Стартовая >> Статьи >> Использование микропроцессорной техники в системах контроля, управления защиты и автоматики

Использование микропроцессорной техники в системах контроля, управления защиты и автоматики

Передача электроэнергии от источников к потребителям производится энергетическими системами, объединяющими несколько электростанций. По структуре или принципу работы, характеру установленного оборудования система электроснабжения предполагает применение автоматизации, что позволяет повысить уровень надежности и безопасности работы системы и обслуживания соответственно, а также вводит новое понятие "телемеханика".
Телемеханика - область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управления и контроля на расстоянии.
Особое значение телемеханика приобретает в связи с созданием автоматизированных систем управления (АСУ). Обработка данных, полученных по каналам телемеханики, на ЭВМ позволяет значительно улучшить контроль за технологическим процессом и упростить управление. Поэтому в настоящее время вместо понятия "телемеханика" всё чаще и чаще используется сокращение АСУТП - автоматизированная система управления технологическим процессом.
Современная АСУТП представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.
Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.
При реализации современных систем автоматизированного управления мало реализовать традиционные функции телемеханики. Особенно актуален в настоящее время контроль энергопотребления. Причем, как правило, технически и экономически сложно обеспечить дополнительный канал связи для передачи данных энергоучета. Кроме приборов энергоучета, современные контролируемые объекты оснащают новейшими микропроцессорными приборами защиты, локального контроля и управления.
Телеуправление, телеизмерения, телесигнализация, телерегулирование - базовые функции системы телемеханики или АСУТП.
Телеуправление обеспечивает дистанционное управление объектом контроля. Управление начинается с выдачи оператором (диспетчером) команды телеуправления с ЭВМ или пульта управления. Команды ТУ обычно двухпозиционные: ТУ Включить и ТУ Отключить. Команда ТУ передается с пункта управления на контролируемый пункт (КП) по каналу связи. Контроллер КП, получив команду ТУ, проверяет ее достоверность и выдает электрический сигнал на исполнительное устройство (например, включает пусковое реле электродвигателя). Для контроля выполнения команды контроллер КП передает на ПУ квитанцию ТУ. Применяются также более сложные алгоритмы выдачи ТУ, например, с промежуточным контролем готовности исполнительных цепей.
Для защиты команд ТУ от искажений при передаче применяют специальное кодирование, например, передают команду дважды, в прямом и инверсном виде и т.п. Обычно в одном цикле управляют только одним объектом.
Пункт управления - в телемеханике и АСУТП это место размещения диспетчерского персонала, аппаратуры для приема и обработки информации от контролируемых пунктов.
Часто под термином ПУ подразумевают контроллеры, непосредственно выполняющие прием и первичную обработку данных от КП.
В задачи ПУ входят:

  1. прием данных с КП по каналам связи;
  2. организация опроса КП при использовании одного канала связи для подключения нескольких КП;
  3. передача на КП команд управления;
  4. передача данных и прием команд ЭВМ;
  5. переадресация, передача данных на верхний уровень и прием команд с верхнего уровня в многоуровневых системах;
  6. фильтрация, преобразование и передача данных при интеграции с системами других производителей.

Для реализации полного набора перечисленных функций контроллеры ПУ оснащают микропроцессорами и соответствующим программным обеспечением. Перенастройка программного обеспечения позволяет гибко изменять конфигурацию системы, протоколы обмена и алгоритмы обработки данных в процессе эксплуатации системы. Для настройки ПУ используют специальные программы-конфигураторы, функционирующие на ПЭВМ. В современных ПУ программы и настройки хранят во внутренней FLASH-памяти контроллеров, что обеспечивает быстрый запуск системы и восстановление в случае сбоев.
Контролируемый пункт - в телемеханике и АСУТП это место размещения объектов контроля и управления, а также аппаратура, выполняющая функции контроля и управления, обычно называемая контроллером КП.
Часто под термином КП подразумевают один контроллер, установленный на контролируемом объекте.
Контроллер КП выполняет непосредственный сбор данных с объекта (посредством опроса датчиков и преобразователей) и передачу их на ПУ (реализуя функции телесигнализации и телеизмерения), а также непосредственно выполняет команды телеуправления.
На крупных объектах (таких как большие электрические подстанции) могут находиться несколько контроллеров КП. Для точной идентификации каждый из контроллеров КП на объекте имеет свой логический номер, который называют номером КП или адресом КП.
В настоящее время практически все контроллеры КП оснащены микропроцессорами и работают по заданной программе. Программное обеспечение решает задачи сбора данных (фильтрует дребезг контактов ТС и ослабляет сетевые наводки на цепи ТИ), выполняет буферизацию событий перед выдачей в канал связи.
Современные контроллеры КП вместе с базовыми функциями (ТС, ТИ, ТУ) обеспечивают интеграцию в систему различных электронных устройств: приборов учета энергии, автоматических защит и проч. Например, контроллеры КП снимают показания электронных счётчиков, расходомеров и передают их для обработки на ПУ по единому телемеханическому каналу связи.
Телесигнализация используется для дистанционного контроля дискретных изменений состояния объекта, например, включен/выключен, движется/стоит, норма/авария и т.п. Для получения данных объект оснащают датчиками. В простейшем случае применяют двухпозиционные контактные переключатели, но могут использоваться и многопозиционные переключатели. Контроллер КП опрашивает состояние датчиков и при изменении состояния передает информацию о событии на ПУ в короткой посылке, обычно называемой телесигналом. Контроллер ПУ при получении ТС передает его для обработки в ЭВМ (и на контроллер щита) для оповещения диспетчера и отображения изменившегося состояния объекта.
Телеизмерения (ТИТ - ТИ Текущие) используют для получения количественной оценки характеристик контролируемого процесса, например, температуры, напряжения, тока, давления и пр. Для измерения на объекте используют преобразователи, которые преобразуют физические параметры в нормированные электрические сигналы. Контроллер КП измеряет значения этих сигналов и по запросам ПУ или спорадически передает их на ПУ в цифровом виде. ТИ поступают на ЭВМ и щит для отображения. ЭВМ следит за уровнями измерений и предупреждает оператора о превышении заданных пороговых значений f уставок).
Важным параметром телеизмерений является точность. В старых системах обычно использовались 8-разрядные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые обеспечивают погрешность измерения более 0,8 % для однополярных сигналов и более 1,6 % для двуполярных. Современные системы оснащают 10...14-разрядными АЦП, что позволяет достичь точности измерений 0,25...0,1 %. Дальнейшее повышение точности ограничивается наличием наводок на измерительные цепи. Для ослабления наводок от промышленной силовой сети с частотой 50 Гц в контроллерах КП применяют алгоритмы цифровой фильтрации.
Телерегулирование обеспечивает дистанционное задание уровня воздействия на объект управления. Управление начинается с задания оператором величины воздействия, а затем выдачей команды с ЭВМ. Команда ТР передается с пункта управления на контролируемый пункт по каналу связи. Контроллер КП, получив команду ТР, проверяет ее достоверность и выдает сигнал заданного уровня на исполнительное устройство (например, открывает вентиль на 56%). Кроме ручной выдачи управления применяется и автоматизированная выдача. В данном случае на ЭВМ устанавливают программу с алгоритмом вычисления величины управления. Для предотвращения "удара" при выдаче телерегулирования применяют плавное изменение выходного сигнала до достижения заданного уровня. Эту задачу обычно выполняет контроллер КП.
Достоверность телеизмерений и телесигнализации (отсутствие искажений данных при передаче по каналам связи) обеспечивается за счет введения в посылки кодов защиты. Обычно в посылке передают контрольную сумму данных. Наиболее надежными являются полиномиальные контрольные суммы.

 
« Измерение частичных разрядов при контроле изоляции оборудования   История высоковольтных выключателей »
электрические сети