АСКУЭ для промышленных предприятий: фазы истории

АСКУЭ значит Автоматизированная Система Контроля и Учета Электроэнергии. Такое определение содержится в правилах приборного учета электрической энергии в Республике Беларусь. В других странах постсоветского пространства зачастую применяют иную аббревиатуру, но суть задач от этого не меняется. Насыщенность белорусского энергетического рынка электронными приборами, автоматизация управления в сфере энергетики – не только примета времени, но также объективный показатель современного научно-технического уровня отрасли. Это во многом отражается в деятельности ООО «СкайЭнерго» (www. skyen.by).

Проектирование и комплексное внедрение АСКУЭ, а так же продажа сопутствующего оборудования для построения автоматизированных систем такого профиля является основным направлением деятельности ООО «СкайЭнерго» в Беларуси. Компания также реализует электронные счётчики электроэнергии, выпускает электро-щитовое оборудование до 0,4 кВ.

Вместе с тем, деятельность ООО «СкайЭнерго» неотделима от истории белорусских средств АСКУЭ для промышленных предприятий.

Принцип основной оплаты за мощность и дополнительной за энергию существовал и до появления АСКУЭ. Однако, электронные суммирующие устройства появились только в начале 70-х прошлого века с появлением первых простейших интегральных микросхем – элементарных запоминающих устройств.

В то время в СССР электроэнергия была дешёвой – на два порядка, чем сейчас, и никто не подумывал о создании электронных счётчиков электроэнергии. Да и элементной базы практически не было. Всему головой были традиционные обороты диска индукционного счётчика, и для расчёта основной оплаты требовалось просто просуммировать количество оборотов в единицу времени. Для этой цели Ленинградский электромеханический завод (ЛЭМЗ) начал выпускать счётчики, снабжённые встроенным транзисторным блокинг-генератором с дистанционным питанием и припаянной к оси крыльчаткой из диамагнетика. Магнитопровод блокинг-генератора был разрезным, и когда крыльчатка при вращении диска входила в разрез магнитопровода, генерация срывалась, и ток, потребляемый в цепи питания, падал в несколько раз. Приёмником импульса тока служил триггер Шмитта, обладающий гистерезисом, что защищало от помех. Кроме того, триггер Шмитта вырабатывал импульс напряжения.

Однако суммировать импульсы на жёсткой логике оказалось далеко не просто: перекрытие импульсов вносило недоучёт, а фронты импульсов то и дело «дребезжали». Кроме того, необходимо было учитывать, что импульсы от разных источников могли иметь различный информационный вес. В БССР за решение непростой задачи создания суммирующего устройства взялась лаборатория, возглавляемая к.т.н. В.С.Кахановичем. Лаборатория входила в состав Белорусского филиала Всесоюзного Энергетического института им.Г.М.Кржижановского (БелЭнин) Появились оригинальные решения, защищённые авторскими свидетельствами, и, наконец, в 1976 году в БелЭНИНе была создана первая в СССР АСКУЭ (термин АСКУЭ появился позже) под названием ИИСЭ-1-48 (информационно-измерительная система электроэнергии). Система представляла собой шкаф массой 350 кг в рост человека, к которому с одной стороны по двухпроводным линиям подключалось до 48 шт. счётчиков-датчиков, а с другой – принтер ЭУМ-23 и самописец, рисующий график совмещённой получасовой мощности. Шкаф был собран на микросхемах К155ЛА и К155ЛР и потреблял около 200 Вт, задание границ зон контроля СПАМ производилось механическим переключением контактов, а индикация была выполнена на декатронах. Полигоном для доводки системы послужил Белорусский калийный комбинат. За выпуск ИИСЭ-1-48 взялся Вильнюсский завод электроизмерительной техники (ВЗЭТ). Всего к 1980 году ВЗЭТом было выпущено более тысячи шт. ИИСЭ-1-48.

К 1980-му году стало очевидным, что чисто аппаратное исполнение АСКУЭ является неэффективным, так как наращивание количественных и качественных показателей наталкивается на непреодолимые трудности. К этому времени в СССР появились первые микроЭВМ, однако, для производства АСКУЭ требовались дешёвые встраиваемые микроЭВМ. Для следующего поколения систем ВЗЭТ в 1979 году выбрал микроЭВМ C5, выпускаемую ленинградским объединением «Светлана», и в конструктиве шкафа ИИСЭ-1 самостоятельно разработал систему ИИСЭ-2-96. К сожалению, надёжность С5 оказалась недостаточной и, несмотря на то, что ИИСЭ-2 прошла все положенные Госприёмочные испытания, выпуск её пришлось прекратить. ВЗЭТ снова обратился к БелЭНИНу.

На этот раз в 1980 году БелЭНИН провёл серию всесоюзных совещаний на тему «какой должна быть АСКУЭ» с участием ВЗЭТа, МАИ, КПИ и ОДУ. Речь пока ещё не шла о замене индукционных счётчиков электронными, но были выработаны основные требования к вычислительному устройству (ВУ) АСКУЭ:

• ядром должен быть микропроцессор,
• ВУ должно иметь энергонезависимую память и часы,
• ВУ должно допускать групповой приём данных от счётчиков-датчиков,
• ВУ должно дистанционно контролироваться со стороны сбыта.

В качестве механического конструктива ВЗЭТ предложил использовать крейт КАМАК и польский контроллер на базе микропроцессора INTEL8080. Последний БелЭНИНу сразу же пришлось доработать, так он не имел энергонезависимой памяти и часов. Вся прошивка контроллера была разработана БелЭНИНом на ассемблере. Кроме того, БелЭНИН разработал адаптер связи, способный работать с любой радиостанцией, поэтому сбытовые организации уже тогда могли оперативно контролировать все параметры АСКУЭ в пределах любого города. БелЭНИН также разработал прототип устройства сбора данных (УСД), который был позже усовершенствован ВЗЭтом. УСД сворачивало до 16-и счётчиков-датчиков в одну двухпроводную линию. Так родились АСКУЭ ИИС3 и ИИСЭ4 в стандарте КАМАК.. В течение 1983-1988 годов было выпущено более 4000 тысяч таких систем. Они разошлись по всему СССР.

Однако, польский крейт КАМАК был дорогим конструктивом, требовал аппаратно-программных затрат для поддержки стандарта на магистраль, и к тому же вскоре СЭВ начал разваливаться. Требовалась замена ВУ без замены концепции АСКУЭ. ВЗЭТ же упорно не желал отказываться от импортного крейта КАМАК. В этих условиях в Белоруссии в начале 90-ых за производство АСКУЭ взялись сразу две организации: Гомельское КБ «Луч» и ЗАО «СИМЭК» г. Гродно. Концепции этих систем практически не отличались, различие состояло в том, что гродненская система строилась на микропроцессоре 8086, а гомельская – на 8085. Но время микропроцессоров уходило. На смену им шли многофункциональные микроконтроллеры. Также выяснилось, что многим предприятиям требовались малоканальные АСКУЭ – до 16-и каналов учёта.

В середине 90-ых годов Витебским заводом электроизмерительных приборов (ВЗЭП) был разработан 16-канальный сумматор СЭМ-1 на микроконтроллерной базе MCS-51. Программное обеспечение было написано на ассемблере. Прибор оказался удачным, однако не был совместим ни по протоколам, ни по составу параметров со своими предшественниками. Это создавало проблемы его применения в составе телемеханики «Сириус», выпускаемой Новополоцким заводом «Измеритель». Последний предпринял попытку выпуска сумматоров БУЭ-01 и БУЭ-02, в которых программное обеспечение было написано на языке Си, что обеспечивало модифицируемость. Какое-то время СЭМ-1 и БУЭ-02 конкурировали. Однако, ни СЭМ-1, ни БУЭ не были способными управлять модемами, чтобы опрашивать счётчики по коммутируемым телефонным каналам, а время брало своё: в начале века сотовые операторы предложили недорогую услугу «передача данных».

Одновременно к началу текущего века электроэнергия вздорожала настолько, что для её учёта стало рентабельным применять высокоточные электронные счётчики, имеющие цифровые интерфейсы. Необходимо было менять парадигму. Правда, «Измеритель» ещё пробовал удержать сумматор БУЭ-02 на рынке и даже организовал совместную работу с новейшим в то время белорусским счётчиком СС-301. Однако отсутствие управления модемом похоронило и этот сумматор. Зато стало окончательно ясно: ВУ АСКУЭ превращается в устройство сбора и передачи данных (УСПД), и его ПО должно писаться на языке высокого уровня.

Примерно с середины 1-ой декады текущего века в Беларуси стартовали разработки сразу двух конкурирующих концепций УСПД: СЭМ-2 (Витебское ООО «Микрон») и УСПД «Грансистема» (Минское ЗАО «Грансистема»).

Концепция УСПД СЭМ-2: однокристальная микроЭВМ, собственная ОС РВ, аппаратная база данных, встроенный пульт программирования, возможность подключения широкого спектра электронных счётчиков, открытый протокол обмена с УСПД, ПО верхнего уровня выполняется в окне основной ОС ПЭВМ пользователя, УСПД не может напрямую интегрироваться в локальную компьютерную сеть потребителя, количество каналов ограничено 64-мя, групп – 32-мя.

Концепция УСПД «Грансистема»: промышленная ЭВМ, ОС «Windows», программная база данных на жёстком диске, отсутствие встроенного пульта программирования, подключаемость только электронных счётчиков производства «Грансистема», закрытый протокол обмена с верхним уровнем, выполняемость ПО верхнего уровня в окне браузера, интегрируемость в локальную сеть потребителя и неограниченное количество каналов и групп.

Какая из концепцций лучше – трудно сказать. По надёжности УСПД СЭМ-2 превосходит УСПД «Грансистема»: не требует резервного источника питания, устойчиво к перебоям питания, абсолютно защищено от завирусовывания. Думается, что концепция «Микрона» больше подходит для промышленных предприятий, а концепция «Грансистемы» – для общестанционных АСКУЭ энергосистем.

В настоящее время «Микрон» разработал и выпускает наряду с СЭМ-2 и УСПД СЭМ-3, в котором преодолён недостаток СЭМ-2: ограниченность количества каналов и групп, и, главное, было вдвое увеличено количество портов для внешних связей. СЭМ-3, как и УСПД «Грансистема», также интегрируется в локальную компьютерную сеть потребителя. Достоинства предшественника этого УСПД разработчики из «Микрона» сохранили. Кроме того, УСПД СЭМ-3 работает с ПО верхнего уровня по открытому унифицированному протоколу, разработанному в РУП «БелТЭИ» (бывший БелЭНИН).

В статье не затронута разработка белорусского предприятия «Автоматизация-2000» УСПД «Конус», которое концептуально занимает промежуточное место между УСПД типа СЭМ и «Грансистема». Заинтересованных отсылаем к документации этого несомненно заслуживающего внимания устройства: https://sites.google.com/site/avtomot6566/Pearl-Jewelry.

Как дальше будут развиваться белорусские АСКУЭ промпредприятий? Думается, развитие пойдёт по пути стандартизации баз данных, встроенных в УСПД. Если это удастся решить, то снимется проблема совместимости УСПД. А пока что разные энергосистемы РБ вынуждены вводить жёсткие меры, ограничивающие применимость тех или иных УСПД на своих территориях.

Александр Коренько,

технический директор ООО «СкайЭнерго».