Plant Energy Management

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1 Plant Energy Management Descrizione di sistema Il presente documento è di esclusiva proprietà di s.d.i. s.p.a. e non può essere riprodotto, alterato e/o divulgato senza previa autorizzazione scritta.

2 Elenco delle revisioni REV DATA REDATTORE BREVE DESCRIZIONE 01 25/11/2013 L. Castiglioni Revisione nuovo formato 2/46

3 Indice 1. Introduzione Generalità Scopo del documento 5 2. Plant Energy Management System (PEMS) PEMS Plant Energy Management System 6 3. Sistema di controllo e automazione di stazioni e reti AAT/AT/MT Introduzione Architettura di sistema Componenti del sistema Stazione SCADA Ridondata Componenti HMI Tool di Ingegneria e manutenzione Gateway per Telecontrollo Connessioni su rete ridondata Funzionalità del sistema e interfaccia utente Autenticazione e autorizzazione utente Gestione generale (Startup, Header and Footer) Pagina di Startup Pagina Header Footer Page Menu modalità di controllo stazione Controllo delle sirene di allarme di stazione Diagramma unifilare di stazione Zoom e livelli di visualizzazione Comandi Stazione in esercizio da remoto Stazione in esercizio locale Modalità di controllo automatico locale Modalità di controllo automatico remoto 19 3/46

4 3.10 Monitoraggio degli apparati di impianto Sezionatori e Interruttori Autotrasformatore e condensatori di rifasamento Tipi di bay Stato del Bay Bay Linea di Trasmissione (o distribuzione) Bay parallelo sbarre Bay Autotrasformatore Bay Sistema Sbarre Bay congiuntore con interruttore Bay Condensatori (Rifasamento) Diagnostica del sistema di automazione Pagina di sistema Pagina allarmi e pagina eventi relative al sistema di automazione Diagnostica di bay del sistema di automazione Allarmi, eventi e lista SOE Segnalazione allarmi e trattamento Pagina allarmi sull interfaccia HMI Lista eventi Lista SOE (Sequence of Events) File di oscilloperturbografia (DFR) Sequenze di cambio sbarra automatiche Comandi di cambio sbarra Sistema di controllo e supervisione per applicazioni a bassa complessità Introduzione Architettura di sistema 45 4/46

5 1. Introduzione 1.1 Generalità Assicurare la qualità e la continuità di servizio nella fornitura di energia elettrica è uno degli obbiettivi che possono essere realizzati utilizzando la suite expert. Il sistema di Supervisione e Controllo viene specializzato in base alla tipologia degli impianti del processo da gestire, distinguendo tra: Reti elettriche su area geografica, ove sono prevalenti le problematiche riguardanti la distribuzione dell energia, garantendo la continuità di fornitura agli utenti non interrompibili, affrontando anche i classici problemi tipici di un sistema di dispacciamento dell energia; Reti elettriche all interno di stabilimenti industriali, caratterizzati da linee di produzione dotate di utenze con assorbimenti non trascurabili che provvedono a produrre in maniera autonoma gran parte dell energia necessaria; in questo caso si deve garantire la continuità del ciclo produttivo, pianificando l utilizzo dell energia acquistata all esterno per sfruttare al meglio le fasce contrattuali in essere ed evitare così eventuali penali o rischi di fermata non desiderata dell impianto. Nel primo caso vengono utilizzate le versioni expert DMS Distribution Management System ed expert EMS Energy Management System, mentre nel secondo occorre utilizzare la suite expert PEMS (Plant Energy Management System). Per maggiori dettagli sulle versioni expert DMS ed expert EMS si rimanda alla documentazione specifica di prodotto, mentre le caratteristiche della suite expert PEMS sono riportate nel presente documento. 1.2 Scopo del documento Questo documento descrive alcune delle funzionalità implementate nel corso degli anni per differenti clienti nella soluzione expert per il monitoraggio e l automazione di reti elettriche e sottostazioni elettriche di impianti industriali oltre alle funzioni disponibili nella suite expert PEMS. Nei paragrafi successivi vengono descritte le caratteristiche di sistema fornite per applicazioni industriali di gestione dell energia (Plant Energy Management System) che coinvolgono funzionalità di gestione, controllo di sottostazioni di Alta o Altissima tensione e sottostazioni di Media tensione. Molte caratteristiche dipendono dalle unità di acquisizione e controllo locali ai montanti da interfacciare e dalla situazione pregressa che, in alcuni casi, deve essere preservata o da richieste specifiche avanzate dal singolo cliente quindi l implementazione finale per ciascuna fornitura potrà non contenere tutti gli elementi descritti nel seguito o potranno essere implementati in modo differente da quanto esposto. Quanto esposto deve essere quindi considerato solo come elemento di riferimento rispetto a quanto è possibile implementare attraverso l impiego della piattaforma expert, i dettagli implementativi riferiti a ciascun impianto saranno evidenziati nella singola proposta tecnico/commerciale. Per i sistemi completi di nuova fornitura il sistema fa riferimento allo standard specifico per l automazione ed il controllo di stazione IEC Casi misti possono essere implementati, anche con implementazioni di singole funzioni specifici (vedi ad esempio i sistemi per il solo monitoraggio remoto). 5/46

6 2. Plant Energy Management System (PEMS) 2.1 PEMS Plant Energy Management System In uno stabilimento industriale, la suite expert è in grado di monitorare, controllare e proteggere le varie sezioni dell impianto, nonché di gestire le unità produttive presenti nello stabilimento. Vi sono però alcune funzioni che, normalmente, non fanno parte dell equipaggiamento standard di un sistema SCADA, ma che risultano di fondamentale importanza per una gestione ottimale del processo caratterizzante l impianto che, ovviamente, non può permettersi continue fermate anomale o blocchi dovute a disturbi o disfunzioni del sistema di alimentazione della varie utenze. Le due principali funzioni, la cui fornitura è da considerarsi come modulo opzionale della piattaforma expert SCADA, e che sono raggruppate nella suite PEMS, sono quelle di Power Management o Load Sharing e di Alleggerimento dei carichi o Load Shedding. Tra le funzioni di Power Management citiamo: Controllo del/dei gruppi di generazione, tramite la quale viene definita la politica di utilizzo delle unità di produzione, basata sia sulla disponibilità che sull efficienza degli stessi, minimizzando il numero di arresti e ripartenze che avrebbero come immediata conseguenza una minore durata del macchinario; L algoritmo in pratica stima in tempo reale o in maniera previsionale, la potenza complessiva necessaria ad ottemperare alle richieste d impianto ripartendola tra i gruppi di produzione interna o prelevata dall esterno; Controllo degli interruttori di linea, comprensiva del monitoraggio delle protezioni, delle sequenze di intervento, nonché degli interblocchi o della sincronizzazione delle manovre in caso di chiusura o messa in parallelo di più linee su una sbarra; Controllo dei trasformatori, sia per quanto riguarda i variatori sotto carico che le prestazioni di trasformazione; Controllo dei tempi e delle rampe di avvio dei motori sia a seguito di una mancanza di tensione o del normale avvio di un ciclo produttivo. L azione coordinata di queste funzionalità ha lo scopo di garantire la massima stabilità sia della tensione che della frequenza con cui vengono alimentate le varie utenze. Può inoltre essere gestito l utilizzo ottimale delle fonti di approvvigionamento esterne in modo da garantire sia il rispetto dei contratti di fornitura (generalmente espressi come picco massimo nel quarto d ora) sfruttando nel contempo le possibilità di supero entro i limiti concordati. Quanto sopra richiede di poter monitorare in tempo reale la potenza entrante (o uscente) dalla fabbrica elaborando delle previsioni sulla domanda di energia per il quarto d ora successivo, basate anche sulla stima dei consumi conseguente alla produzione prevista in quel periodo. Tutto quanto sopra deve essere assistito da un programma di Alleggerimento dei Carichi che deve comandare, nei limiti del possibile, lo stacco immediato dei carichi non indispensabili seguito da una gestione pilotata dell arresto di una o più linee di produzione che, se andassero invece in blocco causerebbero a loro volta il collasso di un altra parte d impianto (effetto valanga) con conseguenze molto gravi per l impianto stesso. 6/46

7 Sono disponibili diverse tecniche di Alleggerimento dei carichi tra cui citiamo: Stacco Carichi Rapido (FLS): basato sul bilancio tra la potenza disponibile e quella assorbita dalle utenze d impianto: lo stacco viene gestito in base ad una tabella di priorità caricata sul PLC di riferimento, dipendente dalle attuali condizioni della parte di impianto interessata dalla necessità di svolgere le operazioni di distacco; Come logica di backup alla logica FLS: può essere prevista una logica di stacco basata su segnalazioni derivanti da relè di protezione in grado di monitorare la frequenza di rete che, nel caso di supero di una soglia di minima o di eccessivo decadimento della frequenza stessa, disponga lo stacco selettivo di quei carichi che, per le proprie caratteristiche intrinseche, influenzano maggiormente il decadimento della frequenza; Stacco Carichi Lento (SLS): può essere indotto, ad esempio, da un sovraccarico di un trasformatore oltre al proprio valore nominale nel qual caso è l operatore che, avvisato da un apposito allarme, deve provvedere manualmente ad alleggerire il carico in base alla propria necessità; nel caso ciò non venisse fatto entro un lasso di tempo ragionevole, il sistema può operare in modo automatico con uno Stacco Carichi Rapido. Queste tecniche possono essere parametrizzate a piacere e combinate tra loro per ottenere il risultato ottimale richiesto sulla base delle caratteristiche di ciascun impianto. Ovviamente la messa a punto di questi algoritmi deve essere portata a termine con la collaborazione dell Energy Manager del cliente che avrà un ruolo fondamentale nella definizione e messa a punto della migliore strategia da applicare in ciascun caso specifico. 7/46

8 3. Sistema di controllo e automazione di stazioni e reti AAT/AT/MT 3.1 Introduzione La soluzione expert di s.d.i. automazione industriale, per il controllo e l automazione di sotto-stazioni e reti di stabilimento, prevede la fornitura di uno Station Computer System e di moduli aggiuntivi (che possono essere installati sul medesimo hardware o essere distribuiti su più nodi in rete LAN di stazione) quali HMI locale di stazione, gateway verso i centri di telecontrollo, funzioni di automazione di stazione. Quanto nel seguito descritto ed illustrato fornisce una panoramica circa le funzionalità che il sistema è in grado di gestire, elementi di dettaglio circa le rappresentazioni grafiche e la modalità di interazione potranno variare in relazione alle implementazioni riferite al singolo impianto. 3.2 Architettura di sistema Una tipica architettura di sistema per un sistema di automazione di stazione è mostrata in Figura 1 configurazioni differenti possono essere implementate in base ai requisiti del cliente. Il sistema è composto da nodi, basati su standard PC o Server (sistema operativo famiglia Windows) connessi su LAN; ogni modulo del sistema può essere implementato su un nodo specifico ad esso dedicato oppure possono essere scelte soluzioni più compatte fino ad arrivare al singolo computer che ospita tutte le funzionalità. 8/46

9 Figura 1: Architettura del sistema di automazione di stazione 3.3 Componenti del sistema I principali componenti del sistema sono: SCADA Ridondato; Stazione HMI; HMI remoto; Stazione di ingegneria; Gateway verso I centri di telecontrollo; Rete locale di sistema ridondante; Rete di stazione ridondante Stazione SCADA Ridondata La stazione SCADA ridondata (identificata anche con il nome di Station Computer) è un sistema SCADA duale con backup caldo che fornisce le seguenti funzionalità di base: Gestione del database real time; I/O Server per la comunicazione con gli IED (Intelligent Electronic Devices) che utilizzano il protocollo IEC (Bay control Units, Bay Protection Units e Bay monitoring Units); Gestione Allarmi, Liste Eventi, e SOE (sequence of events); Gestione dei dati Storici; Report e libro giornale. 9/46

10 La stazione SCADA può essere inoltre estesa alla gestione di altri protocolli di comunicazione con gli apparati di campo quali ad esempio IEC /103/104 per l acquisizione dalle RTU. La stazione SCADA può essere dotata anche di funzionalità di HMI e può essere fornita in un armadio con hardware montato a rack, utilizzando computer industriali o PC di classe server (in dipendenza dalle condizioni ambientali previste) Componenti HMI Le funzioni di HMI sono fornite direttamente sulla stazione SCADA (vedi il paragrafo precedente) e tipicamente su workstation aggiuntive usate per il controllo e il monitoraggio locale della stazione elettrica. Il software utilizzato è la versione client di HMI che viene installato su workstation dedicate. Il software HMI è integrato con un visualizzatore di file CONTRADE utilizzato per l analisi dei file di oscilloperturbografia una volta caricati sulla stazione SCADA Tool di Ingegneria e manutenzione Il database SCADA e le pagine sinottico possono essere generate secondo differenti modalità operative in funzione degli standard internazionali adottati e della complessità della stazione: Uso dello standard IEC 61850: il database SCADA viene creato utilizzando un tool consente l importazione automatica dai files.scl ( basato su Xml) conformi allo standard IEC Le pagine HMI sono create a partire da oggetti specifici per le stazioni elettriche AT/MT usando il tool expert page editor. Altri protocolli: il database SCADA e le pagine HMI sono create utilizzando le procedure previste dai tool di ingegneria del sistema expert. Lo sviluppo del sistema di automazione di stazione e le attività di manutenzione viene effettuato utilizzando il prodotto expert development tools Gateway per Telecontrollo In generale la stazione SCADA include le funzioni di gateway verso il telecontrollo che consentono la comunicazione con fino a 3 centri remoti, utilizzando il protocollo IEC / Connessioni su rete ridondata Tutti gli SCADA, HMI, e le stazioni di ingegneria supportano la gestione di una rete ridondata in configurazione fault tolerant. 10/46

11 3.4 Funzionalità del sistema e interfaccia utente HMI costituisce l interfaccia operatore per il sistema di automazione della stazione elettrica; essa si compone di una numerosa serie di pagine create appositamente per l automazione delle stazioni elettriche. La pagina principale è il diagramma unifilare della stazione, che rappresenta la stazione nella sua interezza. Tale pagina viene costruita, per l impianto specifico, a partire da una serie di bay templates, che possono essere usati per una rapida e semplice costruzione del diagramma unifilare. Una libreria di oggetti contiene tutti i simboli grafici animati necessari. Gli oggetti animato sono direttamente connessi al database dello SCADA. La pagina del diagramma unifilare può essere arricchita dalle funzioni di zoom che consentono una visione più dettagliata, inoltre per ogni livello di zoom vengono visualizzati un numero sempre maggiore di dettagli (funzioni di decluttering). L altra pagina di livello generale, sempre presente in un sistema di automazione di stazione, è la pagina di diagnostica del sistema di automazione stesso. Tale pagina è specifica del sistema di automazione realizzato in quanto illustra l architettura del sistema su un sinottico animato complete di segnalazioni di diagnostica e di stato. Viene visualizzata sia il computer di stazione che tutte le unità di controllo di BAY e la relativa diagnostica di connessione. Dalla pagina è possibile accedere alle pagine di diagnostica di ogni IED e di ogni switch di rete. In caso di problemi nella comunicazione con un IED è possibile individuare la natura del problema, se causato da malfunzionamenti di rete o da problemi a livello di IED. Dalla pagina principale è possibile accedere a una serie di windows organizzate gerarchicamente. Per accedere alle pagine si utilizzano pull-down o popup menu dipendenti dalla specifica bay selezionata: Pagina di gestione allarmi; Lista Eventi; Lista SOE; Windows per invio comandi (Operating windows); Pagine allarmi di montante; Fault e disturbance recording (DFR files); Diagnostica di ogni Bay Control Unit (BCU), Bay Monitoring Unit (BMU), Bay Protection Unit (BPU); Trend; Visualizzazione dati storici; Reports. Le pagine Allarmi, Eventi e SOE possono essere relative ad una bay specifica o riguardare l intero impianto. Allarmi specifici del sistema di automazione e controllo vengono visualizzate su pagine ad essi dedicate.. Altre pagine HMI indipendenti dalla topologia specifica della stazione sono: Header menu page; Footer menu page; Login/logout pages. 11/46

12 3.5 Autenticazione e autorizzazione utente Gli SCADA server di Station Computer, le postazioni HMI e la stazione di ingegneria sono provviste della funzione di autenticazione ed autorizzazione degli utenti. Le funzioni di HMI possono essere utilizzate solo da utenti autenticati che eseguono la Login utilizzando il bottone posta nell intestazione della pagina principale di HMI. Viene visualizzata la finestra di autenticazione dell utente: Figura 2: Dialog box di autenticazione utente Ogni oggetto grafico di HMI ha un attributo d operabilità che può essere utilizzato per specificare il livello di autorizzazione dell utente che definisce le operazioni consentite dai vari livelli di utente previsti, ad esempio se sono consentite le operazioni di comando e/o le operazioni di riconoscimento allarmi. Il sistema prevede 3 livelli pre-definiti di autorizzazione: View level: l utente può vedere lo stato della stazione, le liste allarmi, le liste eventi e le sequenze cronologiche SOE, ma non è autorizzato a nessuna azione di controllo (comandi o set-point) o di riconoscimento degli allarmi. Control Level: l utente può vedere lo stato della stazione, effettuare azioni di comando e controllo, riconoscere gli allarmi. Engineering Level: l utente possiede tutti I diritti del Control Level e può in più utilizzare tutte le funzioni di gestione del sistema disponibili ( in particolare le funzioni di monitoraggio e messa a punto delle BCU, BPU, BMU). Utilizzando la Engineering Workstation, con i diritti di Engineering Level possono essere utilizzati i tool di configurazione (SCADA and HMI development tools e SCL file parser, BCU, BPU, BMU development tools). Utilizzando i tool di configurazione del pacchetto HMI possono essere creati profili di utenza molto dettagliati e personalizzati sfruttando la pagina di amministrazione dell HMI. Essa permette di definire, per ogni utente, un particolare livello operative associato, dipendente dal particolare settore impiantistico, o dalla tipologia funzionale degli apparati controllati. La Figura 3 mostra la pagina di amministratore di HMI che è utilizzata per la definizione di ogni profilo utente (quando è richiesta una profilazione dettagliata). 12/46

13 Figura 3: Profili Utente (Pagina HMI di System Administrator) 3.6 Gestione generale (Startup, Header and Footer) Pagina di Startup Il sistema HMI, quando nessun utente ha effettuato la login, presenta una pagina di startup. Il bottone Impianto permette all utente di effettuare la login e visualizzare header, footer e la pagina diagramma unifilare della stazione elettrica. In questo modo viene attivata una sessione utente HMI Pagina Header La pagina header è sempre visibile nella parte alta dello schermo. Essa contiene informazioni di carattere generale e/o della massima importanza per la conduzione dell impianto (ad esempio le informazioni riepilogative relative agli allarmi). Sono disponibili una serie di bottoni impiegati per richiedere le pagine di sinottico e le pagine ausiliarie: Bottone login/logout: permette l autenticazione utente Impianto: viene visualizzato il diagramma unifilare di stazione; Diagnostica: viene visualizzata la pagina di diagnostica del sistema di automazione e controllo; usando questa pagina si può accedere ai tool di manutenzione e diagnostica di ogni componente del sistema. T Eventi: viene visualizzata la lista eventi; SOE: viene richiamata la sequenza eventi; 13/46

14 Oscilloperturbografia: viene visualizzata la lista delle registrazioni oscilloperturbografiche scaricate dagli apparati di monitoraggio e protezione (file in formato COMTRADE); è possibile selezionare la singola registrazione e richiamare in visualizzatore grafico specifico per i files COMTRADE. Manutenzione: viene visualizzata la lista delle attività di test effettuate sui vari componenti impiantistici; Allarmi: vengono visualizzate le pagine allarme di impianto e di sistema. Figura 4: Pagina header HMI Footer Page La pagina footer contiene bottoni di commando e display animati relative agli allarmi, alla modalità di funzionamento della stazione e allo stato delle sequenze automatiche. I seguenti bottoni di commando/visualizzazione sono visualizzati sulla pagina footer: Segnalazione di presenza allarmi di impianto (simbolo A); Segnalazione di presenza allarmi di sistema (simbolo S); Richiamo del menu per la scelta della modalità di controllo della stazione; Richiamo del menu per la scelta della modalità di funzionamento delle sirene di allarme; Richiamo delle pagine di stato (allarmi a tessera): Sorveglianza di Impianto, Servizi Ausiliari, Generali di Impianto; Richiamo del menu per il comando delle sequenze di automazione (switching sequence). Figura 5: Pagina HMI footer Le tessere di segnalazione allarmi (A e S) assumono una colorazione dipendente dalla corrente situazione allarmi: Rosso lampeggiante se vi sono nuovi allarmi (non riconosciuti) per la categoria relativa (impianto o sistema); Rosso (non lampeggiante) se sono presenti allarmi già riconosciuti. Grigio se non vi sono allarmi. Cliccando sulla tessera allarmi viene richiamata la pagina allarmi relativa. 14/46

15 3.6.4 Menu modalità di controllo stazione Il bottone plant (nel footer) è utilizzato per scegliere la modalità di controllo desiderata per la stazione. E possibile rilasciare il controllo al centro remoto di telecontrollo, bloccando in tal modo le funzioni di comando dagli HMI locali di stazione. Con lo stesso menu è possibile richiedere, al contrario, l attivazione del controllo locale. Figura 6: Menu associato alla modalità di controllo dell impianto Quando è stato richiesto di cambiare il modo di funzionamento viene richiesta conferma del commando: Figura 7: Comando di cambio modalità di controllo Controllo delle sirene di allarme di stazione Il menu controllo sirene consente di abilitare/disabilitare le sirene di allarme di impianto. Vengono gestite fino a 2 sirene (una interna e una esterna all edificio di stazione). L utente può attivare/disattivare ciascuna sirena. Lo stato attuale delle sirene è sempre visualizzato sulla finestra di footer. 15/46

16 3.7 Diagramma unifilare di stazione Il diagramma unifilare di stazione rappresenta su una pagina HMI animata tutti i dispositivi di interruzione e sezionamento, i trasformatori, rilevandone lo stato attuale. Ogni livello di tensione viene configurato con una differente colorazione (definibile in fase di editing del diagramma). Ogni dispositivo è visualizzato come indicato nel par Monitoraggio degli apparati di impianto. I dati utilizzati per la visualizzazione real time sono acquisiti dalle periferiche di controllo presenti a livello di stallo. L aspetto grafico di ogni apparato dipende dal suo stato; ad esempio per sezionatori ed interruttori: chiuso, aperto, in transizione, incongruente; laddove sono disponibile misure (tensione, frequenza, potenza, ) vengono visualizzati i valori numerici corrispondenti. Tutti i segnali acquisiti sono completati da flag di qualità che in caso di anomalia vengono visualizzati sotto forma di un rettangolo colorato in funzione del tipo di anomalia. La presenza di tensione è indicata: per la singola sbarra come un oggetto circolare (pieno se presenza tensione), per la linea come un triangolo (pieno se presenza tensione). Per ogni bay, viene visualizzato un gruppo di allarmi e di warning sotto forma di tessere di allarme rettangolari; il numero e la tipologia di tessere dipende dal tipo di bay (vedi par Tipologie di bay) e dal livello di zoom in uso (vedi par.8 Zoom e livelli di visualizzazione). 3.8 Zoom e livelli di visualizzazione Lo zoom è utilizzato per visualizzare informazioni di maggior dettaglio per ogni apparato di bay. Quando viene effettuato lo zoom viene visualizzata una sola parte del diagramma unifilare, compaiono sui lati le scroll-bar ed è possibile spostare il punto di vista utilizzando le modalità di trascinamento (panning). Aumentando il livello di zoom, aumenta il numero di tessere di segnalazione e il numero di valori numerici visualizzati in prossimità di ogni singola bay. Al massimo livello di zoom vengono visualizzate tutte le informazioni di dettaglio. Come esempio dei differenti dettagli che possono essere visualizzati nei diversi livelli di zoom è possibile comparare la Figura 21 con la Figura /46

17 Figura 8: Esempio di diagramma unifilare di stazione 3.9 Comandi L operatore può utilizzare il diagramma unifilare di stazione per inviare comandi ai dispositivi selezionati. I comandi disponibili dipendono dalla modalità di controllo della stazione attualmente selezionata (la modalità corrente di controllo è visualizzata nella window di footer) Stazione in esercizio da remoto Tutti i comandi relativi ai dispositivi di stazione sono disabilitati per l operatore locale. L impianto è completamente gestito dal centro di controllo remoto (i comandi vengono inoltrati verso le unità di controllo di bay dopo averli ricevuti attraverso il gateway di telecontrollo). In caso di necessità l operatore locale può richiedere il passaggio della stazione in esercizio locale Stazione in esercizio locale Tutti I comandi relative ai dispositive di impianto sono abilitati per l operatore locale. L impianto è gestito dalle workstation HMI locali o dall HMI dello station computer. Gli eventuali comandi provenienti dai centri remoti vengono scartati. 17/46

18 Figura 9: Selezione di un comando con la stazione in controllo locale Cliccando con il tasto destro del mouse sul dispositivo che si desidera operare (interruttore o sezionatore) appare il menu per la selezione del comando. Selezionato il comando, se l operazione richiesta è possibile, compare una dialog box di conferma con i dettagli relativi alla manovra richiesta. Figura 10: Finestra di comando L operazione è disponibile solo se l operatore possiede i privilegi necessari; il comando viene inviato solo dopo conferma; come illustrato nella figura seguente: Modalità di controllo automatico locale La modalità di controllo automatico locale prevede l inserimento di automatismi per la semplificazione, tramite macro-comandi, delle sequenze di commutazione. Tutte le sequenze iniziano con la selezione dei montanti che si desiderano siano interessati dal macro-comando (selezione che viene effettuata utilizzando il sottomenu sequenze automatiche a livello di singolo montante) 18/46

19 Se la selezione è possibile, allora sono disponibili una serie di macro-comandi selezionabili da popup-menu: Connessione a una sbarra specifica ( per I sistemi a doppia sbarra la sbarra A o la sbarra B); Disconnessione; Cambio sbarra (per esempio da sbarra A a sbarra B). Figura 11: Menu per la richiesta di sequenze di automazione Queste operazioni sono disponibili per i differenti tipi di bay che costituiscono la stazione elettrica: Linea di trasmissione; Autotrasformatore; Connessione all unità di generazione. Per ogni macro-comando uno schedulatore sequenziale si occupa di inviare tutti i comandi di aperture/chiusura necessari nell ordine corretto (per esempio la selezione e chiusura dei sezionatori seguita dalla chiusura dell interruttore). Nel caso di cambio sbarra la manovra interessa anche il montante parallelo sbarre che verrà azionato automaticamente Modalità di controllo automatico remoto La modalità di controllo automatico remoto rende disponibili a livello di centro di telecontrollo le stesse sequenze automatiche usate nella modalità automatica locale. Specifici punti di comando sono definiti per la comunicazione IEC /104 tra i centri remoti e lo station computer, in modo che le stesse funzioni del sequenziatore automatico locale siano ugualmente accessibili dal centro remoto. In questo modo un 19/46

20 macro-comando inviato dal centro di telecontrollo provocherà l esecuzione della sequenza di comandi sugli organi di impianto Monitoraggio degli apparati di impianto Il diagramma unifilare di stazione rappresenta i diversi differenti dispositivi di impianto che compongono la stazione. L aspetto grafico di ogni dispositivo è relativo al suo stato, ad esempio per sezionatori ed interruttori: chiuso, aperto, in transizione, non congruente; dove sono disponibili le misure (tensione, corrente, frequenza) ne viene visualizzato il valore attuale. Tutti i segnali usati per rappresentare i dispositivi possiedono una serie di flag di qualità indicativi della qualità del segnale rappresentato; essi sono rappresentati, in caso di anomalia del segnale, da un area rettangolare colorata in funzione del flag attivo. Gli oggetti utilizzati nella rappresentazione del diagramma unifilare di stazione sono: Interruttori; Sezionatori; Sezionatori di terra; Sistemi sbarre (doppi e singoli); Trasformatori; Autotrasformatori; Rifasamento Capacitivo. I colori usati per disegnare gli oggetti di impianto sono relative al livello di tensione e sono configurabili. Una scelta tipica è la seguente: 380 kv - Rosso; 220 kv Verde; 150 kv Ciano; 132 kv Blu (chiaro); 22/15 kv Bianco Sezionatori e Interruttori Per i sezionatori e gli interruttori sono visualizzati i seguenti stati dei dispositivi: Aperto; Chiuso; Incongruente. L animazione degli oggetti grafici dipende dallo stato del dispositivo di impianto rappresentato: Chiuso = il simbolo è riempito; Aperto = il simbolo è vuoto; Incongruente = sul simbolo è disegnata una X; In Transizione = simbolo non rappresentato (spazio vuoto); A lato del simbolo è rappresentata una piccola area rettangolare (led di qualità), colorata in funzione del valore attuale del flag di qualità associate al segnale di impianto; se i 20/46

21 segnali sono corretti non viene visualizzata l area rettangolare. I colori utilizzati dal led di qualità e I significati corrispondenti sono quelli che seguono: Led non presente = stato normale; Magenta = not aggiornato; Blue = valore sostituito dall operatore (forzato); Rosso Lampeggiante = variazione spontanea dello stato del dispositivo. Nella Figura 12 sono mostrati, con il flag di qualità, la differente rappresentazione dello stato dei sezionatori e degli interruttori. Sezionatore Aperto Sezionatore Chiuso Stato incongruente del sezionatore Interruttore Aperto Interruttore Chiuso Stato incongruente interruttore Figura 12: Rappresentazione grafica di sezionatore ed interruttore Ogni sezionatore ed interruttore ha associate un menu di comandi (vedi Figura 9) che è abilitato quando l impianto è in controllo locale e l utente è loggato con i privilegi necessari Autotrasformatore e condensatori di rifasamento L autotrasformatore e i condensatori di rifasamento sono mostrati in Figura 13 e Figura 14. La rappresentazione è statica, ad esclusione del valore della posizione del tap changer. Tutte le informazioni aggiuntive sono disponibili considerando la rappresentazione dell intero stallo (vedi Bay Autotrasformatore e Bay Condensatori (Rifasamento) ). 21/46

22 Figura 13: Rappresentazione del trasformatore Figura 14: Rappresentazione dei condensatori per rifasamento Tipi di bay La stazione elettrica è composta da una serie di bay (in italiano anche stalli oppure montanti ) di diverse tipologie; ogni bay è composta da un gruppo ben definito di dispositivi elettrici ed è in genere controllata da una unità di controllo (BCU: Bay Control Unit) e da una o più unità di protezione (BPU Bay protection Unit). Per ogni bay viene visualizzata una matrice di allarmi (led rettangolari) e indicazioni di stato; il numero e la tipologia di indicazioni presenti dipende dal tipo di bay e dal livello di zoom in uso (vedi par. 3.8 Zoom e livelli di visualizzazione ). Tutti i singoli bay hanno inoltre una lista allarmi associata (cioè filtrata per competenza della bay) una lista eventi, una lista SOE (sequenza eventi, indicata in italiano anche come RCE) e una lista di interventi e note di manutenzione. Menu a livello di bay Un bottone specifico, presente in ogni rappresentazione grafica di bay viene utilizzato per richiamare il menu di bay. Tutte le operazioni e le informazioni addizionali specifiche della bay in considerazione sono gestite utilizzando il menu a livello di bay. Submenu pagine di Bay (vedi Figura 15) è utilizzato per richiamare le seguenti pagine HMI specifiche del bay per le quali è stato selezionato il menu: Lista allarmi; Pagina allarmi a tessera; Lista eventi; Lista SOE; Selettori HW; Selettori SW Diagnostica. Le pagine organizzate a liste hanno le medesima struttura e funzionalità delle pagine a lista di uso generale (vedi par Allarmi, eventi e lista SOE ). 22/46

23 Figura 15: Sottomenu pagine di bay Il submenu condizioni di esercizio è utilizzato per segnalare manualmente particolari condizioni di funzionamento del bay, quali la presenza di lavori in corso o una situazione di pericolo (vedi Figura 16). Figura 16: Sottomenu modalità di funzionamento Il sottomenu informazioni montante (Figura 17) permette di memorizzare cronologicamente note di manutenzione, che possono essere scritte o visualizzate dagli operatori in lista cronologica, oppure di apporre una nota generica al montante di tipo post-it (che verrà visualizzata come tooltip). 23/46

24 Figura 17: Sottomenu informazioni di montante Il sottomenu comandi (Figura 18) contiene comandi di tipo generale relativi alle modalità di funzionamento del bay; da questo menu l utente può ad esempio abilitare/disabilitare le funzioni di synchro-check (parallelo automatico), oppure impostare la tipologia di richiusura (lenta e rapida). I comandi disponibili all operatore dipendono dalla modalità di funzionamento correntemente attiva per la stazione. Figura 18: Sottomenu comandi generali Il menu per le funzioni con automatismo inserito, abilitato solo se la stazione è in modalità automatica locale, permette di selezionare il montante per essere incluso in un commando di sequenza, di escluderlo dalla gestione dell automatismo e di settare i parametri di funzionamento dell automatismo stesso. 24/46

25 Figura 19: Sottomenu sequenze automatiche Stato del Bay Lo stato di ogni bay è visualizzato utilizzando la colorazione della cornice del bay e i simboli di warning. La cornice rettangolare che include il bay viene colorata se vi sono problemi relative alle Bay Control Unit o alle Bay Protection Unit. L colorazione è differente in funzione del tipo di problema riscontrato e permette di distinguere i problemi hardware da quelli di comunicazione. Utilizzando la pagina di diagnostica è possibile proseguire nell indagine in caso di problemi. Stati particolari di ciascuna bay sono identificati utilizzando particolari simboli come quelli mostrati nel seguito in Figura 20. Lavori in corso Tensione di ritorno Figura 20: Simboli generali di stato montante 25/46

26 Bay Linea di Trasmissione (o distribuzione) La Figura 21 mostra la rappresentazione grafica di una bay di linea. Essa contiene il bottone per il menu di livello bay, misure analogiche (corrente, tensione, potenza attiva e reattiva), e la matrice dei led di stato di bay. Questa matrice di led riporta informazioni relative all inibizione di particolari azioni, segnalazioni di allarme, indicazioni di warning e di stato. Figura 21: Bay Linea (rappresentazione al livello massimo di zoom) La medesima bay di linea, se visualizzata allo zoom minimo (vedi Figura 22) è rappresentata con un numero ridotto di led di allarme/warning e con un numero inferiore di misure visualizzate. Gli unici led visualizzati sono; presenza allarmi (A), comandi disabilitati (inibiti)(i), controllo locale da bay (EL). 26/46

27 Figura 22: Bay di linea (rappresentazione a zoom minimo) I colori dei led di allarme/info cambiano in funzione dello stato della variabile SCADA associata come mostrato nella tabella seguente. STATO Allarme insorto Allarme riconosciuto Allarme rientrato Stato normale Allarme insorto COLORE DI BACKGROUND Lampeggiante rosso Rosso Lampeggiante verde Come il background della pagina Lampeggiante rosso Per le segnalazioni (warning) vale la seguente tabella: STATO Warning Warning riconosciuto Warning rientrato Normal status COLORE DI BACKGROUND Lampeggiante giallo Giallo Lampeggiante verde Come il background della pagina La descrizione completa dell allarme (o della segnalazione) appare come tooltip posizionandosi con il mouse sopra il led di interesse (vedi Figura 23). Le caratteristiche generali della matrice warning/allarmi sono le stesse per tutti i tipi di bay che costituiscono la stazione. 27/46

28 Figura 23: Tooltip di descrizione allarme/warning 28/46

29 Bay parallelo sbarre La Figura 24 mostra il layout della bay parallelo per un sistema a doppia sbarra al Massimo fattore di zoom. Figura 24: Bay parallelo sbarre 29/46

30 Bay Autotrasformatore La Figura 25 mostra l autotrasformatore e il montante associato che connette l autotrasformatore stesso alle sbarre (bay primario/secondario trasformatore). Vicino al trasformatore sono presenti I bottoni per il controllo del tap changer e per abilitare/disabilitare la regolazione automatica della tensione. Figura 25: Bay Autotrasformatore e Bay primario trasformatore 30/46

31 Figura 26: Bay secondario auto trasformatore 31/46

32 Bay Sistema Sbarre La Figura 27 mostra il layout di un sistema sbarre a doppia sbarra; questa bay controllo la relativa sezione (generali di sezione). Nel caso di sbarra singola si ha una visualizzazione singola per l unica sbarra presente. Figura 27: Sistema sbarre a doppia sbarra Di seguito riportiamo lo stesso bay visualizzato al fattore minimo di zoom. Figura 28: Sistema sbarre a doppia sbarra (zoom minimo) 32/46

33 Bay congiuntore con interruttore Il bay congiuntore sistemi sbarre con interruttore è mostrato in Figura 29. Figura 29: Bay congiuntore sbarre 33/46

34 Bay Condensatori (Rifasamento) Il bay condensatori, denominato anche Rifasamento, è mostrato in Figura 30. Figura 30: Bay Condensatori 3.11 Diagnostica del sistema di automazione Utilizzando la pagina HMI di diagnostica del sistema di automazione l utente ha un controllo completo su ogni componente del sistema di controllo della sotto-stazione. L utente può monitorare: Il sistema SCADA ridondante; Le stazioni HMI e la Engineering workstation; La LAN di stazione e gli switch che la compongono; Tutti gli apparati BCU, BMU e BPU adibiti al controllo a livello di bay. Questa pagina è inoltre utilizzata come punto di partenza, per gli utenti autorizzati, per richiamare i tool di diagnostica e manutenzione dei singoli device presenti sulla LAN di stazione (che sono disponibili come web server di apparato): LAN switch; Bay control units (BCU); Bay monitoring units (BMU); Bay protection units (BPU). La diagnostica del sistema di automazione è inoltre realizzata grazie alla pagina allarmi di sistema e alle informazioni presenti sul diagramma unifilare che informano sullo stato degli apparati di controllo di bay e sullo stato delle connessione, utilizzando la colorazione della cornice di bay. 34/46

35 3.12 Pagina di sistema Come mostrato in Figura 31 la pagina di diagnostica del sistema di automazione, utilizzando cornice animate dei dispositive rappresentati illustra lo stato attuale dei seguenti dispositivi (tutte le informazioni sono aggiornate in tempo reale): Stazione SCADA: viene dettagliato lo stato di funzionamento di ogni stazione SCADA e dei seguenti componenti software: SCADA, I/O Server, Historian, Gateway; Connessione di ridondanza tra SCADA: viene visualizzato lo stato della connessione e delle funzioni di allineamento viene inoltre precisato quale dei nodi SCADA ha attualmente il ruolo di master; Stazioni HMI: è visualizzata la connessione e lo stato di aggiornamento, le informazioni sono disponibili per gli HMI locali, per gli HMI remoti e per gli HMI connessi tramite web; Engineering workstation: è visualizzata lo stato di connessione e lo stato di downloading/updating della configurazione; Stampanti: è riportato lo stato delle stampanti (on line, off line paper jam etc..) usando le informazioni fornite via SNMP; Connessione dei centri remoti di telecontrollo: viene riportato lo stato di comunicazione verso I centri remoti ( se la connessione è realizzata attraverso una RTU viene riportato lo stato della connessione con la RTU e lo stato della RTU medesima). Dalla pagina del sistema di automazione è possibile selezionare la pagina relativa ai bay switch che riporta le informazione sullo stato dei bay switch e le informazioni di diagnostica di BCU, BPU, BMU. Figura 31: Pagina di diagnostica del sistema di automazione 35/46

36 3.13 Pagina allarmi e pagina eventi relative al sistema di automazione Uno specifico database è dedicato alla gestione allarmi ed eventi specifici del sistema di automazione. Utilizzando la pagina allarmi di sistema e la relativa pagina eventi sono disponibili tutte le funzioni di gestione allarmi ed eventi (riconoscimento allarmi, filtraggio, ordinamento; vedi par Allarmi, eventi e lista SOE"). La pagina allarmi di sistema viene richiamata attraverso il bottone S posto sulla pagina footer Diagnostica di bay del sistema di automazione Le informazioni di diagnostica relative ad ogni bay sono disponibili utilizzando il bottone Bay Switch a livello della pagina di diagnostica del sistema di automazione oppure utilizzando il sottomenu di bay dal diagramma unifilare di stazione e selezionando la voce diagnostica (vedi Figura 15) Viene visualizzata la finestra di diagnostica di BAY (vedi Figura 32) dove sono riportate tramite la colorazione a led le condizioni di funzionamento degli apparati connessi al LAN switch di BAY. Ogni IED presente a livello di BAY (Control Units BCU, monitoring units BMU, e protection unit BPU) è rappresentato da un bottone animato; il colore utilizzato nella animazione rappresenta lo stato del dispositivo (verde se OK, giallo se vi sono anomalie di funzionamento, rosso se si è verificato un grave malfunzionamento o è venuta a mancare la connessione con il dispositivo). Cliccando sul bottone specifico viene visualizzato il tool di diagnostica dedicato del dispositivo stesso. Figura 32: Pagina di dettaglio di bay 36/46

37 3.15 Allarmi, eventi e lista SOE Tutte le informazioni dotate di time-stamp che sono generate dal sistema possono essere visualizzate ed analizzate dagli operatori attraverso delle pagine dedicate allo scopo. Il sistema SCADA organizza tutte queste informazioni in differenti database: Allarmi; Eventi; Sequenze di Eventi (SOE o RCE). Allarmi ed eventi sono raggruppati in due categorie principali: riferiti al sistema di controllo e riferiti all impianto. La prima categoria contiene le informazioni che si riferiscono al sistema di automazione stesso mentre la seconda si riferisce ai dispositivi di rete e sottostazione. Le liste SOE sono registrazioni particolari basate su trigger utilizzate per la ricostruzione delle sequenze di fault (es. i trip dovuti all intervento di protezioni) dove la risoluzione temporale è dell ordine del millisecondo ed è associata direttamente dal dispositivo intelligente IED (per esempio una BPU) che ha originato l evento. Tutti gli allarmi di impianto, gli eventi e le registrazioni SOE possono essere raggruppate e filtrate in relazione alla Bay Unit che ha generato i corrispondenti cambiamenti di stato (raggruppamento gerarchico); in questo modo specifiche liste di Bay Unit vengono rese disponibili all operatore. Gli eventi e le registrazioni SOE possono essere inviate ad una stampante di sistema (è anche possibile definire due stampanti dedicate l una alla stampa degli eventi e l altra a quella delle liste SOE) Segnalazione allarmi e trattamento Gli allarmi sono generati a seguito di cambiamenti di stato che necessitino l attenzione degli operatori; gli operatori hanno il compito di riconoscere l allarme allo scopo di dare evidenza del fatto che l allarme è stato preso in carico. Un allarme può assumere i seguenti stati: Normale; Allarme, non riconosciuto; Allarme, riconosciuto; Rientro di un allarme non riconosciuto; Rientro di un allarme riconosciuto. Gli stati d ed e sono gestiti solo se una specifica tipologia di allarme viene impostata per essere trattata come riconoscimento su rientro. Il riconoscimento degli allarmi viene eseguito dall operatore, se dotato di un adeguato livello autorizzativi, utilizzando una pagina del modulo HMI dedicata a questa funzionalità. Quando compaiono nuovi allarmi, gli operatori possono essere allertati attraverso cicalini, sirene e indicazioni generali di allarme riportate sull header e sul footer della pagina generale (in generale sempre visibili indipendentemente dalla pagina visualizzata). Gli allarmi sono anche stampati sulla stampante allarmi ed eventi. La gestione degli allarmi è realizzata in modo completamente autonoma dal software SCADA; il modulo HMI ha solo funzioni di visualizzazione e di invio delle richieste di riconoscimento da parte degli operatori. 37/46

38 Gli allarmi sono quindi centralizzati nel database dello SCADA che riflette lo stato attuale degli allarmi. Gli allarmi gestiti dal sistema SCADA sono organizzati in 6 differenti database, ogni database può contenere un massimo di allarmi attivi. Ogni punto in grado di generare un allarme può avere una specifica modalità di trattamento che viene utilizzata per specificare se è da gestire il riconoscimento su rientro e se l evento di allarme deve anche essere stampato Pagina allarmi sull interfaccia HMI La lista degli allarmi viene visualizzata utilizzando la pagina allarmi di sistema. Il sistema fornisce pagine allarmi di tipo generale (pagina allarmi del sistema di automazione, pagina allarmi di impianto) che sono richiamabili dal footer della interfaccia HMI e pagine allarmi specifiche di ciascuna Bay che possono essere richiamate dal menu associato a ciascuna di esse (si veda Figura 15). Ogni allarme viene visualizzato con un particolare colore (configurabile dal sistema) in relazione alla severità, al tipo di allarme ed allo stato. Ogni segnalazione di allarme è rappresentata da un riga composta dai seguenti campi: Led di segnalazione dello stato dell allarme; Riferimento temporale completo; Sigla del punto nel database del sistema SCADA (SCADA ID); Descrizione dell allarme; Descrizione dello stato dell allarme; Cambiamento di stato dell organo (soltanto per gli oggetti di tipo organo); Unità di misura (solo per gli allarmi riferiti a misure); Valore attuale (solo per gli allarmi riferiti a misure). I singoli campi possono essere ridimensionati e/o nascosti in relazione alle esigenze di conduzione. 38/46

39 Figura 33: Pagina allarmi (intero impianto e diagnostica di sistema) Ogni allarme può essere selezionato (come item all interno della lista eventi nella finestra di visualizzazione) e riconosciuto dopo essere stato selezionato (attraverso il bottone di riconoscimento); il sistema fornisce funzioni di selezione ( e quindi di riconoscimento) singole e multiple. La lista allarmi può essere filtrata per esempio sulla base dello stato degli allarmi (es. solo quelli non ancora riconosciuti, solo quelli riconosciuti). Altre modalità di filtro (basate sul tempo, tag, descrizione) possono essere definiti dall utente e applicati alla lista di allarmi visualizzata. La lista allarmi può inoltre essere ordinata ciccando sull header della colonna interessata dall ordinamento. La Figura 33 mostra la pagina allarmi generale e la finestra di dialogo per eseguire i filtri definiti dall utente (la lista allarmi specifica per ciascuna Bay ha le medesime caratteristiche, look e funzionalità). Il menu pull-down associato alla pagina fornisce funzioni aggiuntive per la lista allarmi per poter eseguire stampe ed esportazioni in file dai formati.csv e.xml Lista eventi La lista eventi contiene un log di tutti gli eventi occorsi (e relativo time-stamp) nel sistema in ordine cronologico, in particolare vengono memorizzati: Cambiamenti di stato; Insorgenza e rientro di allarmi; Superamento di soglie (solo per le misure); Azioni degli operatori (comandi); 39/46

40 Azioni del centro di telecontrollo. Tutte le considerazioni fatte al par Pagina allarmi sull interfaccia HMI sul filtraggio degli allarmi, l ordinamento, la stampa e l esportazione si applicano anche alla lista eventi salvata su disco. Il sistema fornisce la lista eventi di tipo generale (lista eventi del sistema di automazione, lista eventi di impianto) che sono richiamabili dal footer della interfaccia HMI e liste eventi specifiche di ciascuna Bay che possono essere richiamate dal menu associato a ciascuna di esse (si veda Figura 15). La Figura 34 mostra una pagina di lista eventi dell intero impianto. Figura 34: Pagina eventi (Eventi di impianto) Lista SOE (Sequence of Events) La lista di eventi SOE è una specifica sequenza di memorizzazione che è attivata su trigger sulla base del cambiamento di stato di particolari tag d impianto definiti in fase di configurazione dello stesso. La sequenza viene memorizzata su un predefinito intervallo temporale o sulla base di un predefinito numero di campioni. Le liste di eventi SOE sono utilizzate per la ricostruzione di sequenze di eventi (es. trip dovuto allo scatto di protezioni) aventi risoluzione temporale di 1 ms, la marca temporale viene associata direttamente dal dispositivo IED che ha generato l evento (per esempio una BPU). Il sistema SCADA memorizza tutte le liste di segnali SOE che provengono dai dispositivi IED di campo ed esegue un ordinamento temporale di tutti i record acquisiti. La lista di eventi SOE può opzionalmente essere memorizzata anche come file SOE secondo quanto previsto dalla norma IEC allo scopo di essere scaricati da centri di supervisione remoti. La Figura 35 mostra una pagina contente una lista SOE completa d impianto. Tutte le considerazioni fatte al par Pagina allarmi sull interfaccia HMI sul filtraggio degli allarmi, l ordinamento, la stampa e l esportazione dei dati si applicano anche al caso specifico. 40/46

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