МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к устройствам релейной защиты и противоаварийной автоматики энергетических сетей с автоматизированным управлением, а именно, к микропроцессорной панели управления (МПУ) с релейными модулями.
Масштабы и сложность сетей высокого напряжения требуют применения систем защит с высокой надежностью. Защита основана на информации, получаемой из одной или более точек энергосистемы. Быстрая избирательная защита протяженных цепей таких, как кабельные и воздушные линии электропередачи, требует обмена информацией между их окончаниями. Устройства передачи команд релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА) передают сигналы команд от устройств защиты по высоковольтным сетям энергетических компаний, между центрами управления энергетических компаний, станциями, вырабатывающими электроэнергию, и высоковольтными подстанциями, распределяющими электроэнергию. Так как одно и тоже оборудование может использоваться для передачи команд по различным средам передачи, то время передачи команд может быть различное, также может отличаться логика работы и т.д., что усложняет своевременную обработку информации, принятие решения и подачу соответствующих ситуации команд. Существующая защита и системы автоматизации предполагают, что параметр времени передачи должен быть постоянным. Изменение параметров или логики передачи в системе автоматизации область/регион/канал, может стать причиной полной перестройки сети.
Для нормальной эксплуатации систем защиты и аварийной автоматики используются панели управления, позволяющие оперативно выводить команды, изменять направления их передачи и выполнять логические операции над сигналами команд. Примеры команд РЗ: блокирующая, ускоряющая, разрешающая, отключающая. Примеры команд ПА: информационные, аварийные, исполнительные.
Известны различные электромеханические и микропроцессорные устройства РЗ и ПА для энергетических сетей. Однако, известное на сегодняшний день оборудование, как правило, не имеет встроенного регистратора событий и не может быть подключено/интегрировано в SCADA систему, кроме того, конструкция не позволяет производить оперативную настройку, замену и ремонт.
Система SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, диспетчерское управление и сбор данных - англ.) представляет собой программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления.
Прототипом предложенного технического решения является панель управления СР-24, разработанная сотрудниками компании АББ.
Панель управления СР-24 упомянута в статье "АББ Энергосвязь - 5 лет успешной работы", газета "Энергетик", №8, 2008 г., статье "Панель управления СР-24 -компактная надежная система управления передачей сигналов команд РЗ и ПА", газета "Энергопрогресс", Спецвыпуск ООО "АББ ЭНЕРГОСВЯЗЬ" - 5 лет, 2008 г. Панель управления СР-24 сертифицирована и открыто используется на ряде электростанций, а также открыто демонстрировалась на выставках, например, в 2010 г.на выставке «Релейная защита и автоматика энергосистем 2010″, см. http://www.energyfoto.ru/?p= 123.
Панель управления СР-24 имеет модульную структуру. Основными являются блок релейных модулей (БРМ) и блок управления (БУ), обеспечивающий обработку сигналов команд, сигнализаций, аварий. БРМ состоит из нескольких релейных модулей, каждый из которых обрабатывает одну команду релейной защиты (прием и передача). Один БУ обеспечивает обработку и контроль до 24 релейных модулей в составе БРМ. Такая структура упрощает выявление неисправностей за счет локализации модулей, каждый из которых представляет собой функционально законченное устройство. Возможно установить от 1 до 24 релейных модулей в любой конфигурации. Предусмотрена интеграция в АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическим процессом), энергонезависимая память, синхронизация работы с обслуживаемым оборудованием.
Известны аналогичные решения, описанные в российских патентах на полезные модели RU 115970, RU 115971 и на изобретения RU 2479903, RU 2479904. Устройство контроля и управления сигналами РЗ и ПА содержит микропроцессорный модуль, модуль приема сигналов сигнализаций, модуль выхода сигналов сигнализаций и группу входов и выходов для соединения с ПЭВМ и АСУ ТП, а также модуль внешних фильтров, подключенный через соответствующую кросс-плату релейных модулей, по меньшей мере, к одному релейному модулю, модуль конденсаторных блоков, модуль блока питания, модуль внешней синхронизации часов, при этом релейные модули снабжены механическими размыкателями с ручным управлением для отключения устройства от входных и выходных цепей. Техническим результатом является повышение надежности, сокращение времени наладки и обслуживания.
Известно, что для обеспечения надежности электроснабжения в сетях высокого напряжения используются системы передачи сигналов команд РЗ и ПА. В общую систему передачи команд РЗ и ПА входят каналообразующая аппаратура для передачи команд РЗ и ПА, аппаратура контроля и управления командами РЗ и ПА, а также сами исполнительные устройства. Масштабность, сложность и мощность данных сетей требует обеспечения высокой надежности каждого элемента системы передачи команд РЗ и ПА. Для исключения нанесения ущерба потребителям (из-за отключения электроэнергии) и энергопредприятиям (из-за несвоевременного отключения аварийного участка линии) требуется быстрая передача команд и правильное принятие решения об отключении или переключении линий высокого напряжения.
Предложенная микропроцессорная панель управления (МПУ) спроектирована как дополнительное устройство для совместного использования различных типов оборудования передачи команд релейной защиты и противоаварийной автоматики. МПУ отвечает требованиям Европейской ЭМС Директивы 89/336/EEC и соответствующих Российских стандартов.
МПУ является аппаратурой контроля и управления сигналами РЗ и ПА. Она предназначена для приема сигналов команд РЗ и ПА от устройств РЗ и ПА и выдачу этих команд на устройства передачи, таких как ETL500, ETL600, FOX515, FOX615 компании ABB, а также прием сигналов команд РЗ и ПА от устройств передачи и выдачу этих команд на исполнительные устройства, такие как REC670, REL670, RED670 компании ABB.
В МПУ использована цифровая обработка сигналов, которая позволяет устранить необходимость в калибровке. Основной особенностью работы систем контроля и управления сигналами РЗ и ПА является функциональность, наглядность работы и простота эксплуатации.
Для уменьшения времени передачи сигналов РЗ и ПА от устройств РЗ и ПА с одной стороны линии и до исполнительных устройств с другой стороны линии, требуется, чтобы время обработки сигналов/информации на каждом звене общей системы было минимальным. МПУ является универсальной и обеспечивает обработку поступающих на входы команд и выдачу команд на выходные разъемы модулей независимо от типов аппаратуры передачи команд и исполнительных устройств. Почти вся аппаратура передачи команд РЗ и ПА и исполнительные устройства поддерживают выдачу команд с помощью «сухого» контакта, а прием команд осуществляется через дискретный вход, параметры которого стандартизированы в СТО 56947007-29.120.40.102-2011. При этом наличие команды на дискретном входе определяется по уровню напряжения на дискретном входе и току, протекающему через дискретный вход.
Функциональность МПУ обеспечивает сопряжение подключаемой аппаратуры по временным характеристикам и тем самым стандартизирует режимы работы общей системы передачи команд, сокращая объем используемой аппаратуры, монтаж, и тем самым увеличивая надежность работы.
МПУ содержит модуль управления и сигнализации (МУС), обеспечивающий обработку сигналов команд сигнализаций и аварий и БРМ, который состоит из отдельных модулей, выполняющих функционально законченные операции. Один МУС обеспечивает обработку и контроль до 24 релейных модулей дискретных входов/выходов (МДВВ). Любые установленные релейные модули могут обрабатывать как одну и ту же команду, так и разные команды.
Релейный модуль МДВВ, как правило, содержит два оптронных входа, один твердотельный выход и четыре параллельных мощных (электромеханических) релейных выхода. Входы и выходы в зависимости от конфигурации могут содержать потенциалы, но все они изолированы от «земли» и остальных цепей. Команды можно назначить индивидуально на любой вход/выход. Все входные и выходные цепи, источники питания изолированы по постоянному току друг от друга и от «земли».
Пользователь может обращаться к МПУ через персональный компьютер (ПК или ПЭВМ), подключенный к последовательному интерфейсу на передней панели блока управления. Установленная на ПК программа HMIPanel (интерфейс человек-машина) позволяет осуществлять установку различных режимов работы и параметров аппаратуры, а также просмотр рабочего и аварийного состояния оборудования.
Множество событий (как правило, более 3000), моментов начала и окончания команд могут быть записаны и сохранены с отметками времени в энергонезависимой памяти. Регистратор событий может быть засинхронизирован с внешним сигналом времени (например, GPS-приемником) для точной фиксации времени событий. События можно просмотреть в виде текста через программу HMIPanel. В дополнение к регистратору событий имеются встроенные счетчики команд для каждой переданной/принятой команды и команд сигнализаций и аварий. Каждая команда может быль запрограммирована со своими параметрами и режимом работы.
Основной принцип работы предложенного МПУ является аналогичным СР-24 и устройствам, раскрытым в патентах RU 2479903 и RU 2479904.
Основными преимуществами МПУ по сравнению с панелью управления СР-24 являются:
- цифровая обработка сигналов;
- наличие многофункционального модуля управления и сигнализации (МУС), в котором все функциональные элементы выполнены на одной плате, которые ранее в СР-24 были отдельными блоками, за счет этого схема стала компактной, упрощен монтаж и обслуживание;
- вместо модуля внешних фильтров использована схема защиты от перенапряжений и помех модуля питания (МП);
- вместо модуля конденсаторных блоков использована схема защиты от провалов напряжения питания» модуля питания (МП);
- добавлен блок, обеспечивающий информационную безопасность;
Речь идет о защите информации от несанкционированного доступа (НСД) хранящейся в МПУ с целью ее изменения/удаления. Для изменения/удаления информации необходимо пройти процедуру аутентификации. Пример защищаемой от НСД информации: конфигурация, регистратор событий, счетчики событий. Функционал реализуется в модуле МУС в подсистеме связи.
- каждый релейный модуль имеет дополнительно функцию исключения ложных команд.
МУС взаимодействует с АСУ ТП по протоколу ГОСТ Ρ МЭК 60870-5-101. Также МУС поддерживает возможность синхронизации времени по данному протоколу. В качестве физического уровня для передачи данных используются интерфейсы RS-485 и RS-232.
На чертежах показаны:
Фиг. 1 - Блок-схема СР-24;
Фиг. 2 - Общий вид МПУ;
Фиг. 3 - Блок-схема МПУ;
Фиг. 4 - Блок-схема МУС;
Фиг. 5 - Блок-схема релейного модуля МДВВ;
Фиг. 6 - Блок-схема подсистемы сигнализации;
Фиг. 7 - Блок-схема подсистемы синхронизации;
Фиг. 8 - Блок-схема модуля питания.
МПУ, см. фиг. 2, располагается в шкафу. Блок-схема МПУ показана на фиг. 3. МПУ содержит МУС с входами и выходами сигналов сигнализаций, выходы сигналов аварий, вход сброса сигналов сигнализаций, аварий и подтверждений, выход подтверждения сигналов ПРД (передачи), выход подтверждения сигналов ПРМ (прием). МУС соединена с основной соединительной платой (ОСП), соединенной с модулем питания (МП), соединительной платой дополнительной (СПД), модулем дискретных входов/выходов (МДВВ). На фиг.4 показана блок-схема МУС. МУС содержит подсистемы сигнализации, регистрации, обработки команд, синхронизации, связи, диагностики, и соответствующий интерфейс вход/выход. В МПУ отсутствует кросс плата модуля управления как в СР-24. Местные органы управления и световая сигнализация вынесены на лицевую панель МУС. Для сброса сигнализаций и аварий используется одна общая кнопка. В оборудовании СР-24 отсутствует защита от несанкционированного доступа (НСД), в то время как в МПУ данная защита реализуется в модуле МУС, при этом имеется возможность задать пароль до 10 символов включительно, пароль может храниться в энергонезависимой памяти оборудования МПУ, начало и окончание сессии фиксируется в регистраторе событий, регистрируется неправильная попытка ввода пароля, регистрируется смена пароля. По сути МУС предназначен для организации шины обмена между всеми модулями, обеспечения световой сигнализации (светодиоды), обеспечения местными органами управления, обеспечения выходов сигнализаций и аварий, обеспечения дистанционного сброса сигнализаций и аварий, обеспечения входов сигнализаций, обеспечения синхронизации часов реального времени, организации защиты от несанкционированного доступа. На фиг. 5 показана блок схема МДВВ. МДВВ содержит микроконтроллер, схему предоработки входа ПРМ команды, схему предоработки входа ПРД команды, схему формирования и размножения выхода ПРМ команды. На фиг.6 показана блок-схема подсистемы сигнализации, которая содержит матрицу коммутации, схему предоработки входов сигнализаций, ПРД, ПРМ, схему формирования выходов сигнализаций, схему формирования выходов аварий, схему формирования выходов подтверждения, схему предоработки входа сброса. На фиг. 7 показана блок-схема подсистемы синхронизации, которая содержит модуль выбора источника синхронизации (ВИС) и модуль часов реального времени. ВИС соединен с подсистемами: обработки команд, сигнализации, регистрации, связи, диагностики. ВИС также через шину управления соединен с МДВВ и передает сигналы синхронизации во все подсистемы МУС и всем модулям МДВВ. На фиг. 8 показана блок-схема модуля питания. Модуль питания (МП) объединяет функционал следующих модулей: функционал модуля фильтров оперативного напряжения (опертока) для выхода команд ПРД и входа команд ПРМ; функционал модуля защиты питания от провалов напряжения на входе за исключением функции контроля заряда резервного питания и функции резервного питания светодиодов; функционал модуля источника питания. МДВВ полностью удовлетворяет требованиям стандарта организации ОАО «ФСК ЕЭС» СТО 56947007-29.120.40.102-2011 «Методические указания по инженерным расчетам в системах оперативного постоянного тока для предотвращения неправильной работы дискретных входов микропроцессорных устройств релейной защиты и автоматики, при замыканиях на землю в цепях оперативного постоянного тока подстанций ЕНЭС».
Подключение МПУ к оборудованию входных и выходных сигналов производится с помощью штекерных соединений с задней стороны устройства, которые могут быть клеммными разъемами с пружинными фиксаторами. При использовании дополнительных соединительных кабелей, сигналы можно вывести на клеммы с разъединителем. Последовательный интерфейс на передней панели МПУ предназначен для обслуживания и диагностики, в том числе для проведения ввода в эксплуатацию. Подключив ПК/ноутбук к данному интерфейсу, можно получить информацию о параметрах оборудования, используемом встроенном программном обеспечении и состоянии оборудования без нарушения нормальной работы МПУ. Через данный интерфейс возможна конфигурация аппаратуры. Шасси Блока управления комплектуется модулем питания. Кабель источника питания подключается к клеммным контактам с задней стороны оборудования МПУ. Предусмотрена защита питания от провалов напряжения на входе и фильтрация напряжения, которое может использоваться для выхода сигналов ПРД команд и входа сигналов ПРМ команд релейных модулей МДВВ. Шасси комплектуется модулем управления и сигнализации. Шасси также комплектуется кросс-платой управления основной соединительной платы (ОСП). Модуль предназначен для организации шины обмена между блоком управления и установленными релейными модулями. Шасси также комплектуется одной дополнительной кросс-платой релейных модулей. Модуль предназначен для организации шины обмена между МУС и установленными релейными модулями. Шасси Блока релейных модулей комплектуется от одного до двенадцати плат релейных модулей МДВВ. Модуль предназначен для приема, обработки и выдачи ПРД и ПРМ команд.
В состав модуля МУС входит микроконтроллер обеспечивающий общий контроль за состоянием всей системы и ведущий общий мониторинг. Коды программ и оперативные данные хранятся в быстродействующей внутренней энергонезависимой памяти микроконтроллера. Данные регистратора событий хранятся во внешней энергонезависимой памяти. Микроконтроллер опрашивает установленные модули МДВВ, обрабатывает полученную информацию и в случае необходимости сохраняет события в регистраторе событий. МУС является неотъемлемой основной частью МПУ. МУС производит общую обработку и управление входными и выходными сигналами.
Подсистема сигнализации отвечает за визуальное отображение прохождения хотя бы одной команды ПРМ, визуальное отображение прохождения хотя бы одной команды ПРД, визуальное отображение физического состояния выходов сигнализации и аварий, сброс (переход в первичное (нормальное) состояние) индикации и физического состояния выходов сигнализации, аварий и подтверждений, формирование и фиксацию физического состояния выходов сигнализации, аварии и подтверждений, коммутацию внешних и внутренних сигналов на выходы сигнализации, коммутацию внутренних сигналов на выходы аварии.
Предусмотрена матрица коммутации, которая выполняет логические операции над сигналами команд и сигнализаций и выполняет их коммутацию. Предназначена для приема команд сигнализации, объединения в логику и непосредственной выдачи команд в схему формирования сигнализации и аварий. Синхронно с выдачей команды сигнализации или аварии на установленный выход загорается красный светодиод на МУС, соответствующий используемому выходу.
Также используется схема предобработки входов сигнализаций, которая осуществляет прием команд сигнализаций. Сигнал преобразуется в цифровую форму и передается для дальнейшей обработки в матрицу коммутации. Сигналы команд поступают на микропроцессор, где происходит предварительная обработка команд (время задержки на срабатывание - выдержка времени) в соответствии с конфигураций, установленной для каждого входа индивидуально.
Для любого из входов, в качестве напряжения срабатывания команды, возможно использовать внутренний источник напряжения. Установка использования внутреннего/внешнего источника напряжения команды производится с помощью перемычки. Таким образом, для нормальной работы модуля необходимо выбрать источник оперативного напряжения (внутренний/внешний) и номинальное напряжение срабатывания.
Схема формирования выходов аварий и сигнализаций осуществляет формирование, фиксацию и сброс физического состояния выходов сигнализации. В качестве выходных контактов используются контакты электромеханического реле с механической блокировкой. Событие на выходе реле удерживается до его сброса с помощью соответствующей кнопки на МУС и/или подачи внешней команды дистанционного сброса на соответствующий вход блока дистанционного сброса сигнализаций, аварий, подтверждения приема/передачи принимаемых и передаваемых команд.
При выключении питания системы состояние выходов сигнализаций, аварии (1), подтверждения входа ПРД и ПРМ команд сохраняется. Состояние выхода аварии (2) при включении питания изменяется с нормально замкнутый в нормально разомкнутый или с нормально разомкнутый в нормально замкнутый, в зависимости от установленной конфигурации программируемой перемычки. Выбор типа выдачи команды - нормально замкнутый или нормально разомкнутый контакт, программируется перемычками.
Подсистема регистрации отвечает за журналирование/запись событий, происходящих в МПУ. В регистраторе фиксируются события, происходящие в МПУ, они снабжаются временной меткой и сохраняются в энергонезависимой памяти. Все события записываются в один общий блок памяти. Информация для установки временных меток берется из часов реального времени (RTC), расположенных в МУС. Текущие дата и время выставляются через HMIPanel. Если точности RTC оказывается недостаточно, или необходимо синхронизировать работу терминалов, можно использовать внешний GPS синхронизатор. Журнал регистратора событий можно просмотреть из HMIPanel.
Сигналы команд поступают на микропроцессор, где происходит предварительная обработка команд в соответствии с загруженной конфигурации для каждого модуля. Обеспечиваются следующие режимы работы:
Режим «Независимый» - команды, поступившие на вход модуля, выдаются на выход данного модуля без взаимного последовательного сдвига. Данные команды не зависят от команд, работающих в режиме «Последовательный» и имеют одинаковый приоритет.
Режим «Последовательный» - команды данной группы передаются последовательно без перебивки внутри группы. Приоритет внутри группы соответствует номеру модуля.
Режим "Антидребезг" - время непрерывного наличия команды на входе модуля (задержка на включение команды). Команда фиксируется модулем после прохождения антидребезга.
Режим "Фиксированного сдвига" - после выдачи команды на выход модуля, у которых включена данная функция, в течении данного времени гарантируется задержка выдачи любой другой пришедшей команды с включенной данной функцией (команда задерживается до истечении времени фиксированного сдвига tз).
Подсистема синхронизации предназначена для синхронизации часов времени записи событий в регистраторе событий от внешних синхронизаторов: по формату IRIG-B, по интерфейсу RS232 порта конфигурации (ПК), по интерфейсу связи с АСУ ТП, используя открытый протокол. Часы реального времени (RTC) задают системное время. Возможна синхронизация RTC внешними односекундными импульсами или сигналом IRIG-B от приемника GPS. Этот сигнал подается на МУС. Разъемы входов синхронизации (IRIG-B) для часов реального времени расположены на задней стороне МУС. Оптопарами обеспечивается электрическая изоляция.
Для сопряжения аппаратуры с системой АСУ ТП в пределах подстанции несколько устройств МПУ могут быть соединены между собой через двухпроводную последовательную шину станции (интерфейс RS-485). Каждый МПУ будет доступен по уникальному адресу устройства. Подключение к последовательному интерфейсу (RS485) осуществляется на задней панели МУС. Обмен осуществляется по открытому протоколу. Для конфигурации и мониторинга МПУ может использоваться один из двух интерфейсов (RS232 (ПК) или RS485 (на модуле МСС001)). RS232 может осуществлять только конфигурацию, а по RS485 можно вести только мониторинг системы.
Подсистема диагностики работает в стандартном режиме работы, т.е. при включении питания происходит инициализация всех модулей и затем микропроцессор на модуле МУС каждую миллисекунду опрашивает все модули. В случае если происходят какие-либо несоответствия или сбои, то в соответствии с заданным алгоритмом обработки и установленной конфигурации модулей формируется сигнал аварии.
На модуле МУС расположенные кнопки «Сброс», «Тест». При нажатии кнопки «Тест ПРД» загораются светодиоды «ПРД» команд на модулях МДВВ и светодиод «ПРД» на МУС, при этом команда на выход не выдается. Через ≈ 1 секунду после отпускания кнопки светодиоды гаснут. Таким образом, проверяется функционирование отображения ПРД команд. Аналогично проходит тестирование отображения наличия ПРМ команды при нажатии на кнопку «Тест ПРМ». Сброс всех аварий и сигнализации производится кнопкой «Сброс» расположенной на МУС.
При организации связи МПУ с внешними устройствами через RS232 или RS485 интерфейсы, происходит параллельная работа двух задач - обработка информации по МПУ и работа с внешним устройством. Эти задачи не зависимые и не влияют друг на друга. Внутреннее тестирование осуществляется в свободное от основных задач время.
МПУ преобразует первичное напряжение, поданное на питающий вход, в напряжение, пригодное для питания других аппаратных компонентов устройства, дополнительно обеспечивая работу устройства в течение не менее 500 мс после провалов первичного напряжения. МПУ также снабжен схемой защиты и фильтрации питания и опертоков для выхода команд ПРД и входа команд ПРМ, которая позволяет избавиться или снизить влияние высокочастотных помех в опертоках поданных на входы.
Релейный модуль МДВВ служит как интерфейс ввода/вывода передаваемых и принимаемых команд для МПУ. Он предназначен для приема и передачи передаваемых (ПРД) и принимаемых (ПРМ) сигналов команд и обеспечивает связь между МУС и внешним оборудованием защит. Связь с модулями линейного интерфейса происходит через шину управления релейными модулями (ШУРМ) на модуле ОСП или СПД (соединительная плата дополнительная). Модуль МДВВ состоит из входа с оптопарами передаваемых команд, твердотельного выхода передаваемых команд, входа с оптопарами принимаемых команд и четырех релейных выходов принимаемых команд. Каждый из этих входов и выходов электрически изолирован от остальных, так же, как и от внутренних цепей и от земли.
Модуль МДВВ устанавливается в плату ОСП или СПД с передней стороны шасси. Внутренние сигналы МДВВ подключаются к плате шины с помощью разъема DIN41612. Внешние сигналы доступны пользователю через клеммный ряд типа Phoenix с пружинными зажимами. Микропроцессор выполняет все необходимые операции по формированию и приему ПРД и ПРМ сигналов команд. ПРД и ПРМ команды работают независимо друг от друга в соответствии с установленными характеристиками и конфигурациями команд. Количество модулей, установленных в систему, и их конфигурация определяется пользователем. Каждый модуль может работать как независимо от других (режим «Независимый»), так и совместно с использованием приоритета (режим «Последовательный»).
Конфигурация параметров ПРД и ПРМ входов и выходов модулей МДВВ выполняется с помощью программного обеспечения HMIPanel.
Режим работы «Независимый»
Данный режим работы предназначен для выдачи команд с минимальной задержкой (блокирующие команды). Команда, пришедшая на вход модуля, программно обрабатывается модулем (время обработки не более 200 мкс) и программно выдается на выход модуля с заданным параметром формирования выходной длительности.
Режим работы «Последовательный»
Данный режим работы предназначен для последовательной (приоритетной) передачи команд (разрешающие и отключающие команды). Данный режим может использоваться с той аппаратурой передачи команд РЗ и ПА, где эта возможность не предусмотрена. Команда, обрабатываемая модулем с меньшим номером, имеет высший приоритет по отношению к командам, обрабатываемым модулями с большими номерами. При поступлении на входы данной группы нескольких команд, начинается передача команды с наивысшим приоритетом, а команды с низшим приоритетом передаются после передачи всех команд с высшим приоритетом.
Регистратор команд МПУ - в журнал записывается информация о начале и окончании всех сигналов, появляющихся на ПРД и ПРМ входах и выходах модуля МДВВ; входы сигнализаций; выходы сигнализаций; выходы аварий; выход подтверждения приема ПРД команд; выход подтверждения приема ПРМ команд; дистанционный сброс выходов сигнализаций; дистанционный сброс выходов аварий; дистанционный сброс выхода подтверждения приема ПРД команд; дистанционный сброс выхода подтверждения приема ПРМ команд. Кроме этого выводится информация о действиях выполненных на Панели управления: нажатия на кнопки; сброс счетчиков событий; запуск и перезагрузка системы; установка времени; конфигурация системы; ошибки считывания конфигурации при запуске; установка адреса и пароля доступа.
Синхронизация времени от внешнего источника - для увеличения точности системного времени МПУ можно использовать внешний источник сигналов времени. Сигнал времени должен быть в формате IRIG-B (TTL-совместим) и должен подключаться к МУС на соответствующий вход. Формат IRIG-B содержит данные только о времени и количестве дней, прошедших в текущем году, без указания года. Время и дата должны быть установлены вручную для обеспечения МПУ информацией о текущем годе.
Ниже приведено подробное описание МПУ по части элементной базы.
Питание 220 В поступает и преобразуется в 12 В и далее через разъемы и печатные проводники передается на ОСП, МДВВ с 1-12 и МУС. Питание 12 В с ОСП передается на СПД через разъемы и кабель. Опертоки 1 и 2 поступают на модуль питания и далее через разъемы и печатные проводники передаются через ОСП на модули МДВВ 1-12. Опертоки с ОСП передаются на СПД через разъемы и кабель и далее через разъемы и печатные проводники передаются на модули МДВВ 13-24. Данные между МУС и МДВВ передаются при помощи шины управления. Шина управления реализована при помощи стандартного интерфейса SPI без сигнала выбора микросхемы (CS). Шина управления от модуля МУС через разъемы и печатные проводники проходит через ОСП к модулям МДВВ 1-12. Также шина управления проходит через СПД к модулям МДВВ 13-24. Соединение шины управления ОСП и СПД осуществляется с помощью шлейфа. Мастером является МУС. МУС за одну мс опрашивает все 24 модуля МДВВ. Для выбора конкретного модуля МДВВ используется шина адреса. Шина адреса реализована при помощи пяти стандартных портов ввода/вывода микроконтроллера фирмы Atmel с архитектурой 8051 (AT89C51ED2) и позволяет адресовать до 32 модулей. Дешифраторы адреса на ОСП и СПД преобразуют 5-ти битный адрес в сигнал выбора модуля МДВВ в зависимости от слота, в котором расположен модуль.
Модуль управления и сигнализации (МУС) состоит из двух модулей: модуль управления - MPU_CPU, далее модуль MPU_CPU, модуль входов сигнализаций и сброса аварий MPU_SIGN, далее модуль MPU_SIGN. Модуль MPU_SIGN осуществляет прием 8-ми сигналов сигнализаций и одного сигнала дистанционного сброса аварии. Сигналы сигнализации поступают на входные каскады модуля через разъем X2, типа 1762431 (Phoenix Contact). Входные каскады предназначены для гальванической развязки и нормализации сигналов входных команд, далее нормализованные сигналы сигнализации поступают на модуль MPU_CPU через разъем XI, типа PCN10-64P-2.54DSA (Hirose Electric Co). Модуль MPU_SIGN осуществляет формирование 4-х выходных сигналов сигнализации, двух сигналов аварии, сигнала подтверждения ПРД, сигнала подтверждения ПРМ. Указанные сигналы выдаются модулем MPU_SIGN через разъем ХЗ, 1762444 (Phoenix Contact). Выходные сигналы формируются выходными каскадами модуля под управлением сигналов, формируемых модулем MPU_CPU и поступающих через разъем XI, типа PCN10-64P-2.54DSA (Hirose Electric Co). Все выходные сигналы являются гальванически развязанными от внутренних сигналов панели МПУ. Модуль MPU_CPU предназначен для управления всеми модулями, входящими в состав МПУ, модуль также содержит интерфейсные разъемы для подключения внешних устройств к МПУ. Центральным процессором модуля является микросхема DDI, типа At89C51ED2-SLSUM (Atmel), в которой реализованы основные функции управления и контроля.
Управление и контроль модулями МДВВ осуществляется по интерфейсу SPI через разъем X2, типа 09231326921 (Harting). Передача входных и выходных сигналов для модуля MPUJSIGN осуществляется через разъем X201, типа PCN10-64S-2.54DSA (Hirose Electric Co). Для подключения внешних устройств по интерфейсу RS-232 предназначен разъем X502, типа 5747844-6 (Tyco), установленный на передней панели модуля, так сигналы интерфейса RS-232, через буферные, гальванически развязанные каскады, подаются на процессор D401, типа LPC11U68JBD100E (NXP Semiconductors), а затем на центральный процессор DDI. Процессор D401 служит для реализации функций безопасности при работе с внешними устройствами. Для подключения внешних устройств по интерфейсу RS-485 предназначен разъем ХЗ, установленный на тыльной стороне модуля, так сигналы интерфейса RS-485, через буферные, гальванически развязанные каскады, подаются на процессор D401, а затем на центральный процессор DDI. Процессор D401 служит для реализации функций безопасности при работе с внешними устройствами. Для подключения источника внешней синхронизации по сигналам IRIG-B предназначены разъемы X601, типа MSTB2.5/4-GF-5.08 (Phoenix Contact), Х602, типа MSTB2.5/4-GF-5.08 (Phoenix Contact). Разъем Х601 является входным разъемом для сигнала IRIG-B, разъем X602 является выходным разъемом для сигнала IRIG-B. Сигналы интерфейса IRIG-B, через буферные, гальванически развязанные каскады, подаются на процессор D302, типа At89C51ED2-SLSUM (Atmel), в котором реализованы функции системы синхронизации. Синхронизация панели МПУ может осуществляться как от встроенных часов, так и по сигналам внешней синхронизации от интерфейса IRIG-B. В модуле MPU_CPU реализованы функции управления внешней индикацией и ручного управления панелью МПУ. Часть светодиодов индикации и кнопок управления расположена на модуле MPU_CPU, часть на модуле MPU_SIGN. Все функции индикации и ручного управления реализованы в центральном процессоре DDI. Конструктивно модуль МУС состоит из модуля MPU_CPU, модуля MPU_SIGN, расположенных друг над другом и имеющих общую лицевую панель. Модуль МУС устанавливается в панель МПУ и соединятся с основной соединительной платой с помощью разъема X2.
Модуль дискретного ввода/вывода (МДВВ) служит как интерфейс ввода/вывода передаваемых и принимаемых команд (ПРД и ПРМ команды) для модуля управления и сигнализации (МУС). МДВВ предназначен для приема и передачи передаваемых и принимаемых сигналов команд и обеспечивают связь между модулем МУС и внешним оборудованием защит. При получении ПРД команды от внешнего устройства, команда подается на контакт 1 и 2 разъема Q1 (тип MDSTB2.5/4-GF-5.08 фирмы Phoenix Contact). Далее через механический ключ SW25 (тип AO 152 фирмы APEM), который располагается на лицевой панели модуля МДВВ, ПРД команда поступает на схему дискретного входа. Ключ SW25 позволяет блокировать прием ПРД команды. Дискретный вход представляет собой компараторную схему, собранную на микросхеме D28 (LM2901D). Входной сигнал поступает на вход компаратора, который сравнивается с опорным напряжением. В схеме предусмотрен джампер J1, с помощью которого выбирается диапазон напряжения входной команды (220 В, 110 В или 48 В). С выхода дискретного входа ПРД команда через оптопары D1 и D2 (тип SFH6156-3T) поступает на вход микроконтроллера DIO (At89C51ED2 фирмы Atmel). Микроконтроллер выдает сигнал на срабатывание бистабильного реле K6 (тип V23079B1203B301 фирмы TE Connectivity), которое в свое время приводит к загоранию светодиода AL5 (тип L-1533BQ/1GD фирмы Kingbright). Светодиод AL5 расположен на передней панели модуля МДВВ и отображает наличие ПРД команды, поступившей на вход модуля МДВВ. Светодиод AL5 будет гореть до тех пор, пока оператор не подаст команду на его выключение, путем нажатия на кнопку "Сброс" SW11 (тип TP33W008000 фирмы АРЕМ). Кнопка SW11 расположена на передней панели модуля МДВВ. Также микроконтроллер D10 через шину данных SPI передает информацию о поступившей ПРД команде центральному микроконтроллеру в модуль МУС. При получении соответствующей команды по шине SPI от модуля МУС микроконтроллер D10 выдает сигнал на твердотельное реле D4 (тип AQY216EHA), при этом реле D4 срабатывает, что приводит к выдаче сигнала ПРД команды на внешнее устройство (контакты 1 и 2 разъема Q2 (тип MDSTB2.5/4-GF-5.08 фирмы Phoenix Contact)).
При получении ПРМ команды от внешнего устройства, команда подается на контакт 3 и 4 разъема Q2 (тип MDSTB2.5/4-GF-5.08 фирмы Phoenix Contact). Далее через механический ключ SW24 (тип АО 152 фирмы АРЕМ), который располагается на лицевой панели модуля МДВВ, ПРМ команда поступает на схему дискретного входа. Ключ SW24 позволяет блокировать прием ПРМ команды. Дискретный вход представляет собой компараторную схему, собранную на микросхеме D29 (LM2901D).
Входной сигнал поступает на вход компаратора, который сравнивается с опорным напряжением. В схеме предусмотрен джампер J3, с помощью которого выбирается диапазон напряжения входной команды (220 В, НОВ или 48 В). С выхода дискретного входа ПРМ команда через оптопары D7 и D8 (тип SFH6156-3T) поступает на вход микроконтроллера DIO (At89C51ED2 фирмы Atmel). Микроконтроллер выдает сигнал на срабатывание бистабильного реле К5 (тип V23079B1203B301 фирмы ТЕ Connectivity), которое в свое время приводит к загоранию светодиода AL6 (тип L-1533BQ/1GD фирмы Kingbright). Светодиод AL6 расположен на передней панели модуля МДВВ и отображает наличие ПРМ команды, поступившей на вход модуля МДВВ. Светодиод AL6 будет гореть до тех пор, пока оператор не подаст команду на его выключение, путем нажатия на кнопку "Сброс" SW11 (тип TP33W008000 фирмы АРЕМ). Также микроконтроллер D10 через шину данных SPI передает информацию о поступившей ПРМ команде центральному микроконтроллеру в модуль МУС. При получении соответствующей команды по шине SPI от модуля МУС микроконтроллер D10 выдает сигнал одновременно на четыре электромеханических реле K1…K4 (тип REL-MR-12DC/21 фирмы Phoenix Contact). С выхода реле K1 сигнал поступает на механический ключ SW23 (тип АО 152 фирмы АРЕМ), а с выхода реле K2 сигнал поступает на ключ SW22 (тип AO 152 фирмы APEM). Ключи SW22 и SW23 находятся на передней панели модуля МДВВ и позволяют блокировать выдачу ПРМ команды на внешнее устройство. В микроконтроллере D10 хранятся параметры настройки для конкретного модуля МДВВ (задержки на срабатывание дискретного входа, время антидребезга, логика работы дискретных входов и т.д.).
На лицевой панели модуля МДВВ также имеется кнопка "Тест" SW10 (тип TP33W008000 фирмы АРЕМ), при нажатии на которую микроконтроллер D10 выдает сигналы на кратковременное загорание светодиодов AL5 и AL6.
На лицевой панели модуля МДВВ также имеется светодиод "Авария" AL1 (тип L-1533BQ/1ID фирмы Kingbright). Данным светодиодом управляет микроконтроллер D10. Светодиод "Авария" загорается в случае некорректно принятой команды либо в случае отсутствия связи по шине SPI с центральным микроконтроллером.
Модуль питания предназначен для преобразования входного постоянного или переменного напряжения 220 В в напряжение 12 В, необходимое для питания панели МПУ. Преобразование осуществляется с помощью двух DC/DC преобразователей (тип KAMN3012), включенных параллельно. На выходе DC/DC преобразователей стоит конденсаторный блок, состоящий из десяти конденсаторов (тип EHP473M16 В фирмы Hitano). Конденсаторный блок позволяет сохранять полную работоспособность панели МПУ при возникновении провалов входного питающего напряжения длительностью до 500 мс. Напряжение питания 12 В с платы модуля питания через разъем X5 (тип 650936-5 фирмы TE-Connectivity) подается на основную соединительную плату (ОСП). Также на плату модуля питания подаются напряжения оперативного тока Uопт1 и Uопт2, которые через разъем Х5 (тип 650936-5 фирмы TE-Connectivity) подается на основную соединительную плату (ОСП). Через разъем Х8 (тип MSTB2.5HC/4-GF-5.08 фирмы Phoenix Contact) напряжения оперативного тока передаются на соединительную плату дополнительную (СПД). ОСП предназначена для организации шины обмена между модулем МУС и установленными модулями МДВВ с номерами с 1 по 12. По средством основной соединительной платы через ее внутреннюю шину подаются питание на модули МДВВ и модуль МУС. Кроме того на модули МДВВ подается напряжение оперативного тока. Модули МДВВ и модуль МУС подключаются к плате ОСП с помощью разъемов X1…X13 (тип 5650459-5 фирмы TE Connectivity). СПД предназначена для организации шины обмена между модулем МУС и установленными модулями МДВВ с номерами с 13 по 24. По средством основной соединительной платы через ее внутреннюю шину подаются питание и напряжение оперативного тока на модули МДВВ. Модули МДВВ подключаются к плате СПД с помощью разъемов X1…X12 (тип 5650459-5 фирмы TE Connectivity). Связь установленных модулей МДВВ с модулем МУС осуществляется через разъем X13 (тип 5499913-6 фирмы TE Connectivity).
Таким образом, функционал МПУ является достаточным для обеспечения непрерывной бесперебойной работы и своевременной сигнализации о контролируемых событиях.