ANALIZOARE DE CALITATE A ENERGIEI PERFORMANTE [628945]

1
Capitolul 1. SISTEME DE ACHIZI ȚIE DE DATE ȘI
ANALIZOARE DE CALITATE A ENERGIEI PERFORMANTE

1.1. Generalități
La ora actual ă există o adevărată competiție la nivel mondial pentru
realizarea de sisteme (module) pentru achizi ții de date ,respectiv analizoare de
calitate a energiei cât mai performante. Firme ca T exas Instruments (TI), Analog
Devices (AD), Motorola, National Instruments (NI), Fluke, Chauvin Arnoux etc.
sunt angajate într-o lupt ă acerbă pentru cucerirea anumitor segmente de pia ță.
Cu scopul de a putea evalua tendin țele actuale înregistrate în aceast ă direcție și
ținând cont de specificul proiectului de cercetare p entru care s-a realizat acest
raport științific, precum și de posibilitatea de documentare pe echipamente
existente în Universitatea din Craiova și respectiv la partenerii s ăi industriali, au
fost alese pentru studiu 3 tipuri de echipamente mo derne.

1.2. Sisteme de achizi ție de date performante de uz general (studiu de caz –
National Instruments, echipamente din seria X)

1.2.1. Prezentare general ă
Structura HW a sistemelor DAS de tip X-series prod use de NI este
descrisă de diagrama bloc din Fig. 1.1.

Fig. 1.1. Structura HW a sistemelor DAS de tip X-s eries produse de NI.

Dispozitivele NI implementeaz ă un motor numeric de mare performan ță
pentru HW-ul de achizi ție de înaltă performanță al modelelor din seria X.
Acesta poate fi caracterizat de urm ătoarele trăsături cheie:
• Intrări și ieșiri analogice cu e șantionare flexibil ă;
• tipuri multiple de triggerare;
• intrări și ieșiri analogice, respectiv numerice independente și contoare de tip
FIFO;
• generare și rutare de semnale RTSI pentru sincronizarea dispo zitivelor;

2
• generare și rutare de semnale interne și externe;
• 4 module flexibile de tip num ărător/timer pe 32 bi ți cu posibilitate de
„hardware gating”;
• achiziție și generare de forme de und ă numerice;
• semnale statice DIO (Digital Input/Output) ;
• detector al modific ării intrării digitale ;
• timere de tip watchdog asociate ie șirilor numerice ;
• funcție PLL pentru sincronizarea ceasului ;
• interfață de tip „seamless” pentru accesoriile de condi ționare a semnalelor;
• interfață PCI Express/PXI Express;
• controllere DMA independente de tip „scatter-gath er” pentru toate func țiile de
achiziție și generare.
Intrările și ieșirile analogice au circuite de calibrare pentru a c orecta
erorile aferente factorilor de câ știg și respectiv offset-ului. Calibrarea se poate
realiza și în timpul func ționării. O referință internă asigură precizia și stabilitatea
contracarând efectele modific ărilor de temperatur ă și timp.
NI oferă o gamă mare de produse care pot fi utilizate de c ătre modelele
din seria X series, compatibile PCI, PXI și USB , incluzând cabluri (de ex.
pentru magistral ă RTSI), blocuri de conectori , module și accesorii SCC și SCXI
(pentru izolarea, amplificarea, multiplexarea semna lelor – permi țând astfel
condiționarea și preluarea datelor de la max. 3072 canale) etc.
Dispozitivele de m ăsură NI (incluzând pe cele din X series) sunt livrate
împreună cu driver-ul SW denumit NI-DAQmx precum și o bibliotecă extinsă
de funcții și instrumentație virtuală care pot fi apelate din propriul software de
aplicații (ca de ex. LabVIEW , LabWindows/CVI, Measurement Studio, Visual
Basic, ANSI C etc.) pentru a a programa toate carac teristicile dispozitivelor de
măsură NI.
Driver-ul SW este prev ăzut cu o interfa ță (API) pentru programarea
aplicațiilor care este în esen ță o bibliotecă de funcții , clase, atribute și
proprietăți care se pot folosi pentru crearea de aplica ții pentru dispozitive.

1.2.2. Lucrul cu intr ările analogice
Fig. 1.1. prezint ă circuitul corespunz ător intrărilor analogice – cazul
achiziției monocanal.
Multiplexorul (MUX) ruteaz ă pe rând, câte un canal de intrare analogic ă
odată, către convertorul A/N prin intermediul amplificatorul ui cu câștig
programabil (NI-PGIA).
Blocul identificat prin „DIFF, RSE sau NRSE” și denumit „Ground-
Reference Settings” reprezint ă circuitul aferent set ării tipului de intrare (care
poate fi „ground-reference” (mas ă – referință)) . Acesta selecteaz ă unul dintre
modurile : diferen țial (DIFF), cu (sau f ără) referință și un singur terminator.
Canalele de intrare analogic ă pot utiliza mod diferit în mod individual.
Amplificatorul de instrumenta ție cu câștig programabil (blocul identificat

3

Fig. 1.2. Circuitul corespunz ător intrărilor analogice – achizi ție monocanal

prin NI-PGIA) reprezint ă un amplificator din clasa pentru m ăsurări și
instrumentație care minimizeaz ă timpii de setare pentru toate gamele de valori
de intrare. Acesta poate amplifica sau atenua un se mnal analogic de intrare
pentru a se asigura rezolu ția maximă a convertorului analog-numeric (ADC –
Analogue to Digital Converter). Este utilizat pentr u a se asigura o precizie mare
chiar și când se realizeaz ă eșantionarea cu mai multe canale folosind game mici
de intrare la rate de e șantionare mari. E șantionarea canalelor se poate face în
orice ordine și se poate realiza programarea individual ă a fiecărui canal folosind
game de intrare diferite.
Convertorul analog-numeric realizeaz ă convertirea semnalului analogic
într-un număr. Se pot realiza conversii multiple ale unui num ăr fix sau nelimitat
de eșantioane.
Buffer-ul FIFO (de capacitate mare) re ține datele în timpul achizi ționării
semnalului analogic pentru ca acestea s ă nu se piardă. Se pot gestiona multiple
operații de conversie analog/numerice folosind DMA sau I/ O programate.
Observație. Metoda de calibrare utilizat ă necesită ca unele coduri (uzual un
procent de 5%) s ă fie plasate în afara gamei specificate.
Dispozitivele din seria X ofer ă achiziție multicanal cu frecvențe mari și
digitizarea semnalelor achizi ționate cu o precizie bun ă. Precizia în acest caz este
afectată de timpul de setare (settling time). Atunci când s e face comutarea de la
un canal la altul, dispozitivul configureaz ă amplificatorul NI-PGIA cu gama de
intrare a noului canal. Apoi NI-PGIA amplific ă semnalul de intrare cu câ știgul
aferent noii game de intrare. „Settling time” se re feră la timpul utilizat de NI-
PGIA pentru a amplifica semnalul de intrare a.î. s ă se obțină precizia dorit ă
înainte ca acesta s ă fie convertit de ADC.
Controlul ratei de e șantionare se poate realiza prin SW sau prin HW.
a) La controlul ratei de e șantionare prin SW, se trimite prin SW o comand ă
individuală către HW , aceasta având rolul de a ini ția fiecare conversie ADC.
Acest tip de control se folose ște de obicei la achizi țiile de tip static sau care

4
urmează să se realizeze imediat , cu scopul citi un singur se t de date.
b) În cazul controlul prin HW, rata de e șantionare este controlat ă de un semnal
numeric HW (denumit „AI Sample Clock”). Acest semna l poate fi generat intern
sau furnizat din exterior. Achizi țiile la care rata de e șantionare este controlat ă
HW prezintă următoarele avantaje fa ță de cele la care controlul se realizeaz ă
SW:
• pasul de eșantionare poate fi mult mai mic și este deterministic;
• se poate utiliza triggerarea HW.
În cazul opera țiilor la care controlul se realizeaz ă HW se poate utiliza
memorarea (bufferarea) sau se poate utiliza tehnica „hardware-timed single
point (HWTSP)” .
La achiziția cu memorare (buffered acquisition) , datele se mut ă din
memoria FIFO local ă a DAQ în bufferul PC-ului, folosind DMA, înainte d e
transferarea sa în memoria aplica ției. Astfel sunt posibile rate de transfer mult
mai bune decât în cazul achizi ției de tip HWTSP , deoarece se transfer ă blocuri
mari de date în locul unor transferuri individuale.
Modul de achizi ție poate fi în acest caz de dou ă tipuri : achizi ția unui
număr finit de eșantionare sau achizi ție continuă.
Achiziția unui număr finit de eșantioane (care implică oprirea procesului
de achiziție după ce s-a achiziționat numărul de eșantioane precizat) este singura
utilizabilă atunci când se utilizeaz ă un trigger de referin ță.
Achiziția continuă (denumită și „double-buffered” sau „circular-buffered”
– cu bufferare dubl ă sau circulară) se derulează până la oprirea sa explicit ă. Pot
apare erori dac ă transferul datelor pe magistral ă se face prea lent (se umple
bufferul FIFO și sunt suprascrise date în acesta înainte de a se t ransfera) ,
respectiv dacă programul utilizator nu cite ște suficient de rapid datele din
bufferul PC-ului (apare o eroare de tip overflow).
Achizițiile de tip HWTSP se utilizează în mod tipic pentru achizi ția de
eșantioane singulare la momente de timp predefinite. Spre deosebire de
operațiile cu bufferare (optimizate pentru cantit ăți mari de date), cele de tip
HWTSP sunt optimizate pentru a se ob ține întârzieri și erori minime. În acest
mod de lucru se poate lansa o notificare SW în cazu l apariției unei erori HW. De
aceea achizițiile de tip HWTSP sunt ideale pentru aplica ții cu control în timp
real. Operațiile HWTSP , în conjunc ție cu funcția de ceas „wait for next sample”
(așteptare a următorului eșantion) furnizeaz ă o sincronizare bun ă între straturile
HW și SW.
Dispozitivele din seria X au un motor de temporizare flexibil (Fig. 1.3.).
Ceasul de eșantionare (care controleaz ă pasul de eșantionare) și ceasul de
conversie realizeaz ă eșantionarea intervalului.
Semnalul ceasului de e șantionare poate iniția achiziția unui set de
eșantioane (câte unul pentru fiecare canal).
Baza de timp implicit ă este cea care stabile ște o frecvență de eșantionare
de 100 MHz.

5

Fig. 1.3. Schema motorului de temporizare pentru sc hema analogică – achiziția.

Ceasul de conversie se folosește pentru a ini ția o singură conversie
analog/numeric ă pe un singur canal. Sursa celor dou ă ceasuri poate fi extern ă
(blocul din stânga sus) sau intern ă. Divizorul se poate folosi pentru a realiza o
divizare (în mai multe subintervale) a bazei de tim p oferite de sursa extern ă.
Atunci când se folose ște NI-DAQmx, driverul selecteaz ă cea mai rapid ă
rată de conversie în func ție de viteza ADC și adaugă 10 μs ca rezervă pentru
fiecare canal pentru a permite un „settling time” c orespunzător. Dacă ceasul de
eșantionare este prea rapid pentru a permite cele 10 μs , NI-DAQmx alege o rat ă
de conversie a.î. impulsurile ceasului de conversie să fie distribuite uniform.
Dispozitivele X Series sunt caracterizate de rate de eșantionare maximale
per canal și respectiv în mod agregat (multi-canal) (Tabelul 1 .1). Ratele de
eșantionare maximale per canal și respectiv multi-canal sunt cele mai mari rate
la care se pot achizi ționa date de la un singur canal (respectiv de la ma i multe
canale) fără a se afecta precizia. De exemplu dispozitivele NI 6351 oferă o rată
de eșantionare maximal ă per canal de 1,25 MS/s , pe când cea multi-canal e ste
de doar 1 MS/s (ceea ce înseamn ă că rata maximă în cazul utiliz ării a două
canale este de 500 kS/s per canal).

Tabelul 1.1. Rate de e șantionare maximale per canal și respectiv în mod agregat.

Dispozitiv MIO seria
X Rată de achiziție intrare analogic ă
Monocanal Multicanal (agregare)
NI 6320/6321/6323 250 kS/s 250 kS/s
NI 6341/6343/6345 500 kS/s 500 kS/s
NI 6351/6353/6355 1.25 MS/s 1 MS/s
NI 6361/6363/6365 2 MS/s 1 MS/s
NI 6375 3.846 MS/s 1 MS/s

La dispozitivele de tip „Simultaneous MIO” (Fig. 1. 4) , fiecare canal

6
utilizează următoarele componente proprii: amplificator de instrum entație,
FIFO, multiplexor și respectiv ADC pentru a realiza achizi ții simultane de date.

Fig. 1.4. Schem ă bloc a unui dispozitiv cu achizi ție simultană.

La acest tip de dispozitive se define ște mărimea „agregare total ă” (total
aggregate) care determin ă lățimea maximă a magistralei utilizate de dispozitiv.
Rata de eșantionare agregat ă totală este egală cu produsul dintre rata de
eșantionare maxim ă pentru un singur canal și numărul de canale de intr ări
analogice pe care le ofer ă dispozitivul.
Ratele de e șantionare maximale per canal și respectiv în mod agregat
pentru dispozitivele „Simultaneous MIO” din seria X sunt reproduse în Tabelul
1.2.

Tabelul 1.2. Ratele de e șantionare maximale per canal și respectiv în mod
agregat pentru dispozitivele „Simultaneous MIO” .

Dispozitiv cu achizi ție
simultană MIO seria X Rata de achiziție intrare analogic ă
Monocanal Agregare totală
NI 6356 1.25 MS/s 10 MS/s
NI 6358 1.25 MS/s 20 MS/s
NI 6366 2 MS/s 16 MS/s
NI 6368 2 MS/s 32 MS/s
NI 6374 3.57 MS/s 14.28 MS/s
NI 6376 3.57 MS/s 28.56 MS/s
NI 6378 3.57 MS/s 57.12 MS/s

1.2.3. Lucrul cu ie șirile analogice
Dispozitivele din seria X care ofer ă suport ieșirilor analogice au 2 sau 4
canale analogice (Analogue Output) care sunt contro late de un singur ceas și
oferă posibilitatea de a genera unde.

7
Figura 1.5 prezint ă circuitul aferent ie șirii analogice pentru dispozitivele
din seria X.

Fig. 1.5. Circuitul aferent ie șirii analogice pentru dispozitivele din seria X.

In acest circuit se reg ăsesc:
• DAC – folosite pentru a realiza conversia coduril or numerice în tensiuni
anlogice;
• AO FIFO—se utilizeaz ă la generarea formelor de und ă de ieșire. Reprezintă un
buffer de memorie FIFO între calculator și DAC-uri. Permite desc ărcarea
punctelor aferente unei forme de und ă fără a mai fi necesar ă interacțiunea cu
calculatorul gazd ă.
• Ceasul de eșantionare AO genereaz ă semnale care declan șează citirea unui
eșantion dintr-un FIFO aferent unui DAC și generează tensiunea AO
corespunzătoare.
• Semnalul aferent selec ției referinței face posibilă schimbarea gamei în care pot
lua valori ieșirile analogice.
Atunci când se realizeaz ă o operație analogică de ieșire, timing-ul se poate
realiza prin SW sau HW.
Când timing-ul se realizeaz ă SW, SW-ul controleaz ă frecvența de
generare a datelor. Acesta trimite câte o comand ă distinctă la HW pentru a ini ția
fiecare conversie DAC. Gener ările de date realizate prin SW se mai numesc și
„imediate” sau „statice” și se folosesc în mod tipic pentru a scrie o singur ă
valoare, ca de exemplu o tensiune constant ă de c.c.
La controlul ratei de e șantionare prin HW, aceasta este controlat ă de un
semnal numeric HW (denumit AI Sample Clock). Ca și în cazul intr ărilor
analogice, acest semnal poate fi generat intern sau furnizat din exterior.
Controlul HW prezint ă aceleași avantaje ca și în cazul intrărilor analogice dac ă
este comparat cu controlul SW. Tipurile de control HW sunt similare celor deja

8
prezentate pentru intr ările analogice (cu bufferare și respectiv de tip HWTSP),
existând acelea și recomandări pentru utilizarea unui sau altuia dintre acestea .
Diferența în cadrul utiliz ării achiziției cu bufferare const ă în sensul de
deplasare a datelor (la ie șirile analogice, acestea se mut ă în sens invers fa ță de
cazul intrărilor analogice, adica se mut ă dintr-un buffer de PC în FIFO-ul local
al dispozitivului de achizi ție folosind DMA înainte de a se scrie în convertoru l
DAC în mod „câte un e șantion odată”).
Se poate stabili o analogie între intr ările și ieșirile analogice în ceea ce
privește numărul de eșantioane implicat. Astfel, generarea poate implica doar un
număr finit de eșantionare, respectiv se poate realiza continuu.
Apar aspecte particulare relativ la generarea cont inuă a eșantioanelor,
existând 3 metode diferite:
(a) Regenerarea (metoda implicit ă) implică repetarea datelor deja existente în
buffer. Regenerarea standard implic ă descărcarea continuă a datelor din buffer-
ul PC-ului în memoria FIFO al c ărei conținut se scrie. Se pot scrie noi date în
orice moment de tip în buffer-ul PC-ului f ără a afecta ieșirea.
(b) Cu regenerarea FIFO, întregul buffer este desc ărcat în FIFO , de unde se va
regenera. Dup ă descărcarea datelor, se pot scrie noi date în FIFO. Util izarea
acestei metode impune identitate între dimensiuni ( a bufferului și respectiv a
FIFO).
Metoda are avantajul c ă nu este necesar ă comunicarea cu memoria RAM
gazdă odată ce operația este demarat ă, astfel prevenindu-se apari ția oricărei
probleme care ar putea apare în cazul unui trafic p rea mare pe magistral ă.
(c) Fără regenerare – nu se repet ă date vechi. Trebuie mereu scrise date noi în
buffer.
Motorul de timing pentru ie șirile analogice este reprezentat in Fig. 1.6.

Fig. 1.6. Optiuni pentru timing-ul iesirii analogice.

Semnalul ceasului de e șantionare AO se utilizeaz ă pentru a in ția
eșantionarea ieșirii analogice. Astfel se actualizeaz ă ieșirile tuturor DAC-urilor.
Se poate folosi o surs ă internă sau externă pentru timing-ul ie șirii analogice și
prin intermediul divizorului se poate realiza o div izare mai fină a bazei de timp.

9
Baza de timp implicit ă este de 100 MHz.

1.2.4. Lucrul cu intr ări-ieșiri numerice
Dispozitivele din seria X dispun de maxim 32 linii pentru semnale DIO
bidirecționale pe portul 0. In plus fa ță de acestea se mai pot folosi 16 semnale
PFI care lucreaz ă ca și semnale statice DIO.
Caracteristicile principale legate de acest aspect sunt:
– direcția și funcția fiecărui terminal sunt controlabile în mod individual;
– se oferă intrări și ieșiri statice;
– se pot realiza achizi ționări (respectiv gener ări) de forme de und ă digitale
de mare viteză etc.
Figura 1.7. prezint ă circuitul unei linii DIO.

Fig. 1.7. Circuitul unei linii DIO .

Pentru a realiza achizi ții folosind intrările numerice se folosesc metode de
timing SW sau HW.
Fiecare linie DIO pentru dispozitivele din seria X poate fi folosit ă ca o linie
statică DI sau DO. Liniile statice se pot folosi pentru mo nitorizarea sau controlul
semnalelor digitale. Fiecare DIO se poate configura în mod individual ca și DI
sau DO. Toate e șantionările de linii statice DI și DO folosesc timing SW.
Tipurile aferente și respectiv caracteristicile timingului HW în cazul DIO
sunt similare timing-ului corespunz ător intrărilor analogice, descris mai sus .
Tipurile aferente și respectiv caracteristicile metodelor de generare
folosind ieșirile numerice sunt similare cu cele din cazul ie șirilor analogice.
Fiecare PFI poate fi configurat individual ca și intrare (sau ie șire) digitală,
respectiv ca și semnal de intrare (sau ie șire) pentru intr ări (ieșiri) analogice,
respectiv numerice sau func ție de tip numărător sau timer.

10
1.3. Analizoare portabile pentru calitatea energiei în sistemele trifazate.
Studiu de caz – FLUKE modelele 434-II/435-II/437-II .
1.3.1. Generalit ăți
Progresele mari f ăcute în direcția miniaturizării și necesitatea continu ă de
a evalua la cerere calitatea energiei electrice în cât mai multe puncte de lucru au
condus la crearea de instrumente inteligente de m ăsură portabile , printre acestea
regăsindu-se și analizoarele de calitate a energiei. Acestea ofer ă numeroase
facilități și pot oferi un set extins și puternic de m ăsurători pentru a verifica
calitatea mărimilor de rețeaua aferentă sistemelor electrice de distribu ție,
identificarea problemelor de calitate a aliment ării, monitorizarea pierderilor de
energie și calculul acestora. Au îns ă anumite dezavantaje cum ar fi de exemplu
o memorie local ă limitată care nu permite re ținerea unor seturi prea mari de date
înregistrate, versatilitatea limitat ă relativ la tipurile de dispozitive cu care pot fi
conectate, o gam ă redusă de setări de parametri de lucru posibili, impunerea
multor operații manuale pentru configurare din partea operatorul ui etc.
Reprezentantive pentru aceast ă clasă de dispozitive sunt analizoarele
Fluke modelele 434-II/435-II/437-II. (Fig. 1.8 repr ezintă un echipament Fluke
435). Se oferă și prelucrarea datelor cu ajutorul unui program dedi cat FLUKE
PowerLog 430-II Advanced Software Version 5.3. ce se poate utiliza folosind
Windows (începând cu versiunea Vista).
Analizorul Fluke 435 permite realizarea într-un mo d facil a numeroase
sarcini, printre care : (a) diagnosticarea rapid ă a problemelor, oferind
vizualizare pe ecran; (b) identificarea, m ăsurarea și cuantificarea cauzelor ce
determină pierderi de energie precum și găsirea soluțiilor tehnice pentru
atenuarea dezechilibrelor; (c) analiza pe termen lu ng a sistemelor electrice în
scopul de a depista fenomene foarte greu detectabil e sau cu manifestare
intermitentă; (d) testarea înc ărcării dinamice prin captarea valorilor instantanee
pentru a se vizualiza efectul pornirilor sarcinilor sau UPS etc.

Fig. 1.8. Fluke 435 . Vedere frontal ă (afișaj de tip Scope – waveform) și a zonei pentru
atașarea conectorilor.

11
1.3.2. Utilizarea ca și echipament de m ăsură
Fluke 435 are mai multe func ții de măsurare. Cele care prezint ă interes
pentru proiectul nostru sunt prezentate în cele ce urmează cu titlurile originale
(afișate de menu-ul aparatului) .

1.3.2.1. Funcția pentru vizualizarea formelor de und ă – tip osciloscop și
diagrame fazoriale
Această funcție este selectabil ă din menu-ul aparatului ca „Scope
Waveform and Phasor”. Când se selecteaz ă această funcție, tensiunile și curenții
din sistemul de alimentare testat sunt prezentate s ub forma unor forme de und ă
(cu o durată implicită de două perioade) sau diagrame fazoriale. Se pot afi șa
valorile numerice, ale tensiunilor si curen ților de fază, frecvența și defazajele
între tensiuni și curenți. Un exemplu este furnizat în Fig.1.9.

Fig. 1.9. Afișarea tensiunilor trifazate . Stânga – forme de und ă instantanee, dreapta –
diagramă fazorială.

Antetul ecranului afi șează RMS-urile aferente pentru tensiuni sau curen ți,
considerând pentru calcul cicluri scurte (10/12), r espectiv lungi (150/180)
conform IEC61000-4- 30: 2003. Prima valoare dintr-o pereche (x/y) se refer ă la
frecvența 50 de Hz, a doua se refer ă la frecvența 60 Hz.

1.3.2.2. Funcționalitatea denumit ă VOLTS / AMPS / HERTZ
În modul de lucru „Volts/Amps/Hertz”, analizorul af ișează un ecran de
tip multimetru (denumit „Meter”) cu valori numerice semnificative pentru
procesul de măsurare. Prin ecranul „Trend” asociat, se afi șează modificările în
timp („tendința de evoluție”) pentru toate valorile din ecranul „Meter”. Exe mple
pentru ambele tipuri de ecrane sunt prezentate în F ig. 1.10. Evenimente de tipul
creșteri sau scăderi mari („dips” și „swells”) sunt afi șate în formă tabelară.
În ecranul „Meter” se ofer ă o imagine de ansamblu a tensiunilor și a
curenților pentru toate fazele, frecven ța și factorii de creast ă. Acest tip de ecran
permite crearea unei prime impresii despre performa nța sistemului de

12
alimentare înainte de a examina sistemul în detaliu folosind alte moduri de
operare.
Cifrele afișate sunt valori masurate care se pot actualiza cons tant.
Schimbările acestora se înregistreaz ă imediat ce m ăsurarea este activat ă,
înregistrarea fiind vizibil ă în ecranul „Trend” .

Fig. 1.10. Stânga – exemplu de ecran „Meter”. Dreap ta – exemplu de ecran „Trend”.

1.3.2.3. Funcționalitatea aferent ă scăderilor/creșterilor mari de tensiune,
întreruperilor și variațiilor mari de tensiune (func ția DIPS & SWELLS)

Când se folose ște funcția „Dips & Swells” se înregistreaz ă scăderile
(dips) sau creșterile (swells) – Fig. 1.11), întreruperile (Fig 1 .13) și respectiv
modificările rapide de tensiune (Fig 1.14).

Fig. 1.11. Stânga – sc ădere de tensiune. Dreapta – cre ștere de tensiune.

Se consideră scăderi sau creșteri mari acele devia ții rapide de la tensiunea
normală a căror mărime poate fi de la zeci pân ă la sute de vol ți. Durata poate
varia de la o jum ătate de ciclu la câteva secunde (conform standardul ui
EN61000-4-30). Analizorul permite alegerea valorii nominale sau variabile a

13
tensiunii de referin ță.
În sistemele trifazate se consider ă că scăderea începe atunci când tensiunea
pe una sau mai multe faze scade sub valoarea de pra g și se termină atunci când
toate fazele sunt egale sau superioare sumei dintre prag și histerezis.
Scăderile sau creșterile sunt caracterizate prin durat ă, mărime și momentul
apariției (Fig. 1.12 stânga). Trendul acestor evenimente poate fi de asemenea
vizualizat, prin intermediul unui ecran de tip „Tre nd” (Fig. 1.12 dreapta).

Fig. 1.12. Stânga – exemplu de afi șare tabelară caracteristici cre șteri și scăderi. Dreapta –
exemplu de ecran „Trend” pentru cre șteri și scăderi.

În timpul unei întreruperi tensiunea scade semnifi cativ sub valoarea sa
nominală. La sisteme trifazate se consider ă că o întrerupere începe atunci când
tensiunea pe toate fazele este sub o valoare prag și se încheie atunci când o faz ă
este cel puțin egală cu suma (prag+histerezis). Întreruperile sunt det ectate prin
intermediul valorilor pentru prag și histerezis, fiind caracterizate prin durat ă,
mărime și momentul apari ției.

Fig. 1.13. Întrerupere de tensiune.
Se consider ă modificări rapide de tensiune (Fig. 1.14) acele tranzi ții rapide
ale valorii eficace a tensiunii între 2 st ări stabile. Modific ările menționate sunt
detectate pe baza valorii toleran ței de tensiune, a duratei func ționării stabile, a
valorii de salt detectate și a unei rate aferente varia ției (exprimată în % / sec.) .

14

Fig. 1.14. Modificare rapid ă de tensiune.

1.3.2.4. Gestionarea armonicilor

Prin funcționalitatea denumit ă „HARMONICS” analizorul măsoară și
înregistrează (inter)armonicile pân ă la ordinul armonic 50. Se m ăsoară și alți
parametri asocia ți, cum ar fi de exemplu componentele de c.c., disto rsiunea
armonică totală (THD) și factorul K.
Valorile armonicilor pot fi furnizate în mai multe forme: ca și procent din
RMS al armonicii fundamentale, ca și procent din valoarea eficace total ă sau
prin valoarea lor eficace. Rezultatele pot fi vizua lizate în mai multe moduri: (a)
ca histogramă (Fig.1.15), tabelar (Fig.1.16) sau folosind un ecr an Trend
(Fig.1.17) dacă se dorește vizualizarea evolua ției lor.
Folosind POWERLOG se pot ob ține statististici de diferite tipuri. De
exemplu în Fig. 1.18 se prezint ă o statistică relativ la o secven ță mai lungă de
eșantioane (număr de eșantioane versus ponderea armonicii 7 (relativ la R MS
al fundamentalei)).

Fig.1.15. Afișare armonici ca histogram ă. Fig.1.16. Afi șare armonici în form ă tabelară

15

Fig. 1.17. Afișare informații despre armonici folosind un ecran „Trend”.

Fig. 1.18. Exemplu de ecran de informa ții statistice obținut cu POWERLOG. Se reprezint ă pe
verticală numărul de eșantioane la care armonica 7 are ponderea din armoni ca fundamental ă
precizată pe orizontală

1.3.2.5. Funcții aferente evalu ării și afișării puterilor și energiilor

Prin funcția „POWER AND ENERGY”, analizorul poate afi șa ecrane de
tip „Meter” (Fig. 1.19), respectiv „Trend” (Fig. 1. 20) pentru a permite
vizualizarea valorilor aferente factorilor de calit ate a puterii importan ți.
Pentru calculele de putere se pot alege dou ă moduri : doar pentru
armonica fundamental ă („Fundamental”) sau folosind toate armonicile („F ull”).
Modul „Fundamental” consider ă tensiunea și curentul numai la frecven ța
fundamentală (60 sau 50 Hz) pentru calculele de putere. Modul „ Full”
utilizează spectrul de frecven ță complet (tensiune și curent reale). Intervalul de
agregare a datelor se poate seta la valorile posibi le (10/12 sau 150/180 cicluri).

16

Fig.1.1 9. Afișare factori de calitate a puterii
cu ecran „Meter”. Fig.1. 20. Afișare factori de calitate a puterii
cu ecran „Trend”.

Metodele de calcul pentru care se poate opta (ambel e adresând standardul
IEEE 1149) sunt: (a) „Unified” (folosind un algorit m elaborat de Universitatea
din Valencia) și respectiv (b) „Classic” (folosind un algoritm ari tmetic pentru
calcule de putere descris în IEEE 1149).
Tabelul 1.3 furnizeaz ă informații despre măsurarea puterilor.

Tabelul 1.3 Măsurarea puterilor.

Indice de calitate Unitate de
măsură Observații
Putere reală W, kW A șa cum se înregistreaz ă de către
aparatele de m ăsură a energiei.
Folosește metoda „Full”.
Putere aparentă VA, kVA Folose ște metoda „Full”.
Putere reactivă var, kvar Folose ște metoda „Fundamental”
Putere armonic ă VA sau kVA
Harm Puterea fără cea generată de armonica
fundamentală
Puterea de
dezechilibru VA sau kVA
Unb Partea aferent ă dezechilibrului din
puterea reală
Putere reală pe
fundamentală W sau kW
fund Folosește metoda „Fundamental”
Puterea aparent ă pe
fundamentală VA, kVA
fund Folosește metoda „Fundamental”
Cos ϕ sau factorul de
putere de distorsiune
(DPF) (W fund) /
(VA fund).
cos ϕ este unghiul dintre
componentele fundamentale ale
tensiunii și curentului

În continuare sunt prezentate energiile m ăsurate, împreun ă cu unitățile lor
de măsură: (a) energie activ ă (Wh, kWh); (b) energie aparent ă (VAh, kVAh);

17
(c) energie reactiv ă (varh, kvarh); (d) energie consumat ă (Wh, kWh forw): (e)
energie inversă (livrată – Wh, kWh rev).

1.3.2.6. Funcționalitatea aferent ă evaluării dezechilibrelor

Dacă se optează pentru funcția „UNBALANCED”, sunt afi șate informații
despre diferen țele de fază dintre tensiuni și curenți, valori eficace aferente
frecvenței fundamentale, valori dezechilibre etc. M ăsurătorile au la baz ă
componenta de frecven ță fundamentală (se consideră pentru aceasta valori
aparținând setului {60 , 50, 400} Hz). Se utilizeaz ă metoda componentelor
simetrice. Rezultatele acestor evalu ări pot fi prezentate sub forma unei
diagrame fazoriale (Fig. 1.21) (ecran similar cu ce l afișat din funcția „Scope –
Phasor”) , a unui afi șaj de tip „Meter” (Fig. 1.22) sau a unui afi șaj „Trend”
(Fig.1.23).

Fig.1. 21. Afișare informații despre
dezechilibre folosind o diagrama fazorial ă. Fig.1. 22. Afișare informații despre
dezechilibre folosind ecran „Meter”.

Fig.1.23. Afișare informații despre dezechilibre folosind ecran „Trend”.

Ecranul „Meter” afi șează valori numerice relevante: (a) procentul de

18
dezechilibru de curent (sau tensiune) negativ( ă); (b) procentul de dezechilibru al
tensiunii (sau curentului) de secven ță zero (în cazul sistemelor cu 4 fire); (c)
componenta fundamental ă a tensiunii (sau curentului) de faz ă; (d) frecvența; (e)
diferența de fază între tensiunea neutrului și faza considerat ă ca referință
(simbolizată prin aparat ca A/L1); (f) diferen țele de fază între tensiunea și
curentul fiecărei faze.

1.3.2.7. Evaluarea caracteristicilor supracuren ților de tip „Inrush”

Analizorul este capabil s ă înregistreze curen ții de tip „Inrush” (Fig. 1.24).
Aceștia apar când pe linie apare o sarcin ă de impedanță mare , respectiv mic ă și
se stabilizează după un anumit inteval de timp, atunci când valorea sar cinii este
cea aferentă regimului de lucru normal.

Fig. 1.24. Caracteristici curen ți inrush.

În acest mod de lucru (de tip „single shot”) se înr egistrează tendința
(trend-ul) curentului și tensiunii la apari ția evenimentului asociat (evenimentul
declanșator). Se consider ă că un apare eveniment atunci când valoarea
curentului dep ășește anumite limite (care se pot seta). Se consider ă că regimul
de tip inrush începe când Arms ½ (valoarea eficace a curentului pentru o
jumatate de perioad ă) aferentă unei faze dep ășește pragul. Încheierea este
asociată scăderii lui Arms ½ sub valoarea diferen ței (prag – isterezis).
În fig. 1.25 se prezint ă exemple de afi șare pe ecrane de tip „Scope-
waveform”, respectiv „Trend”. În header-ul ecranulu i „Trend” se afi șează
valorile eficace ale curen ților pe timpul regimului tranzitoriu, iar în cel al
ecranului de tip „Meter” (Fig. 1.26) sunt afi șate caracteristicile curen ților inrush.
„Valoarea inrush” se define ște ca valoarea eficace aferent ă intervalului
dintre markeri (în Fig. 1.24 acest interval este de numit durată inrush) și se
măsoară pe fiecare fază, simultan.

19

Fig.1.25. Exemple de ecrane de afi șare pentru curen ți inrush.

Fig. 1.26. Exemplu de ecran „Meter” pentru
modul Inrush.
Fig. 1.27. Histogram ă afișată în ecranul
principal când se folose ște funcția de
monitorizare a calit ății puterii

1.3.2.8. Funcția de monitorizare a calit ății puterii
Atunci când aparatul este setat pe func ția de monitorizare a calit ății
puterii („Power Quality Monitoring or System Monito r”), ecranul principal
afișează o histogramă (Fig. 1.27). Aceasta arat ă dacă parametrii de calitate a
puterii importan ți îndeplinesc normele de calitate de-a lungul unei perioade de
monitorizare (de minim 2 ore). Pozi ționarea cursorului pe o anumit ă bară va
afișa valorile și datele măsurate și afișate în antetul ecranului. Se consider ă:
valorile eficace pentru tensiuni, armonicile, flick er-ul, schimbările de tip
scăderi, întreruperi, modific ări rapide de tensiune, cre șteri
(Dips/Interruptions/Rapid Voltage Changes/Swells (D IRS)), dezechilibre /
frecvența / semnalizarea re țelei. (Parametrii grupa ți prin intermediul simbolului

20
„/” sunt evalua ți la nivelul întregului sistem trifazat, spre deose bire de ceilalți,
considerați per fază). Lungimea unei bare cre ște dacă parametrul căruia îi este
asociat are o valoare mult diferit ă de cea nominal ă. Culoarea barei se modific ă
din verde în ro șu la nerespectarea unei valori limit ă admise. Liniile punctate
corespund limitei de 100% și respectiv celei ajustabile (de exemplu 95%).
În cazul barelor suprapuse, bara mai scurt ă (cu baza mai lat ă) se asociază
limitei ajustabile iar bara mai înalt ă se asociază limitei de 100%. Monitorizarea
valorii RMS a tensiunii (RMSU) reprezint ă un bun exemplu de utilizare pentru
barele imbricate. Dac ă de exemplu RMSU nominal ă este 120 V și se admite o
toleranță de ± 15%, va rezulta o gam ă admisă de [102…138] V. Valorile
instantanee ale RMSU sunt monitorizate permanent și se evaluează valorile
medii pe perioade de 10 minute (le not ăm RMSU10). Pentru respectarea limitei
de 100% se impune ca mereu RMSU10 s ă fie în plaja [102…138] V (bara
devine roșie la detectarea primei RMSU10 neconforme). Dac ă se consideră
pentru exemplificare o limit ă ajustabilă de 95%, înseamn ă că se impune ca
minim 95% dintre toate RMSU10 s ă se încadreze într-o gam ă admisă (de data
aceasta mai restrictiv ă, pentru că nu se impune conformitate de 100%), cum ar fi
de exemplu [108…132] V (dac ă se consideră o toleranță de ± 10%).
Barele simple indic ă numărul de nerespect ări ale limitelor care au avut
loc în timpul perioadei de monitorizare. Limitele s unt ajustabile (de exemplu 20
scăderi pe săptămână).
Limitele ajustabile predefinite sunt conform stand ardului EN50160.
Este posibil ă și vizualizarea în ecrane individuale a rezultatelor
monitorizării pentru parametri individuali (ca trend, valori numerice, bare etc.).
De exemplu Fig. 1.28 prezint ă un ecran în care se afi șează trendul valorilor
THD obținute în urma monitoriz ării celor 3 tensiuni ale unui sistem trifazat iar
în Fig. 1.29 se prezint ă un ecran de afi șare a evenimentelor asociate tensiunilor.

Fig.1. 28. Ecran cu trendul valorilor THD de
tensiune obținute prin monitorizare. Fig.1.29. Ecran de afișare a evenim entelor
asociate tensiunilor înregistrate în timpul
monitorizării.

21
1.3.2.9. Funcționalități aferente regimurilor tranzitorii
În momentul apari ției unei perturba ții dintr-o gam ă largă (scăderi,
creșteri, întreruperi și fenomene tranzitorii), echipamentul permite capta rea cu
mare precizie a formelor de und ă, furnizând o „imagine instantanee” (snapshot)
aferentă momentului perturba ției. Este permis ă captarea semnalelor cu
amplitudini de pân ă la 6 kV.
Fenomenele tranzitorii sunt asociate unor vârfuri ascuțite din formele de
undă ale tensiunilor („spike”) și durează minim 5 µs. Ecranul pentru afi șarea
acestora este similar celui de tip „Scope Waveform” (Fig. 1.30) și consideră un
interval de timp (implicit 4 perioade) care variaz ă (de la o perioad ă până la 200
msec.) , în func ție de factorul de zoom. Se folose ște însă o scară modificată pe
verticală pentru a permite vizualizarea spike-urilor, suprap use peste semnalul de
frecvență fundamentală.
La fiecare dep ășire a limitelor ajustabile (asociat ă apariției unui
eveniment) se capteaz ă forma de und ă. Se pot capta maxim 9999 evenimente,
folosindu-se o rat ă de eșantionare pentru detectarea zonelor cu evenimente d e
tip tranzitoriu de 2×105 eșantioane/sec.
În modul „Meter” se afi șează RMS-urile calculate pe o semiperioad ă
(Vrms ½, Arms ½) și frecvența.

Fig.1.30. Afișare fenomene tranzitorii considerând o
singură perioadă. Fig.1.31. Afișare perturbații simultan
pentru toate tensiunile pe un interval
mai mare

1.3.2.10. Achizi ții de rezoluție înaltă folosind 8 canale simultan
Echipamentele de tip Fluke 435(437) – II pot func ționa ca și un
osciloscop care înregistreaz ă simultan 8 canale la o rat ă mare de eșantionare
(modul de lucru „Power wave”). Se permite astfel în registrarea urm ătoarelor
mărimi: valori eficace evaluate pe semiperioad ă pentru curen ți și tensiuni
(Vrms½, Arms½), puteri instantanee, frecven țe și forme de und ă (Fig. 1.32 ).
Spre deosebire de modul de lucru „Scope Power Wave ” (care afișează 4
perioade de valori instantanee – Fig. 1.33 – stânga ), se pot afișa și seturi mai
lungi de date înregistrate în mod Power wave (Fig. 1.33- dreapta). În acest ultim

22

Fig. 1.32. Ecran de tip „Meter” pentru afi șare din modul de lucrul Power Wave.

caz valorile afi șate în header corespund valorilor cel mai recent ac hiziționate
(figurate în dreapta ecranului).

. Fig. 1.33. Ecrane de afi șare valori achizi ționate în modul Power Wave.

1.4. Analizoare de putere cu func ționalități suplimentare aferente testelor
de conformitate.

Actual există mai multe seturi de norme aferente compatibilit ății
electromagnetice (EMC) elaborate pe criterii region ale (Europa, SUA și Canada,
Japonia, China, Australia și Noua Zeeland ă). Firma Rhode & Schwartz produce
echipamente cu func ționalități multiple (care ofer ă , pe lângă funcțiile de
achiziții de date și respectiv de analizor de putere, și pe cea de verificare a EMC
asociate unui dispozitiv conectat la analizor, ținând cont de norma regional ă
pentru care se realizeaz ă testele de conformitate). Considerând importan ța
echipamentelor multifunc ționale în contextul prezentului proiect de cercetar e, a
fost ales echipamentul de tip HMC8015 ca studiu de caz.

1.4.1. Prezentare general ă echipament HMC8015
Echipamentul de m ăsură HMC8015 (Fig. 1.34) se utilizeaz ă pentru
măsurări efectuate în circuite care sunt conectate direct sau indirect la re țeaua de
joasă tensiune de c.a. , admi țând limite maxime pentru valoarea tensiunii de 600

23
V și a curentului de 20 A. Echipamentul are posibilita tea de interfațare cu IEEE-
488, rețea Ethernet și dispozitive USB, permi țând intrări/ieșiri atât numerice cât
și digitale și respectiv conectarea la diverse versiuni ale adap torului pentru
socluri HZC815 (necesar la testarea unui echipament ). Aparatul este prev ăzut și
cu borne pentru conectarea unor cle ști de curent sau șunturi externe.

Fig. 1.34. Analizorul HMC8015 (vedere frontal ă), atunci când este conectat la un adaptor
pentru socluri versiunea HZC815 DE.

Configurarea individual ă a modului de lucru și a funcției pe care urmeaz ă
să o execute echipamentul se realizeaz ă prin intermediul unui meniu (exemplu
în Fig. 1.35).

Fig. 1.35. Exemplu pentru alegerea modului de lucru /funcției.

1.4.2. Funcționalități aferente analizei calit ății puterii.

Tabelul 1.1. prezint ă funcționalitățile de bază aferente analizei calit ăți
puterii pentru echipamentul HMC8015 . Sistemul poate fi configurat prin op țiuni
suplimentare s ă afișeze și valorile de intrare (analogic ă sau numerică), care au
simbolurile AIN, respectiv DIN.
Fig. 1.36 prezint ă un exemplu pentru ambele tipuri posibile de afi șare a
unor valori aferente parametrilor m ăsurați atunci când se folose ște modul
„Numeric” (stânga – 6 celule, dreapta – 10 celule).
Fig. 1.37 prezint ă exemple de afi șare (histogram ă, respectiv tabel) a

24
informațiilor despre armonici. Se pot afi șa valori pentru primele 50 de armonici
în una din formele : ponderi procentuale, valori ab solute, listă.

Tabel 1.1. Func ționalități de bază aferente analizei calit ății puterii.

Măsurare parametri de calitate a puterii individuali
Simbol
parametru
evaluat Descriere Simbol
parametru
evaluat Descriere
P Puterea activ ă IRMS, URMS Valori eficace pentru
curent și pentru tensiune
S Puterea aparent ă IAVG, UAVG Valori medii pentru
curent și tensiune
Q Puterea reactiv ă ITHD , UTHD Factor ul total de
distorsiune armonic ă
pentru curent și tensiune
LAMBDA Factor de putere lambda UPPeak, IPPeak Valori maxime tensiune,
curent
PHI Diferen ța de fază UMPeak ,
IMPeak Valori minime tensiune,
curent
FU, FI Valoarea frecven ței pentru
tensiune sau curent PPPeak ,
PMPeak Puterea maxim ă, minimă
FPLL Frecvența de înregistrare
cu buclă cu calare de faz ă
Moduri de lucru specifice analizei calit ății puterii

Mod de lucru Descriere Mod de lucru Descriere
HARMONIC Reprezentare a maxim 50
armonici TRENDCHART Afișare profile pentru
curenți și tensiuni
WAVEFORM Afișare valori instantanee
(tensiuni, curen ți si puteri
– pentru un ciclu) INRUSH Afișare valori regim
tranzitoriu aferent unor
evenimente rare (mod de
lucru single shot)

În modul de afi șare „WAVEFORM”, se afi șează simultan tensiunea,
curentul și puterea (Fig. 1.38).
Modul de afi șare „TRENDCHART” (Fig. 1.39) se poate folosi pentru a
vizualiza evolu ția pe o perioad ă de timp mai mare a dou ă mărimi. Mărimile se
pot selecta din setul: P, S, Q, PHI, FU, FI, FPLL, URMS, IRMS, UAVG,
IAVG, UTHD, ITHD, AIN și respectiv DIN.
Modul de afi șare INRUSH (Fig. 1.40) folose ște un buffer HW intern
pentru a urmări apariția evenimentelor „rare” , pentru a achizi ționa datele
asociate lor și respectiv pentru a le afi șa (similar func ționalității „single shot” de
la osciloscoape).
Rata de e șantionare se poate modifica pentru a urm ări pe perioade mai
mari (1 minut) evolu ția semnalelor (Tabelul 1.2).

25

Fig. 1.36. Exemple de afi șare de valori aferente parametrilor m ăsurați.

Fig. 1.37. Exemple de afi șare a informațiilor despre armonici.

Fig. 1.38. Exemplu de afi șare în modul „Waveform”.

. Fig. 1.3 9. Exemplu pentru afișare în modul
„TRENDCHART” . Fig. 1. 40. Exemplu pentru afișare în modul
„INRUSH” .

26
Tabel 1.2. Rata de eșantionare corelat ă cu timpul de achizi ție.

Rata de eșantionare Timpul de achizi ție Rata de eșantionare Timpul de achizi ție
500.00 Keșantioane 16 ms 3.91 Ke șantioane 2 s
250.00 Keșantioane 32 ms 1.95 Keșantioane 4 s
125.00 Keșantioane 65 ms 976.56 Keșantioane 8 s
62.50 Keșantioane 130 ms 488.28 Ke șantioane 16 s
31.25 Keșantioane 260 ms 244.14 Ke șantioane 33 s
15.63 Keșantioane 520 ms 122.07 Ke șantioane 67 s
7.81 Keșantioane 1 s

1.4.3. Funcționalități aferente testelor de conformitate.
Dispozitivele testate pentru conformitatea EMC („De vice Under Test –
DUT”), se pot conecta la echipamentul HMC8015 folos ind un adaptor de tip
HZC815. Dacă se măsoară valori RMS de tensiuni < 600 V și respectiv curen ți
< 20 A, DUT se poate ata șa direct la bornele din panoul frontal (Fig. 1.41).

. Fig. 1.41. Stânga – Moduri de conectare la m ăsurători : stânga – tensiune, dreapta –curent.

În caz contrar se pot folosi cle ști de curent sau șunturi externe (Fig. 1.42).

Fig. 1.42. Exemplu de ecran pentru lucrul cu senzor i.

Fig. 1.43 prezint ă un ecran pentru specificarea tipului de test pentr u
verificarea conformit ății cu EN 50564 și respectiv un ecran care afi șează
valorile măsurate. Valorile neconforme sunt reprezentate cu ga lben. Similar Fig.
1.44 este asociat ă verificării conformității cu IEC 62301.
Aparatul se mai poate folosi și ca integrator (caz în care evalueaz ă energia
consumată, generată și totală a DUT-ului), putând evalua și factorul de creast ă al
DUT-ului.

27

.Fig. 1. 43. Verificarea conformit ății cu EN 50564 . Stâng a – ecran pentru setarea tipului de
test. Dreapta – valori m ăsurate.

Fig. 1.44. Verificarea conformit ății cu IEC 62301. Stânga – ecran pentru setarea tipului de
test. Dreapta – valori m ăsurate.

Un ecran aferent compatibilit ății din punctul de vedere al con ținutului
armonic al curen ților (standard IEC 62301) este prezentat in Fig. 1. 45.

Fig. 1.45. Verificarea compatibilit ății din punctul de vedere al con ținutului armonic al
curenților (standard IEC 62301).

HMC8015 poate fi setat s ă lucreze ca un sistem de achizi ție de date (caz în
care se comport ă ca un osciloscop pe 16 bi ți care achiziționează pe un canal
curent și pe un altul tensiune). Con ținutul afișajului se reactualizeaz ă de 10 ori
pe secundă. Modurile de lucru posibile în acest caz sunt: (a) AUTO (mod de
lucru implicit). Se selecteaz ă automat semnalul de intrare; (b) DC – se folose ște
pentru măsurări asociate sarcinilor de c.c. ; (c) AC – se evalue ază valoarea medie
pe o perioadă de tensiune/curent (se face sincronizarea cu perio ada semnalului);
(d) EXTERN – se specific ă o perioadă de semnal prin intermediul unui conector
BNC folosit pentru intr ări numerice (DIGITAL IN).

28
Capitolul 2. ASPECTE SPECIFICE PROGRAMELOR DE
PROCESARE A DATELOR ACHIZI ȚIONATE DIN
APLICAȚIILE ENERGETICE.

2.1. Generalități
Sistemele de achizi ție și analizoarele de putere industriale moderne sunt
prevăzute cu memorie local ă în care se înregistreaz ă software și date
achiziționate. În func ție de complexitatea hardware-ului, software-ul poat e fi
utilizat local pentru achizi ție, procesare local ă, stocare, afișare locală, control al
perifericelor și eventual trimiterea datelor achizi ționate către alte echipamente de
calcul. Numeroase exemple de rezultate ale rul ării unor astfel programe sunt
furnizate în capitolul precedent.
Folosind uzual formate de date standardizate, anum ite echipamente
moderne de achizi ție de date pot trimite direct și/sau salva datele achizi ționate
(folosind suport magnetic), urmând ca acestea s ă poată fi apoi prelucrate
folosind pachete de programe mai sofisticate.
Atunci când există o cameră de comandă și control a proceselor
industriale (inclusiv cele energetice), cu conexiun e permanentă către sisteme de
achiziție de date amplasate în puncte de lucru critice și nu sunt necesare
vizualizare / procesare avansate chiar la punctul d e achiziție, se pot folosi
programe de comunicare cu sistemele de achizi ție prin care modul lor de lucru
se poate gestiona de la distan ță. Aceste programe se ruleaz ă pe unul sau mai
multe calculatoare din camera de control, care sunt conectate la sistemele de
achiziție controlate.

2.2. Software pentru comunicare cu sisteme de achi ziție de date și controlul
lor de la distan ță

Se prezint ă succint caracteristici pentru un exemplu de softwa re folosit
pentru comunicarea și controlul de la distan ță al unor sisteme de achizi ție de
date amplasate în puncte de lucru critice, care nu au afișaj local și nici software
incorporat foarte performant. Prin intermediul prog ramului prezentat se
generează înregistrări de durată predefinită pentru 8 canale analogice simultan.
Aceste înregistr ări se pot genera la ini țiativa operatorului sau în mod automat (la
intervale de timp cu durat ă configurabilă). Se pot de asemenea salva ca fi șiere
(inclusiv în codificare ASCII) și transmise apoi unor aplica ții software dedicate
analizelor electroenergetice.
Opțional evoluția mărimilor analogice achizi ționate se poate urm ări on-
line și se poate realiza și arhivarea datelor.
Programul folose ște un fișier de configurare, în care trebuie salvate set ări
aferente comunica ției . O parte dintre acestea sunt specifice portulu i de
comunicație, altele precizeaz ă identificatorul sistemului de achizi ții, numărul de
reîncercări, calibrări ale canalelor de achizi ție etc.

29
În Fig. 2.1. este prezentat un exemplu de lucru cu interfața programului, în
timpul unei opera țiuni de salvare pe un alt suport al unui set de dat e
achiziționate.

Fig. 2.1. Ecran afi șat de programul pentru comunicare și control de la distan ță al unor sisteme
de achiziție de date.

2.3. Programe pentru procesarea avansat ă a datelor achizi ționate pentru
aplicații energetice
2.3.1. Pachetul de programe POWERLOG
Software-ule POWERLOG a fost conceput pentru lucrul cu date
achiziționate cu echipamente portabile Fluke și descărcate ca fișiere pe un
calculator care ruleaz ă sub Windos.
POWERLOG are multiple func ționalități, printre care:
o Generează tabele de date;
o Realizează vizualizarea, afi șarea și exportul unor grafice aferente datelor
achiziționate pe toate canalele;
o Realizează studii armonice;
o Afișează tabele, grafice și rapoarte generale;
o Permite exportul datelor în formate compatibile cu alte programe.
În continuarea se furnizeaz ă o selecție relevantă pentru acest proiect
relativ la facilit ățile programului.
De exemplu , folosind interfa ța grafică programul permite vizualizarea
unei mărimi aferente unei (unor) forme de und ă achiziționate pe un anumit port
(perechi de porturi) și afla informații (valori minime, maxime, medii) despre
datele selectate pentru un interval de timp ales de utilizator, ca în Fig. 2.2.

30

Fig. 2.2. Afișarea grafică a variației puterii reactive corespunz ătoare datelor selectate cu
ajutorul meniului.

Se pot vizualiza simultan mai multe forme de und ă achiziționate (ca de
exemplu in Fig. 2.3.) sau mai multe valori calculat e (ca în Fig. 2.4).

Fig. 2.3. Afișaj pentru vizualizare simultan ă curenți și tensiuni.

31

Fig. 2.4. Ecran cu reprezentarea evolu ției în timp a m ărimilor armonicilor.

Pot fi afi șate histograme cu valorile minim ă, maximă și medie (Fig. 2.5).

Fig. 2.5. Ecran reprezentând valorile minim ă, medie și maximă aferente armonicilor.

32
Informații aferente scăderilor și creșterilor de tensiune sunt furnizate sub
forma unui ecran ca cel din Fig. 2.6, iar cele afer ente variației frecvenței și
dezechilibrelor sunt afi șate ca in exemplul din Fig. 2.7 (pentru frecven ță se
folosește scala afișată în stânga, pentru dezechilibre cea din dreapta).

Fig. 2.6. Ecran cu informa ții globale despre evenimente de tip sc ăderi/creșteri de tensiune.

Fig.2.7. Informa ții despre frecven ță și dezechilibre.

33
Informații utile despre armonicile de putere pot fi furniza te într-o formă
sintetică așa cum reiese din Fig. 2.8.

Fig. 2.8. Reprezentare sintetic ă a informațiilor despre armonicile de putere.

În Fig. 2.9 se prezint ă un exemplu de fi șier Excel (în configura ție
parțială) deoarece programul permite exportul sub form ă de fișiere Excel a
tuturor valorilor sau a anumitor valori selectate.

Fig. 2.9. Exemplu de fi șier de date cu date relative la armonici, exportat de POWERLOG
(configurație parțială).

34
Se pot realiza statistici aferente varia ției unei mărimi achiziționate
folosind un anumit set de e șantioane achizi ționate . Un exemplu este prezentat în
Fig. 2.10 – ecranul afi șat în urma analizei statistice efectuate pentru urm ărirea
armonicilor de curent de ordin 11. În stânga sunt p rezentate valorile extreme
absolute și momentele îregistr ării lor, valori extreme locale, valori specifice
calculelor statistice (medii, abateri etc.). În gr afic se prezint ă numărul de
eșantioane în func ție de ponderea lor din armonica fundamental ă.

Fig. 2.10. Exemplu de ecran afi șat de analiza statistice a armonicii de curent de o rdin 11.

2.3.2. Modulul Power Software
Similar pachetului software POWERLOG asociat proces ării datelor
achiziționate cu FLUKE, și producătorul Rhode & Schwarz a creat modulul
Power Software în cadrul pachetul de programe HMExp lorer , acesta putând fi
folosit cu date achizi ționate cu echipamente HMC 8015.
Un exemplu pentru fereastra asociat ă meniului principal este prezentat în
Fig. 2.11. Controalele permit selectarea mai multor tipuri de afișare, prezentate
în cele ce urmeaz ă.
Astfel, un exemplu de afi șare în mod „Trendchart” este reprodus în Fig.
2.12. Se prezint ă variația în timp , de-a lungul a 3,5 secunde, a curentulu i și
tensiunii achizi ționate și respectiv a puterii active calculate pe baza lor.
Armonicile aferente curentului și puterii achizi ționate pot fi reprezentate
simultan în modul Harmonics (Fig. 2.13).
Modul de afi șare Waveforms permite afi șarea simultană a evoluției în
timp a tensiunii și curentului achizi ționate, pe decursul unei perioade (Fig. 2.14).

35

Fig. 2.11. Fereastra asociat ă meniului principal al Power Software.

Fig. 2.12. Exemplu de fereastr ă afișată in modul Trendchart.

Modul de afi șare Inrush permite vizualizarea unei ferestre ca ce a din Fig.
2.15.

36

Fig. 2.13. Afișaj în modul « Harmonics » .

Fig. 2.14. Exemplu de afi șare în mod Waveform

Fig. 2.15. Exemplu de fereastr ă afișată din modul de lucru Inrush.

37
2.3.3. Programe elaborate de membrii din echipa de cercetare a proiectului
Membrii echipei de cercetare au experien ță în elaborarea unor programe
de prelucrare avansat ă a datelor achizi ționate din aplica ții energetice. Descrierea
lor depășește scopul acestui raport.
De exemplu programul PDMWin (licen ță VIG), elaborat în C++, permite
afișarea valorilor achizi ționate cu sisteme de achizi ții proiectate și realizate în
cadrul firmei, precum și evaluarea celor mai importan ți factori de calitate a
puterii, folosind transformata Fourier (Fig. 2.16).

Fig. 2.16. Ecrane cu valori instantanee achizi ționate pe 6 canale simultan (stânga) și cu valori
calculate pentru anumi ți factori de calitate a puterii (dreapta) ob ținute cu aplica ția PDMWin.

Echipa de cercetare a Universit ății din Craiova are preocup ări în
elaborarea unor programe de prelucrare avansat ă folosind diverse transformate
Wavelet (Fig. 2.17).

Fig. 2.17. Pagina principal ă a aplicației originale pentru analiza cu transformate Wavele t.

Aceste programe reprezint ă o bază pentru programele care se vor elabora
în cadrul acestui proiect.

38
Capitolul 3. SISTEME DE CONTROL AL SUPRAVEGHERII ȘI
ACHIZIȚIEI DE DATE AFERENTE PROCESELOR
INDUSTRIALE
3.1. Aspecte generale ale sistemelor SCADA
Sistemele SCADA (Supervisory Control and Data Acqu isition) se utilizeaz ă
pentru a colecta și analiza date în timp real. Include unit ăți terminale aflate la
distanță, controllere logice programabile, telemetrie și interfețe HMI.
Software-ul aferent SCADA (Fig.3.1), monitorizeaz ă, procesează și
analizează procesele industriale cu care se asociaz ă pe nivelul "produc ție" (din
diagrama specific ă standardului Industry 4.0).

Fig. 3.1. Instantaneu de la interfa ța de control a unui sistem SCADA.

Software-ul men ționat se poate afl ă: (a) între nivelul de control al proceselor
folosind PLC-uri; (b) acolo unde intervine reglarea mașinilor și sistemelor (în
controlul proceselor de fabrica ție) și respectiv în (c) nivelul opera țional (de
exemplu în produc ție acolo unde se afl ă sistemul executiv al fabrica ției).
Funcționalitatea SCADA serve ște ca și sistem de control pentru procesul
industrial, în acest context având scopul de a moni toriza, controla și superviza
întregul sistem. De fapt atributul cheie al sistemu lui SCADA const ă în capacitatea
sa de a realiza supervizarea unei mari game de disp ozitive de tip "Proprietary".
Un sistem SCADA va con ține deci: (a) instrumenta ție pentru monitorizarea
și controlul proceselor automatizate (denumit ă și “field instrumentation”); (b)
PLC-uri și RTU-uri; (c) un strat corespunzator comunica țiilor de date și

39
telemetriei (mai nou denumit ă monitorizare de la distan ță) ; (d) sistemul fizic
“gazda” (host) pentru SCADA sau sistemul de calcul supervizor SCADA cu
software-ul dedicat sau software de tip HMI.
Recent s-au redus mult diferen țele dintre tehnologiile aferente PLC-urilor și
RTU-urilor, produc ătorii lor tinzând c ătre un numitor comun pentru a r ăspunde
cerințelor pieței actuale.
Gradul de succes al unui sistem SCADA modern este i mpus într-un mod
semnificativ și de modul în care sistemul gestioneaz ă comunicațiile plecând de la
HMI la RTU-uri și PLC-uri. s)
Se pot defini 4 mari genera ții de sisteme SCADA. Evolu ția către o nouă
generație a fost impus ă de evoluția sistemelor de calcul și a tehnologiei
informatice. Cele 4 genera ții sunt prezentate în cele de urmeaz ă.
Prima genera ție este definită de caracteristica „monolitic”, cele mai
puternice sisteme de calcul de la momentul apari ției acestei genera ții fiind cele de
tip mainframe. Nu se putea practic vorbi de conecti vitate cu alte sisteme similare,
având în esență caracteristici de tip „standalone”. Principala fun cție a unui sistem
SCADA de prima genera ție (Fig.3.2) era aceea de a monitoriza și de a prelua
controlul în cazul apari ției unui defect. Procesarea realizat ă de sistemul izolat
autoconținut (standby) era minimal ă sau chiar absent ă. Conectivitatea la sta ția
master era limitat ă de către furnizorul sistemului. Conexiunile la master se realizau
la nivelul magistralei folosind adaptoare sau contr ollere de tip proprietary
introduse în backplane-ul unit ății principale de procesare (CPU – Control
Processing Unit).

Fig. 3.2. Configura ție SCADA de prima genera ție.

40
A 2-a generație (Fig. 3.3). este definit ă de caracteristica „distribuit”. În
sistemele din genera ția a 2-a, unele dintre sta ții se utilizau ca și servere de
comunicație cu funcția principală de realizare a comunica ției cu RTU-uri. Altele se

Fig. 3.3. Configura ție SCADA de genera ția a 2-a.

utilizau pentru interfa țarea cu operatorul, furnizând HMI-ul pentru acesta. Altele
serveau ca și procesoare de calcul sau servere pentru baze de d ate. Rețelele
utilizate pentru conectarea acestor sisteme individ uale se bazau în general pe
protocoale LAN, nedep ășind limitele re țelei locale. Datorit ă lipsei uniformiz ării
protocoalelor folosite existau limitari (sau chiar nerealizări) de conectări ale
rețelelor cu furnizori diferi ți în LAN-ul aferent sistemului SCADA local. Prin
distribuirea resurselor au crescut mult performan țele de tip redundan ță și
fiabilitate.
Și la această generație existau limit ări aferente hardware-ului, software-ului
și dispozitivelor periferice care erau furnizate sau recomandate de furnizorul
(vendorul) sistemului SCADA.
A 3-a generație (Fig. 3.4). este definit ă de caracteristica „interconectarea
prin rețea” (networked).
Marele pas înainte introdus de genera ția a 3-a se refer ă la utilizarea în
special a arhitecturilor „deschise” de sistem în lo cul celor de tip proprietary,
controlate de furnizori. Se folosesc standarde și protocoale deschise, devenind
astfel posibilă distribuirea func ționalității SCADA la nivel de WAN și nu de LAN.
Există mai multe sisteme interconectate în re țea, partajând func ții pe stațiile
master și coexistă RTU-uri care lucreaz ă cu protocoale de tip „vendor-proprietary”.
Utilizarea de sisteme de tip „off-the-shelf” u șurează conectarea unor

41
dispozitive periferice „third party” (ca de exemplu monitoare, imprimante, drivere
de disc, drivere de band ă etc) la sistem și/sau la rețea.
Se pot folosi acum protocoale WAN (ca de ex emplu protocolul IP) pentru
comunicația între stația master și echipamentul de comunica ție. Aceasta permite

Fig. 3.4. Reprezentarea unui sistem SCADA din gener ația a 3-a.

porțiunii din stația master care este responsabil ă cu comunicarea cu dispozitivele
cu care se comunic ă de la distanță să se separe în mod convenabil, separând LAN-
ul de stația master.
Furnizorii produc acum RTU-uri care pot comunica cu stația master folosind
o conexiune Ethernet
Alte avantaje introduse de func ționalitatea distribuit ă în WAN se refer ă la
creșterea fiabilității (funcționarea și în urma unui dezastru), din p ăcate condiționată
de buna funcționare a site-ului unde se afl ă masterul (dac ă acesta este afectat,
sistemul SCADA i și pierde complet func ționalitatea).
În sistemele SCADA de generația a 4-a (Fig. 3.5) , IoT, Industrial IoT și
tehnologiile de tip cloud joac ă un rol major. Aceste sisteme au interfe țe cu
modelarea datelor și cu așa-numitele “digital twins” (prin “digital twin” se întelege
un model dinamic real care dirijeaz ă rezultatele unei afaceri, reprezentând în esen ță
un model software al unei entit ăți sau a unui sistem fizic).
În aceast ă generație, principalele func ționalități oferite de SCADA sunt:
• Se utilizează pentru controlul, monitorizarea și analiza unui proces industrial;
• Realizează comunicarea în timp real cu controllerele amplasat e în punctele de

42
interes ale procesului (în mod tipic PLC-uri și RTU-uri, dar este important de
menționat că și dispozitivele inteligente devin p ărți componente ale re țelei
SCADA, facilitând fluxul datelor);
• Colectează datele de la controlere și le aduce în SCADA unde sunt prezentate
operatorilor care ruleaz ă procesul folosind o interfa ță grafică;
• Permit operatorilor s ă vizualizeze evolu ția procesului în timp real;
• Oferă operatorilor capabilit ăți precum: luarea de m ăsuri la declanșarea alarmelor,
controlul procesului, schimbarea set ărilor etc.
• Adesea se memoreaz ă date în vederea supravegherii tendin țelor comportamentale
ale procesului pe termen mai lung;
• Se pot folosi pentru a crea diagrame chart, gener area de rapoarte și vizualizarea
datelor memorate anterior, cu posibilitatea de a el abora rapoarte cu rol predictiv
pentru comportarea procesului. În acest scop se fol osesc datele furnizate de PCL-
uri și se analizează alarmele.

Fig. 3.5. Reprezentare simplificat ă a unui sistem SCADA de genera ția a 3-a

Rolul din ce în ce mai important al IoT se refer ă la oferirea de suport pentru
dispozitive, sisteme și protocoale tipice pentru IoT, pentru protocoale O T și pentru
multe altele (de ex. cele pentru conectarea la sist emele de baze de date). De
exemplu B-Scada are o platform ă IoT (Platforma „Status Device Cloud IoT”) și o
soluție de tip smart city (platforma „CitiWorx Sensing”) . Cu această configurație,

43
B-Scada oferă software HMI la nivel ma șină și un software SCADA care ofer ă
proprietăți de conectivitate pentru mii de dispozitive și sisteme, precum: sursele de
date OPC UA, OPC DA, SNMP, MQTT, REST, Bar Code, GP S, Domoticz,
Empress, SQL și ODBC, software-ul Excel, dispozitive de tip Allen Bradley,
BACnet, Modbus și Siemens S7, precum și senzori Monnit, Libelium, Advantech
Wzzard, și B-Scada. Se ofer ă suport și pentru surse de date customizate.
Actual se pot identifica 5 arii unde sistemele mode rne SCADA (ca de
exemplu SIMATIC WinCC) furnizeaz ă valoare adăugată unei intreprinderi
digitalizate:
(a) Managementul datelor;
(b) Managementul informa ției;
(c) Managementul energiei;
(d) Managementul diagnosticelor;
(e) Comunicație deschisă.
Alte avantaje în acest context se refer ă la:
(a) comunicare între procesul industrial și sistemele IT , incluzând un schimb de
date mai direct, care poate avea loc deoarece func țiile de la nivelul procesului
industrial se conecteaz ă cu platformele de management (cum sunt de exemplu
MES, ERP și „intelligent ERP”);
(b) deciziile aferente optimiz ării procesului industrial se pot lua mai rapid ( și în
viitorul apropiat într-un mod mai autonom deoarece rolul inteligenței artificiale și
al sistemelor ERP inteligente cre ște în intreprinderile viitorului);
(c) economii de energie;
(d) timp mărit de funcționare neîntrerupt ă și
(e) îmbunătățirea sinergiei.
Din păcate securitatea (în special cea aferent ă software-ului SCADA/HMI)
rămane o problem ă încă incomplet rezolvat ă.
Tendințele actuale în evolu ția SCADA, în contextul acestui proiect sunt:
(a) creșterea timpului de bun ă funcționare;
(b) atingerea obiectivelor generale aferente Indust ry 4.0;
(c) creșterea eficienței operaționale;
(d) realizarea mai u șoară a controlului și monitorizării proceselor industriale;
(e) creșterea producției atât din punct de vedere calitativ cât și cantitativ.
Industry 4.0 se refer ă la tendința actuală din domeniul automaticii și
schimbului de date în tehnologiile de fabrica ție. Include sisteme ciber-fizice, IoT,
calculul în cloud și calcul cognitiv.
Studii recente estimeaz ă o creștere anuală a pieței SCADA (CAGR) de
5.01% până în 2022.

44

3.2. Sisteme SCADA utilizate in energetic ă
3.2.1.Generalit ăți
În prezent industria energetic ă pe plan mondial precum și în țara noastră se
caracterizează prin profunde transform ări structurale. Func ționarea într-un regim
concurențial duce la amplificarea eforturilor actuale efectu ate de companiile de
electricitate în scopul cre șterii eficientei și calității serviciului.
Una din căile de realizare a acestui deziderat o constituie o rientarea spre noi
strategii informatice. Informatizarea reprezint ă una dintre premisele de baz ă ale
creșterii eficienței și siguranței în exploatare a sistemului energetic na țional.
Sistemele SCADA utilizate în energetic ă sunt deosebit de complexe și
trebuie să fie capabile s ă integreze la nivel software întreaga gam ă de funcții
necesare conducerii operative a proceselor energeti ce:
• urmărire operativă;
• gestionare evenimente;
• arhivare;
• reglare bilanțuri energetice;
• analiză postavarie;
• ghid operator;
• diagnoză;
• mers economic, etc.
Toate aceste func ții au drept scop optimizarea func ționării și conducerii
operative a sistemelor în ansamblul lor, prin furni zarea rapidă și detaliată a datelor
primare sau prelucrate, oferind operatorilor imagin i de ansamblu, sugestii operative
și interpretări detaliate ale situa ției reale asupra instala țiilor urmărite.
Arhitecturile hardware moderne aferente sistemelor informatice SCADA
pentru conducerea operativ ă a proceselor electroenergetice se bazeaz ă pe rețelele
de calculatoare electronice, asigurând prelucrarea distribuită pe niveluri ierarhice.
Funcția de server în cadrul Sistemului Informatic de Con ducere Operatic ă
(SICO) este de ținută de un echipament cu facilit ăți importante, precum:
• multitasking (prelucrare în paralel pe fire de ex ecuție distincte, bazat ă pe
capacitățile intrinseci oferite de sistemele de operare mode rne, care sunt
caracterizate de conceptul SMP – symmetrical multip rocessing) ;
• facilități aferente lucrului în timp real;

45
• securitate sporit ă în ceea ce prive ște datelor analizate și vehiculate între diferite
componente;
• administrare îmbun ătățită.
Arhitectura promovat ă de specialiști permite în mod natural utilizarea mai
multor servere de aplica ții, în funcție de complexitatea procesului condus și a
funcțiilor care sunt implementate de sistem (exemplu: se rver de baze de date,
server pentru sisteme expert, server pentru diagnoz ă etc.). În cazul aplica țiilor
uzuale este utilizat un singur calculator server pe ntru implementarea func țiilor
sistemului, exploatând caracteristica multitasking pe care o are sistemul de operare.
Uzual sistemul de comunica ții se bazează pe protocolul TCP/IP. Pentru dezvoltarea
programelor se utilizeaza intensiv tehnologii orien tate pe obiecte, mai populare
fiind medii de dezvoltare bazate pe C++, Matlab etc .

3.2.2. Funcțiile principale ale sistemelor informatice SCADA im plementate în
sisteme energetice

Principalele func ții SCADA prin implementarea c ărora se asigură creșterea
eficienței în funcționarea sistemelor energetice (SE) sunt: (a) Urm ărire operativă;
(b) Alarmare operator; (c) Gestionarea evenimentelo r; (d) Arhivare și urmărire
operativă; (e) Bilanțuri energetice și urmărire economică; (f) Gestiune energetic ă;
(g) Analiza postavarie; (h) Timpii de func ționare a agregatelor; (i) Diagnoza pe
instalații; (h) Mentenan ță.
Concepția de sistem deschis, realizat modular, în scopul e xtinderii și
perfecționării ulterioare, permite elaborarea unei strategii d e evoluție a sistemului,
acesta putând fi completat progresiv cu noi func ții SCADA. Func ționalitățile
inițiale ale sistemului pot fi astfel adaptate și optimizate în timp, ținând cont de
condițiile reale specifice fiec ărui punct monitorizat, de diversele probleme și
dificultăți întâmpinate în exploatare. Simultan se urm ărește creșterea eficienței
proceselor energetice și îmbunătățirea principalilor indicatori de bilan ț
(randamente și consumuri specifice).
Pe plan mondial, marii produc ători de echipamente de automatizare au
dezvoltat sisteme complexe bazate pe resursele calc ulatoarelor și a automatelor
programabile, înso țite de pachete software specifice. Considerând de exemplu un
set de generatoare monitorizate simultan, astfel se pot realiza automatizarea
echipamentelor monitorizate și conducerea proceselor prin dispeceri locali și
respectiv dispeceri centrali. Aplica țiile software oferite dau posibilitatea aloc ării
resurselor, elaborarea : (a) bazelor de date con ținând măsurători aferente tuturor
parametrilor energetici ; (b) rapoartelor de evenim ente, alarme manevre etc.
Existența unui număr mare de perturba ții în sistem precum și nevoia
planificării optime a produc ției de energie electric ă au determinat firme consacrate

46
în domeniu ca: Siemens, Abb, Alstom, Emerson, Andri tz ș.a. să introducă pachete
software pentru suport decizional la nivelul dispec erului central. Aceste pachete
software sunt prezentate ca instrumente de optimiza re sau ca sisteme de suport
decizional (SSD).
Pe plan mondial și național sistemul de monitorizare al centralelor
energetice cel mai des folosit este SCADA.
3.2.3. Considerații generale privind structura și cerințele de funcționare a
sistemului de comand ă – control și a sistemului de automatizare

În cadrul activit ății de proiectare a unui sistem de comand ă – control și
eventual al sistemului de automatizare asociat se u rmăresc unele elemente care duc
la obținerea unor beneficii, atât prin reducerea efortulu i de proiectare, cât și prin
exploatarea ulterioar ă a sistemului.
Atunci când se evalueaz ă o anumită arhitectură trebuie avute în vedere
avantajele competitive, imediate și de viitor, datorate introducerii arhitecturii
respective.
Criteriile de evaluare sunt:
• siguranța în exploatare;
• costul investi ției;
• costul de instalare;
• costul total incluzând între ținerea și exploatarea echipamentelor;
• beneficiile financiare și respectiv nefinanciare ob ținute;
• scalabilitatea sistemului;
• adoptarea de c ătre alte companii;
• arhitectura deschis ă;
• compatibilitatea cu alte sisteme;
• flexibilitate în alegerea dispozitivelor intelige nte electronice (Intelligent
Electronic Devices – IED), folosite pentru interfa țarea cu procesul;
• costurile de între ținere și instruire a personalului;
• suportul pentru viitoarele extinderi ale aplica țiilor;
• ușurința în modificarea configura ției.
Un sistem distribuit de automatizare este constitui t din : (a) echipamente de
teleconducere, montate într-un Punct Central de Conducere ; (b) echipamentele
locale de la punctele de re țea conduse și (c) sistemul de comunica ție dintre acestea.
În general toate arhitecturile sistemelor SCADA au în componența lor un
centru de conducere computerizat unde sunt luate to ate deciziile importante și unde
sunt stocate toate datele importante.
In cazul unui sistem energetic, la nivelul punctulu i central există un server
de aplicație, unde sunt implementate:

47
• funcții de supraveghere a st ării rețelei;
• analiza topologiei re țelei;
• optimizarea circula țiilor – minimizarea pierderilor de energie;
• optimizarea st ării;
• reglajul de tensiune.
Terminalele aflate la distan ță – RTU (Remote Terminal Unit) lucreaz ă
normal, ca și concentratori de date sau controlere pentru siste me mai mici, izolate.
Arhitectura sistemului folose ște comunicația între RTU și punctul central prin linie
telefonică sau stații radio.
Uzual RTU asigur ă controlul mai multor sisteme mici. RTU sunt
echipamente specializate de telem ăsură – telecomenzi, instalate în proces
(echipamente locale). Acestea asigur ă:
• preluarea informa ției din proces:
o măsurători de tensiuni, circula ții de curenți, fluxuri de puteri și
o energii;
o informații privind starea echipamentelor: temperaturi, pres iuni,
poziții;
o semnalizări: poziția întreruptoarelor și separatoarelor, precum și starea
și poziția echipamentelor de reglaj și protecție;
o alarme de avertizare și avari: defecte ale echipamentelor.
• prelucrarea primar ă a informațiilor prelevate:
o validare mărimi;
o verificare încadrare în limite tehnologice;
o conversie în unit ăți inginerești.
• transmiterea comenzilor în proces (telecomenzi):
o comanda aparatajului de comuta ție;
o reglajul surselor de alimentare, dac ă e cazul;
o schimbarea stării.

3.2.4. Funcțiile SCADA

Sistemul de tip SCADA are patru categorii de func ții:
-funcții de interfață cu utilizatorul (care vor permite comunicarea în m od grafic,
text și transfer de fișiere),
-funcții de management a bazei de cuno ștințe (care permit comunicarea,
actualizarea, accesul, interogarea și validarea datelor din baza de cuno ștințe),
-funcții de prelucrare a datelor (procesare, clasificare, căutare de tip data mining și
stocare a informa ției semnificative)
-funcții specifice componentei sistem expert (dedicate fu ziunii multisenzoriale a
informațiilor, de implementare a mecanismelor de inferen ță, de implementare a

48
modelelor de ra ționament și decizie specifice, de verificare a deciziei și validare a
deciziei, de verificare a ra ționamentului, de generare de scenarii și respectiv de
analiză a acestora).

3.2.5. Studiu de caz – sisteme de monitorizare a centralel or hidroelectrice
3.2.5.1. Principii de baz ă

Scopurile de baz ă ale sistemelor de conducere automat ă moderne din
centralele hidroelectrice sunt :
– Reglarea automat ă a turației (frecvenței) și/sau puterii grupului energetic
cunoscute sub denumirea de sisteme de reglare autom ată a vitezei (SRAV).
– Reglarea automat ă a tensiunii generatorului cunoscute sub denumirea de sisteme
de reglare automat ă a excitației (SRAE).
– Reglarea nivelului apei în lacul de acumulare și a debitului turbionat;
– Protecția grupului hidroenergetic la avarii, defecte.
Pe lângă tradiționalele scopuri de baz ă sunt posibile și anumite func ții
suplimentare, posibile datorit ă sistemelor numerice, cele mai importante fiind:
– Optimizarea întregului sistem pentru asigurarea d isponibilității și eficienței
ridicate a grupului energetic urm ărind reducerea costurilor de produc ție a energiei
electrice;
– Controlul general al echipamentelor centralei și monitorizarea func ționării de la
un dispecer local sau central;
– Pornirea și oprirea automat ă de la distanță și alegerea num ărului optim de
agregate în func țiune.

3.2.5.2. Aspecte particulare ale sistemelor SCADA pentru hid rocentralele
din România

Calcule economice și inginerești preliminare au demonstrat necesitatea
proiectării și implementării sistemelor de tip SCADA, pentru corelarea func ționării
ansamblului de hidrocentrale construite în cascad ă pe firul unei ape, în scopul
utilizării la maxim a energiei hidraulice disponibile în o rice moment de timp.
Un asemenea sistem trebuie organizat într-o structu ră distribuită, ierarhizată
pe trei niveluri func ționale și anume:
– Nivelul 1 – cuprinde sistemele SCADA de la fiecar e centrală hidraulică în parte
ce monitorizeaz ă sistemele de reglare, comand ă de la distanță și protecție la fiecare
grup în parte;
– Nivelul 2 – cuprinde sistemul SCADA din camera de comandă a dispecerului
energetic al cascadei de hidrocentrale;

49
– Nivelul 3 – cuprinde sistemul SCADA al dispecerul ui energetic al zonei
energetice (off-Site).
Nivelul 2 și Nivelul 3 formeaz ă o structură integrată de echipamente de
calcul grupate în aceea și clădire.

3.2.5.3. Principii func ționale ale sistemelor de monitorizare și control în
centralele hidroelectrice

Sistemul de control automat al centralelor hidroele ctrice (CHE) cuprinde o
serie de echipamente grupate pe sarcini și funcțiuni specifice pentru asigurarea
controlului permanent a tuturor instala țiilor și protecția acestora în cazul dep ășirii
limitelor normale de lucru. Aceste echipamente sunt grupate în dou ă categorii
mari: echipamente aferente fiec ărui grup hidroenergetic și echipamente aferente
conducerii centralei în ansamblu.
În Fig. 3.6 se prezint ă structura și funcțiunile sistemului de control al unui
grup hidroenergetic ce asigur ă semnalizarea și protecția grupului și controlul
reglării automate a parametrilor grupului și a instalațiilor auxiliare aferente
grupului. Într-un astfel de sistem este obligatorie prezența sistemelor de calcul
pentru achiziția și prelucrarea datelor.

Fig. 3.6. Sisteme de control al grupului hidroenerg etic.

50

Fig. 3.7. Sistem de achizi ție de date – partea electric ă
În fig. 3.7.sunt prezentate structura și funcțiunile sistemului de achizi ții de
date aferente p ărții electrice.
Echipamentele din camera de comand ă permit realizarea urm ătoarelor
funcțiuni:
– Comanda de la distan ță a : (a) grupurilor din CHE; (b) a sta țiilor de medie și
înaltă tensiune; (c) vanei operative de la nodul de presi une;
– Centralizarea informa țiilor: (a) transmise dispeceratului energetic de ca re aparține
centrala și operatorii din central ă; (b) de la sesizoarele de incendiu;
– Supravegherea centralizat ă a instalațiilor din central ă și echipamentele exterioare
etc.

3.2.5.4. Prezentarea arhitecturii și funcțiunilor unui sistem SCADA pentru
un ansamblu de hidrocentrale construite pe firul un ei ape.

Schemele și ecranele din aceast ă aplicație au avut ca surs ă „Sistemul de
control, supervizare și achiziție de date ( SCADA) al cascadei de hidrocentrale de
pe Oltul mijlociu”.

A. Sisteme SCADA la nivelul centralei hidroelectri ce
Arhitectura sistemului informatic de proces la nive lul centralei hidroelectrice
este prezentată în figura 3.8 și cuprinde consola operator, serverul SCADA și
serverul de date istorice care ruleaz ă pe același calculator.
Sistemul informatic de proces se cupleaz ă la calculatorul de automatizare
existent, realizat cu echipamente de calcul numeric e prin intermediul re țelei
Ethernet și asigură un sistem SCADA la nivelul centralei hidroelectric e. Acestea
din urmă pun la dispozi ție datele prin intermediul unui server OPC ( OLE fo r
Process Control ) la care serverul SCADA se cupleaz ă ca și client. De asemenea,
sistemul asigur ă integrarea centralelor de protec ție termică, a contoarelor electrice

51
inteligente conform cu standardul IEC1107 și a altor traductoare și/sau module
electronice inteligente (IED) instalate la nivel CH E și care sunt integrate în
structura de conducere prin intermediul unor leg ături seriale în standard RS
422/485.
Sistemul SCADA la nivelul centralei hidroelectrice conține următoarele
module:
* Consola operator . Consola operator/serverul SCADA/serverul de date istorice
sunt realizate cu un calculator uzual și două monitoare cu cristale lichide, fapt ce
asigură imunitate la nivelul afi șării contra câmpului electromagnetic din central
hidroelectrică. Sistemul se cupleaz ă cu calculatorul ce asigur ă funcțiunile de
reglare automat ă a parametrilor grupurilor hidroagregatelor, prin i ntermediul unei
rețele locale Ethernet. Protocolul folosit este TCP/IP . Sistemul de operare folosit
este Windows (familia NT). Pentru dezvoltarea aplic ației s-au folosit pachete

Fig. 3.8. Arhitectura sistemului SCADA la nivelul unei centrale hidroelectrice.

software tip SCADA (exemplu standard iFIX) , driver ele folosite fiind de tip OPC.
Consola operator comunic ă cu sistemul SCADA implementat la dispecer , putând
astfel să îi furnizeze date.

52
Sistemul SCADA folosit permite utilizatorului s ă-și dezvolte propriile
ecrane de aplica ție, să-și definească variabile în baza de date, s ă elaboreze rapoarte,
să definească și să modifice drepturile de acces la informa ție, să memoreze istoria
unor anumite valori. În principiu consola operator este un nod SCADA și poate
îndeplini funcții specifice.
* Calculatorul de automatizare. Asigură funcțiunile de reglare automat ă a
grupurilor hidroenergetice și are următoarele caracteristici generale:
– Calculatorul de automatizare are o arhitectur ă deschisă și permite atât procesarea
distribuită cât și centralizarea datelor;
– Are capacitatea de a procesa volumul de date nece sar aplicației de comand ă și
control grupurilor hidroenergetice;
– Prezintă o arhitectură modulară, care permite extinderea în viitor;
– Asigură un mod de operare robust, ce asigur ă faptul că defectarea unui modul
periferic nu blocheaz ă funcționarea sistemului și toate modulele periferice sunt
conectabile la dou ă magistrale comune de proces;
– Permite înlocuirea modulelor prin scoaterea acest ora în timpul func ționării;
– Asigură conectarea punctelor de intrare-ie șire (I/O) din proces în dulapul de
echipamente;
– Prezintă capacitatea de autotestare a sistemului în timpul funcționării;
– Software-ul de aplica ție este rezident atât pe suport magnetic cât și pe disc
FLASH;
– Sistemul de operare de timp real din familia UNIX (QNX) include protocolul
TCP/IP și permite procesarea distribuit ă a aplicației la nivelul unui grup de
calculatoare legate într-o re țea locală Ethernet;
– Asigură comunicarea cu modulele distribuite de I/O cu dive rse protocoale: IEC
1107 pentru contoare inteligente, MODBUS (serial și TCP/IP) ;
– Include indicatori lumino și (LED) la nivelul fiec ărui modul, care indic ă
activitatea modulului, starea intr ărilor/ieșirilor și starea de alarm ă (în funcție de
tipul modulului).
Sistemul trebuie s ă fie supus testelor de compatibilitate electromagne tică,
perturbații radioelectrice, imunitate pentru echipamente mon tate în stații electrice –
medii industriale, teste de perturba ții la impulsuri de înalt ă frecvență, șocuri
mecanice și șocuri de înaltă frecvență.
* Calculatorul de automatizare. Constă dintr-o unitate central ă și un număr de
module periferice inteligente care au propria capac itate de procesare. Modulele
periferice asigur ă procesarea local ă a informației. Sistemul permite atât
configurații centralizate cât și culegerea de date în mod distribuit. Calculatorul de
automatizare permite administrarea programului de a plicație de la distanță cum ar

53
fi oprirea/pornirea aplica ției, descărcarea unei noi versiuni a aplica ției, efectuarea
de comenzi la nivelul sistemului de operare, etc.
Calculatorul de automatizare permite integrarea de dispozitive inteligente de
I/O, cum ar fi contoare electronice, protec ții termice hidroagregat, etc. El accept ă
de asemenea sincronizarea standard a ceasului de ti mp real prin GPS.
Aplicația SCADA la nivelul CHE permite operatorului s ă vizualizeze situa ții
energetice și date achiziționate din proces, s ă editeze, să vizualizeze și să tipărească
rapoarte de tur ă, să vizualizeze și să confirme mesaje de alarm ă. Se oferă de
asemenea posibilitatea salv ării datelor. Astfel, se permite exportul datelor sa lvate
din baza de date în fi șiere text. Opțional datele din baza de date se pot șterge, iar
fișierele text în care au fost exportate se pot arhiva .

B. Sistemul SCADA la nivel de Dispecer Hidroelectri c
Arhitectura sistemului SCADA la nivelul dispecerulu i hidro al unui
ansamblu de hidrocentrale realizate pe cursul unei ape este prezentat în figura 3.9.

Fig. 3.9. Arhitectura sistemului SCADA la nivelul u nei centrale hidroelectrice.

54

C. Structura sistemului SCADA.
Sistemul SCADA prezentat în figura 3.9 acoper ă sarcinile de monitorizare
de la Nivelul 2 (Dispecerul hidroenergetic al ansam blului de hidrocentrale) și
Nivelul 3 (Dispecerul energetic al zonei energetice – distribuție și transport energie
electrică) acoperită de ansamblul de hidrocentrale). Dispecerul hidroen ergetic este
constituit dintr-o serie de servere și console care sunt cuplate între ele prin
intermediul unei re țele locale (LAN) de tip Ethernet.
Elementele constitutive ale nivelului dispecer sunt descrise în cele ce
urmează:
– Serverele de comunica ție primare (comandate prin linie telefonic ă) și secundare
(conectate prin radio) au rolul de a citi datele ac hiziționate în centralele
hidroelectrice cu un num ăr maxim de 8 canale pe server pentru comunica ția pe fir.
Menținerea numărului de canale de comunica ție la 8 este făcută din motive de
scalabilitate și disponibilitate a sistemului de comunica ție. Se utilizeaz ă sistemul de
operare QNX. Protocolul de comunica ție cu serverul SCADA este TCP/IP.
Protocolul de comunica ție cu CHE este compatibil cu protocolul IEC 870-5-1 01;
– Serverul SCADA primar men ține baza de date în timp real a nivelului dispecer.
El este dublat de un server SCADA secundar care luc rează în regim de rezerv ă
caldă pentru creșterea fiabilității sistemului. Se utilizeaz ă sistemul de operare
Windows iar pentru dezvoltarea aplica ției s-a utilizat pachetul SCADA iFIX.
Datele din serverul central sunt citite de la serve rele de comunica ție prin
intermediul unor drivere de tip OPC. Sistemul SCADA folosit permite
utilizatorului s ă-și dezvolte propriile ecrane de aplica ție, să-și definească variabile
în baza de date de timp real, s ă elaboreze rapoarte, s ă definească și să modifice
drepturile de acces la informa ție, să memoreze istoria unor anumite valori;
– Serverul de baze de date (care ruleaz ă sub Windows) are rolul de a memora
datele istorice. Se utilizeaz ă SQL Server ca sistem de gestiune a bazelor de date ;
– Consolele operator (furnizate de pachetul SCADA i FIX) sunt de dou ă feluri: (a)
unele permit efectuarea de comenzi; (b) altele perm it numai vizualizarea datelor
din proces;
– Consola „Inginerie” de la care utilizatorul î și va putea dezvolta aplica ția în
funcție de cerințele suplimentare ap ărute pe parcurs sau datorate extensiei
sistemului;
– Simulatorul de CHE – alc ătuit din: (a) o consol ă operator și (b) un calculator de
automatizare ale c ărui intrări sunt legate la un panou cu comutatoare și
potențiometre , ieșirile fiind conectate la indicatoare luminoase. Ace sta are aceleași

55
caracteristici ca și nivelul CHE și are ca scop simularea diverselor situa ții din CHE
în scopul pregătirii și instruirii operatorilor de la dispecer sau de la centrale;
– Afișoare de tip wall-display care sunt cuplate la un se rver de afișare și care au
rolul de a permite vizualizarea de scheme sinoptice care să poată fi văzute de
dispeceri. Serverul este cuplat la nivelul re țelei locale, ruleaz ă o aplicație de
consolă SCADA, permi țând operatorilor de la dispecer s ă stabilească imaginile ce
sunt afișate.

3.2.5.5. Caracteristicile și funcțiunile sistemului SCADA-dispecer.
A. Sistemul de securitate

Sistemul de securitate permite efectuarea urm ătoarelor operații: (a) Pornirea
și oprirea sistemului de securitate; (b) Crearea, mo dificarea și ștergerea conturilor
utilizator; (c) Restric ționarea accesului utilizatorilor la anumite program e sau
ecrane operator; (d) Furnizarea protec ției la operații de scriere/modificare/ ștergere
în baza de date de timp real; (e) Gruparea utilizat orilor în conturi de grup; (f)
Alocarea de drepturi la nivel de func ție de aplicație (de ex: părăsirea unui ecran,
desenarea unui obiect etc. ); (g) Definirea unor ar ii de securitate la nivel func țional
sau fizic care pot restric ționa accesul la resursele sistemului SCADA; (h) Cre area
unui mediu sigur în care utilizatorul s ă poată fi împiedicat s ă facă următoarele
operații: să starteze alte taskuri, s ă comute către taskuri neautorizate, s ă părăsească
ecranul curent, s ă deschidă ecrane în care nu este autorizat, s ă restarteze
calculatorul; (i) Importul și exportul de conturi de securitate.

B. Colectarea datelor pe termen lung (istoricul de date)
Sistemul de colectare a datelor pe termen lung are următoarele caracteristici:
(a) Asigură un mod automat, cuprinz ător și pe termen lung de achizi ție, stocare și
afișare a datelor din proces; (b) Permite analiza tendi nțelor procesului monitorizat;
(c) Permite analiza post-avarie; (d) Permite stabil irea strategiei de colectare a
datelor (organizarea variabilelor în colec ții, stabilirea lungimii fi șierelor în ore și
timpul cât acestea vor fi men ținute pe hard disk-ul nodului); (e) Permite crearea de
grafice bazate pe datele colectate și tipărirea și exportarea sub forma de fi șiere
ASCII a datelor colectate.

C. Generarea de rapoarte
Generatorul de rapoarte predefinite are rolul de a permite operatorului
realizarea de rapoarte din baza de date istorice. R aportul se genereaz ă la interval de
timp stabilite la nivel de zi din s ăptămână și oră și se repetă la intervale de timp
fixe. La generare, raportul poate fi trimis într-un fișier prestabilit sau direct la

56
imprimantă. Sistemul permite editarea rapoartelor de c ătre operator cu înregistrarea
momentului când editarea s-a efectuat împreun ă cu identitatea operatorului.

D. Lucrul cu bazele de date externe
Sistemul SCADA permite scriere și citirea de date dintr-o baz ă de date
externă implementată sub un sistem de gestiune a bazelor de date SQL Se rver.
Aceste operații au loc la momente de timp stabilite sau sunt dec lanșate de un
anumit eveniment ce a avut loc în sistem.

E. Sistemul de alarme și de mesaje
Sistemul semnalizeaz ă depășirea unei limite stabilite de c ătre o valoare din
proces prin declan șarea unei alarme. Sistemul afi șează alarma până când condiția
care a declanșat-o dispare și operatorul o confirm ă. De asemenea, pot fi generate
mesaje despre activitatea sistemului., a operatorul ui și a bazei de date, mesaje ce
pot fi inspectate ulterior.
Alarmele și mesajele pot fi de mai multe tipuri: alarme gener ate de baza de
date, mesaje generate de apari ția unui eveniment, mesaje generate de sistem și
mesaje generate de aplica ție. Fiecărei alarme i se poate atribui o anumit ă
proprietate, programul genereaz ă un sumar al tuturor alarmelor primite de un nod
SCADA și poate genera mesaje acustice la apari ția unei noi alarme. Sistemul
SCADA asigur ă suport la nivelul re țelei locale în distribuirea alarmelor și
mesajelor tuturor nodurilor din sistem. Este asigur at de asemenea suport pentru
tipărirea alarmelor de îndat ă ce acestea ajung pe un nod SCADA. Alarmele și
mesajele ce provin din proces sunt salvate în baza de date istorice. Sistemul asigur ă
un serviciu de istoric al alarmelor care permite af ișarea pe ecran a unei liste de
alarme și mesaje pe un nod de îndat ă ce nodul prime ște informația.

F. Sistemul de comunica ție
Sistemul de comunica ție îndeplinește următoarele cerințe:
– Asigură traficul de date în timp real între centrale și dispecerat, făcând astfel
posibile detectarea și corectarea erorilor;
– Asigură o cale secundar ă de comunicație între centrale și dispecerat;
– Suportă un protocol bazat pe transmiterea evenimentelor pe ntru a minimiza banda
de comunicație necesară;
– Posedă capacități de autotestare;
– Folosește compresia de date la transmisia cantit ăților mari de date .

57
4. CONCLUZII PRIVIND TENDIN ȚELE ÎN DEZVOLTAREA
ECHIPAMENTELOR COMPLEXE DE MONITORIZARE A
PARAMETRILOR FUNC ȚIONALI.

În urma analiz ării configurațiilor prezentate în acest raport au putut fi
conturate anumite tendin țe în dezvoltarea echipamentelor complexe de
monitorizare a parametrilor func ționali, prezentate succint în cele ce urmeaz ă

4.1. Tendințe în dezvoltarea configura țiilor hardware a sistemelor de
achiziții de date
Pentru sistemele de achizi ții de date de ultim ă generație realizate de
producători consacrați există numeroase configura ții. Pentru acest raport au fost
analizate echipamente portabile (care sunt privite în special ca aparate de m ăsură
și/sau analizoare de putere dar dovedesc o versatili tate mărită în contextul
creșterii gradului de miniaturizare) , echipamente mult ifuncționale (care pe
lângă funcții de tip analizor de putere au și funcții complementare ca de exemplu
cea de verificare a compatibilit ății electromagnetice) și respectiv sisteme
superperformante, de uz general.
Tendințele în arhitecturile HW moderne ale sistemelor de î naltă
performanță sunt definite de caracteristici noi, cum ar fi:
a) Eșantionare flexibil ă atât pentru intr ările cât și ieșirile analogie;
b) Tipuri multiple de triggerare;
c) Realizarea de intr ări și ieșiri analogice, respectiv numerice independente și
contoare de tip FIFO;
d) generare și rutare de semnale (interne, externe și respectiv RTSI);
e) interfețe noi (PCI Express, PXI Express etc.);
f) controllere DMA independente de tip „scatter-gat her” pentru toate func țiile de
achiziție și generare.
g) interoperabilitate cu module și accesorii noi (ca de ex. SCC sau SCXI )
permițând astfel condi ționarea și preluarea datelor de la un num ăr de canale de
ordinul miilor etc.
h) controlul ratei de e șantionare atât prin HW cât și prin SW;
i) implementarea unor motoare de temporizare superp erfomante;
j) atingerea unor rate de e șantionare din ce în ce mai mari, care pot ajunge în
mod monocanal la 3,57 Mega e șatioane pe secund ă și în mod multicanal la
57,12 Mega eșatioane pe secund ă.
La toate configura țiile HW moderne se observ ă o tendință către
miniaturizare, asigurarea interoperabilit ății cu cât mai multe tipuri de module și
accesorii noi și construcția modulară, care să permită ușor extinderi și
reconfigurări.

58
4.2. Tendințe în dezvoltarea programelor de procesare a datelor
achiziționate în aplica ții energetice.
Sistemele de achizi ție și analizoarele de putere industriale moderne sunt
prevăzute cu memorie local ă în care se înregistreaz ă software și date
achiziționate. În func ție de complexitatea hardware-ului, software-ul poat e fi
utilizat local pentru achizi ție, procesare local ă, stocare, afișare locală, control al
perifericelor și eventual trimiterea datelor achizi ționate către alte echipamente de
calcul.
La sistemele cu afi șaj incorporat de tip „stand-alone” se tinde ca soft ware-
ul de procesare local ă să realizeze următoarele categorii principale de func ții:
– vizualizare forme de und ă – tip osciloscop și diagrame fazoriale ;
– afișarea sub form ă de ecran de tip multimetru a valorilor numerice
semnificative pentru procesul de m ăsurare;
– detectarea devia țiilor de la formele de regim quasista ționar (creșteri, scăderi,
întreruperi, modific ări rapide) și înregistrarea separat ă a informațiilor despre
evenimentele asociate, cu posibilitate de afi șare acestora fie în format tabelar, fie
ca trend;
– evaluarea și afișarea (tabelară, ca histogram ă sau ca trend) a informa țiilor
asociate armonicilor;
– evaluarea principalilor indici de calitate a puteri i și afișarea lor (ca ecran
multimetru, grafic ca trend);
– evaluarea dezechilibrelor și afișări ale principalelor caracteristici prin afi șări
numerice /grafice (diagrame fazoriale, trenduri)
– evaluarea principalelor caracteristici ale curen ților „inrush” și afișarea
(tabelară, ca histogramă sau ca trend);
– monitorizare pe intervale prestabilite a m ărimilor/evenimentelor descrise mai
sus și afișare a informa țiilor în unul dintre modurile deja men ționate
(multimetru, trend, histograme) care este cel mai p otrivit tipului de
mărime/eveniment monitorizat;
– detectarea fenomenelor de tip tranzitoriu și înregistrarea separat ă a
informațiilor despre evenimentele asociate, cu posibilitate de afișare a acestora
fie ca ecran de tip multimetru, fie ca osciloscop, fie ca trend.
Folosind uzual formate de date standardizate, echi pamentelele moderne de
achiziție de date pot trimite direct și/sau salva datele achizi ționate (folosind
suport magnetic), urmând ca acestea s ă poată fi apoi prelucrate folosind pachete
de programe mai sofisticate.
Atunci când există o cameră de comandă și control a proceselor
industriale (inclusiv cele energetice), cu conexiun e permanentă către sisteme de
achiziție de date amplasate în puncte de lucru critice și nu sunt necesare
vizualizarea / procesarea avansate chiar la punctul de achiziție, se pot folosi
programe de comunicare cu sistemele de achizi ție prin care modul lor de lucru
se poate gestiona de la distan ță. Aceste programe se ruleaz ă pe unul sau mai

59
multe calculatoare din camera de control, care sunt conectate la sistemele de
achiziție controlate.
Se tinde spre elaborarea de programe din ce în ce mai sofisticate pentru
procesarea avansat ă a datelor achizi ționate pentru aplica ții energetice. Printre
funcționalitățile acestora se reg ăsesc:
o generarea de tabele de date;
o funcționalități aferente vizualiz ării, afișării și exportul unor grafice
aferente datelor achizi ționate pe toate canalele;
o realizarea de studii armonice;
o realizarea de statistici;
o afișarea de tabele, grafice și rapoarte generale;
o realizarea exportului datelor în formate compatibil e cu alte programe etc.
Corelat cu tendin ța de a realiza echipamente multifunc ționale (care au și
funcții asociate evalu ării conformității din punctul de vedere al normelor de
compatibilitate electromagnetic ă) tendința este de a concepe module software
opționale care pot realiza func țiile suplimentare asociate acestui tip de evalu ări.
Pentru echipamentele superperformante de uz genera l (de exemplu cele
fabricate de National Instruments) exist ă module și biblioteci software care
permit lucrul cu pachete software ultraperformante (ca de exemplu LabView).

4.3. Tendințe în dezvoltarea sistemelor SCADA.
În sistemele SCADA de ultim ă generație, Internet of Things (IoT),
Industrial Internet of Things (Industrial IoT) și tehnologiile de tip cloud joac ă un
rol major. Aceste sisteme au interfe țe cu modelarea datelor și cu așa-numitele
“digital twins” .
Rolul din ce în ce mai important al IoT se refer ă la oferirea de suport
pentru dispozitive, sisteme și protocoale tipice pentru IoT, pentru protocoale d e
tip Operational Technology (OT) și pentru multe altele (de ex. cele pentru
conectarea la sistemele de baze de date).
Se urmărește asigurarea conectivit ății pentru mii de dispozitive și sisteme,
precum: sursele de date OPC UA, OPC DA, SNMP, MQTT, REST, Bar Code,
GPS, Domoticz, Empress, SQL și ODBC, software-ul Excel, dispozitive de tip
Allen Bradley, BACnet, Modbus și Siemens S7, precum și senzori Monnit,
Libelium, Advantech Wzzard, și B-Scada etc.
Se fac eforturi pentru oferirea suportului necesar și altor surse de date
customizate.
Actual se pot identifica 5 arii unde sistemele SCAD A moderne furnizeaz ă
valoare adăugată unei intreprinderi digitalizate: (a) Managementul datelor; (b)
Managementul informa ției; (c) Managementul energiei; (d) Managementul
diagnosticelor; (e) Comunica ția deschisă.
Sistemele SCADA moderne utilizabile pentru monitor izarea parametrilor
funcționali din procese energetice au tendin țe de dezvoltare spre a ob ține:
(a) o mai bună comunicare între procesul industrial și sistemele IT , incluzând

60
un schimb de date mai direct, care poate avea loc d eoarece funcțiile de la nivelul
procesului industrial se conecteaz ă cu platformele de management (cum sunt de
exemplu MES, ERP și „intelligent ERP”);
(b) atingerea obiectivelor generale aferente Indust ry 4.0;
(c) facilitarea ob ținerii mai rapide a deciziilor aferente optimiz ării procesului
industrial;
(d) creșterea eficienței operaționale;
(e) creșterea producției atât din punct de vedere calitativ cât și cantitativ;
(f) realizarea mai u șoară a controlului și monitorizării proceselor industriale;
(g) creșterea economiilor de energie;
(h) obținerea unui timp m ărit de funcționare neîntrerupt ă și
(i) îmbunătățirea sinergiei.
Securitatea (în special cea aferent ă software-ului SCADA/HMI) r ămane o
problemă încă incomplet rezolvat ă.

61
ABREVIERI

ADC=Analogue to Numerical Converter (convertor anal og/numeric)
API= Application Programming Interface
AO= Analogue Output
CAGR = compound annual growth rate
CPU= Central Processing Unit
DAC = Digital to Analogue Converter (convertor nume ric – analogic)
DAQ= Data Acquisition
DIO= Digital Input/Output reprezint ă o formă simplă de interfață utilizată într-o gamă largă
de sisteme pentru a trimite semnale numerice de la senzori, traductoare și echipamente
mecanice la alte circuite electrice si dispozitive.
DMA= Direct Memory Access
ERP=Enterprise Resource Planning
FIFO = First Input First Output (primul intrat, pri mul ieșit), buffer de memorie intre computer
si un DAC.
HMI=Human Machine Interface
HW= Hardware
IoT=Internet of Things
OT= Operational Tehnology
MS = megasample = 106 eșantioane.
NI = National Instruments
PCI= Peripheral Component Interconnect
PFI=Programable Function Interface (Interfa ță programabilă pentru funcții)
PLC= programmable logic controller
PGIA = Programmable Gain Integrated Amplifier
PLL = Phase Lock Loop (cu calare pe faz ă)
PXI (PCI Extension for Instrumentation) = platform ă robustă pentru măsurări și sisteme de
automatizare, bazat ă pe PC
RTSI= Real Time System Integration (integrare a sis temului în timp real)
RTU = Remote Terminal Unit
SCADA=Supervisory Control and Data Acquisition syst em
SCC (Signal Conditioning System)=sistem front-end d e condiționare a semnalelor pentru
dispozitive din seria X.
SCXI (Signal Conditioning and Switching System)=sis tem de condiționare a semnalelor
proiectat pentru m ăsurări și aplicații de automatizare
SW=Software
VI= Virtual Instrumentation (instrumenta ție virtuală)
Watchdog timer = caracteristic ă ce se configureaz ă SW folosită pentru a seta ie șiri critice a.î.
acestea să se poată afla numai în st ări permise (sigure) în eventualitatea unei c ăderi SW,
căderi de sistem sau oric ărei pierderi de comunica ție între aplicație și dispozivitul din seria X.
WAN = Wide Area Network

62
REFERINȚE
[1] BlueNote Communications SA,”Ghid practic de inteleg ere a solutiilor de tip SCADA”,
2008
[2] E. Csanyi, “3 generations of SCADA system architect ures you should know about”,
disponibil la http://electrical-engineering-portal .com/three-generations-of-scada-system-
architectures, 2013.
[3] L.A. Dina, I.D. Nicolae, P.M. Nicolae, D.M.Purcaru, „On the Immunit y of Data
Acquisition Systems Used in Power Systems”, Annals of the University of Craiova,
Electrical Engineering series, No. 40, 2016, pp. 14 7-152,
http://elth.ucv.ro/fisiere/anale/2016/22.pdf
[4] Euro Insol, ”Hidroelectrica raport de activitate”, Mai 2013
[5] V. Fedorenko , I. Fedorenko, A. Sukmanov, V. Samoyl enko, D. Shlaev, I. Atanov ,
„Modeling of data acquisition systems using the que ueing theory”, International Journal
of Electronics and Communications, vol. 74, 2017, p ag. 83-87.
[6] C. Halauca , “Tehnici avansate de control pentru p rocese energetice”, Tez ă de doctorat ,
2009.
[7] IPA Sucursala CIFATT Cluj-Napoca, „Prezentare IPA S A Sucursala CIFATT Cluj”
www.automation.ro
[8] V. Ivanov, ”Sisteme integrate de monitorizare si co ntrol pentru echipamente electrice”,
Editura Universitaria, Craiova, 2008
[9] D. Krambeck, „An Introduction to SCADA Systems”, di sponibil la
https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles /an-introduction-to-scada-systems/,
2015
[10] I.D. Nicolae, P.M. Nicolae, D.M. Purcaru, „Computat ional Issues Related to the Discrete
Wavelet Analysis of Power Systems”, Annals of the U niversity of Craiova, Series
Automation, Computers, Electronics and Mechatronics , 2011, Vol. 8 (36) no. 2, pp. 25-30,
http://ace.ucv.ro/anale/2011_vol2/05_Nicolae_Ileana .pdf
[11] P.M. Nicolae, M.S. Nicolae, I.D. Nicolae, „Dealing with the Supplying of a Three-phase
Load with Nonsinusoidal and Nonsymmetrical Voltages at Low Voltage”, acceptat pentru
publicare la conf. IEEExplore Powereng, Doha, april ie 2018
[12] P.M. Nicolae, D.M. Purcaru, Nicolae, I.D., G. Miha i, M. Duță, „On EM Disturbances
over Digital Equipment Used for Monitoring and Even ts Recording in a Power System”,
ISEMC 2011, Long Beach, Aug, 2011, pag. 465-470
[13] P.M. Nicolae, M.S. Nicolae, I.D. Nicolae, M.C. Cons tantinescu, „Complex data
acquisition system for the monitoring and diagnosis used in energetic”, ICSEE, Eilat,
Israel, noiembrie 2016, http://ieeexplore.ieee.org /abstract/document/7806085/
[14] I.D. Nicolae , P.M.Nicolae, M. Ș. Nicolae, A. Chiva, „Improving Efficiency of DWT
Analysis through Faster Interpolation Methods and M ultithreading Techniques”, Annals
of the University of Craiova, Electrical Engineerin g series, No. 38, 2014, pag. 44-49;
ISSN 1842-4805, http://elth.ucv.ro/fisiere/anale/20 14/44.pdf
[15] C.C. Petica, E.I. Anghel, B.D. Guzun, I. Barboianu, M.S. Sindile, “Sisteme de
monitorizare in conditii de risc a centralelor hidr oelectrice cu acumulare prin pompare”, A
XV-a Conferin ță internațională – multidisciplinar ă ”Profesorul Dorin Pavel – fondatorul
hidroenergeticii române ști” SEBEȘ, 2015
[16] M. Risteiu ”Principii de realizare a sistemelor SCA DA pentru controlul furnizarii
agentului termic si al apei in sectoarele urbane”, Editura Univesitas, Petrosani, 2000.
[17] M. Vinatoru, E. Iancu, C. Maican, G. Canureci,” Con ducerea automata a proceselor
industriale”, Editura Universitaria, 2008.
[18] G. Vlad, “Sisteme de monitorizare, achizitie a date lor si control (SCADA),”Ecoterra, no.
26, 2011

63
Referințe web
[WWW 1] Businesswire, „SCADA Market – Analysis, Technologie s & Forecasts to 2022
– Research and Markets”, disponibil la
„https://www.businesswire.com/news/home/20171116005 734/en/SCADA-Market–
Analysis-Technologies-Forecasts-2022” , noiembrie 2 017,
[WWW 2] Electric Film S.R.L, „SCADA Software” ,2006 disponi bil la
http://www.automatizari-scada.ro/html/ce_este_scada __ce_este_modbus_.php
[WWW 3] FLUKE, „Fluke 434-II/435-II/437-II Three Phase Ener gy and Power Quality
Analyzer Users Manual”, disponibil la https://www.m anualslib.com/manual/1249689/Fluke-
434-Ii.html
[WWW 4] FLUKE , „Power Log PC Application Software Users Ma nual”, disponibil la
http://assets.fluke.com/manuals/PowerLogumeng0100.p df
[WWW 5] I-Scoop, „SCADA systems (Supervisory Control and Da ta Acquisition):
evolutions and market 2022”, disponibil la https:// www.i-scoop.eu/industry-4-0/scada-
supervisory-control-data-acquisition/, sept. 2017
[WWW 6] I-Scoop, „Digital twins – rise of the digital twin in Industrial IoT and Industry
4.0 „, disponibil la https://www.i-scoop.eu/interne t-of-things-guide/industrial-internet-things-
iiot-saving-costs-innovation/digital-twins/, sept. 2017
[WWW 7] NATIONAL INSTRUMENTS, – „Data Acquisition” , dispon ibil la
http://www.ni.com/data-acquisition/?cid= Paid_Searc h-70131000001RoxrAAC-
Eastern_European-DA1_DAQ&gclid=CjwKCAiA-
9rTBRBNEiwAt0Znw3AAdlZZx5BSA5C3lb-
JM6AS6HDbvEJjMjWFQwwFRsPqXuyj3VHlHRoCzssQAvD_BwE
[WWW 8] NATIONAL INSTRUMENTS „Accurate Measurements With Hi gh-Quality
DAQ Hardware”, disponibil la http://www.ni.com/data -acquisition/why-choose/accuracy/
[WWW 9] NATIONAL INSTRUMENTS, „DAQ X Series X Series User M anual , NI
632x/634x/635x/636x/637x Devices”, disponibil la ww w.ni.com/pdf/manuals/370784h.pdf
[WWW 10] RHODE & SCHWARZ „R&S®HMC8015 Power Analyzer”, disp onibil la
https://www.rohde-schwarz.com/us/product/hmc8015-pr oductstartpage_63493-
150914.html?rusprivacypolicy=1
[WWW 11] RHODE & SCHWARZ, „HMC8015 Power Analyzer User Manu al”,
disponibil la https://www.rohde-schwarz.com/ca/manu al/r-s-hmc8015-power-analyzer-user-
manual-manuals-gb1_78701-157004.html
[WWW 12] RHODE & SCHWARZ, „HMExplorer Software User Manual” disponibil la
https://www.rohde-schwarz.com/us/manual/hmexplorer- software-user-manual-manuals-
gb1_78701-188611.html
[WWW 13] TEKTRONIX, „Keithley Switching and Data Acquisition Systems”, disponibil
la https://www.tek.com/keithley-switching-and-data- acquisition-systems
[WWW 14] S.C. Hidroelectrica SA Sucursala Hidrocentrale Ora dea, ”Sistem SCADA
pentru conducerea operativ ă a centralelor hidroelectrice din amenajarea Cri ș„ accesat online
http://www.automation.ro/pdf/fisa_prez_SCADA_Cris.p df

I
Cuprins

Capitolul 1. SISTEME DE ACHIZI ȚIE DE DATE ȘI ANALIZOARE DE CALITATE A ENERGIEI
PERFORMANTE ………………………………… …………………………………………… …………………………………… 1
1.1. Generalități ………………………………………….. …………………………………………… …………………………. 1
1.2. Sisteme de achizi ție de date performante de uz general (studiu de caz – National Instruments,
echipamente din seria X) ………………………………………….. …………………………………………… ……………. 1
1.2.1. Prezentare general ă ………………………………………….. …………………………………………… …………… 1
1.2.2. Lucrul cu intr ările analogice ………………………………………….. …………………………………………… . 2
1.2.3. Lucrul cu ie șirile analogice ………………………………………….. …………………………………………… … 6
1.2.4. Lucrul cu intrări-ieșiri numerice ………………………………………….. …………………………………. 9
1.3. Analizoare portabile pentru calitatea energiei în sistemele trifazate. Studiu de caz – FLUKE
modelele 434-II/435-II/437-II. ………………………………………….. …………………………………………… …… 10
1.3.1. Generalit ăți ………………………………………….. …………………………………………… …………………….. 10
1.3.2. Utilizarea ca și echipament de m ăsură ………………………………………….. …………………………….. 11
1.3.2.1. Funcția pentru vizualizarea formelor de und ă – tip osciloscop și diagrame fazoriale …… 11
1.3.2.2. Funcționalitatea denumit ă VOLTS / AMPS / HERTZ ………………………………………….. … 11
1.3.2.3. Funcționalitatea aferent ă scăderilor/creșterilor mari de tensiune, întreruperilor și variațiilor
mari de tensiune (func ția DIPS & SWELLS) ………………………………………….. ………………………… 12
1.3.2.4. Gestionarea armonicilor ………………………………………….. ………………………………………….. 14
1.3.2.5. Funcții aferente evalu ării și afișării puterilor și energiilor ………………………………………… 1 5
1.3.2.6. Funcționalitatea aferent ă evaluării dezechilibrelor ………………………………………….. ……… 17
1.3.2.7. Evaluarea caracteristicilor supracuren ților de tip „Inrush” ……………………………………….. 18
1.3.2.8. Funcția de monitorizare a calit ății puterii ………………………………………….. ………………….. 19
1.3.2.9. Funcționalități aferente regimurilor tranzitorii ………………………………………….. ……………. 21
1.3.2.10. Achizi ții de rezoluție înaltă folosind 8 canale simultan ………………………………………….. 21
1.4. Analizoare de putere cu func ționalități suplimentare aferente testelor de conformitate. ………… 22
1.4.1. Prezentare general ă echipament HMC8015 ………………………………………….. ……………………… 22
1.4.2. Funcționalități aferente analizei calit ății puterii. ………………………………………….. ……………….. 23
1.4.3. Funcționalități aferente testelor de conformitate. …………………………………………… ……………… 26

II
Capitolul 2. ASPECTE SPECIFICE PROGRAMELOR DE PROCE SARE A DATELOR
ACHIZIȚIONATE DIN APLICA ȚIILE ENERGETICE. …………………………….. ……………………………. 28
2.1. Generalități ………………………………………….. …………………………………………… ……………………….. 28
2.2. Software pentru comunicare cu sisteme de achi ziție de date și controlul lor de la distan ță …… 28
2.3. Programe pentru procesarea avansat ă a datelor achizi ționate pentru aplica ții energetice ………. 29
2.3.1. Pachetul de programe POWERLOG ………………………………………….. ……………………………….. 29
2.3.2. Modulul Power Software ………………………………………….. …………………………………………… …. 34
2.3.3. Programe elaborate de membrii din echipa de cercetare a proiectului ……………………………… 37
Capitolul 3. SISTEME DE CONTROL AL SUPRAVEGHERII ȘI ACHIZIȚIEI DE DATE AFERENTE
PROCESELOR INDUSTRIALE ………………………. …………………………………………… ………………………. 38
3.1. Aspecte generale ale sistemelor SCADA ………………………………………….. ……………………………. 38
3.2. Sisteme SCADA utilizate in energetic ă ………………………………………….. ………………………….. 44
3.2.1.Generalit ăți ………………………………………….. …………………………………………… ……………………. 44
3.2.2. Funcțiile principale ale sistemelor informatice SCADA im plementate în sisteme energetice
………………………………………….. …………………………………………… …………………………………………… … 45
3.2.3. Considerații generale privind structura și cerințele de funcționare a sistemului de
comandă – control și a sistemului de automatizare ………………………………………….. ………………… 46
3.2.4. Funcțiile SCADA ………………………………………….. …………………………………………… ……… 47
3.2.5. Studiu de caz – sisteme de monitorizare a centralel or hidroelectrice …………………….. 48
3.2.5.1. Principii de baz ă ………………………………………….. …………………………………………… ……… 48
3.2.5.2. Aspecte particulare ale sistemelor SCADA pentru hid rocentralele din România . …48
3.2.5.3. Principii func ționale ale sistemelor de monitorizare și control în centralele hidro-
electrice …………………………………………… …………………………………………… ………………………… 49
3.2.5.4. Prezentarea arhitecturii și funcțiunilor unui sistem SCADA pentru un ansamblu
de hidrocentrale construite pe firul unei ape. ………………………………………….. …………………….. 50
3.2.5.5. Caracteristicile și funcțiunile sistemului SCADA-dispecer. …………………………… 55
4. CONCLUZII PRIVIND TENDIN ȚELE ÎN DEZVOLTAREA ECHIPAMENTELOR COMPLEXE DE
MONITORIZARE A PARAMETRILOR FUNC ȚIONALI. ……………………………………. ………………… 57
4.1. Tendințe în dezvoltarea configura țiilor hardware a sistemelor de achizi ții de date ……………….. 57
4.2. Tendințe în dezvoltarea programelor de procesare a datelor achiziționate în aplica ții energetice.. 58
4.3. Tendințe în dezvoltarea sistemelor SCADA. ………………………………………….. ………………………. 59
ABREVIERI SI REFERIN ȚE …………………………………………. …………………………………………… ……….. 61