с указанием принятых мер. Система формирует извещение об этом начальнику ЭЧК.

Начальник ЭЧК принимает работу и если инцидент устранен переводит ЛР в статус «Закрыто».

На рис. 9 приведена схема обработки инцидента в системе ЕСМД-Э.

Типовая система управления текущим содержанием эксплуатационной инфраструктуры – ТС-2 обеспечивает информационную составляющую следующих бизнес-процессов: текущее содержание, планово-предупредительные работы, содержание оборудования.

ТС-2 взаимодействует с единой корпоративной автоматизированной системой управления финансами и ресурсами – ЕКАСУФР-2, с единой комплексной автоматизированной системой управления трудовыми ресурсами – ЕК АСУ ТР (ТОРО), с единой системой ведения централизованной нормативно-справочной информации – ЕНСИ, АСУ-Э, системой оценки и прогнозирования состояния эксплуатационной инфраструктуры - СОПС, справочником материалов – СК МТР. В системе ТС-2 ведутся технологические карты, в которых определены отдельные операции, нормы времени, нормы расхода материально-технических ресурсов.

ТС-2 обеспечивает следующую функциональность: годовое и оперативное планирование по текущему содержанию и поставок материально-технических ресурсов, управление рабочими заданиями, назначение и контроль внеплановых и аварийных работ, ведение нормативно-справочной информации и отчетности, расчет запасов материалов и учет расхода ресурсов.

Рис.9. Схема устранения инцидента в системе ЕСМД-Э

В подсистеме ТС-2 объект эксплуатационной инфраструктуры, на котором выполняется работа, а также единица оборудования называются активом. Актив имеет идентификатор. Несколько единиц оборудования могут объединяться в одну общую техническую систему, а также существует возможность разбивки единицы оборудования на узлы.

При планировании работ по техническому обслуживанию и ремонтам создаются рабочие задания (РЗ), в которых назначаются виды работ, а также осуществляется ресурсное планирование. При этом обеспечивается синхронизация с АСУ-Э, ЕК АСУФР-2 и ЕК АСУ ТР. В карточке рабочего задания описывается мероприятие, указываются ответственные, сроки, приоритеты, а также объект, на котором производятся работы. Рабочие задания создаются как путем прямого создания, так и системой ЕСМД-Э при предотказном или отказном состоянии объекта.

Основными этапами цикла обработки рабочего задания являются: «открытие», «согласование», «передача», «завершение», «закрытие».

Ресурсы, необходимые для выполнения мероприятий по техническому обслуживанию и ремонтам, определяются в технологических картах. Через рабочие места ТС-2 определяется исполнитель работ по конкретной операции: дистанция, бригада, конкретные исполнители (из ЕК АСУФР-2). В рабочем задании указывается плановая номенклатура и объемы необходимых материально-технических ресурсов. Затраты на выполнение работ по техническому обслуживанию и ремонтам, а также сводный отчет о затратах рассчитываются автоматически.

Для быстрых ответных действий системы на непредусмотренные события, повреждения или производственные особые ситуации в ТС-2 существует система сообщений, при помощи которой осуществляется создание и управление производственными ситуациями.

Интеграция ТС-2 с другими подсистемами обеспечивает обновление нормативно-справочной информации и информации о ресурсах, используемых при ремонте и эксплуатации объектов инфраструктуры. Информация между системами передается в виде XML файлов. Один файл соответствует одному виду документа. Каждая электронная запись, передаваемая между системами, обладает уникальным идентификатором.

Системы интегрированы таким образом, чтобы при формировании потребности в перемещении и списании материально-технических ресурсов в ТС-2 в системах ЕК АСУФР и ЕК АСУТР автоматически выгружается информация по этим хозяйственным операциям, достаточная для их правильного бухгалтерского учета.

Схема обмена информацией между ТС-2, ЕСМД-Э и единой технологической базой объектов инфраструктуры ЕТБ приведена на рис. 10.

Для пользователей ТС-2 определены следующие роли, определяющие уровень полномочий:

администратор системы,

Рис.10. Схема взаимодействия системы ТС-2 с ЕСМД и ЕТБ

руководитель процесса (Э, ЭГ, ЭЧ, ЭЧГ),

руководитель группы назначения. (ЭЧ, ЭЧК, ЭЧС, ЭЧЭ, РРУ),

владелец рабочего задания (электромонтер, электромеханик),

диспетчер (ЭЧЦ),

аналитик (ЭЧТ, инженер ЭЧТ, инженер по снабжению),

исполнитель работ (электромонтер, электромеханик).

Предусмотрены следующие полномочия: обновление сведений о пользователях, создание, редактирование и просмотр планов-графиков и рабочих заданий, просмотр и редактирование записей по материально-техническим ресурсам, формирование и просмотр стандартных отчетов.

Единая технологическая база объектов эксплуатационной инфраструктуры – ЕТБ включает в себя детальную технологическую базу данных, базу данных паспортов объектов и базу данных основных средств. В ЕТБ выделяют: объекты транспортной модели; объекты инфраструктуры; сети, системы и комплексы оборудования; организационно-штатные структуры. Территориальная привязка осуществляет различным способом для точечных и линейных объектов. Все объекты транспортной структуры классифицированы и систематизированы, имеют идентификаторы и привязку к транспортной модели и административному делению РФ.