МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР Compact RTU

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к области микроэлектроники, в частности,  к многофункциональным контроллерам широкого спектра применения, предназначенным для подключения и управления внешним оборудованием, и может найти свое применение, например, в устройствах сбора, обработки и передачи информации в технических системах или в системах автоматизированного управления технологическим оборудованием в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве и т.д. А именно, контроллер заявляемого типа может быть использован для построения систем диспетчерского контроля и управления, автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) энергообъектов (подстанций различного класса напряжения, электрической части электростанций и др.), систем телемеханики (ТМ), систем сбора и передачи информации (ССПИ) и т.п. для обеспечения сбора аналоговых и дискретных сигналов, выдачи команд управления и реализации функции оперативной блокировки разъединителей. Такие устройства также выполняют функции сбора и предварительной обработки информации с МП РЗА (https://ru.wikipedia.org/wiki/Микропроцессорное_устройство_релейной_защиты), многофункциональных измерительных устройств и других микропроцессорных устройств. Основные особенности устройств заявляемого типа заключаются в возможности обработки большого объема дискретной информации и возможности резервирования каналов ввода-вывода.
Уровень техники
Широкое применение средств автоматизации производственных и технологических процессов, помогающее сократить издержки и повысить качество продукции, становится сегодня важнейшим фактором развития российского электроэнергетического сектора. Одним из базовых технических средств автоматизации являются программируемые логические контроллеры (ПЛК) – устройства, предназначенные для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления. Такие устройства реализуются в локальных и распределенных системах управления в соответствии с заданной программой.
Использование свободно программируемой логики дает возможность гибкой настройки контроллеров. Вместе с тем ряд производителей применяет нестандартные языки и подходы к описанию свободно программируемой логики, что повышает зависимость пользователей от поставщика ПО и затрудняет эксплуатацию контроллеров на объектах. В промышленности нашли свое применение такие контроллеры, как:
- SICAM1703 (https://all-pribors.ru/opisanie/49150-12-sicam-1703-52068),предназначенные для сбора телесигнализации и телеуправления, измерения аналоговых сигналов силы и напряжения постоянного тока и температуры от первичных измерительных преобразователей, а также формирования аналоговых сигналов силы и напряжения постоянного тока с гальванической развязкой входных и выходных цепей, в том числе во взрывных средах.
Однако данный контроллер не обеспечивает расчет режимных параметров, а также не допускает возможности технического учета электрической энергии. Кроме того, контроллер SICAM 1703 не соответствует стандарту МЭК 61131, в контроллере не предусмотрено временное хранение информации; отсутствует журнал событий. Устройство SICAM 1703 не поддерживает протокол передачи данных МЭК61850-8-1 и может передавать данные на верхний уровень только по протоколу ГОСТ Р МЭК 60870-5-104.
- ЭЛКТ (https://www.elpribor.ru/catalog/123/1585/), который может быть использован в качестве основного устройства телемеханики контролируемого пункта и обеспечивать информационное взаимодействие с пунктом управления телемеханики по интерфейсу Ethernet. В функции контроллера телемеханики ЭЛКТ входит опрос модулей дискретного ввода/вывода, измерительных приборов и преобразователей по 6 независимым интерфейсам RS485, локальное архивирование данных, преобразование интерфейсов/протоколов и передача данных на верхний уровень систем телемеханики.
Однако данный контроллер не содержит модулей дискретной и аналоговой информации, также он ограничен в протокольной части (МЭК 60870-5-104, Modbus TCP, МЭК 61850-8-1 (MMS) (интерфейсы Ethernet являются зависимыми, т. е. работают в режиме свитча и имеют 1 МАС адрес). Контроллер не обеспечивает расчет режимных параметров, а также не допускает возможности технического учета электрической энергии; отсутствует возможность расширения, функции осциллографирования и расчета коммутационного ресурса.
К многофункциональным универсальным программируемым контроллерам также можно отнести известный контроллер ТРМ132М-01 (https://owen.ru/uploads/21/re_trm132m-01_1855.pdf), содержащий корпус, выполненный с возможностью крепления на DIN-рейку и состоящий из двух разъемных частей: основания, на котором размещена основная электронная плата контроллера и съемной крышки, на которой расположена плата индикации. На крышке также расположены органы управления контроллером. Устройство содержит соединенные с микропроцессором: группу аналоговых входов, группу дискретных входов, группу дискретных выходов и группу аналоговых выходов, а также ряд информационных интерфейсов (в частности, RS-232, RS-485). Значения программируемых параметров вносятся в энергонезависимую память прибора и сохраняются при отключении питания.
Устройство предназначено для построения систем управления отоплением и горячим водоснабжением, что ограничивает возможности его применения на объектах энергетики. Данный контроллер не обеспечивает расчет режимных параметров, а также не допускает возможности технического учета электрической энергии, также отсутствует возможность расширения, функции осциллографирования и расчета коммутационного ресурса. Устройство ТРМ132М-01 не поддерживает принятые в энергетике протоколы передачи данных МЭК61850-8–1 и ГОСТ Р МЭК 60870-5-104 с поддержкой передачи метки времени сигнала.
Из патентных источников информации (патент РФ на полезную модель №112796) известен многофункциональный контроллер, выполненный в виде корпуса, в котором установлена плата центрального процессора с энергонезависимой памятью, осуществляющего прием информации с цифровых входов и порта RS232 и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, причем корпус снабжен гнездом сетевого кабеля для подключения к коммутатору 10/100 Base-Tx, а также разъемным блоком контактов, включающим контакты для подключения внешних устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства, контакты подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру, а также контакты для подключения к оптически развязанным релейным выходам с величиной тока до 2,5 A.
Известен также многофункциональный контроллер типа NPT, содержащий микропроцессор, обеспечивающий обработку полученной информации от внешних объектов и перевод информации в цифровой код, связанный с энергонезависимой памятью для хранения и подготовки информации и для передачи по интерфейсам связи, имеющий функцию привязки данных к астрономическому времени, при этом микропроцессор связан с часами реального времени, синхронизируемыми с астрономическим временем по информационному каналу или по сигналу PPS, модулями приема сигналов с гальванически развязанными входами, модулями телеуправления, с основным и резервным сетевыми интерфейсами для подключения к станционной информационной сети с возможностью работать в различных режимах резервирования, оптическими портами для подключения к волоконнно-оптическим линиям связи многофункциональный контроллер включает источник питания от сети переменного тока или постоянного тока (патент РФ на полезную модель №127966).
Данное устройство имеет большие габариты и не может быть установлено в современные компактные ячейки 6–35 кВ, имеет избыточное количество слотов для ввода сигналов при использовании в сетях 6–35 кВ, работает на процессоре с ядром ARM926, имеет потребление 40 Вт и более и не применим в системах с малым потреблением.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является многофункциональный универсальный контроллер ЭНИП-2 Стандарт (https://enip2.ru/production/metering/enip-2/), который, в первую очередь, функционально является измерительным устройством, при этом для определения состояния входов дискретных сигналов (телесигнализация) с последующей передачей состояний по цифровым интерфейсам, а также управления состоянием дискретных выходов (телеуправление) командами, поступающими по цифровым интерфейсам, необходима установка внешних модулей, что усложняет схему его подключения и увеличивает габариты. Наличие внутренней памяти позволяет формировать архивы событий (информация о работе преобразователя, регистрация изменений состояний дискретных входов), а также архивы усредненных получасовых значений мощности (активной/реактивной, потребленной/отпущенной). Устройство ЭНИП-2 поддерживает протоколы передачи данных МЭК61850-8–1 и ГОСТ Р МЭК 60870-5-104.
Тем не менее, данный контроллер не соответствует стандарту МЭК 61131 и не позволяет работать со свободно программируемой логикой.
Кроме того, устройство ЭНИП-2 имеет ограниченное количество модификаций, расширение количества входных и выходных сигналов возможно только подключениемдополнительных блоков, которые увеличивают общие габариты устройства и требуют наличия внешних цепей для подключения. Данное решение выбрано в качестве прототипа.
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемой полезной модели, заключается в необходимости создания компактного многофункционального контроллера, обеспечивающего сбор аналоговой и дискретной информации о состоянии объекта, а также управления исполнительными устройствами.
Краткое раскрытие сущности полезной модели
Технический результат заключается в обеспечении электрической прочности изоляции входных цепей многофункционального интеллектуального контроллера со свободно-программируемой логикой за счет сопротивления изоляции вторичных цепей модулей ввода-вывода не менее 10 МОм.
Заявленный технический результат достигается тем, что в многофункциональном интеллектуальном контроллере, выполненном с возможностью монтажа на DIN-рейку или монтажную панель, с возможностью питания от источника переменного или постоянного тока, и представляющим собой моноблок с металлическим корпусом, имеющим переднюю и заднюю панели, с предустановленными в нем электронными платами, содержащими микропроцессорный модуль, обеспечивающий обработку полученной информации от внешних объектов и перевод информации в цифровой код и  содержащий микропроцессор и энергонезависимое запоминающее устройство, группы аналоговых и дискретных модулей ввода-вывода, соединенные с микропроцессором по внутренней шине на базе SPI и модуль питания, согласно техническому решению, микропроцессорный модуль выполнен с возможностью интеграции контроллера в промышленные сети Ethernet с использованием протоколов резервирования сети RSTP или PRP, обеспечивающих гарантированную передачу сообщений без потерь в случае сбоя в сетевом соединении или устройств. При этом контроллер включает в себя:
- группу дискретных модулей, обеспечивающих сбор дискретных сигналов, включающую модули, имеющие до 12 дискретных входов, объединенных в несколько, гальванически изолированных друг от друга, групп, рассчитанных на различное номинальное напряжение опроса дискретных сигналов и различное количество выходов управления,
- группу аналоговых модулей, обеспечивающих измерение параметров трехфазного тока и напряжения, включающую модули, имеющие входы с прямым подключением к шинам с номинальным напряжением 220 В или измерительным цепям напряжения с номинальным значением 100 В от трансформаторов напряжения и входы с подключением к аналоговым измерительным цепям тока с номинальным значением 1А или 5 А трансформаторов тока;
при этом сопротивление изоляции вторичных цепей модулей ввода-вывода составляет не менее 10 МОм.
Передняя панель контроллера имеет прорези для фиксации модулей контроллера и размещения разъемов, клемм и средств индикации контроллера, а также снабжена информационными надписями. Задняя панель корпуса снабжена средствами крепления контроллера на DIN-рейку или монтажную панель. Корпус выполнен металлическим с обеспечением степени защиты от проникновения внутрь твердых частиц, пыли и воды IP 20 по ГОСТ 14254. Энергонезависимое запоминающие устройство контроллера обеспечивает длительное, сроком более 10 лет, хранение информации, в том числе, при отсутствии питания контроллера, а также подготовку информации для передачи по интерфейсам связи. Информационные интерфейсы включают интерфейсы Ethernet, RS-485 и USB.
Краткое описание чертежей
Заявляемая полезная модель поясняется следующими изображениями, где
на фиг.1 представлен общий вид заявляемого контроллера,
на фиг. 2 приведена схема подключения модуля питания контроллера к цепям питания и внешним цепям,
на фиг.3 представлена схема подключения аналоговых входов к трансформаторам тока (ТТ) и трансформаторам напряжения (ТН),
на фиг.4 представлена схема подключения модуля питания COMPACT-1PWR220-20 к цепям электропитания и внешним цепям;
на фиг.5 представлена схема внешних подключений дискретного модуля COMPACT-6RO12DI24DRY.
Позициями на чертежах обозначены:
1. корпус,
2. передняя панель,
3. входные клеммы дискретного модуля,
4. разъемы интерфейса RS485,
5. разъемы интерфейса Ethernet,
6. разъем технологического интерфейса USB,
7. аналоговый модуль с подключением измерительных цепей тока и напряжения,
8. разъемы модуля питания.
Заявляемый контроллер реализует следующие основные функции:
ввод информации телеизмерения текущих значений напряжения и тока от трансформаторов напряжения и трансформаторов тока;
ввод информации телесигнализации о состоянии дискретных сигналов с регистрацией событий с точностью привязки событий ко времени не хуже 1 мс;
вывод команд телеуправления;
прием и передача данных о состоянии дискретных и аналоговых сигналов по сети Ethernet по протоколу МЭК 61850-8-1 (GOOSE);
интеграция других микропроцессорных устройств через интерфейсы RS-422/485, Ethernet с использованием протоколов ГОСТ Р МЭК 60870-5-101/103/104, МЭК 61850 MMS, Modbus и др.;
локальная архивация и буферирование данных о произошедших событиях;
расчет режимных параметров и интегральных значений по данным о текущих значениях тока и напряжения;
технический учет электрической энергии;
выполнение алгоритмов свободно программируемой логики;
предварительная обработка получаемой информации, временное ее сохранение и передача на сервер верхнего уровня и/или на шлюз телемеханики по сети Ethernet с использованием протоколов TCP/IP МЭК 61850-8-1 (MMS), ГОСТ Р МЭК 60870-5-104;
передача информации в диспетчерские пункты по сети Ethernet с использованием протокола TCP/IP ГОСТ Р МЭК 60870-5-104 или по RS-422/485 с использованием протокола ГОСТ Р МЭК 60870-5-101;
синхронизация с единым астрономическим временем от сервера СОЕВ по протоколу NTP (SNTP);
самодиагностика устройства.
Расширение функциональных возможностей контроллера обеспечивается интерфейсными возможностями.
Расширение интерфейсных возможностей обеспечивается использованием в качестве процессорного модуля модифицированного процессорного модуля, позволяющего интегрировать контроллер в промышленные сети Ethernet с использование протокола параллельного резервирования PRP (ParallelRedundancy Protocol, стандарт МЭК 62439), обеспечивающего гарантированную передачу сообщений без потерь в случае сбоя в сетевом соединении или устройстве. При этом достигается высокая скорость обновления информации, которая позволяет применять контроллер в АСУ ТП с развитой вертикальной архитектурой и решать задачи, связанные с управлением в режиме реального времени. Процессорный модуль содержит энергонезависимую память достаточного размера для хранения программ и данных со временем хранения при отсутствии питания не менее 10 лет.
Конфигурирование и настройка контроллера производится через ПО «SCADA Studio Конфигуратор контроллера NPT» и через WEB-интерфейс.
Осуществление полезной модели
Описание конструкции заявляемого контроллера представлено на примере изготовленного опытного образца. Заявляемый контроллер выполнен в виде моноблока, оформленного в виде металлического корпуса с обеспечением степени защиты от проникновения внутрь твердых частиц размером более 12,5 мм IP 20 по ГОСТ 14254 (исключены отверстия большего диаметра).
Корпус имеет небольшие габариты, 125х173х145 мм (ШхВхГ). Такие габариты контроллера позволяют разместить внутри набор модулей, обеспечивающий весь указанный выше функционал контроллера. Корпус 1 представляет собой металлический каркас с передней 2 и задней съемными стенками (панелями). На задней панели смонтировано крепление для монтажа контроллера на типовую DIN-рейку, например, шириной 35 мм или на монтажную панель. Передняя панель выполняет двойную функцию – через соответствующие прорези обеспечивает доступ пользователя ко всем разъемам и клеммам, является основанием для вывода на ее внешнюю поверхность средств индикации контроллера, а с другой стороны, обеспечивает дополнительную фиксацию основной электронной платы с микроконтроллером. Корпус может быть выполнен с 4 или 6-ю слотами.
Внутри корпуса расположены процессорный модуль, включающий микропроцессор и энергонезависимую память 4 Гб (запоминающие устройство контроллера) для хранения программ и данных со временем хранения при отсутствии питания не менее 10 лет, модуль питания, а также аналоговые и дискретные модули ввода/вывода. Информационный обмен между модулями осуществляется через кроссовую плату. Процессорный модуль имеет характеристики, указанные в таблице 1.
Таблица 1
Наименование
Значение
Архитектура CPU
ARM Cortex-A
Тактовая частота CPU, не менее
500 МГц
Внешние интерфейсы связи
Ethernet, USB
Скорость обмена данными в информационной сети Ethernet
10/100 Мбит/с
Микропроцессор с загружаемым программным обеспечением реализует все заданные функции устройства. Программное обеспечение контроллера на базе операционной системы Linux и специализированного программного обеспечения NPT встроено в защищённую от записи память микроконтроллера, что исключает возможность его несанкционированных настроек и вмешательств, приводящих к искажению результатов измерений. Загрузка программного обеспечения производится по интерфейсу Ethernet. Микроконтроллер поддерживает встроенные часы реального времени и календарь.
Контроллер, в зависимости от конфигурации, может иметь универсальный ввод питания номинального напряжения 220 В (постоянного или переменного тока) или дублированный ввод питания номинального напряжения 24 В постоянного тока (с функцией резервирования). Устройство обеспечивает измерение электрической энергии в течение всего срока службы и соответствует требованиям ГОСТ 31819.22, класс точности 0,2S.
Модуль питания от сети переменного тока имеет один ввод 220В (COMPACT-1PWR220-20), который преобразует напряжение сети питания 220В, 50Гц в постоянное напряжение 24 В для питания основных узлов контроллера. Модуль питания постоянного тока имеет два ввода на 24 В (COMPACT-2PWR24-20). На передней панели корпуса выведены разъемы Х4 модулей питания. Электрическое питание контроллера осуществляется:
-от сети переменного тока с номинальным значением напряжения 220 В с рабочим диапазоном напряжения от 120 до 264 В и частотой от 47 до 440 Гц;
-от сети постоянного тока с номинальным значением напряжения питания 220 В с рабочим диапазоном напряжения от 150 до 264 В;
-от сети постоянного тока с номинальным значением напряжения питания 24 В с рабочим диапазоном напряжения питания от 18 до 36 В.
Потребляемая мощность контроллера не более 20 Вт.
Ниже описаны используемые в контроллере аналоговые и дискретные модули ввода/вывода.
Таблица 2
Модуль ввода/вывода
Наименование
Количество (в Изделии) не более, шт.
"1D", Модуль дискретный / 6 релейных выходов и 12 дискретных входов (с внутренним питанием 24 В)Модуль имеет 12 дискретных входов от датчиков типа «сухой контакт» с напряжением на разомкнутых клеммах 24 В постоянного тока. Входы объединены в 3 группы, в каждой группе 5 входных клемм (4 сигнальных входа с одним общим входом). Группы входов гальванически изолированы друг от друга. Для опроса датчиков модуль имеет внутренний источник питания 24 В постоянного тока. 6 релейных выходов. 2 выхода для коммутации переменного (до 5 А) и постоянного тока номинальным напряжением до 220 В (до 5 А на замыкание и до 0,25 А на размыкание контактов) - 2 нормально разомкнутых пары клемм (двойная последовательная контактная группа в каждом выходе). 4 выхода для коммутации переменного (до 5 А) и постоянного тока номинальным напряжением до 220 В (до 5 А на замыкание и до 0,12 А на размыкание контактов) - 2 пары выходов с общей точкой (нормально разомкнутые).
COMPACT-6RO12DI24DRY
4
"2D", Модуль дискретный / 3 релейных выхода и 12 дискретных входов (с внешним питанием 220 B DC);Модуль имеет 12 дискретных входов на 220 В постоянного тока с внешним питанием, 3 релейных выхода для коммутации переменного (до 5 А) и постоянного тока номинальным напряжением до 220 В (до 5 А на замыкание и до 0,25 А на размыкание контактов). 3 нормально разомкнутых пары клемм.
COMPACT-3RO12DI220DC
4
"4D", Модуль дискретный / 4 релейных выхода и 12 дискретных входов (с внешним питанием 220 B DC);Модуль имеет 12 дискретных входов на 220 В постоянного тока с внешним питанием. 4 релейных выхода для коммутации переменного (до 5 А) и постоянного тока номинальным напряжением до 220 В (до 5 А на замыкание и до 0,25 А на размыкание контактов). 4 нормально разомкнутых пары клемм
COMPACT-4RO12DI220DC
4
"1A", Модуль аналоговый / 3 входа для подключения к вторичным обмоткам трансформаторов напряжения (ТН) с номинальным напряжением 57,7 В (4 входных контакта), 3 входа для подключения к вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ) для измерений и учета с номинальным током 1 А
COMPACT-3VT-3CT1
2
"2A", Модуль аналоговый / 3 входа для подключения к вторичным обмоткам ТН с номинальным напряжением 57,7 В (4 входных контакта), 3 входа для подключения к вторичным обмоткам ТТ для измерений и учета с номинальным током 5 А
COMPACT-3VT-3CT5
2
"3A", Модуль аналоговый / 3 входа для подключения к шинам 0,4 кВ с номинальным напряжением 231 В (4 входных контакта), 3 входа для подключения к вторичным обмоткам ТТ для измерений и учета с номинальным током 1 А
COMPACT-3VT0,4-3CT1
2
"4A", Модуль аналоговый / 3 входа для подключения к шинам 0,4 кВ с номинальным напряжением 231 В (4 входных контакта), 3 входа для подключения к вторичным обмоткам ТТ для измерений и учета с номинальным током 5 А
COMPACT-3VT0,4-3CT5
2
В состав контроллера входит 4 типа модулей:
1. Процессорный модуль - 1 шт.
Обеспечивает основной функционал устройства, выполняет весь функционал работы с внешними системами, содержит память для хранения настроек устройства, производит опрос модулей ввода-вывода.
2. Модуль питания - 1 шт.
Обеспечивает питанием все входящие в состав модули.
3. Модуль дискретного ввода вывода – по меньшей мере, 1 шт.
Обеспечивают сбор дискретных сигналов и управление различными устройствами и приборами. Модули дискретного ввода-вывода отличаются количеством входов и выходов, а также номинальным напряжением опроса дискретных сигналов (24 В или 220 В). Внутренняя структура модулей дискретного ввода-вывода одинакова.
4. Модуль аналогового ввода-вывода – по меньшей мере, 1 шт.
При подключении к аналоговым измерительным цепям тока с номинальным значением 1 А или 5 А трансформаторов тока и измерительным цепям напряжения с номинальным значением 100 В от трансформаторов напряжения или 380 В с прямым подключением к шинам обеспечивают измерение параметров трех фазного тока и напряжения, и расчет необходимых величин, таких как частота, мощность, энергия и др.
Электрическая прочность изоляции входных цепей контроллера составляет:
- 2000 В (50 Гц, 1 мин) для цепей с напряжением более 60 В;
- 500 В (50 Гц, 1 мин) для цепей с напряжением не более 60 В.
Интерфейс RS-485 предназначен для интеграции контроллера с использованием протоколов ГОСТ Р МЭК 60870-5-101 и ModbusRTU. Приемопередатчик интерфейса RS-485 обеспечивает согласование уровней напряжений сигналов последовательного порта микроконтроллера и интерфейса RS-485.
Интерфейс Ethernet предназначен для интеграции контроллера по локальной сети с использованием протоколов МЭК61850-8–1 (MMS), ГОСТ Р МЭК 60870-5-104 и ModbusTCP и организации информационного взаимодействия между контроллерами в одной локальной подсети по протоколу МЭК61850-8–1 (GOOSE).
Технологический интерфейс USB предназначен для настройки параметров контроллера.
Заявляемый контроллер работает следующим образом.
При монтаже контроллер устанавливают на металлическую конструкцию с допустимым отклонением от вертикального положения боковой поверхности не более 5° в любую сторону. Обеспечивают заземление устройства к специально предусмотренной шине для подключения заземляющего проводника, который используется только для присоединения к заземляющему контуру. Первичную настройку выполняют при изготовлении контроллера на производстве, и она заключается в прошивке в постоянную память процессорного модуля программы, задании IP-адреса и маски подсети.
Осуществляют внешний электрический монтаж контроллера. На входы питания контроллера подают напряжение питания согласно схемам подключения цепей питания контроллера. Источник питания формирует напряжения, необходимые для работы контроллера.
Объекты управления подключают к соответствующим клеммам ввода-вывода модулей. Удаленные объекты управления, имеющие интерфейсы RS-485, подключают к клеммам интерфейса RS-485. Сигналы от датчиков объектов управления и интегрируемых устройств поступают на микроконтроллер через цепи ввода модулей и по интерфейсам RS-485 и Ethernet.
После подачи электропитания на соответствующие клеммы Контроллера начинает светиться индикатор «Питание» и «Неисправность», происходит загрузка модуля процессорного и самодиагностика (около 30 с), после чего индикатор «Неисправность» перестает светиться и контроллер готов к работе. Если по какой-либо причине самодиагностика не была успешной - светится индикатор «Неисправность». С компьютера верхнего уровня (управляющего компьютера) по интерфейсам Ethernet в контроллер (постоянную память процессорного модуля) загружают все необходимые настройки для работы внутренних модулей ввода-вывода, опроса внешних устройств, информацию о логике обработки полученной информации, взаимодействия с системой обеспечения единого времени и взаимодействия с внешними системами,
Получив необходимую информацию от управляющего компьютера, контроллер далее может работать самостоятельно. В соответствии с настройками протоколов и логики обработки сигналов процессорный модуль, периодически, по запросу от управляющего компьютера или при выходе контролируемых параметров из заданных пределов, посылает управляющие сигналы на объекты управления, передает управляющему компьютеру информацию о состоянии объектов управления, что важно для многих применений. Также процессорный модуль выводит информацию о состоянии промышленного контроллера на светодиодные индикаторы.
Работа контроллера осуществляется по циклическому принципу. В самом начале цикла контроллер сканирует состояния входов, на которые поступают сигналы от соответствующих датчиков и устройств. Затем в соответствии с алгоритмом программы происходит вычисление состояния выходов. В конце рабочего цикла контроллер устанавливает каждый выход в состояние, которое было определено. Электрические сигналы, характеризующие состояние дискретных входов, преобразовываются в цифровые сигналы, соответствующие состояниям контактов:
-контакт замкнут - «логическая единица»;
-контакт разомкнут - «логический ноль». Регистрируется следующая информация о событиях размыкания или замыкания дискретных входов:
-время события;
-номер входа, на котором зарегистрировано событие;
-установившееся состояние дискретного входа - замкнут или разомкнут. Обеспечивается сохранение истории событий размыкания или замыкания дискретных входов в буферной памяти объемом не менее 100 событий. При дребезге контактов наступление события размыкания или замыкания входов фиксируется, если состояние входа остается неизменным в течение заданного времени, при этом зафиксированное время наступления события соответствует времени первого изменения состояния входа.
Контроль работоспособности контроллера в процессе его эксплуатации осуществляют с помощью средств самодиагностики Контроллера в режиме реального времени.
Аналоговые входы принимают сигналы промышленной частоты с номинальным значением 50 Гц. Через аналоговые входы контроллер обеспечивает измерение и расчет следующих параметров переменного тока (в соответствии с заданными метрологическими характеристиками):
– действующих значений напряжения для каждой фазы;
– действующих значений линейных напряжений;
– действующих значений токов для каждой фазы;
– активной мощности для каждой фазы;
– активной мощности по трем фазам;
– реактивной мощности для каждой фазы;
– реактивной мощности по трем фазам;
– полной мощности для каждой фазы;
– полной мощности по трем фазам;
– коэффициентов мощности для каждой фазы;
– накопленной активной энергии нарастающим итогом (отдельно полученной и отданной);
– накопленной реактивной энергии нарастающим итогом (отдельно полученной и отданной);
– углов напряжений фаз А, В, С;
– углов токов фаз А, В, С;
– углов сдвига между напряжением и током первой гармоники по фазам А, В, С;
– углов линейных напряжений;
– углов напряжений нулевой, прямой и обратной последовательности;
– углов токов нулевой, прямой и обратной последовательности;
– значений частоты;
– среднего фазного напряжения;
– среднего тока;
– среднего линейного напряжения;
– напряжений нулевой последовательности;
– напряжений прямой последовательности;
– напряжений обратной последовательности;
– токов нулевой последовательности;
– токов прямой последовательности;
– токов обратной последовательности;
– коэффициента несимметрии напряжения;
– коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения.
Контроллеры заявляемого типа могут применяться как контроллеры присоединения, объектовые контроллеры или устройства связи с объектом для построения систем диспетчерского контроля и управления, автоматизированных систем управления технологическими процессами энергообъектов, систем телемеханики, систем сбора и передачи технологической информации, устройств релейной защиты и противоаварийной автоматики. На базе контроллеров могут создаваться другие автоматизированные системы и комплексы. Контроллер предназначен для непрерывной круглосуточной эксплуатации в течение всего срока службы. Эффективному использованию контроллера заявляемой конструкции способствует наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и модулей блоков питания.