Конфигурирование ПТК АСУ ТП электроустановок

Оглавление
1. Общие сведения.
2. База данных модулей УСО.
3. Перечень ИЭУ.
4. Конфигурирование ИЭУ
5. Формирование списка сигналов.
5.1. Подготовка списка по принципиальной схеме.
5.2. Подготовка списка “вручную”.
6. Подключение сигналов к ИЭУ.
7. Подготовка принципиальных схем по конфигурации ИЭУ.
8. Формирование алгоритмических схем.
9. База данных ИЭУ

1. Общие сведения.
 Повсеместное использование в качестве систем контроля и управления (СКУ) оборудованием электростанций и подстанций автоматизированных систем управления на базе современных микропроцессорных средств (в дальнейшем, в соответствии со стандартом МЭК 61850 будем использовать термин «интеллектуальные электронные устройства» ИЭУ) существенно изменило подходы к их проектированию, внедрению и эксплуатации. Проекты разделились на проекты нижнего (полевого) уровня, реализуемые проектными, монтажными и наладочными организациями, и верхнего (микропроцессорного) уровня, реализуемые обычно поставщиками программно-технических комплексов или инжиниринговыми организациями. “Пограничным” документом между проектами нижнего и верхнего уровня являются таблицы подключения входных и выходных сигналов ПТК.
В общем случае, для связи проектов верхнего и нижнего уровня о сигналах необходима информация:
        - описание сигнала (код, наименование, вид, тип, состояние);
        - связь сигнала с первичным оборудованием (распределительное устройство, ячейка, аппарат);
        - адрес в ПТК (шкаф, ИЭУ, модуль УСО, канал, клеммы);
        - адрес источника сигнала (шкаф, аппарат);
        - данные о кабеле (номер, марки цепей).
Принципиальная схема содержит информацию о соединении аппаратов схемы, включая контакты модулей УСО ИЭУ. Для её привязки к “информационной” части нужна информация о распределении сигналов по каналам модулей УСО ИЭУ.
Для решения этой задачи в САПР ЦВК включены средства для:
        - формирования структуры ИЭУ и списков сигналов, распределения сигналов по модулям УСО,
        - генерации выходных таблиц подключения сигналов по каналам и клеммам ИЭУ,
        - подготовки принципиальных схем вторичных цепей на основе данных конфигурации ИЭУ. 

2. База данных модулей УСО.
 ИЭУ могут иметь разную конструкцию. 
На рис. 1.а представлен корпус с “жёстко” смонтированными модулями УСО. Здесь назначение каналов и разъёмы модулей заранее привязаны к определённым местам. 
Рис. 1а.
На рис.1.б представлено свободно конфигурируемое ИЭУ, где разные модули УСО могут устанавливаться в различные слоты корзины и контакты модулей привязываются к разъёмам в зависимости от места установки.
Рис. 1б.
На рис.1.в представлено ИЭУ, состоящее из автономных модулей, соединяемых “проводной” шиной.
Рис. 1в.
Во всех случаях конфигурирование ПТК включает формирование последовательности модулей УСО. В САПР ЦВК включены средства для ведения базы данных модулей УСО. Общее их количество у разных производителей невелико (штуки) и из них могут набираться свободно конфигурируемые ИЭУ. 
Для каждого модуля должны быть заданы обозначение (для поиска) и описание (для спецификации) модуля; обозначения и типы каналов ввода – вывода, описание разъёмов и привязка каналов к зажимам разъёма (что позволит автоматически формировать связь информации о сигналах со схемотехническими решениями). Ниже приведено описание 8-канального аналогового входного модуля для подключения сигналов от трансформаторов тока (каналы Ch1-Ch8). Модуль имеет 1 разъём с 16 клеммами. Для каждой клеммы указано, с каким каналом она связана. (Если одна клемма связана с несколькими каналами, то можно указать только один канал.)
Далее приведён модуль на 16 дискретных входов 220 В постоянного тока, имеющий два разъёма Х1 и Х2. В дальнейшем, при конфигурации ИЭУ им нужно будет задать конкретные номера, например, Х15 и Х16 в зависимости от места установки в корзине. В случае автономных модулей или, если разъёмы модулей в корзине рассматриваются индивидуально, их обозначения из базы данных модулей сохраняются в базе данных проекта, и тогда для идентификации контакта кроме разъёма нужно указывать и обозначение модуля.


3. Перечень ИЭУ.
По команде меню «ПТК - ИЭУ» открывается окно конфигурирования ИЭУ. При его открытии выдаётся список  ИЭУ для данной монтажной единицы. Здесь могут быть введены новые ИЭУ и отредактировано их описание. Для каждого ИЭУ задаётся его обозначение (в соответствии с проектом верхнего уровня), описание, устройство (шкаф, панель), в котором оно установлено, и позиция на принципиальной схеме проекта нижнего уровня.

В дальнейшем для каждого ИЭУ может быть определён состав модулей, сформировано   распределение сигналов по каналам, таблицы подключения, алгоритмические схемы с привязной к базе данных сигналов.
4. Конфигурирование ИЭУ
 Конфигурирование ИЭУ начинается с состава модулей. Для каждого модуля задаётся обозначение, порядок следования и тип (выбирается из базы данных модулей).

При этом из базы данных автоматически формируется список каналов и их подключение к контактам модуля.

 Список каналов открывается по кнопке «Сигналы»
Рис. 2
По кнопке «Монтаж» открывается окно расключения сигналов по разъёмам. Здесь нужно подкорректировать номера клеммников для модулей УСО в соответствии с местами установки модулей. На форме видим откорректированное значение Х1 на Х3 для модуля А2.4, и окно корректировки Х2 на Х4 (по кнопке «Клеммник УСО»). 
Рис.3
После этого ИЭУ готово к подключению сигналов.
5. Формирование списка сигналов.
Возможны различные способы формирования списка сигналов (или их комбинации).
1. Сигналы прорисовываются на принципиальной схеме. Список сигналов формируется автоматически со схемы. Таблицы подключения к ПТК формируются автоматически (или полуавтоматически).
2. Списки сигналов формируются вручную с использованием специализированных средств. Таблицы подключения к ПТК формируются вручную.
3. Списки сигналов формируются на основе схем первички (в перспективе).
5.1. Подготовка списка по принципиальной схеме.
Требуется AutoCad от 2010 или ZWCAD+2014.
В САПР ЦВК имеется специальный элемент для отображения сигналов на принципиальной схеме. Он имеет метку для визуализации точки привязки сигнала на схеме, однострочный атрибут «Обозначение» и многострочный атрибут «Название». В меню добавлена кнопка "SIG", по которой запрашивается точка вставки сигнала, его обозначение и название. Точка привязки сигнала помечается «меткой-галочкой». Обозначение ставится над галочкой, название - правее. Название сигнала представляется в виде многострочного текста и может использоваться вместо поясняющей надписи. Для этого его достаточно передвинуть в соответствующее место схемы (на место поясняющей надписи).
Рис.4.
Чтобы облегчить привязку сигналов в существующих схемах, в Автокад добавлена команда, преобразующая текст в название сигнала (с помощью команды меню «Сервис – Текст в сигнал»). По ней предлагается выбрать поясняющую надпись и указать точку вставки сигнала. После этого можно удалить надписи и передвинуть на их место названия сигнала, или оставить надписи и скрыть сигналы, чтобы не загромождали схему. При подготовке новых схем целесообразно сразу пользоваться сигналами. Обозначение сигнала можно ввести через редактирование атрибутов (по двойному щелчку). Если обозначение сигнала не задано, то при выводе в таблицу формируется “автоматическое” обозначение ##марка (при выводе на печать будет пропускаться).
Скрыть с чертежа «нестандартные» для схемы символы можно следующим образом.
Обозначение сигнала может быть скрыто/открыто с помощью команды меню Атрибуты – Скрыть. Отметки сигналов (всех на чертеже) могут быть скрыты с помощью команды меню Сервис – Скрыть метки сигналов, открыты с помощью команды меню Сервис – Открыть метки сигналов. Если названия сигналов не используются в качестве поясняющих надписей, можно отключить в Автокаде слой SIGN2. Название отдельных сигналов могут быть скрыты с помощью команды меню Сервис – Скрыть название сигнала.
Информация о сигналах обрабатывается вместе с другими элементами схемы и попадает в базу данных проекта по команде «В проект». 
Список сигналов открывается в меню САПР ЦВК командой «ПТК - Сигналы», по которой открывается форма работы с сигналами. Здесь, кроме обозначения и названия сигнала, может быть задана информация о связи сигнала с первичным оборудованием (распределительное устройство, присоединение (ячейка), оборудование), дополнительная информация о сигналах для использования при разработке проекта верхнего уровня.
После распределения сигналов по каналам модулей ввода-вывода появляется информация о месте подключения.
Рис.5.
5.2. Подготовка списка “вручную”.
Список сигналов может быть сформирован без связи с принципиальной схемой. Для этого на форме сигналов имеется кнопка «Новый», по которой открывается окно описания сигнала.
Следует отметить, что при работе с однотипным оборудованием используется аналогичный набор сигналов. Например, для коммутационных аппаратов стандартный набор сигналов: Включен, Отключен, Включить, Отключить. Поэтому список содержит большое количество аналогичных сигналов для разного оборудования. Для снижения объёма “рутинной” работы предусмотрены операции группового ввода сигналов по шаблону выбранного оборудования.
В представленной ниже таблице сигналы для выключателя Q2W9C сформированы автоматически по сигналам выключателя Q1W9C (с небольшой ручной корректировкой).
Рис. 6.
Также предусмотрено групповое редактирование столбцов таблицы по команде «Задать поле».
6. Подключение сигналов к ИЭУ.
Если сигналы были прорисованы на принципиальной схеме, то в большинстве случаев они распределяются по каналам УСО автоматически. 
Выполняется подключение по кнопке «Обновить» в окне монтажа ИЭУ (ПТК – ИЭУ - Монтаж). На основе сравнения сконфигурированной монтажной схемы ИЭУ и принципиальной схемы автоматически определяются: марки цепей; клеммы шкафа, к которым подключен терминал; связанные с ними сигналы. В качестве примера ниже приведена автоматически заполненная таблица монтажа ИЭУ (рис.3) на основе фрагмента принципиальной схемы (рис.4).
Автоматически могут быть подключены не все сигналы. Такая ситуация может возникнуть для сигналов принципиальной схемы, где нет непосредственной связи модулей УСО с клеммами шкафа и сигналом. Например, на следующем фрагменте канал подключается к клемме и сигналу через испытательный блок, а сигнал прорисован со стороны клеммы. (Здесь возникает некоторая неоднозначность. При такой прорисовке сигнала в дальнейшем автоматически будет определяться клемма, к которой он подключен, а подключать сигнал к каналу УСО нужно вручную. Если сигнал на принципиальной схеме установить правее 2SG1, то он подключится к УСО автоматически, но нужно будет вручную задавать клеммы шкафа, на которые подключается сигнал.)
Не подключенные автоматически сигналы можно распределить по каналам вручную (по кнопке «Не подключены»).
В окне сигналов ИЭУ (ПТК – ИЭУ – Сигналы) по кнопке «Не подключены» открывается список неподключенных сигналов, которые можно распределить на свободные каналы. По “двойному щелчку” сигнал “перейдёт” на выбранный канал. Когда все сигналы списка распределены по каннам ИЭУ, список неподключенных пуст. 
Если сигнал подключили не к тому каналу, то по “двойному щелчку” (или кнопке «Отключить») на нём в таблице подключения сигнал вернётся в список неподключенных.
Для подключенных вручную сигналов, которые были введены с принципиальной схемы, по кнопке «Обновить» марка и клемма автоматически подключатся в монтаже модуля.
При необходимости, недостающие клеммы можно “привязать” вручную по кнопке «Выбрать клеммы». При этом открывается окно с клеммами шкафа, в котором установлено ИЭУ, имеющимися на принципиальной схеме. По двойному щелчку номера клемм и марки цепей переходят в указанное место. Обратим внимание, что ручная доработка повышает вероятность ошибки. Поэтому для акцентирования внимания проектировщика привязанные разными способами клеммы выделяются в таблице разными цветами.
В результате формируется вся необходимая информация по подключению сигналов (каналы, клеммы, разъёмы), из которой можно формировать различные выходные формы.
Ниже приведён фрагмент таблицы подключения сигналов.
7. Подготовка принципиальных схем по конфигурации ИЭУ.
Во многих случаях разработка принципиальных схем вторичных цепей ведётся на основе готовой документации на шкафы с установленными ИЭУ. В предыдущих разделах данного описания предполагалось, что подключение ИЭУ при их конфигурации ведётся на основе готовой принципиальной схемы. С другой стороны, САПР ЦВК предоставляет удобные средства, позволяющие упростить подготовку принципиальных схем в части подключения ИЭУ на основе их конфигурации.
Примерная последовательность действий.
1) На основе базы данных модулей УСО задать конфигурацию ИЭУ (см. п.4). Естественно, что используемые модули должны быть предварительно занесены в БД (см. п.2).
2) Сформировать список сигналов (см. п.5.2).
3) Распределить сигналы по каналам ИЭУ (см. п.6).
4) Если разъёмы ИЭУ выведены на клеммы НКУ, в разделе монтаж задать соответствующие клеммы.
5) При подготовке принципиальной схемы эта информация может выводиться на листы принципиальной схемы.
6) Доработать принципиальную схему (марки цепей, схемы источников и приёмников сигналов).
7) Обновить и проконтролировать монтаж ИЭУ по доработанной принципиальной схеме.
Проиллюстрируем последовательность действий на следующем примере. На рисунке ниже приведён фрагмент монтажной схемы шкафа контроллера присоединения, на основе которого ведётся разработка принципиальных схем. В контроллере, в частности используются модули УСО на 10 дискретных входов и 4 дискретных выхода. Зажимы модулей выводятся типовые клеммники ряда зажимов шкафа.
Для начала конфигурирования модуль УСО должен быть в базе данных модулей УСО (ПТК – База данных - Модули УСО). Ниже приведено его описание.
Вводим в проект описание устройства (ПТК - ИЭУ), в котором устанавливается контроллер присоединения, описание контроллера и его обозначения в проектах верхнего (1C_AS1) и нижнего уровня (AS1). Затем задаём состав модулей УСО (Состав).
Создаём список сигналов (ПТК - Сигналы), например, как на рис.6 в п. 5.2. Обратим внимание, что управление однотипными коммутационными аппаратами (выключатели, разъединители, заземлители) осуществляется аналогичными наборами сигналов. Поэтому для каждого типа оборудования достаточно задать набор сигналов один раз, а затем копировать его с корректировкой обозначений оборудования. 
Распределяем сигналы по каналам модулей (ПТК – ИЭУ – Сигналы – Не подключены).
Зададим вручную подключение клеммников УСО к клеммникам шкафа в соответствии с монтажной схемой шкафа (ПТК – ИЭУ – Монтаж – Задать клеммы). На рисунке ниже показана таблица монтажа с открытой панелью ручного формирования рядов зажимов. Клеммы могут задаваться вручную индивидуально. При использовании однотипных схем подключения, как в рассматриваемом случае, можно сформировать ряд зажимов для одного модуля и использовать его в качестве шаблона для других модулей с последующей корректировкой обозначений клеммников. (Для контроля ряды зажимов, заданные вручную, подсвечиваются фиолетовым цветом).
Введённой информации достаточно для формирования таблиц подключения сигналов. Кроме того, она может быть перенесена на принципиальную схему, что гарантирует однозначное соответствие данных различных документов проекта.
Для подготовки принципиальной схемы нужно предварительно открыть лист схемы, куда будут отправляться данные. Затем нужно отметить в таблице строки (контакты), которые нужно перенести, и нажать кнопку «На схему». В результате формируется, например, следующий фрагмент схемы, содержащий номера контактов УСО, клеммы НКУ, поясняющие записи.
В ходе проработки принципиальной схемы можно контролировать её соответствие конфигурации и монтажу ИЭУ. По кнопке «Обновить» в форме монтажа ИЭУ для реально прорисованных цепей заполняется столбец марок, а цвет клемм перекрашивается с сиреневого на белый.
8. Формирование алгоритмических схем.
Требуется AutoCad от 2010 или ZWCAD+2014.
Для любого ИЭУ может быть начерчена алгоритмическая схема. По команде «ПТК – ИЭУ – Алгоритм» открывается чертёж алгоритмической схемы (имя файла: ALG_ Обозначение ИЭУ) и загружается специальная программа для рисования алгоритмов терминалов (аналогично FBD или CFC) на основе базы данных сигналов.

Библиотека алгоритмических блоков может быть дополнена новыми блоками по кнопке «БД». Для блока должны быть заданы: обозначение, тип, описание, количество и описание входных и выходных переменных.
Сигналы и переменные могут быть введены из базы данных проекта. Для прорисовки сигнала на схеме нужно указать, является он входным или выходным (точка подключения слева или справа); физическим или цифровым (разное изображение блока и набор видимых атрибутов); задать видимые атрибуты и вид используемого блока (по умолчанию 1 столбец и 1 строка).
Каждый блок сигнала и переменной имеет следующий набор атрибутов.
Для выбора сигнала из базы данных в таблицу выводятся только сигналы, связанные с текущим ИЭУ или неподключенные. Выбранный сигнал (по двойному щелчку или кнопке «Выбор») переносится в чертёж алгоритмической схемы. Если в ходе работы над проектом в базе данных сигналов производятся какие-то изменения (переключение каналов, изменение названий и обозначений, удаление сигналов), то они могут быть автоматически отражены в чертеже по кнопке «Контроль».


9. База данных ИЭУ
Для упрощения конфигурирования типовых ИЭУ может быть создана база данных типовых ИЭУ. Типовые ИЭУ формируются также, как было рассмотрено выше, только без привязки к конкретной схеме. В дальнейшем эти терминалы могут импортироваться в конкретный проект.