Общие сведения об организации опроса контролируемых пунктов

На каждом КП может быть установлено несколько шкафов и не обязательно одного типа, возможна установка промышленного компьютера подстанции и шкафа (шкафов). Каждое такое устройство (стойка) в протоколе Modbus задается отдельным адресом. Пункт управления организует опрос стоек всех КП.

В каждой стойке на КП имеются буферы с информацией о состоянии контролируемого стойкой оборудования (см. описание контроллера МК-Д). Стойка с промышленным компьютером имеет тип МПК и характеризуется расширенным набором буферов.

В операторской станции ПУ хранится пронумерованный список всех буферов с указанием адреса стойки, типа и адреса буфера, размер данных, количество попыток чтения и время ожидания ответа (квитанции). Каждый буфер КП разбивается на непрерывную последовательность отдельных фрагментов - логических каналов. Размерность логического канала может быть: 1 бит, 1 байт, одно слово. Каждый логический канал также имеет свой индивидуальный номер. Для передачи данных с временными метками используются логические каналы специального формата.

Для команд телеуправления и регистра «квитирование» введены названия «командные блоки», которые имеют отдельную нумерацию. Регистр «квитирование» называется также блоком чтения слова-состояния (ЧтСлСт). Каждый блок команд также разбивается на нумерованную непрерывную последовательность отдельных фрагментов - каналов управления.

На операторской станции ПУ существуют динамические объекты, отображающие на экране монитора состояние реального оборудования и подсистем контролируемых пунктов. Для идентификации динамических объектов им назначаются управляющие имена. Динамические объекты могут принадлежать разным программам операторской станции и некоторые из них могут обмениваться сообщениями. Эти сообщения могут циркулировать как в пределах операторской станции, так и выходить на каналы связи с контролируемыми пунктами. В последнем случае используется протокол Modbus RTF, реализованный с помощью драйвера Modbus операторской станции. Для канала связи обычно используется формат символа без бита паритета с одним стоп-битом.

Динамические объекты, соответствующие реально существующему оборудованию на контролируемых пунктах, называют также сущностями. К одной сущности во время конфигурирования операторской станции может быть привязано несколько сигналов стойки КП. Соответствие логических каналов КП и динамических объектов ПУ также устанавливается при конфигурировании операторской станции. Например, для динамического объекта с управляющим именем OA10N023 назначен 23-й канал 17-го буфера (B17:23).

Чтение данных из каждого буфера КП осуществляется путем посылки операторской станцией команды на чтение буфера. Используется функция 3 протокола Modbus. При успешном чтении данные рассылаются по динамическим объектам. В случае отсутствия квитанции или получения некорректных данных, драйвер Modbus пытается повторить запрос. Количество попыток определяется при конфигурировании операторской станции. При исчерпании лимита попыток связи драйвер посылает динамическим объектам сообщение о разрыве связи и код ошибки.

Передача данных заключается в приеме драйвером Modbus значений от динамических объектов программ операторской станции и записи этих значений в блоки команд контроллеров КП. Для каждого канала управлению данные передаются отдельным запросом. Используется функция 16 протокола Modbus. В зависимости от получения или отсутствия квитанции подчиненного КП драйвер формирует код для динамического объекта, выдавшего команду.

Для организации опроса буфера объединяются в группы, обычно в пределах одной стойки. Программное обеспечение позволяет указывать частоту опроса каждого буфера Freq. Диспетчер имеет возможность включать/отключать опрос каждой стойки диспетчерского круга.

В общем случае буферы построены как очереди. При каждом чтении из буфера выбирается самая старая информация. Буфер читается только в случае, если он ни разу не был успешно прочитан после старта программы Modbus или в нем присутствует информация. Данные о наличии информации в буферах указываются в соответствующих каналах регистра «Статус». При отсутствии непрочитанных данных в буфере в соответствующем ему канале регистра «Статус» будет записан 0. После успешного чтения буфера операторская станция посылает 1 в канал регистра «Квитирование» и контроллер КП передвигает очередь этого канала.

Во время работы АСТМУ-А на мониторах ПУ отображается мнемосхема объектов тягового электроснабжения и общеподстанционная сигнализация. Диспетчер может отобразить любой объект ТУ/ТС и таблицы телеизмерений любого КП. Вид отображаемого объекта зависит от его состояния. Все поступившие в канал связи или из канала связи сообщения регистрируются на операторской станции.

4. Устройство телеконтроля параметров токовой
нагрузки УПТН

Устройство УПТН предназначено для измерения и контроля значений токов и напряжений фидеров контактной сети (ФКС) постоянного тока напряжением 3,3 кВ и передачи информации в пункт управления. Устройство УПТН совместимо с системой телемеханики типа АСТМУ и может включаться в автоматизированную систему управления АСУ ТП в качестве подсистемы нижнего уровня. В этом случае двусторонний обмен информацией с АСУ и управляющим контроллером производится по стандартным последовательным каналам связи. Устройство контролирует у каждого из шести фидеров контактной сети следующие параметры: ток (до 20,5 кА), напряжение на фидере (до 6,1 кВ), напряжение на контактах выключателей (до 12 кВ).

Устройство телеконтроля параметров токовой нагрузки фидеров показано на рис. 34 и состоит из блока сбора данных БСД, размещаемого в шкафу УПТН, и шести блоков развязки БР-3,3, связанных со шкафом УПТН оптическими кабелями длиной 35 или 50 м

Рис. 34. Структурная схема устройства УПТН

Кроме блока сбора данных в состав УПТН входит модуль передачи данных от порта RS-422/485/232 в сеть Ethernet (ADAM-4579).

Блок сбора данных содержит модем УКП, модуль источника питания ИП2, модуль контроллера автоматики МКА и шесть модулей контроллеров защит с оптическими каналами МКЗО.

Информация, снимаемая с шунта и высоковольтного делителя фидера, подается на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП блока БР-3,3. Его микроконтроллер МК преобразует параллельные двоичные коды напряжений и тока в последовательные коды и передает через оптический передатчик в шкаф УПТН. Время преобразования и передачи 1 мс. Каждый блок БР-3,3 кВ находится под потенциалом 3,3 кВ, его соединение со шкафом УПТН осуществляется двумя оптоволоконными кабелями.

Модуль контроллера защит с оптическими каналами МКЗО осуществляет вычисление следующих параметров:

- время гашения дуги в камерах выключателей t_г,

- суммарные коммутируемые ток I_s, и энергия E,

- допусковый контроль токов и напряжений фидеров.

Модуль контроллера автоматики МКА периодически опрашивает все шесть модулей МКЗО по последовательному интерфейсу RS-422. По полученным от них данным измерений и вычислений, он формирует выходной буфер данных для передачи в АСУ.

Источник питания ИП2 вырабатывает напряжения +6, +12, - 12 В, он не чувствителен к перерывам напряжения питания длительностью до 0,5 с.

Для каждого контролируемого фидера устройство УПТН выполняет измерения тока I, напряжения U фидера, напряжения на контактах выключателей U_БВ1, U_БВ2.

Электрические параметры контактной сети передаются в двоичном коде в первичных значениях с учетом параметров шунта и делителя. Период обновления контролируемых параметров не более 0,5 с.

Для каждого фидера осуществляется контроль превышения током уставки I_В и выход напряжения из допустимого диапазона (U_Н… U_В).

Ввод уставок и начальных значений суммарных коммутируемых токов Is и энергии E, а также считывание результатов измерений и вычислений осуществляется по каналам Ethernet, RS-485/422, RS-232 и ТС/ТУ.

Для контролируемого фидера регистрируются 23 осциллограммы для каждого события отключения выключателя и срабатывания допускового контроля. Осциллограммы с дискретностью 1 мс регистрируют предысторию события (0,3 с) и интервал 0,3 с после события с указанием тока и напряжения в момент события и регистрацией времени и даты.

В осциллограммах указываются наименование события и значения уставок, а также фиксируется мгновенные значения ряда величин. Интерпретация показываемых величин зависит от схемы подключения блока БР-3,3 к оборудованию фидера, например, для приведенной схемы:

ток I и напряжение U фидера,

напряжение на контактах БВ1 (U_БВ1 = U_ф),

напряжение на контактах БВ2 (U_БВ2 = U_СБШФ = U_СБШ – U_ф).

В случае использования только одного выключателя БВ1 канал измерения сигнала U_СБШ подключается параллельно каналу U_ф.

При возникновении 24-го события запись информации о нем сохраняется взамен первого события, при возникновении 25-го события – взамен второго события и так далее. Время хранения информации о событиях при отключенном напряжении электропитания устройства УПТН не менее 10 лет. Просмотр осциллограмм осуществляется при помощи ПЭВМ.

В течение всего времени работы устройства УПТН осуществляется его самодиагностика. Контролируются связи модуля МКА с модулями МКЗО по интерфейсу RS-422 и модулей МКЗО с блоками БР-3,3 по оптоволоконному кабелю. Через каждые 10 с производится автоматическое тестирование каналов измерения блоков БР-3,3. Результаты самодиагностики анализируются модулем МКА. Возможны два состояния устройства: «устройство исправно» и «устройство неисправно». Результаты самодиагностики доступны по каналам связи с АСУ.

Устройство УПТН обеспечивает сигнализацию по каналам связи с АСУ допускового контроля тока и напряжения фидера, а также о неисправности самого устройства. Сброс флагов сигнализации в регистрах статуса устройства УПТН происходит по команде квитирования от контроллера верхнего уровня.

В устройстве УПТН предусмотрена возможность подключения к ПЭВМ и к АСУ ТП в качестве подсистемы нижнего уровня. Связь осуществляется по протоколу Modbus. Устройство УПТН всегда находится в режиме «Ведомый».

Подключение к ПЭВМ осуществляется для считывания осциллограмм событий и в качестве пульта управления устройством УПТН по интерфейсу RS-232 на скорости 9600 бит/с через соединитель «RS-232», установленный на модуле МКА в блоке сбора данных. Параметры порта: 8 бит; один стоповый; без паритета. При подключении ПЭВМ необходимо исключить прием данных по каналу ТУ/ТС. Для этого необходимо вынуть модуль модема УКП из блока БСД.

Подключение к АСУ ТП осуществляется одним из трех способов: по интерфейсу RS-485/422, по линиям связи ТС/ТУ модема УКП или по сети Ethernet.

При подключении к АСУ через модем УКП по линиям связи ТС и ТУ используются две экранированные витые пары проводов. Используется канал тональной частоты по стандарту V.23, обладающий высокой помехоустойчивостью и работающий по 4-х проводной выделенной линии. При скорости передачи данных в прямом направлении 1200 бит/c логическая единица передается на частоте 1300 Гц, логический ноль на частоте 2100 Гц. В обратном направлении скорость передачи 150 бит/с.

Подключение к сети Ethernet осуществляется через соединитель RJ-45 модуля ADAM-4579 с помощью входящего в комплект поставки патч-корда длиной 15 м.

При подключении через соединитель «RS-485» на модуле МКА блока БСД используется экранированная витая пара проводов. Скорость обмена 19200 бит/с. Параметры порта: 8 бит; один стоповый; без паритета. Длина линии не более 1000 м. В качестве «ведущего» может использоваться функциональный контроллер, например, контроллер управления подстанцией. Возможно подключение к данному соединителю ПЭВМ, имеющей порт RS-485 или соответствующий преобразователь интерфейса.

При подключении к АСУ устройство УПТН выполняет:

- передачу информации о текущих параметрах фидера;

- сброс элементов сигнализации, имеющих память (квитирование);

- передачу текущих значений и изменение уставок УПТН;

- передачу и сброс накопительной информации;

- передачу информации о параметрах событий;

- установку текущего времени и даты;

- передачу результатов самодиагностики устройства УПТН.

В состав блока БР-3,3 входят платы: процессорная, сетевая и высоковольтная.

На плате питания ПП-С расположен ключевой преобразователь напряжения, формирующий высокочастотное напряжение, которое передается на плату питания ПП-ВВ через разделительный трансформатор.

В плате процессора сигнал с шунта фидера через активный RC-фильтр нижних частот ФНЧ второго порядка с частотой среза 1 кГц подается на вход нормирующего усилителя. Сигналы, пропорциональные уровням напряжения, снятые с трех точек фидера, также поступают на соответствующие ФНЧ и нормирующие усилители. С выходов нормирующих усилителей сигналы подаются на входы встроенного в микроконтроллер АЦП. Полученные двенадцатиразрядные двоичные коды, усредненные по восьми измерениям на интервале времени 1 мс, передаются из блока БР-3,3 в модуль МКЗО блока БСД. Скорость передачи данных – 519 кбит/с.

В блоке БР-3,3 имеется тестовый режим, в котором на входы ФНЧ подаются тестовые постоянные напряжения от внутреннего источника опорного напряжения. После аналого-цифрового преобразования соответствующие им двоичные коды передаются в модуль МКЗО. Также в блоке БР-3,3 имеется режим калибровки смещения нуля. Переключение режимов работы блока БР-3,3 выполняется командами, передаваемыми из модуля МКЗО. Результаты тестовых измерений должны иметь следующие значения:

ток фидера I – от минус 18250 до минус 19000 А;

напряжение фидера U – от минус 2405 до минус 2455 В;

напряжение U_Ф = U_БВ1 – от плюс 736 до плюс 768 В;

напряжение U_БВ2 = U_СБШФ– от плюс 5600 до плюс 5824 В.

Настройка устройства УПТН производится с помощью сервисной программы и компьютера, подключаемого к разъему «RS-232» модуля МКА, при этом устанавливается системный адрес устройства.