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Hardware-Implementierung der Stationssteuerung und -automatisierung

Stationssteuersystem

Um ein Stationssteuersystem zu bilden, müssen die verschiedenen oben beschriebenen Elemente zu einer Form von Topologie zusammengefügt werden. Drei Haupthardware-Topologien können als häufig verwendet identifiziert werden.

Hardware-Implementierung der Stationssteuerung und -automatisierung

Hardware-Implementierung der Stationssteuerung und -automatisierung (auf dem Foto: Netzautomationstechnik - FIONA - Flexible intelligente lokale Netzwerkautomation; Kredit: ABB)

Lassen Sie uns Details zu jeder Hardwaretopologie erfahren:

  1. HMI-basierte Topologie
  2. RTU-basierte Topologie
  3. Dezentrale Topologie

HMI-basierte Topologie

Dies hat die Form von Abbildung 1. Die Software zur Implementierung der Stationssteuerungs- und Automatisierungsfunktionen befindet sich auf dem HMI-Computer und dieser hat direkte Verbindungen zu IEDs, die ein oder mehrere

Die Verbindung zu einem Remote-SCADA-System erfolgt normalerweiseauch in dem HMI-Computer vorgesehen, obwohl eine separate Schnittstelleneinheit vorgesehen sein kann, um einige der Prozessoranforderungen von dem HMI-Computer zu entladen, insbesondere wenn ein proprietäres Kommunikationsprotokoll für das SCADA-System verwendet wird.

Für diese Topologie a leistungsstarker HMI-Computer ist eindeutig erforderlich, wenn eine große Anzahl von IEDs untergebracht werden soll.

HMI-basierte Hardwaretopologie

Abbildung 1 - HMI-basierte Hardwaretopologie


In der Praxis geben die Kosten in der Regel die Verwendung von a vorStandard-PC, und daher gibt es Beschränkungen für die Größe der Unterstation, auf die sie angewendet werden kann, da die Anzahl der angeschlossenen IEDs begrenzt ist.

Das andere wichtige Thema ist die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit - Es gibt nur einen Computer, der die Unterstation steuern kann. Daher ist nur eine lokale manuelle Steuerung möglich, wenn der Computer aus irgendeinem Grund ausfällt.

Eine solche Topologie ist also nur für kleine MV-Unterstationen geeignet wo die Folgen eines Computerausfalls(der Besuch eines Reparaturteams zur Abhilfe erfordert) sind akzeptabel. Es werden keine Feldmodule verwendet. Die Software zur Steuerung und Verriegelung jedes Stationsschachts wird als Teil der HMI-Computersoftware ausgeführt.

Stationsleitsystem - HMI-Computer

Stationsleitsystem - HMI-Computer (Bildnachweis: processautomationinsights.com)


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RTU-basierte Topologie

Diese Topologie ist eine Verbesserung der HMI-Topologie und ist in Abbildung 2 dargestellt. Eine Mikroprozessor-basierte RTU dient zum Hosten der Automatisierungssoftware, so dass der HMI-Computer nur für die Bedienerschnittstelle frei ist.

Der HMI-Computer kann daher weniger leistungsfähig sein und hat normalerweise die Form eines Standard-PCs oder für nicht normal besetzte Unterstationen kann das Besuchspersonal einen tragbaren PC verwenden.

RTU-basierte Topologie

Abbildung 2 - RTU-basierte Topologie


Die RTU ist zweckgebunden und kann untergebracht werden ein oder mehrere leistungsfähige Mikroprozessoren. Eine größere Anzahl von E / A-Punkten kann seinmehr als in der HMI-Topologie untergebracht, während die Möglichkeit besteht, eine breitere Palette von Kommunikationsprotokollen für IEDs und die SCADA-Fernverbindung zu hosten.

Bay Module sind nicht erforderlich, die zugehörige Software für Verriegelungs- und Steuerungssequenzen ist Bestandteil der RTU-Software.

Remote Terminal Unit (RTU)

Die MOSCAD Remote Terminal Unit (RTU) bietet aDatenerfassungs- und Datenverarbeitungseinheit mit der Intelligenz, die für den Betrieb in hochentwickelten Überwachungs- und Datenerfassungssystemen (SCADA) erforderlich ist. Die Kommunikation über Funksprechgerät, digitales Mikrowellenradio, Ethernet und drahtgebundene Leitungen wird unterstützt (Bildnachweis: rlandkabaena.blogspot.fr)


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Dezentrale Topologie

Diese Topologie ist in Abbildung 3 dargestellt. Jede Station der Unterstation wird von a gesteuert Bay-Modul, die das beherbergt Steuerungs- und Verriegelungssoftware, Schnittstellen zu den verschiedenen Geräten, die als Teil der Steuerung und des Schutzes für den Schacht erforderlich sind,

Es ist möglich, einen HMI-Computer zu verwenden, um die lokale Steuerung eines einzelnen Schachts für Inbetriebnahme / Test und Fehlersuche zu übernehmen.

Die Datenmenge der verschiedenen Stations-E / A-Punkte legt fest, dass eine separate SCADA-Schnittstelleneinheit bereitgestellt wird (wird oft als RTU oder Gateway bezeichnet), obwohl es möglich ist, mehr als einen HMI-Computer zu haben, wobei der primäre für Operationen und andere für das Engineering bestimmt ist.

Dezentrale Topologie

Abbildung 3 - Dezentrale Topologie


Optional kann ein Remote-HMI-Computer erstellt werdenverfügbar über einen separaten Link. In solchen Schemata ist es immer wünschenswert, die Echtzeitbetriebsfunktion von Engineering-Aufgaben zu trennen, die nicht dieselbe zeitkritische Bedeutung haben.

Die Verbindung zwischen den verschiedenen Bay-Modulen und dem HMI-Computer ist von Interesse.

Am einfachsten ist das sternanordnung von 4 (a). Das ist die kostengünstigste Lösung, hat aber zwei Nachteile. Erstens führt eine Unterbrechung der Verbindung zum Verlust der Fernsteuerung der betroffenen Bucht. Dann ist nur eine lokale Steuerung über einen lokalen HMI-Computer möglich, der an den Schacht angeschlossen ist.

Zweitens wird die Anzahl der auf dem HMI-Computer verfügbaren Kommunikationsanschlüsse die Anzahl der Bay-Module begrenzen.

Methoden der Hardware-Verbindung

Abbildung 4 - Methoden der Hardwareverbindung


Natürlich ist es möglich, die erste zu überwindenProblem durch das Duplizieren von Links und das Ausführen der Links auf physisch getrennten Routen. Dies verschlechtert jedoch das I / O-Port-Problem, während zusätzlicher Konstruktionsaufwand erforderlich ist, um die Kabelroutenvielfalt sicherzustellen.

Eine Alternative ist zum Verbinden der Bay-Module, des HMI-Computers und des SCADA-Gatewayswie in 4 (b) gezeigt.

Durch die Verwendung einer Kommunikationsarchitektur wie zIn einem LAN-Netzwerk gefunden, kann jedes Gerät ohne Nachrichtenkonflikte mit jedem anderen Gerät im Ring kommunizieren. Ein einziger Bruch im Ring führt nicht zum Verlust von Einrichtungen.

Die Erkennung eines Ringbruchs und eine Neukonfiguration sind erforderlich kann automatisch gemacht werden. Somit ist die Verfügbarkeit und Fehlertoleranz vondas Netzwerk wird verbessert. Mehrere Ringe aus dem HMI-Computer ausgehen, können verwendet werden, wenn die Anzahl der Geräte, die Grenze für einen einzelnen Ring überschreitet. Es kann einfacher sein, auf einer Schritt-für-Schritt-Basis für Retrofit-Anwendungen zu installieren, aber natürlich sind alle diese Vorteile haben einen Nachteil.

Die Kosten einer solchen Topologie betragen höher als die der anderen LösungenDaher ist diese Topologie für Situationen reserviert, in denen höchste Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit erforderlich ist - d.

Redundanz kann auch beim Einzelnen bereitgestellt werdenGeräteebene. Relais und andere IEDs können dupliziert werden, obwohl dies nicht üblich ist, es sei denn, dies ist aus anderen Gründen erforderlich (z. B. müssen bei EHV-Übertragungsleitungen doppelte Hauptschutzmaßnahmen erforderlich sein. Dies ist nicht unbedingt eine Duplizierung einzelner Geräte) zwei identische Staffeln über ein 'abstimmen lassen'1 von 2’Basis).

Es ist üblich zu haben HMI von mehr als einem Bedienerentweder aus betrieblichen Gründen oder wegen Fehlertoleranz. Der Systemcomputer ist möglicherweise auf einem Computer doppelt vorhanden 'Hot-Standby' oder „Doppelt redundant“oder Aufgaben können normalerweise von zwei oder mehr Systemcomputern gemeinsam genutzt werden, wobei jeder von ihnen die Fähigkeit hat, die Funktionen eines der anderen im Falle eines Ausfalls zu übernehmen.

Die Gesamt-E / A-Anzahl in einer großen Unterstation wirdzu groß werden, und es muss sichergestellt werden, dass die Computerhardware und die Kommunikationsverbindungen eine ausreichende Leistung aufweisen, um eine sofortige Verarbeitung eingehender Daten sicherzustellen.

Überlastung in diesem Bereich kann zu einer oder mehreren der folgenden Ursachen führen:

  1. Übermäßige Verzögerung bei der Aktualisierung der Systemstatusdiagramme / Ereignisprotokoll / Alarmprotokoll als Reaktion auf einen Vorfall
  2. Beschädigung der Systemdatenbank, so dass die Informationen, die dem Bediener präsentiert werden, keine genaue Darstellung des Zustands des tatsächlichen elektrischen Systems sind
  3. Systemabsturz
TM 1703 Dezentrales E / A-Modul

TM 1703 Dezentrales E / A-Modul. Die Anwendungen für die TG5700 RTU mit TM 1703-E / A erstrecken sich auf Condition Based Monitoring, Transformer Monitoring und Local Bay Controller Unit (Bildnachweis: pacw.org).


Als E / A auf Einschubebene sowohl digital als auchAnalog werden normalerweise intelligente Relais oder spezielle IEDs eingesetzt. Daher muss sichergestellt sein, dass diese Geräte über eine ausreichende E / A-Kapazität verfügen. Wenn zusätzliche IEDs nur zur Sicherstellung einer angemessenen E / A-Kapazität bereitgestellt werden müssen, steigen die Kosten und der Platzbedarf.

Es wird auch geben eine Zunahme der Anzahl der Kommunikationsverbindungen erforderlich.

Eine praktische Spezifikation für Systemreaktionszeiten ist in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 2 gibt eine typische Spezifikation für die maximalen E / A-Kapazitäten eines Stationsautomatisierungssystems an.

Tabelle 1 - Praktische Systemreaktionszeiten für ein Stationsautomatisierungsschema

Signalart Antwortzeit an / von HMI
Digitale Eingabe 1s
Analogeingang 1s
Digitaler Ausgang 0,75 s
Störungsaufzeichnungsdatei 3s

Tabelle 2 - Typische E / A-Kapazitäten für ein Stationsautomatisierungssystem

E / A-Typ Kapazität
Digitale Eingabe 8196
Digitaler Ausgang 2048
Analogeingang 2048
Analogausgang 512

Ein erhebliches Problem, das in der EU überwunden werden mussDie Implementierung von Kommunikationsverbindungen ist die Möglichkeit elektromagnetischer Interferenzen. Die niedrigen Spannungspegel, die bei den meisten Arten von Kommunikationsverbindungen verwendet werden, können als Folge davon störanfällig sein.

Sorgfältiges Design der Schnittstellen zwischen den Geräten verwendet und der Kommunikationsbus, der die Verwendung von Optokopplern und Protokollkonvertern beinhaltet, ist erforderlich, um das Risiko zu minimieren.

Vorsicht ist auch bei der Anordnung der Kommunikationskabel geboten. Es kann auch helfen ein Kommunikationsprotokoll verwenden das beinhaltet ein Mittel zur Fehlererkennungund / oder Korrektur. Während möglicherweise nicht alle Fehler korrigiert werden können, bietet die Erkennung die Möglichkeit, die erneute Übertragung der Nachricht anzufordern und Statistiken über Fehlerraten in verschiedenen Teilen des Systems zu erfassen.

Eine ungewöhnlich hohe Fehlerrate in einem Teil des Kommunikationssystems kann zur Überprüfung an Wartungspersonal gemeldet werden.

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Referenz // Netzwerkschutz- und Automatisierungshandbuch - Areva

Bemerkungen: