Анализ современных микропроцессорных средств в системах релейной защиты и автоматики

• Контроллер, один или несколько;
• Модем, проводной или радио, для радиомодема поставляется антенное хозяйство;  
• Источник бесперебойного питания;
• Клеммные колодки;
• Коммутационная аппаратура – автоматы, пускатели, реле, масштабирующие трансформаторы.

 

  Поставка комплектного шкафа  управления облегчает монтаж  на объекте, уменьшает объемы  и стоимость монтажа, позволяет заменить, в большинстве случаев, выработавшую срок коммутационную аппаратуру. 

 Для защиты от  помех, грозовых разрядов и  перенапряжений во всех типах  контроллеров используется система CLAMPDOWN™.  

 Использование масштабирующих  трансформаторов позволяет реально оценивать форму токов и напряжений, измерять косинус j, вычислять потребляемую мощность. 

Структурная схема

Структурная схема  контроллера типична для подобных микропроцессорных устройств и  состоит из: 

• Центрального микропроцессора, обеспечивающего работу всего контроллера;  
• Дисплея и клавиатуры;  
• Блока согласования последовательных интерфейсов;  
• Блока согласования входов аналого–цифрового преобразования;  
• Блока цифро – аналогового преобразования;  
• Блока согласования входов сигнализации;  
• Блока формирования выходных сигналов управления;  
• Блока питания.

 

  

 

Подобная схема  упрощает задачу резервирования и повышает живучесть изделия в неблагоприятных  условиях эксплуатации, а также позволяет просто конфигурировать его для решения конкретных задач. 

Интеллектуальные  стыки   

 Для обеспечения  интеллектуальных стыков и работы  с каналами связи служит блок  согласования последовательных  интерфейсов. На физическом уровне  поддерживаются RS232-ТТЛ (для программирования контроллера и стыка с радиомодемом или интерфейсом RS-485), и с электромодемом с SST-модуляцией передаваемого сигнала. Все физические стыки имеют систему грозозащиты и защиты от перенапряжений CLAMPDOWN™. 

Входы сигнализации

Источником  информации для входов телесигнализации служат сухие контакты реле или переключателей управления. На эти же входы подается информация от измерительных приборов с частотным или импульсным выходом.  

Входы измерения   

 Источником информации для входов телеизмерения служат аналоговые сигналы от измерительных приборов с аналоговым выходом 4-20 мА, 0-5 мА, 0-10 В и т.д. Со входов телеизмерения информация поступает на 10-разрядный аналого–цифровой преобразователь. После преобразования и нормализации, данные измерения передаются в удаленную вычислительную систему по каналам связи. Все входы телеизмерения имеют систему грозозащиты и защиты от перенапряжений CLAMPDOWN™. 

Выходы управления    

 Выходы телеуправления  делятся на две группы –  дискретные, организованные исполнительными контактами реле и аналоговые, организованные источниками тока цифро–аналогового преобразователя. В свою очередь они являются источниками сигнала для дискретных или регулирующих исполнительных механизмов и устройств.

Номенклатура контроллеров.

Тип/где  применяется	Ти	Тс	Ту	Дисплей	Габариты
ИМ-2448 тип SPP, для КНС и насосных станций вторых подъемов.	18	24	8, 1ток	ЖКИ 160*128 клавиатура мембранная 3*4	300*320*140
ИМ-2448 тип SPF, для насосных станций и фильтров очистки.	10	40	20, 1ток	ЖКИ 160*128 клавиатура мембранная 3*4	340*270*40
ИМ-2448 тип RTU 24, специально разработан для телемеханизации электросетей.	24	40	32		700*360*105
ИМ-2448 тип Вило, для  трех- насосных повысительных станций, встроенный пид регулятор.	2	8	4, 2 тока	20*4 знака	180*140*105
ИМ-2448 тип RTU 8, для телемеханизации электросетей и работы с одиночными столбовыми переключателями.	8	16	8		310*380*110
ИМ-2448 тип RTU-L, для телемеханизации уличного освещения со встроенными масштабирующими  преобразователями, встроенный датчик температуры	8	16	4		310*380*110
ИМ-2448 тип СРТ, контроллер с функциями  PLC	10	16	8		9 DIN modul
ИМ-2448 тип CPB, для различных  объектов очистных сооружений с большим количеством сигналов.	8	16	4	Выдает 8 токоограниченных питаний для датчиков 4-20 мА	325*165*40
ИМ-2448 тип CPJ, для управления насосами артскважин.	10	16	4	16*2 знака	310*380*110
Концентратор К540 Служит для согласования стыков и скоростей обмена между  различными устройствами	RS232 в RS485 + одно измерение, обычно уровень принимаемого сигнала от радиопередатчика.				6 DIN modul
Концентратор К540/8  Служит для согласования стыков и скоростей обмена между различными устройствами	RS232 в восемь каналов RS485, используется для создания топологической звезды при связи с большим количеством объектов. Может каскадироваться для увеличения информационной емкости. Все каналы гальванически развязаны.				325*165*40
ЖКИ 160*128+ клавиатура мембранная 3*4	Служит выносным индикатором и может устанавливаться  на дверце шкафа, связь RS-485, электропитание от контроллера.				280*140* 70

 

 

 Примеры применения. 

 

    Для управления  распределительными пунктами в  сетевом районе используется  типовая система средств телемеханики. Основой системы является разработанный  с учетом опыта эксплуатации средств телемеханики предыдущих поколений, специально для предприятий энергоснабжения контролирующий пункт типа RTU24. Впервые в одном конструктиве объединены средства связи (проводной и радиомодем) и схемы блокировки выключателей мощности, что позволило резко уменьшить время монтажа и упростить наладку и обслуживание. Блокировки выключателей мощности выполнены с индикацией состояния выключателей и оформлены в виде мнемосхемы.

RTU24 ведет собственный журнал глубиной в 256 событий с привязкой к своему абсолютному времени, и может осциллографировать события длительностью до 2 секунд. Особенностью RTU24 является использование масштабирующих трансформаторов вместо первичных измерительных преобразователей, что позволяет реально оценивать форму токов и напряжений, измерять косинус или тангенс j, измерять токи коротких замыканий. RTU24 комплектуется встроенным датчиком температуры окружающей среды. Для обслуживания интеллектуальных датчиков предусмотрены порты, поддерживающие наиболее распространенные протоколы обмена. Для повышения надежности работы RTU24 комплектуется собственным источником бесперебойного питания.

В качестве радиомодема  используется модем CD711MD, позволяющий  обеспечить передачу информации со скоростью  до 4.8 кбод в любом предложенном пользователем диапазоне. В качестве проводного модема используется модем CD2101, позволяющий обеспечить передачу информации со скоростью до 19.2 кбод в любой физической линии.

 

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.

Опции	«Сириус-Л»	МРЗС–05	RTU 24
Прикладываемое  Напряжение	5V	5V	5V
Архитектура, бит	16	16	16
Поддержка внешней памяти	Да	Да	Да
АЦП	10 бит	10бит	10 бит
Скорость	15 мс	9.75 мс	14мс
ПЗУ, кбайт	48	Б/д	Б/д
Сохраняемое ОЗУ, кбайт	8	Б/д	Б/д
Таймер	+	+	+
Сторожевой таймер	+	–	+
Регистратор состояния системы	–	+	+
Контроллер прерываний	+	+	+
Часы-календарь	+	+	+
Схема резервного питания памяти и  календаря	+	–	+
Энергонезависимая память уставок	+	+	+
Интерфейс	RS232	RS232	RS232
Аналоговые Входы	15	7	8
Входной ток, мА, не более	20	20	20
Условия эксплуатации: –температура окружающего воздуха –относительная влажность при 250С –атмосферное давление, мм.рт.ст.	-20–+500С до 98% 550–800	Исполнение УХЛ, 4 категории , от –200С до +500С	Исполнение УХЛ, 4 категории , от –200С до +500С
Синусоидальная вибрация вдоль вертикальной оси	Частотой от 10 до 100 Гц с ускорением не более 1g
Питание устройства	Источник переменного тока(от 45  до 55Гц), постоянного или выпрямленного  тока напряжением от 178 до 242В или  от источникапостоянного тока напряжением  от 88 до 132В	Источник переменного тока (50Гц) напряжением от 150 до 245В или от источника постоянного тока напряжением  от 150 до 250В		Источник переменного тока (50Гц) напряжением от 160 до 240В или от источника постоянного тока напряжением  от 160 до 245В
Мощность, потребляемая устройством  от источника оперативного тока	В дежурном режиме-не более 25Вт, в режиме срабатывания защит-не более 35Вт	В дежурном режиме не более 10Вт, в режиме срабатывания защит-не более 15Вт		В дежурном режиме-не более 20Вт, в режиме срабатывания защит-не более 30Вт
Габаритные размеры,мм	325 320 180	281 255 180		700 360 105
Масса, кг	9	7.5		13
Наработка на отказ, ч	25000	36000		36000

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

Сравнение микроконтроллеров является сложной задачей. Обычно каждый производитель  кристалла предлагает Benchmark-тесты, показывающие, что его микроконтроллер самый  лучший. Поэтому их сравнение производилось также с учетом характеристик самих релейных защит на базе данных микропроцессоров.

Общей чертой сравниваемых микропроцессоров является их архетиктура, поддержка  внешней памяти, наличие контроллера  прерываний, часов, таймера, возможность  присоединения к ПК. С точки зрения требований к условиям эксплуатации все приборы 4 категории исполнения УХЛ, то есть для стран с умеренным климатом. Также у всех приборов предусмотрена возможность питания как от источника переменного тока, так и от источника постоянного тока, причем, требования к уровню напряжения низкие.

По весогабаритным параметрам явное  преимущество наблюдается на стороне  прибора МРЗС-05.

 Преимуществом прибора RTU 24 по сравнению с другими сравниваемыми приборами является его многофункциональность. RTU24 ведет собственный журнал глубиной в 256 событий с привязкой к своему абсолютному времени, и может осциллографировать события длительностью до 2 секунд. Особенностью RTU24 является использование масштабирующих трансформаторов вместо первичных измерительных преобразователей, что позволяет реально оценивать форму токов и напряжений, измерять косинус или тангенс j, измерять токи коротких замыканий. RTU24 комплектуется встроенным датчиком температуры окружающей среды. Для обслуживания интеллектуальных датчиков предусмотрены порты, поддерживающие наиболее распространенные протоколы обмена. Для повышения надежности работы RTU24 комплектуется собственным источником бесперебойного питания. Также предусмотрена возможность передачи информации по радиомодему. Его недостатком являются сравнительно большие вес и габариты.

Устройство  «Сириус-Л» является также многофункциональным. В  случае срабатывания токовой защиты дополнительно определяется вид и ориентировочное расстояние до места повреждения. Предусмотрена четвертая ступень МТЗ с большим временем выдержки для возможности реализации так называемого "адресного отключения" потребителей.

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.

1. Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Устройство релейной защиты RTU на базе контроллера серии ИМ-2448.
2. Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Устройство микропроцессорной защиты присоединений напряжением 6-35кВ “Сириус-Л”.-М.: Научно-производственная фирма “Радиус”.-52с.
3. Техническое описание, инструкция по эксплуатации, паспорт. Устройство защиты, автоматики, контроля и управления присоединений 6-35кВ МРЗС-05.-Киев.: Украина, производственное объединение “Киевприбор”.-8с.

 

Приложение 1

СХЕМА ВХОДОВ И ВЫХОДОВ МРЗС

 

Приложение 2

 Схема подключения  внешних цепей к устройству  «Сириус-Л»

Приложение 3

Структурная схема устройства «Сириус-Л»