Реферат: Комп‘ютерні інформаційні технології в електроенергетиці тексти лекцій для студентів 4 І 5 курсів денної І заочної форм навчання спеціальності 7

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ


ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


Комп‘ютерні інформаційні технології в електроенергетиці

Тексти лекцій
для студентів 4 і 5 курсів денної і 5 і 6 курсів заочної форм навчання спеціальності 090603 „Електротехнічні системи електроспоживання”






Харків — ХНАМГ — 2007

Комп‘ютерні інформаційні технології в електроенергетиці (тексти лекцій для студентів 4 і 5 курсів денної і заочної форм навчання спеціальності 7.090603 „Електротехнічні системи електроспоживання”). Укл. Бородін Д.В. — Харків: ХНАМГ, 2007. – с.


Укладач: Дмитро Вікторович Бородін


Рецензент: д.т.н., проф. О.Г. Гриб


Рекомендовано кафедрою електропостачання міст,

Протокол № 6 від 26.01.07

ЗМІСТ

1. ВСТУП 5

^ 2. БАЗИ ДАНИХ 10

3. ЗАСТОСУВАННЯ ГЕОГРАФІЧНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ В ЕНЕРГЕТИЦІ 14

4. ТЕХНОЛОГІЇ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ. RAID-ТЕХНОЛОГІЇ. 17

^ 5. АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ 21

6. АСУ ТП ПС І МІКРОПРОЦЕСОРНЕ обладнАННЯ ПС 23

7. СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ЧАСТОТИ Й ПОТУЖНОСТІ 30

8. АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО управління РІВНЯ району електричних мереж (РЕМ) 33

9. АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО управління РІВНЯ підприємства електромереж (ПЕМ) І ОБЛЕНЕРГО 36

10. АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО УПРАВЛІННЯ мережами 220-750 кВ 39

^ 11. АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ ОБЛІКУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ 45

12. КОНТРОЛЬ ЯКОСТІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ 66

13. АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМИ РОЗРАХУНКУ З ПОСТАЧАЛЬНИКАМИ Й СПОЖИВАЧАМИ (БІЛІНГОВІ СИСТЕМИ) 77

^ 14. ІНТЕГРОВАНІ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ВИРОБНИЦТВОМ 85

Додаток П1. Найбільш розповсюджені операційні системи 91

Додаток П2. Система GPS 96

Додаток П3. Концепція побудови автоматизованих систем обліку електроенергії в умовах енергоринку (2000 р.). Фрагмент - розділ 2. 98

^ КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ 103

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 106


ВСТУП
Огляд завдань, розв'язуваних за допомогою КІТ.

Поняття про автоматизовані системи.

Основні типи АС в енергетиці.

Термінологія.

Програмне забезпечення, операційні системи, мережі.

Термінологія:

КЕС, ТЕС, ДРЕС, ТЕЦ, ГЕС, ГАЕС, АЕС, ПЕС, СЕС (гелиотермальні) - генеруючі об'єкти;

НЭК, ЭС, МЭС, ОЭ, ПЭС, РЭС, РГЭС - мережні підприємства й організації;

ПС, РП, ТП, УП - розподільні вузли мережі;

ГОСТ, ДСТУ, РД, МІ - види нормативних документів.

Завдання енергетики:

Диспетчерське керування.

Облік електроенергії.

Розрахунки з постачальниками й споживачами (білінг).

Контроль і керування роботою встаткування станцій і підстанцій.

Регулювання частоти й потужності енергосистем.

Навчання й тренування персоналу.

Моделювання режимів мережі й перехідних процесів у мережі.

Документообіг і обмін інформацією.

Складський і бухгалтерський облік.

Керування підприємством і планування ресурсів.

Автоматизована система (АС) – сукупність апаратних засобів і програмного забезпечення (ПЗ), використовуваних для рішення цільових завдань і керована людиною.

Основні типи АС:

АСДУ (ОІК, АСЗТІ, ТМ) – автоматизована система диспетчерського управління (підсистеми: оперативно-інформаційний комплекс, автоматизована система збору телемеханічної інформації, телемеханіка);

АСКОЕ – автоматизована система комерційного обліку електроенергії;

АСРС – автоматизована система розрахунків зі споживачами;

АСУ ТП – автоматизована система управління техногічними процесами;

САРЧП – система автоматичного регулювання частоти та потужності;

ІСУП – інтегрована система управління підприємством.

^ Операційні системи й прикладне програмне забезпечення

Операційна система — основний вид системного ПЗ, комплекс програм що забезпечує керування апаратними засобами комп’ютера, роботу з файлами, введення й вивід даних, а також виконання прикладних програм і утиліт.

Загальними словами, операційна система — це перший і основний набір програм, що завантажується в комп'ютер. Крім вищевказаних функцій ОС може здійснювати й інші, наприклад надання користувальницького інтерфейсу, мережна взаємодія й т.п.

З 1990-х найпоширенішими операційними системами є ОС сімейства Microsoft Windows і UNIX-подібні системи. Також використовують сервер­ні ОС VAX/VMS. Види ОС:

одно- і багатозадачні,

одно- і багатокористувальницькі,

реального часу й інші,

серверні, персональні й такі що вбудовують ( ROM-DOS, RTKernel, QNX, WinCE, WinNT Embedded, WinXP Embedded).

Типи користувальницького інтерфейсу (текстовий, графічний) й засоби введення-виводу (дисплей, клавіатура, маніпулятор).

Основні сімейства ОС і програмний інтерфейс прикладних програм.

DOS, Windows, Unix і ін. DOS API, Win32 API, POSIX.

Додаткові дані про ОС наведено в додатку П1.

Способи обміну даними між додатками: DDE, OLE, COM/DCOM, .net.

Багатозадачність — властивість операційної системи, коли забезпечується можливість паралельної обробки декількох завдань

^ Властивості багатозадачного середовища

Примітивні багатозадачні середовища забезпечують тількі «поділ ресурсів», коли за кожним завданням закріплюється певна ділянка пам'яті, і зав­­дання активізується в строго певні інтервали часу. Більше розвинені багатозадачні системи проводять розподіл ресурсів динамічно, коли завдання стартує в пам'яті або залишає пам'ять залежно від його пріоритету й від стратегії системи. Таке багатозадачне середовище має наступні особливості:

кожне завдання має свій пріоритет, відповідно до якого одержує час і пам'ять,

система організує черги завдань так, щоб усі завдання одержали ресурси, залежно від пріоритетів і стратегії системи,

система організує обробку переривань, також завдання можуть активуватися, деактивуватися й віддалятися

по закінченні кванта часу завдання може тимчасово викидатися з пам'яті, віддаючи ресурси іншим завданням, а потім через наданий системою час, відновлюватися в пам'яті (свопинг),

система забезпечує захист пам'яті від несанкціонованого втручання інших завдань,

система розпізнає збої й зависання окремих завдань і припиняє їх,

система вирішує конфлікти доступу до ресурсів і пристроїв, не допускаючи тупикових ситуацій загального зависання від очікування заблокованих ресурсів,

система гарантує кожному завданню, що рано чи пізно воно буде активовано,

система обробляє запити реального часу,

система забезпечує комунікацію між процесами.

Мережні технології

Мережа складається з вузлів (комп’ютерів, мікропроцесорних пристроїв) і каналів зв’язку між ними.

Мережні з’єднання: 1) точка-точка 2) точка-многоточка. Для другого типу адресація інформації виконується 2 способами: 1) комутація каналів (як у телефонній мережі) 2) комутація пакетів (як у обчислювальних мережах). В енергетиці використовують мережі збору даних/керування (наприклад, телемеханічні) й обчислювальні комп’ютерні мережі.

Види комп’ютерних мереж:

локальні (ЛОМ – локальна обчислювальна мережа): вузли розташовані на відстані 10-100 м, швидкість передачі даних максимальна, досягає 1-10 Гбіт/с; окрема частина локальної мережі є сегментом; мережне обладнання ЛОМ складаеться з пасивного (кабелі зв’язку) й активного (концентратори, комутатори, маршрутизатори);

глобальні (відстань не обмежена, швидкість обмежена каналом зв’язку, в сучасних мережах 64-2048 кбіт/с).

Топологія мереж: 1) радіальна («зірка»), 2) магістральна (шина, централь), 3) кільце. В сучасних ЛОМ використовують радіальну топологію.

Фізичне середовище: для дротяних мереж – мідна вита пара (TP – twisted Pair), оптоволокно (FO – Fiber Optics). Як правило, оптоволокно використовують для магістральних каналів зв’язку, а також при наявності завад.

Види ЛОМ: найбільш розповсюджений стандарт Ethernet. Він має декілька версій: Ethernet 10BaseT (10 Мбіт/с), FastEthernet 100BaseTX, 100BaseFX (100 Мбіт/с), Gigabit Ethernet (1000 Мбіт/с). Ethernet також використовують в найбільш сучасних мережах збору даних нижнього рівня, але ці мережі як правило побудовані на базі RS485/RS422 (до 115200 біт/с).

Мережні протоколи: TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX для ЛОМ, для мереж збору даних найбільш розповсюдженим є Modbus.

Багато мереж з протоколом TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol) об’єднані в глобальну мережу Інтернет, яка надає декілька способів обміну інформацією, найбільш відомий - WorldWideWeb, що базується на мові гіпертекстових посилань HTML.

Існуюча в Україні галузева телекомунікаційна мережа «Енергія» призначена для забезпечення обміну інформацією підприємств енергетики.

^ Термінальний доступ

Це таке використання комп’ютерної системи, що складається з центральної ЕОМ (сервера чи мейнфрейма) і користувацьких терміналів, коли термінал використовують тількі для введення та виводу інформації (у тому числі для підтримки зв’язку мережею), а всю обробка виконують на сервері.

Види термінального доступа: текстовий і графічний. Найбільш розпов­сюдже­ний вид термінального текстового доступу мережею TCP/IP - Telnet. Переваги й недоліки термінального доступу: мінімальні вимоги до апаратних ресурсів терміналів і просте обслуговування (адміністрування) системи, тому що всі прикладні програми встановлені та працюють на сервері, а на терміналах працюють тількі комунікаційні програми й програми інтерфейсу ЕОМ-людина. Але не всі прикладні програми придатні для використання в режимі термінального доступу, також затримки при роботі залежать від каналу зв‘язку й можуть досягти декілька секунд.

Програмне забезпечення термінального доступу: серверне та клієнтське. Серверне ПЗ графічного термінального доступу:

Windows Terminal Services (NT, 2000, 2003, протокол RDP).

Citrix Metaframe (сумісно з Windows Terminal Services, протокол ICA).

UNIX: X-Window, X-термінали.

Сервер прикладних програм – це стратегія використання прикладних прог­рам на центральнії ЕОМ (сервері), коли клієнтські робочі станції використовують для введення-виводу даних. Реалізуєтья за допомогою технологій WEB, термінального доступу, клієнт-серверної архітектури.
^ БАЗИ ДАНИХ
Бази даних і системи керування базами даних.

Види баз даних.

Реляційні і об'єктні бази даних.

Бази даних реального часу.

Основні програмні продукти в області БД


Причини появи баз даних (БД).

При традиційному файловому підході до обробки даних (тобто з використанням алгоритмічних мов програмування) для опису кожного екземпляра об'єкта використовують поняття запису, яке складено з полів (атрибутів). Сукупність записів при цьому становить файл, що описує об'єкт предметної області. Найпростіший підхід до обробки даних складається в розробці для кожної області своєї бази даних, програмно пов'язаної з конкретним файлом.

Мінуси файлового підходу до зберігання даних:

• Програма залежить від даних (будь-які зміни в даних впливають на про­грами, так що їх треба переробляти). Незалежність може бути фізична й логічна.

• Надмірність даних, тому що ті самі дані можна зберігати в різних файлах, у результаті обсяг даних значно зростає.

• Суперечливість даних. Через наявність надмірності, зміни в даних цілком не можна здійснити. В результаті про один і той самий об'єкт зберігається різна інформація.

• Неможливість спільного використання даних.

• Неможливість обробки нерегламентованих запитів. Щоб одержати дос­туп до даних треба написати програму.

• Неефективність зберігання даних і складність у керуванні.

БД - це сукупність взаємозалежних даних що описують стан якоїсь предметної області.



Рис. 2.1 - Бази даних


СУБД - програмна система призначена для роботи із БД і створення прикладних програм.

Предметна область - сукупність об'єктів що мають значення для певної діяльності.

Види БД:

Ієрархічні: 60-е рр., IMS IBM

Мережні: 60-е рр., жорстко задана структура даних

Реляційні (РБД): 1970, Э. Кодд - застосування реляційної алгебри для організації зберігання даних. РБД базують на таблицях і відносинах.

^ Перша РБД: IBM System/R.Для роботи з даними РБД використовують мову структурованих запитань SQL.

Приклади багатокористувацьких РБД: DB/2 (корпорація IBM, платформи MVS, AS-400, Windows); Oracle (корпорація Oracle, платформонезалежне), Interbase/Firebird, MS SQL Server, MSDE. Найбільший виробник РБД - Oracle (існує з 1977).

^ РБД для персональних комп’ютерів: DBase, FoxPro, Paradox, Clarion, MS Access (DOS, Windows), MySQL (Linux).

Об'єктні БД: Cache (в складі типового ОІК СК-2003, Росія);

БД реального часу - в складі SCADA (дивись розділ 6) або окремо; існує стандарт програмного інтерфейсу для контролю технологічних процесів OPC (доступ до даних реального часу - DA, доступ до архивів - HA, тривоги - Alarms). Як правило розробники сучасних мікропроцесорних вимірювальних пристроїв забезпечують доступ до вимірюваних даних за допомогою OPC-сервера, що додається до пристрою.

Архівні (ретроспектива сигналів) - iHistorian, PI Systems.

СУБД - це складна програмна система для накопичення й обробки даних.

Типи даних у БД – чисельні, символьні та текстові, двійкові, дата-час.

Права й ролі (групові права) користувачів визначають їхні можливості на читання та зміну даних у БД.

Збережені процедури (у деяких РБД - функції) дозволяють розробляти користувацькі алгоритми обробки даних.

Програмні інтерфейси до баз даних:

DDE (Data Dynamic Exchange) та ODBC (Open DataBase Connectivity) — не дуже швидкі, відносно застарілі, але розповсюджені;

OLE DB (Object Linking and Embedding for DataBases) — сучасний універсальний інтерфейс;

OPC (OLE for Process Control) – для БД реального часу (дивись више).

Архітектура систем із БД

Незалежність програм від даних (головна мета при використанні СУБД) досягається за рахунок введення проміжного рівня - концептуальної моделі, пов'язаної з одного боку з фізичною базою даних, а з іншого боку - з усіма користувальницькими моделями. Якщо зміниться фізична база даних, то змінюється тільки відображення, за допомогою якого воно пов’язано з концептуальною моделлю. Найбільш важлива ланка в цій моделі - концептуальна модель (КМ).

КМ являє собою абстрактний опис предметної області, що відбиває узагальнене й погоджене подання різних користувачів про базу даних. Фактично, це опис об'єктів, їхнього взаємозв'язку, властивостей без вказівки конкрет­них способів їх використання в комп'ютері. Для побудови КМ використовують моделі, що описують семантику предметної області: модель «сутність/зв'язок», мережні й фреймові моделі.

Для досягнення головної мети в застосуванні СУБД - забезпечення незалежності програм від даних у системі із БД використовують два рівні відображення:

• між зовнішнім і концептуальним – логічна залежність;

• між концептуальним і внутрішнім – фізична залежність.

^ ЗАСТОСУВАННЯ ГЕОГРАФІЧНИХ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ В ЕНЕРГЕТИЦІ
Поняття ГІС

Області застосування ГІС в енергетиці


Стрімкий розвиток засобів обчислювальної техніки й телекомунікацій, систем супутникової навігації, цифрової картографії, успіхи мікроелектроніки й інші технологічні досягнення, безперервне вдосконалення стандартного, прикладного програмного й інформаційного забезпечення створюють об'єктивні передумови для все більш широкого застосування й розвитку якісно нової області знань - геоінформатики. Вона виникла на стику географії, геодезії, топології, обробки даних, інформатики, інженерії, екології, економіки, бізнесу, інших дисциплін і областей людської діяльності. Найбільш значимими практичними додатками геоінформатики як науки є геоінформацийні системи (ГІС) і створені на їхній основі геоінформаційні технології (ГІС-технології).

Абревіатура ГІС існує вже більше 20 років і спочатку належала до сукупності комп’ютерних методів створення й аналізу цифрових карт і прив'язаної до них тематичної інформації для керування муніципальними об'єктами.

Уже перші досвіди використання ГІС як інформаційно-довідкові системи у вітчизняних електричних мережах показали безумовну корисність і ефективність такого використання як при проектуванні нових, так і для експлуатації існуючих мереж:

паспортизація встаткування мереж з їхньою прив'язкою до цифрової карти місцевості й різних електричних схем: нормальної, оперативної, поопорної, розрахункової й т.п.;

облік й аналіз технічного стану електротехнічного встаткування: ліній, трансформаторів і т.п.;

визначення місця пошкоджень (ВМП) ЛЕП;

облік і аналіз платежів за спожиту електроенергію;

позиціонування й відображення на цифровій карті місця знаходження оперативно-виїзних бригад, оптимізація маршрутів і т.п.

Ще більші перспективи відкривають в застосуванні ГІС-технологій при вирішенні завдань: оптимального планування розвитку й проектування; ремонтного й експлуатаційного обслуговування електричних мереж з урахуванням особливостей рельєфу місцевості; оперативного керування мережами й ліквідацією аварій з обліком просторової, тематичної й оперативної інформації про стан мережних об'єктів і режими їхньої роботи. Для цього вже сьогодні необхідне інформаційне й функціональне ув'язування ГІС, технологічних програмних комплексів АСДУ електричних мереж, експертних систем і баз знань за вирішенням перерахованих завдань.

В останні роки намітилася цілком певна тенденція розробки інтегрованих систем інженерних комунікацій на єдиній топографічній основі міста, району, області, що включають в себе теплові, електричні, газові, водопровід­ні, телефонні й інші інженерні мережі.

При використанні ГІС-технологій для вирішення завдання позиціонування (місцезнаходження) об'єктів використовують комерційну систему глобального позіціонування GPS.

Супутникова навігаційна система GPS (Global Positioning System) або Глобальна система позиціонування, точніше - її космічний сегмент, являє собою сузір'я з 24 супутників. Система GPS (офіційна назва - NAVSTAR) розроблена на замовлення і перебуває під керуванням Міністерства оборони США. У 1980-х систему відкрили для цивільного використання. Система GPS працює при будь-яких погодних умовах в усьому світі 24 години на добу. З її допомогою можна з високим ступенем точності визначати координати й швидкість рухливих об'єктів. За користування послугами системи GPS не стягують ні абонентську плату, ні плату за підключення. Усе, що потрібно для користування системою GPS - це придбати GPS-приймач.

^ Як працює система GPS

Супутники GPS обертають навколо Землі круговими орбітами із частотою 2 оберти на добу, передаючи навігаційні радіосигнали. GPS-приймачі приймають ці сигнали й обчислюють місце розташування методом тріангуляції. Приймач порівнює час випромінювання сигналу із часом прийому цього сигналу. Різниця між цими величинами дозволяє обчислити відстань до супутника. Знаючи відстань до декількох супутників, GPS-приймач може визначити своє місце розташування й відобразити його на електронній карті.

Приймаючи інформацію хоча б від трьох супутників, GPS-приймач може визначити двомірні координати користувача (широту й довготу). "Захопивши" чотири й більше супутники, прилад може визначити тривимірні координати (широту, довготу й висоту). Визначивши місце розташування користувача, приймач може обчислити такі величини як швидкість, шляховий кут, траєкторію, пройдену відстань, відстань до кінцевого пункту, час сходу й заходу сонця й багато чого іншого.

^ Точність системи GPS

Сучасні багатоканальні GPS-приймачі забезпечують досить високу точ­ність. Так, 12-канальні GPS-приймачі GARMIN відслідковують до 12-ти супутників GPS одночасно, забезпечуючи швидке й упевнене визначення місця розташування, в тому числі в міських умовах або під густими кронами дерев. На точність визначення GPS-приймачем місця розташування впливає розташування видимих супутників, а також ряд атмосферних та інших факторів. У середньому, точність GPS-приймачів GARMIN становить 15 м.

Точність GPS-приймачів може бути підвищена шляхом прийому диференціальних виправлень. Найбільш перспективні джерела диференційних виправлень - глобальні диференціальні підсистеми, що передають виправлення до сигналів GPS з геостаціонарних супутників. За їхнє використання не передбачено якої-небудь плати. До них відносяться американська система WAAS, європейська EGNOS і японська MSAS. Вони поліпшують точність визначення місця розташування GPS-приймачами до 1-3 м.

Інформація про супутники, склад сигналу й помилки місцезнаходження GPS наведено в додатку П2.
^ ТЕХНОЛОГІЇ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ НАДІЙНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ІНФОРМАЦІЙНИХ СИСТЕМ. RAID-ТЕХНОЛОГІЇ.
Поняття RAІD, рівні RAІD

Використання RAІD

Технології забезпечення надійності функціонування комп'ютерних систем

Надійність роботи інформаційних комп’ютерних систем обмежується надійністю найбильш важливих та найменш надійних елементів системи, до яких відносять, наприклад, жорсткі диски, канали зв’язку, основні комунікаційні елементи.

RAID (англ. redundant array of independent/inexpensive disks) - надлишковий масив незалежних/недорогих дисків. Служать для підвищення надійності зберігання даних або для підвищення швидкості читання/запису інформації. RAID був представлений у 1987 році. Існують наступні рівні RAID:

RAID 0 представлений як неотказостійкий дисковий масив з підвищеною швидкістю читання/запису.

RAID 1 визначений як отказостійкий дзеркальний дисковий масив.

RAID 2 зарезервований для масивів, які застосовують код Хемминга.

RAID 3, 4, 5 використовують парність для захисту даних від одиночних несправностей.

Практичне застосування знайшли масиві рівнів 0, 1, 5 та їхні комбінації. Для користувачів та прикладних програм RAID-масив виглядає як один диск.

^ Рівні RAID

RAID 0 ("Striping" – «переміжання») - дисковий масив з відсутністю надмірності. Інформацію записують на диски послідовно, розбиваючи на блоки даних (Di):

RAID 0

/ | \

| D1 | | D2 | … | Dn |

|Dn+1 | |Dn+2 | … | D2n |

|D2n+1| |D2n+2| ... | D3n |


За рахунок цього істотно підвищується продуктивність (пропорційно кількості дисків у масиві), але страждає надійність усього масиву: при виході з ладу будь-якого вінчестеру повністю й безповоротно зникає вся інформація. Відповідно до теорії ймовірності, надійність масиву RAID 0 дорівнює добутку надійностей складових його дисків, кожна з яких менше одиниці, таким чином сукупна надійність свідомо нижче надійності кожного з дисків. RAID 0 може бути реалізований як програмно (під керуванням центрального процесора) так і апаратно (використовують спеціальний контролер з особистим процесором введення-виводу і, як правило, з особистою кеш-пам’яттю).

RAID1 ("Mirroring" = "дзеркало"). Він має захист від виходу з ладу половини наявних апаратних засобів (у загальному випадку - одного із двох жорстких дисків), забезпечує прийнятну швидкість запису й виграш у швидкості читання за рахунок распараллелювання запитів. Недолік полягає в тім, що доводиться виплачувати вартість двох жорстких дисків, одержуючи корисний обсяг одного жорсткого диска.

Жорсткий диск — річ достатнью надійна: середній час наробітку на відмову — близько мільйона годин (звісно, без врахування збоїв живлення). Відповідно, ймовірність виходу з ладу відразу двох дисків дорівнює (за формулою) добутку ймовірностей, тобто нижче на порядки. Реальна користь використання RAID1 обмежується тим, що при виході з ладу одного з дисків навантаження на ті, що залишились, збільшується, тому на практиці при виході з ладу одного з дисків варто терміново знову відновлювати надмірність — замінити диск. Для цього з будь-яким рівнем RAID (крім нульового) рекомендують використовувати додаткові (у нормальному режимі їх не використовують) диски гарячого резерву HotSpare, які автоматично підключають до масиву при збої одного з дисків. В свою чергу, для заміни дисків без відключення комп’ютера їх монтують у спеціальний відсік гарячої заміни. Перевага такого підходу — підтримка постійної надійності. Недолік — ще більші витрати (вартість ще одного диска).

RAID5 — самий популярний з рівнів, у першу чергу завдяки своїй економічності. Жертвуючи заради надмірності ємністю всього одного диска з масиву, ми одержуємо захист від виходу з ладу будь-якого одного з вінчестерів. Для запису інформації на кожний диск RAID5 витрачають додаткові ресурси, тому що потрібні додаткові обчислення, зате при читанні (у порівнянні з окремим вінчестером) є виграш, тому що потоки даних з декількох накопичувачів масиву распараллелюють. Недоліки RAID5 проявляють при виході з ладу одного з дисків - весь том переходить у критичний режим, всі операції запису й читання супроводжують додатковими маніпуляціями, різко падає продуктивність, диски починають нагріватися. Якщо терміново не вжити заходів - можна втратити весь том. Тому в складі RAID5 варто обов'язково використовувати диск Hot Spare.

Крім базових рівнів RAID0, RAID1, RAID5, описаних у стандарті, існують комбіновані рівні RAID10, RAID30, RAID50, RAID15, які різні виробники інтерпретують кожний по-своєму. Приклад — RAID10 (RAID1+0). При використанні такого рівня дзеркальні пари дисків вистроюють в «ланцюжок», тому обсяг отриманого тому може перебільшувати ємність одного жорсткого диска. Масив з чотирьох дисків є отказостійким, має ємність 2 окремих дисків, а також подвійну швидкість запису даних. RAID50 - це об'єднання по “0” томів 5-го рівня. RAID15 - «дзеркало» «п'ятірок».

Для підвищення надійності каналів зв’язку та інших елементів також використовують їх резервування: «холодне» та «гаряче». Включення резервних елементів при виході з ладу основних може бути ручним або автоматичним. Найбільш сучасні технології резервування (наприклад, каналів зв’язку) дозволяють у нормальному режимі користуватись як основним, так і резервним елементами, тобто збій веде тільки до зменшення продуктивності. Резервовані елементи, які обробляють інформацію, також часто функціонують паралельно. Після відновлення від збою паралельно працюючих елементів, що містять інформацію (наприклад, сервер), треба вирішити завдання сінхронізації інформації на усіх елементах.
^ АВТОМАТИЗОВАНІ СИСТЕМИ
Призначення й види АС.

Життєвий цикл АС.

Види забезпечення АС.

Основні галузеві нормативні документи й міжнародні стандарти.


Автоматизована система (АС) – це сукупність апаратних (технічних) та програмних засобів, що виконують цільові завдання під керуванням людини. Автоматичною системою керує алгоритм без участі людини.

Загальні характеристики АС:

призначення;

структура;

надійність і безпека;

показники призначення й функціональність;

режим експлуатації;

чисельність і кваліфікація обслуговуючого персоналу;

захист інформації;

захист технічних засобів;

рівень стандартизації й уніфікації.

Життєвий цикл АС:

проектування;

впровадження:

розробка/адаптація апаратури й програмного забезпечення,

поставка, монтаж, пусконалагодження системи,

випробування системи і дослідна й експлуатація;

промислова експлуатація, протягом якої виконується модернізація.

Види забезпечення:

технічне;

інформаційне;

програмне;

лінгвістичне;

математичне;

організаційне;

метрологічне;

методичне.

Основні діючи нормативи

ГОСТ 34.ххх на автоматизовані системи;

ГОСТ 2.ххх — єдина система конструкторської документації (ЄСКД);

ГОСТ 19.ххх — система програмної, експлуатаційної документації;

Концепція побудови АСКОЕ в умовах енергоринку, інструкція про порядок комерційного обліку;

Стандарти IEC 61870 (телемеханіка, облік, мікропроцесорні системи РЗА), IEC 61850 (системи зв'язку на ПС);

нормативна документація щодо технічного захисту інформації (НД ТЗІ);
^ АСУ ТП ПС І МІКРОПРОЦЕСОРНЕ обладнАННЯ ПС
Призначення АСУ ТП

Мікропроцесорне встаткування станцій, підстанцій

мікропроцесорні захисти й реєстратори аварій,

КП телемеханіки й інтелектуальні цифрові датчики,

цифрові прилади й пристрої обліку ЕЕ, прилади для контролю якості ЕЕ

Структурна схема АСУ ТП

Системи контролю якості електричної енергії.


Найважливішою частиною систем керування електричними мережами є система керування рівня підстанції — АСУ ТП ПС. Сьогодні компекс технічних засобів (КТЗ) АСУ ТП ПС ПС повинен забезпечувати збір технологічних даних про роботу системи, передачу їх на верхній рівень диспетчерського керування (диспетчерський центр), передавати ці дані на автоматизоване робоче місце (АРМ) оперативного персоналу підстанції. Також можливе виконання функцій керування технологічним процесом. До технологічних даних можливо віднести:

поточні значення електричних величин, що характеризують основну трифазну мережу змінного струму — напруг, струмів, потужностей, частоти, а також показники якості електричної енергії;

поточні значення величин, що характеризують допоміжні мережі об’екту — електричні параметри мережі власних потреб і мережі постіного струму, параметри мережі повітряприготування;

поточні значення теплотехнічніх та інших величин на електростанціях, що характеризують процес генерації електроенергії — тиск та температуру газу, пари, води або інших теплоносіїв;

осцілограми перехідних процесів — наприклад, коротких замикань у мережі;

положення електричних комутаційних апаратів, стану пристроїв захисту та автоматики, клапанів, вентилів;

параметри, що характеризують кліматичні обставини на об’екті — температуру й тиск повітря, швидкість вітру;

диагностичні параметри, що характеризують стан обладнання — наприк­лад, кількість відключень вимикачів, тангенс кута діелектричних втрат в ізоляції.

Традиційно питання дистанційного контролю та управління вирішувалось засобами.

Телемеханіка - сукупність засобів передачі (до 90-х років минулого століття — також відображення) поточних параметрів технологічного процесу на більші відстані. Пристрій верхнього рівня, що забезпечує збір даних з ПС, називається пунктом управління (ПУ) або центральною приймально-передавальною станцією (ЦППС), пристрій на підстанції, що збирає дані від датчиків та вимірювальних перетворювачів і передає їх до ПУ — контрольований пункт (КП). Канали зв'язку між КП і ПУ можуть бути дротяними (наприклад, на базі телефонної мережі) або бездротяними (радіоканал, GSM, GPRS, супутникові канали). Типи сигналів:

ТС – телесигнал (двійковий типу «ТАК/НІ»)

ТВ, ТВП – телевимірювання (поточне), кодують 8- або 16-розрядним цілим числом;

ТВІ – телевимірювання інтегральне (приймає імпульси від лічильників, кожен імпульс відповідає визначеній кількості кВт-годин електроенергії);

ТУ – телеуправління виконавчими механізмами («Вмикнути» / «Вимкнути»);

ТР – телерегулювання (плавне або багатопозіційне керування).

Способи обміну між ПК та КП: опрос, циклічне передавання та спорадичне (за зміною значення сигналу) передавання.

Способи кодування й захисту даних визначає телемеханічний протокол. Раніше кожен розробник комплексів телемеханіки розробляв свій власний протокол зв’зку. Приклади таких, досить розповсюджених систем:

УТС-8, УТК-1, ВРТФ-3 — найбільш примітивні системи з жостко визначеною кількістю сигналів;

КОМПАС, ТМ-512. ТМ-120, ТМ-320, Граніт, ТМ-800В — більш досконалі модульні пристрої з 8-розрядними АЦП;

МКТ-2, МКТ-3, ТМ-800А – теж саме, використовують на ПС 330 кВ для роботи в циклічному режимі;

Корунд-М/КА-96, Спрут/КОТ — сучасні відчізняни системи з підтримкою МЕК-870-5-101 та 12-розрядними АЦП.


Класифікацію систем телемеханіки наведено на рис. 6.1.

Вимірюівання всіх цих величин виконують за допомогою вимірювальних перетворювачів. Сучасні перетворювачі є цифровими, вони вимірюють вхідний сигнал і перетворюють його у цифрову форму за допомогою власних аналого-цифрових перетворювачів (АЦП).

Для високовольтних підстанцій існують вимоги до обсягу та якості інформації, що збирається з датчиків: положення комутаційних апаратів повин­ні опитуватися контрольованим пунктом (КП) 8 разів у секунду, значення фазних струмів, фазних/лінійних напруг, активної й реактивної потужності, частоти повинні опитуватися 1 раз на секунду (для сигналів перетоків потужності по ПЛ 110-750 кВ). Передані на верхній рівень дані повинні забезпечуватися мітками часу, телевимірювання повинні мати розрядність не менше 12 біт, тому де-факто стандартним телемеханічним протоколом передачі є МЭК 61870-5-101, а телемеханічні канали зв'язку повинні мати швидкість 2400 - 9600 бод, тобто на порядок вище традиційних ВЧ-ущільнених каналів (40 - 600 бод).

Представлена на рис. 6.2 структурна схема являє приклад реалізації КТЗ АСДУ ПС на базі універсального контрольованого пункта телемеханіки (УКП ТМ) «Корунд-М» та цифрових вимірювальних перетворювачів, що підтримують цифровий інтерфейс RS-485 та протокол Modbus.



Рис. 6.1 – Традіційна класифікація систем телемеханіки1





УКП телемеханіки має модульну структуру, містить модулі: центрального процесора (МЦП), живлення (МЖ), телесигналізації (МТС), сполучення із ВЧ-каналами телемеханіки та підключення цифрових вимірювальних перетворювачів (МКА), телевимірювать інтегральних (МТВІ) і поточних (МТВП), телеуправління (МТУ).

Для захисту УКП від перешкод по вимірювальним ланцюгам служить шафа захистів. Вимоги до телевимірювань визначають використання цифрових вимірювальних перетворювачів (ЦВП), що підключають до УКП за допомогою вузла комунікацій КП. Досить розповсюджені ЦВП багатьох виробників мають модифікації, що забезпечують технічний облік електроенергії. ЦВП з'єднують між собою шиною RS-485 (число пристроїв визначається необхідним періодом опитування й може становити від 5 пристроїв для приєднань 220-750 кВ до 3 пристроїв для приєднань 6-10 кВ). Типова схема передбачає підключення 40 ЦВП по 8 каналам RS-485. Вузел комунікацій також забезпечує обмін інформацією з верхнім рівнем по швидкісним телемеханічним каналам (основному й резервному).

Необхідна від КТЗ підтримка телемеханічних низкошвідкістних ВЧ-каналів реалізується безпосередньо в КП, при цьому використовують існуючі телемеханічні модеми (ТТ-144, АПСТ-М і т.ін.).

Автоматизація роботи чергового електромонтера (диспетчера) підстанції включає як відображення поточної схеми комутації й значень ТВ на мнемосхемі ПС, так і роботу із заявками, бланками перемикань і паспортних даних устаткування ПС, що вимагає інтенсивного обміну інформацією з ОІК АСДУ верхнього рівня. Зв'язок КП із АРМ чергового ПС здійснюється за допомогою вузла мережі, що забезпечує поділ підмереж АСДУ ПС, ЛВС ПС, КП телемеханіки й можливість підключення до корпоративного TCP/IP каналу зв'язку за допомогою змінних інтерфейсних модулів. Застосування стандартних промислових рішень дозволяє підключати мікропроцесорні пристрої захистів, реєстраторів аварій і т.п., що дозволяє з АРМ чергового ПС (а при наявності досить швидкісного каналу зв'язку - фахівцям центральних служб) зчитувати із цих приладів дані (в. т.ч. в автоматичному режимі) й виконувати їх параметрування.

Електричне живлення системи резервується (з 2 секцій власних потреб) автоматом включення резерву АВР.

Тенденція до інтеграції різних мікропроцесорних систем і технічних засобів підстанцій і зростаючі запити диспетчерської та інших служб до кількості і якості одержуваної на ПС інформації визначають вимогу до можливості стикування КТЗ АСДУ з мікропроцесорними засобами релейного захисту й автоматики, реєстраторами аварій, у найближчому майбутньому - із пристроями неруйнуючого контролю й діагностики силового встаткування під навантаженням, а також можливість обміну інформацією з локальною комп'ютерною мережею підстанції з умовою забезпечення розмежування доступу й безпеки роботи засобів АСДУ.

Існує міжнародний стандарт МЭК 850 (IEC61850), який визначає способи з’єднання усіх мікропроцесорних приладів на підстанції в одну мережу на базі ЛОМ Ethernet та стека протоколів TCP/IP.

Програмне забезп