Особенности оптимального проектирования транспортной автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии

Создание динамично развивающейся, устойчиво функционирующей и сбалансированной нацио­нальной железнодорожной транспортной системы является необходимым условием стабилизации и подъема экономики Казахстана [1; 1].

Современный этап развития железнодорожного транспорта РК, несмотря на стабильную работу, характеризуется несовершенством нормативно-правовой базы, высокой степенью износа основных фондов (70 %), недостаточностью прогрессивных информационных технологий для более качествен­ного управления перевозочным процессом, управлением инфраструктурой и маркетингом, экономи­кой и финансами [1; 1]. Как результат — низкая рентабельность всей системы в целом.

Назрела необходимость адаптации железнодорожного транспорта к рыночным условиям и обес­печения эффективности его работы на основе комплексного планирования работ по энергосбереже­нию путем:

-    совершенствования системы нормирования энергозатрат;

-    совершенствования и модернизации электроподвижного состава, т.е. исключения непроизводи­тельных потерь энергии в соответствии с реальными потребностями перевозочного процесса.

Внедрение новых информационных технологий позволит значительно облегчить решение по­ставленных выше задач. Современное предприятие немыслимо представить без сложной информаци­онной системы, контролирующей технологические производственные и управленческие процессы. В настоящее время состояние технических средств учета электроэнергии и оснащение энергосистем средствами вычислительной техники создают предпосылки для организации автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (далее АСКУЭ), обеспечивающих выдачу необходимой коммерческой информации в реальном масштабе времени на все уровни управления [2;1].

Переход на новые системы автоматического контроля и потребления электроэнергии в данной отрасли является одним из ключевых мероприятий повышения технико-экономической эффективно­сти работы железнодорожного транспорта. Это позволит в первую очередь снизить затраты на энер­горесурсы, уменьшить эксплуатационные расходы и сократить численность обслуживаемого персо­нала.

Опыт стран СНГ (Россия) показывает, что чрезвычайно привлекательным для большинства про­мышленных предприятий становится участие в создаваемом оптовом рынке электроэнергии (ОРЭ), где стоимость электроэнергии, получаемой промышленным предприятием, существенно ниже стои­мости электроэнергии, получаемой от гарантированного поставщика (региональной энергосистемы). Однако необходимым условием участия промышленного предприятия в ОРЭ является наличие авто­матизированных систем коммерческого учета электроэнергии (далее АСКУЭ), отвечающей опреде­ленным требованиям как к техническим, программным средствам ее построения, так и к организации ее работы [Разработка, создание и проектирование АСКУЭ. ЗАО«Энергоресурс; 2].

Существующие типовые методы проектирования АСКУЭ невозможно использовать для разра­ботки АСКУЭ подвижных потребителей электроэнергии, специфическими особенностями которых являются большой объем информации и разрозненность объектов энергопотребления.

Типовые методы не позволяют:

-    провести разработку программно-аппаратных средств АСКУЭ-ЦТ на основе общепринятых решений;

-    достоверно определить текущий источник электроснабжения — тяговую электрическую под­станцию;

-    использовать типовые технические средства и методики энергосбережения.

Применение типовых методов проектирования АСКУЭ для транспортной АСКУЭ-ЦТ (далее ТАСКУЭ) вызывает существенное удорожание затрат на эксплуатационное обслуживание системы: трафик связи, увеличение количества персонала. Поэтому актуальна задача оптимизации типового проектирования для применения его в разработке ТАСКУЭ-ЦТ.

Процесс разработки задания и проектирования АСКУЭ является составной частью процесса вложений (подготовки и освоения капиталовложений). Он представляет собой интеграционный про­цесс, который характеризуется [ГОСТ 24.104-85. Автоматизированные системы управления. Общие требования]:

-    отдельными последовательными во времени этапами, отличающимися степенью полноты раз­работанного решения;

-    разработкой предложений в течение разных этапов с точки координации выполнения отдель­ных элементов системы по ступеням до окончательного решения.

Существуют установленные этапы в реализации капиталовложений [ГОСТ 24.104-85. Автома­тизированные системы управления. Общие требования]:

-    предварительное принятие решения о реализации капитальных вложений.

На этом предварительном этапе предусматривается разработка эскизов, направленных на поиск оптимального технико-экономического решения, в результате чего составляются документация с оценкой затрат и принципиальные технические предложения на основе данных об основном обору­довании, выбранном типовом решении;

-    принципиальное решение, соответствующее этапу проектирования, на котором разрабатыва­ются более подробные предложения о принципах действия АСКУЭ и необходимом основном оборудовании, определяющем затраты. Результатом этого этапа является документация с точ­ными техническими данными об основном оборудовании и необходимых для заказа готовых отдельных элементах АСКУЭ;

-    проект и рабочие чертежи. На этом этапе разрабатываются подробные предложения о конст­руктивных решениях и технологических методах выполнения АСКУЭ и ее элементов. Состав­ляются документация с конструктивными чертежами, документация об электрическом монта­же с точным описанием процессов соединений, а также вырабатываются предложения о по­ставке, транспортировке и хранении оборудования, сетевые графики работ с детальными сро­ками и перечнями работ.

Документация должна содержать следующие наиболее существенные данные [ГОСТ 24.104-85. Автоматизированные системы управления. Общие требования]:

-    представление функции (принципиальная электрическая схема, технические пояснения дейст­вий, результаты расчетов) и ее технической реализации (конструктивное исполнение, изготов­ление отдельных элементов, монтаж и введение в эксплуатацию);

-    реализацию капиталовложений, а также их подразделения на: оборудование, монтаж, проекти­рование, оплату исполнителям заказов, ввод в эксплуатацию и т.д. Эти данные представляются в виде сметной стоимости.

Однако в современной практике оптимального проектирования АСКУЭ и при реализации проек­тов пока еще сохраняются следующие нерациональные действия [ГОСТ 24.104-85. Автоматизиро­ванные системы управления. Общие требования]:

-    имеет место использование инженерно-технических сил для обработки частных, достаточно трудоемких вопросов;

-    слишком продолжительная обработка материалов на отдельных этапах процесса проектирова­ния;

-    отсутствие связи между проектированием и технологической подготовкой (по содержанию и во времени);

-    недостаточное информационное обеспечение;

-    снижение эффективности из-за многократного повторения работ в процессе проектирования;

-    слабая специализация, типизация и исследовательская работа в области проектирования.

Проектировщик должен исключить, по возможности, в своей деятельности названные недостат­ки [ГОСТ 24.104-85. Автоматизированные системы управления. Общие требования].

ТАСКУЭ целесообразно строить как однородную систему, использующую на всех уровнях еди­ные аппаратные и программные средства. Оптимальное проектирование ТАСКУЭ — сложный по­следовательный процесс, при котором необходимо определить требуемый объем информации в сис­теме, при помощи модели и критериев, временных характеристик этого объема информации для ис­следуемых подвижных потребителей энергии — электровозов; разработать программно-аппаратные средства, способные интегрировать в единую систему разнородные технические средства, обеспечи­вающие выполнение функций. Это дает возможность поэтапной реализации бизнес-проектов, связан­ных с учетом энергоресурсов, возможность поэтапного построения ТАСКУЭ и ввода отдельных ее частей в промышленную эксплуатацию, что, в свою очередь, уменьшает стоимость пусконаладочных работ и минимизирует затраты на подготовку персонала и организацию обслуживания [Разработка, создание и проектирование АСКУЭ. ЗАО«Энергоресурс; 3].

Основной предпосылкой рационализации технической подготовки ТАСКУЭ является иденти­фикация взаимодействий между проектированием и технологическими процессами, а также их коор­динирование. При этом необходимо рассматривать следующие процессы [ГОСТ 24.703-85. Типовые проектные решения в АСУ. Основные положения. Правила устройства электроустановок].

-    разработка электроэнергетических установок, включающая проект и предложения по опти­мальному решению конкретно поставленных задач;

-    проектирование необходимой документации для технического решения на основе имеющихся установок, в частности, на базе комплектного крупноблочного оборудования;

-    конструктивное выполнение — разработка необходимых документов по конструкциям с уче­том приспособления типового оборудования для производства и монтажа.

В соответствии с разработками группы отечественных и зарубежных ученых, предпосылкой по­следовательной и широкой рационализации процесса разработки и выполнения проекта с помощью компьютеров является возможность формализации процесса проектирования АСКУЭ. Результаты всей деятельности, от постановки задачи и до получения проектной документации, необходимо при­вести в детерминированный алгоритм, а закономерности, описывающие процесс проектирования и функцию АСКУЭ, — математически моделировать.

Однако при этом возникают следующие трудности:

-    процесс проектирования математически еще недостаточно описан, что затрудняет разработку алгоритмов;

-    методы математической формулировки способа действия АСКУЭ используют только для по­стоянных электрических процессов, в то время как дискретные процессы в настоящее время математически описываются недостаточно;

-    отсутствует единая цельная теория научного построения процесса разработки задания и проек­тирования АСКУЭ [ГОСТ 24.703-85. Типовые проектные решения в АСУ. Основные положе­ния. Правила устройства электроустановок; 3].

Процесс проектирования АСКУЭ необходимо рассматривать как один из видов умственного ра­бочего процесса. Исполнитель-проектировщик воздействует через средства труда — средства проек­тирования на предмет труда — предмет проектирования.

Взаимосвязи между этими тремя составляющими процесса проектирования реализуются через «инженерную деятельность проектирования» [ГОСТ 24.703-85. Типовые проектные решения в АСУ. Основные положения. Правила устройства электроустановок]. Процесс проектирования включает обработку информации и ее представление, т.е. влияние человека средствами проектирования на предмет проектирования. Он охватывает взаимосвязи между проектировщиком, средствами проекти­рования и предметом проектирования. Отсюда вытекает, что основой рационализации процесса про­ектирования является систематическое представление взаимосвязей между обрабатываемой инфор­мацией (предмет проектировщика) и проводимой человеком работой по проектированию. Независи­мо от степени рационализации умственного труда в процессе проектирования большое значение имеют следующие средства проектирования [ГОСТ 24.703-85. Типовые проектные решения в АСУ. Основные положения. Правила устройства электроустановок]:

-    действующие общегосударственные нормативные материалы для принятия типовых решений, ограничения;

-    технологические нормы проектирования и нормали, которые систематизируют процессы поис­ка решений, формирование комплексов оборудования и хранения унифицированной проектной документации;

-    базисные основные решения (проекты и часть проектов) с унифицированным использованием компонентов.

Человек представляет главное исполняющее и координирующее лицо, находящееся в центре процесса проектирования. В той мере, в какой ему удается передать формальную часть своей дея­тельности машинам для обработки информации, он освобождается для творческой работы, для даль­нейшего совершенствования средств проектирования (средств труда) [ГОСТ 24.703-85. Типовые проектные решения в АСУ. Основные положения. Правила устройства электроустановок; 4]. Рацио­нализация и автоматизация проектирования по обработке трудоемких вопросов с помощью компью­теров должны в значительной степени освободить инженерных работников для творческого опреде­ления и обеспечения взаимосвязей АСКУЭ, подготовки более прогрессивных решений и планомер­ного внедрения их на практике.

ТАСКУЭ-ЦТ, являясь комплексной системой, имеет возможность быть наращиваемой стандарт­ным путем [3]. Включение в систему новых компонент, удаление выбывших производится установ­ленным штатным способом. Понимаемая под этим масштабируемость системы допускает динамиче­ское включение в работающую систему дополнительного оборудования; при этом не требуется оста­новка системы, дополнения не влияют на работоспособность существующего оборудования; пере- конфигурирование осуществляется дистанционно и динамически [3].

На основе анализа существующих методов проектирования: проектирование ТАСКУЭ должно выполняться в следующей последовательности [3; 4]:

1. Анализ электропотребителей по мощности, напряжению, надежности, производственно­технологическим зависимостям, территориальному расположению и т.д. Результатом этого частного процесса является:

-    конкретизация постановки задачи;

-    определение групп потребителей как предпосылки для установления варианта АСКУЭ (проект- структуры).

2.Определение оптимального решения об АСКУЭ, включающего:

-    составление вариантов АСКУЭ;

-    техническую и экономическую оценку (включая надежность основных признаков каждого ва­рианта, т.е. определение затрат). Решающим показателем выбора оптимального варианта при одинаковых технических решениях является минимизация затрат. Этот вариант является осно­вой:

-    представления существенных технических связей АСКУЭ и технической координации отдель­ных частей АСКУЭ;

-    детальное проектирование отдельных элементов АСКУЭ;

-    дальнейшую реализацию и эксплуатации АСКУЭ.

3.Установление технических параметров при выборе конкретного электрооборудования, кото­рое необходимо заказать и учесть при составлении спецификации, а также детальная разработка взаимосвязей конструктивной части, технологии монтажа, процесса управления и т.п.

4. Технико-экономические расчеты — экономическая оценка материальных и монтажных затрат. Этот частный процесс предусматривает составление соответствующих смет.

5.Расчеты по определению параметров АСКУЭ на основании необходимых методов с учетом технико-экономических требований.

6.Контроль правильности и качества решения с помощью соответствующих средств и методов.

7.Координация для реализации организационных межотраслевых связей в процессе обоснова­ния и проектирования.

Частные процессы 1, 2, 3 и 4 имеют прямую временную последовательность и образуют главную линию процесса проектирования, а частные процессы 5, 6 и 7 взаимосвязаны со всеми другими част­ными процессами [ГОСТ 24.703-85. Типовые проектные решения в АСУ. Основные положения. Пра­вила устройства электроустановок; 4]. АСКУЭ должны выполняться на базе серийно выпускаемых технических средств и программного обеспечения. В состав технических средств ТАСКУЭ должны входить [3; 4]:

-    счетчики электрической энергии, оснащенные датчиками-преобразователями, преобразующи­ми измеряемую энергию в пропорциональное количество выходных импульсов или цифровой код (при использовании электронных реверсивных счетчиков — раздельно на каждое направ­ление);

-    устройства сбора и передачи данных (УСПД), обеспечивающие сбор информации от счетчиков и передачу ее на верхние уровни управления;

-    каналы связи с соответствующей каналообразующей аппаратурой для передачи измерительной информации;

-    средства обработки информации (как правило, персональные ЭВМ).

Результатом процесса проектирования ТАСКУЭ является документация, содержащая все необ­ходимые данные для описания принятых технических решений, включая нормативные государствен­ные правила, ГОСТы и стандарты.

Список литературы

1. Атамкулов Е.Д., Жангаскин К.К. Железнодорожный транспорт Казахстана. Перевозочный процесс / Под ред. Б.К.Алиярова: Монография. Т. 2. — Алматы: МТИА, 2004. — С. 31.
2. .Сошинов А.Г, Плаунов С.А., Крайнев А.М., Крайнев М.И., Угаров Г.Г. Основы технологии проектирования электро­установок систем электроснабжения. — B.: Политехник, 2006.
3. Техпроект АСКУЭ-ЦТ (Пояснительная записка). — Алматы, 2005.