Tehnologii Digitale

1 Introducere

O caracteristica generală a instalaţiilor moderne de protecţie şi automatizare utilizate în domeniul electroenergetic constă în introducerea pe scară largă a sistemelor informatice electronice funcţionând în timp real (on-line). Astfel de sisteme, denumite în continuare în sens larg sisteme digitale, înlocuiesc practic total instalaţiile clasice de circuite secundare prin care se asigură comanda, blocajul, măsurarea, protecţia şi automatizarea aferente circuitelor primare individuale, staţiilor de conexiuni şi, la limită, a întregului sistem electroenergetic.

Principalii factori care au condus la implementarea tehnico-economică avantajoasă a soluţiilor bazate pe sisteme digitale sunt următorii:

• reducerea spectaculoasă a raportului cost/performanţă al sistemelor digitale bazate pe tehnologia microelectronică;

• fiabilitatea intrinsecă ridicată a sistemelor digitale actuale;

• punerea la punct a unor soluţii de comunicaţie la distanţă între sistemele digitale, caracterizate printr-o foarte bună imunitate la perturbaţii.

Primele realizǎri în domeniu au practicat o soluţie de tip control complet centralizat, în care un singur echipament asigura toate funcţiile cerute. Odatǎ cu apariţia sistemelor bazate pe microprocesoare, s-a trecut la soluţia descentralizatǎ [2], [8], caracterizatǎ prin distribuirea sarcinilor între mai multe echipamente şi încadrarea lor într-o structurǎ de tip ierarhic (figura 1).

Fig. 1 – Sistem de conducere distribuit şi ierarhizat

Nivelul ierarhic 0 conţine toate sistemele conectate la procesul condus. Aceste sisteme, notate generic ED (echipamente digitale), asigură achiziţia datelor, prelucrarea lor şi generarea comenzilor. Pentru fiecare instalaţie/circuit primar se prevăd, după caz, unul sau mai multe echipamente digitale aparţinând nivelului ierarhic 0. Nivelul ierarhic 1 conţine unul sau mai multe PC-uri standard cu configuraţii adecvate. Cel puţin unul dintre aceste PC-uri este conectat printr-o reţea locală (LAN-Local Area Network) la sistemele plasate la nivelul ierarhic 0 şi poate dispune astfel de datele achiziţionate din proces. Programele rulate la acest nivel au multiple funcţii (supraveghere, comenzi manuale ale aparatelor de comutaţie, întocmirea jurnalului de exploatare, managementul energiei etc.) şi asigură o interfaţă om-maşină (MMI-Man Machine Interface) prietenoasă, facilitată de sisteme de operare de tip Windows. Pentru comunicaţia la distanţă cu un eventual nivel ierarhic superior este prevăzut un PC conectat într-o reţea WAN (Wide Area Network), care acoperă o zonă geografică întinsă.

O astfel de organizare, care se dovedeşte avantajoasă tehnic şi economic, constituie suportul pentru asigurarea funcţiilor SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) şi reprezintă soluţia folosită în prezent pentru conducerea unui sistem electroenergetic modern.

Echipamentele plasate la nivelul ierarhic 0 pot avea funcţii particulare specifice cum ar fi monitorizare, protecţie, automatizare sau pot cumula mai multe astfel de funcţii. O categorie de astfel de echipamente este reprezentatǎ de automatele programabile, orientate în special spre îndeplinirea funcţiilor de monitorizare şi automatizare.

Reluând elementele de mai sus, se poate defini automatul programabil (AP) ca un echipament digital inteligent, dedicat satisfacerii funcţiilor standard ale automatizării instalaţiilor tehnologice, respectiv, achiziţia de date din proces şi transmiterea de comenzi către proces. Atributul de inteligent este datorat construcţiei AP în jurul unui microprocesor. De reţinut faptul cǎ un AP este capabil să comunice cu un alt echipament digital, folosind tehnolgia specifică domeniului.

În continuare se fac o serie de precizări de ordin general cu scopul evidenţierii unor caracteristici ale AP, în contextul structurii din figura 1. Vor rezulta în mod implicit şi avantajele unei astfel de structuri prin comparaţie cu un sistem complet centralizat.

În prezent există un număr mare de AP fabricate în producţie de serie de multe firme. În consecinţă, asigurarea funcţiilor dorite nu comportă proiectarea unui AP particular pentru un proces dat, ci alegerea unui produs adecvat din oferta pieţei. Acest mod general de abordare are evident avantajul scăderii costului implicat de realizarea unei aplicaţii concrete şi constituie raţiunea utilizării pe scară largă a automatelor programabile.

O caracteristică importantă a automatelor programabile constă în fiabilitatea lor foarte mare, în condiţiile reducerii la minimum a operaţiilor de întreţinere. Un AP este de regulă destinat să funcţioneze fără supraveghere, în condiţii de mediu diverse, care, uneori, pot fi dificile. Lipsa pieselor în mişcare, gradul de protecţie ridicat şi siguranţa în funcţionare a componentelor electronice sunt factori care asigură fiabilitatea remarcabilă a acestor echipamente.

Un sistem de automatizare bazat pe AP comportă existenţa unor dispozitive externe care asigură legătura cu procesul condus. În principiu, aceste dispozitive sunt traductoare (senzori), prin care se obţin informaţiile legate de parametrii procesului şi elemente de execuţie, prin care se transmit comenzi către proces. Existenţa acestor dispozitive este impusă de mai mulţi factori legaţi de tipul şi nivelul semnalelor electrice cu care operează AP şi cele caracteristice procesului.

O consecinţă importantă a utilizării unui AP în locul unei variante bazate pe tehnologia clasică este reducerea considerabilă a numărului de componente şi a fluxului de cabluri. Cablajul se reduce doar la necesităţile de conectare cu dispozitivele externe. Sunt total eliminate conexiunile între dispozitivele externe, ceea ce simplifică punerea în operă a aplicaţiei şi reduce considerabil costul cablurilor folosite. Această caracteristică este pregnantă în mod special în cazul automatizării proceselor de pornire şi oprire secvenţială a unei instalaţii şi care presupune în tehnologia clasică utilizarea unui număr mare de relee de diverse tipuri. Se spune că un AP înlocuieşte logica implementată prin cablare cu o logică programată. Totodată, logica programată prezintă avantajul posibilităţii unei modificări facile, fără a fi necesare intervenţii în cablajul aferent dispozitivelor externe.

Furnizorii de AP au adoptat o concepţie de realizare modularǎ, cu posibilitatea combinǎrii prin interconectare directă a diverselor module prefabricate. Aceasta permite proiectantului de sistem sǎ aleagǎ uşor produsele adecvate unei aplicaţii date. De asemenea, prin această concepţie se faciliteazǎ dezvoltarea în etape a unei aplicaţii.