Устройство релейной защиты и автоматики (варианты)
RELAY PROTECTION AND CONTROL DEVICE (VERSIONS)

Микропроцессорное устройство релейной защиты и автоматики ТЕКОН 300 (сокращенно устройство МП РЗА) предназначено для защиты электрооборудования электростанций, подстанций, распределительных сетей и распределительных устройств электрической энергии. Устройство релейной защиты и автоматики (далее устройство) может применяться как самостоятельное устройство, так и в составе программно-технического комплекса. Устройство измеряет и рассчитывает значения токов, напряжений, сопротивлений, мощность, энергию, частоту сети, а также амплитуды, действующие значения, фазы, симметричные и аварийные составляющие сигналов с возможностью отображения их на дисплее панели индикации и управления и с возможностью передачи по каналам связи. Устройство управляет коммутационными аппаратами, предназначенными для автоматического отключения контролируемого электрооборудования (объекта защиты) от остальной части электрической сети (электроустановки) в случае его электрического повреждения или возникновения аварийного режима работы, который может привести к его повреждению. Устройство предназначено для работы по стандарту МЭК 61850.
Термин «соединитель» употребляется в заявке в общем смысле и охватывает приборные розетки и/или вилки (порты, разъемы, зажимы и т.п.).
Для описания заявляемого устройства и его аналогов сторону корпуса, на которой закреплена или которая предназначена для крепления панели индикации и управления, примем «передней» стороной корпуса. Противоположную сторону корпуса, на которой расположены соединители интерфейсов RS-485, Ethernet 100Base-TX, Ethernet 100Base-FX и т.п. (далее интерфейсные соединители), соединители для электропитания устройства, соединители для ввода сигналов напряжения и/или тока от контролируемого электрооборудования и соединители для вывода сигналов примем «задней» стороной корпуса.
Термины «Ethernet-соединитель», «Ethernet-кабель», «Ethernet-контроллер», «Ethernet-шина» употребляются в заявке в отношении конструктивных элементов, предназначенных для передачи данных по технологиям Ethernet, описанным стандартами IEEE группы 802.3.
Термин «связь Ethernet» употребляется в заявке в отношении передачи данных (связи) по технологиям Ethernet, описанным стандартами IEEE группы 802.3.
Термин «связь RS-485» употребляется в заявке в отношении связи, электрические параметры которой регламентированы стандартом RS-485 (EIA/TIA-485-A).
Под термином «канал связи» понимается совокупность технических устройств (кабелей, соединителей, шин печатной платы и т.п.), обеспечивающих передачу сообщений любого вида от отправителя к получателю, осуществляемую с помощью электрических сигналов.
Для размещения устройств МП РЗА используются электротехнические шкафы, внутри которых предусмотрены вертикальные элементы (поворотные рамы, монтажные панели и т.п.). Известно, что шкафы для устройств МП РЗА могут быть как одностороннего, так и двухстороннего обслуживания. Шкафы могут быть с обзорными (стеклянными) дверями или глухими (металлическими) дверями со смотровыми окнами.
Известно модульное устройство релейной защиты (далее устройство) (патент US №6259173 В1, патентообладатель General Electric Company), принятое в качестве аналога для первого и второго изобретений. Устройство содержит корпус с откидной панелью индикации и управления (далее панель). Панель предназначена для управления устройством и отображения информации о состоянии устройства и объекта защиты. Панель обеспечивает доступ к функциональным модулям, расположенным в корпусе. Каждый функциональный модуль (модуль источника питания, модуль трансформаторов, модуль центрального процессора (модуль CPU), модуль процессора цифровых сигналов (модуль DSP) и другие модули) установлен в корпусе с помощью разъединительных слотов или направляющих. Каждый функциональный модуль имеет механическую и электрическую связь с объединительной печатной платой и контакты для соединения с соответствующим клеммным блоком, предназначенным для подключения к внешним устройствам и закрепленным на задней стороне корпуса. Когда панель открыта, любой функциональный модуль можно легко извлечь из корпуса и заменить извлеченный модуль на аналогичный по функции модуль, при этом не требуется отсоединения клеммных блоков от устройства.
Такая модульная конструкция известного устройства фирмы General Electric Company обеспечивает значительные преимущества по сравнению с фиксированной конфигурацией схем ввода аналоговых сигналов и схем ввода/вывода дискретных сигналов. Замена модулей дает возможность быстрого ремонта устройства. К недостаткам известного устройства можно отнести то, что панель и корпус с функциональными модулями образуют единую конструкцию, что ведет к ограничению вариантов размещения устройства в шкафу. Для обеспечения возможности доступа как к панели, так и к клеммным блокам известного устройства необходимо использовать шкаф двухстороннего обслуживания.
Известно микропроцессорное устройство релейной защиты (далее устройство) с модульной контрольной панелью индикации и управления (далее панель) (патент US №6169651 В1, патентообладатель General Electric Company), принятое в качестве аналога для второго изобретения. Устройство содержит корпус. В корпусе расположены объединительная печатная плата и функциональные модули, в том числе модуль центрального процессора. Каждый функциональный модуль может быть извлечен из корпуса со стороны панели с целью замены аналогичным по функции или другим по функции модулем. Панель состоит из основной пластиковой рамы, печатной платы с электронными компонентами и задней крышки. Основная пластиковая рама предназначена для расположения на ней клавиатуры, дисплея и индикаторов. Панель может быть закреплена на корпусе с помощью шарнира. В этом случае другая сторона панели соединена с корпусом с помощью фиксатора. Панель может быть съемной. В этом случае панель соединена с модулем центрального процессора с помощью кабеля, предназначенного для обмена коммуникационными сигналами и подачи питания на панель. Панель имеет соединитель для подключения персонального компьютера (далее ПК) для загрузки параметров, мониторинга данных и последовательности событий. Отдельная панель, соединенная кабелем с модулем центрального процессора, позволяет монтировать панель удаленно и осуществлять дистанционное управление и контроль. К тому же, отдельная панель развивает концепцию модульности конструкции устройств ПМ РЗА. К недостаткам известного устройства можно отнести то, что разместить такое устройство можно только в шкафу двухстороннего обслуживания для обеспечения доступа к клеммным блокам и функциональным модулям.
Известно цифровое устройство защиты и управления SIPROTEC 4, конструктивное выполнение которого описано в следующих документах:
- (SIPROTEC 4, Системное описание, Документ №Е50417-Н1156-С151-А1, Версия 04.10.07 г., https://www.cee.siemens.com/web/ua/ru/em/Automation,_control_and_protection/Relay_Protection/Documents/file_135_1.pdf);
- (SIPROTEC 4, Дистанционная Защита 7SA522, Версия V4.61 и выше, Руководство по эксплуатации, Документ №C53000-G1156-C155-1, Дата выпуска 09.2008 г.);
- (SIPROTEC 4, 6MD61IO-Box, Catalog Siemens SIP 2008, https://siprotec-ptd.ru/sites/default/files/attachment/6MD61xx_Catalog_SIP-2008_en.pdf).
Цифровое устройство защиты и управления SIPROTEC 4 (далее устройство) принято в качестве наиболее близкого аналога для первого и второго вариантов изобретения. Корпус устройства имеет три типоразмера по стандарту Евромеханика: ,  и 19''. Конструкция устройства SIPROTEC 4 предусматривает три типа исполнения: с панелью управления, закрепленной на корпусе, с отдельной панелью управления и без панели управления. Тип устройства определяется исходя из условий расположения устройства в шкафу или на монтажной панели.
Первый тип устройства SIPROTEC 4 с закрепленной на корпусе панелью управления (далее панелью) предназначен для утопленного монтажа на вертикальных элементах шкафа (монтажную панель или дверь). На передней стороне корпуса имеются уголки, к которым крепится панель и которые используются для крепления устройства на вертикальных элементах шкафа в случае утопленного монтажа. В корпусе расположены функциональные модули, включающие в себя модуль центрального процессора (модуль CPU), модули ввода-вывода (модуль I/O) и модуль питания, установленный на одном из модулей I/O. На плате модуля CPU закреплены интерфейсные модули. Плата модуля CPU содержит интерфейсные соединители и соединитель, предназначенный для подключения ленточных кабелей, соединяющих модуль CPU с модулями I/O и с панелью. К задней стороне корпуса привинчена металлическая стенка с отверстиями, предназначенными для соединителей функциональных модулей. К стенке привинчены клеммные колодки для подключения к внешним устройствам. Устройством SIPROTEC 4 можно управлять при помощи панели или при помощи ПК, с установленной на нем программой DIGSI. ПК может быть подключен к 9-контактному соединителю интерфейса RS-232 или RS-485 на панели.
Второй тип устройства SIPROTEC 4 с отдельной панелью, может быть использован для поверхностного (навесного) монтажа устройства на вертикальные элементы шкафа. Отдельная панель в этом случае может быть закреплена на дверце шкафа, а корпус с функциональными модулями закреплен на монтажной панели шкафа. ПК может быть подключен к соединителю панели. Для соединения с кабелем питания и связи отдельной панели на задней стороне корпуса имеется соединитель, конструктивно отличный от других интерфейсных соединителей, а именно 68-контактный. Конструктивное выполнение корпуса с функциональными модулями такого устройства аналогично корпусу с функциональными модулями устройства с закрепленной на корпусе панелью. Конструктивное отличие заключается в том, что передняя сторона корпуса закрыта дополнительной передней панелью, выполненной без дисплея и клавиатуры.
Третий тип устройства SIPROTEC 4 - без панели может быть использован для поверхностного (навесного) монтажа устройства на вертикальные элементы шкафа. Такой тип устройства, также как и устройство с отдельной панелью, содержит дополнительную переднюю панель, выполненную без дисплея и клавиатуры. Для подключения кабеля связи с ПК на задней стороне корпуса имеется соединитель отличный от других интерфейсных соединителей, а именно 68-контактный. При подключении кабеля связи с ПК устройство распознает, что оно будет эксплуатироваться без панели.
В устройстве SIPROTEC 4 использованы различные решения модульного конструктива, которые позволили создать удобное в использовании устройство. К недостаткам устройства можно отнести то, что для замены вышедшего из работы функционального модуля или замены интерфейсного модуля требуется снятие устройства с монтажной панели и демонтаж либо панели управления, либо дополнительной передней панели.
Аналогичные устройству SIPROTEC 4 типы исполнения устройства и методы соединения устройства с панелью предусматривает цифровое устройство защиты и автоматизации сетей электропередачи SIPROTEC 5 (SIPROTEC 5 - Обзор системы. Защита, автоматика и мониторинг, Каталог SIP 5.01, V1.0, раздел «Аппаратная часть» на стр. 26-29 и стр 45, дата выпуска 02.2011 г.), принятое в качестве аналога для второго изобретения. Отличие устройства SIPROTEC 5 от устройства SIPROTEC 4 заключается в том, что ПК с установленной программой DIGSI5 подключается к USB-соединителю панели через USB-кабель.
Задачей изобретений является создание конструкции устройства релейной защиты и автоматики, удобной в использовании, ремонте и модернизации в условиях эксплуатации и обеспечивающей возможность компоновки устройства релейной защиты и автоматики с необходимым составом функциональных модулей.
Технический результат достигается за счет создания модульной конструкции устройства релейной защиты и автоматики.
В первом изобретении технический результат достигается тем, что устройство релейной защиты и автоматики содержит корпус с функциональными модулями, включающими в себя модуль центрального процессора, содержащий по меньшей мере один интерфейсный модуль, соединитель для подключения персонального компьютера и соединитель для подключения панели индикации и управления, модуль питания, по меньшей мере один модуль ввода сигналов и по меньшей мере один модуль вывода дискретных сигналов, при этом каждый из функциональных модулей состоит из торцевой пластины, предназначенной для закрепления функционального модуля в корпусе, и печатной платы с электронными компонентами и соединителями, а модуль центрального процессора дополнительно содержит объединительную плату модуля центрального процессора и направляющие, расположенные между торцевой пластиной модуля центрального процессора и объединительной платой модуля центрального процессора и предназначенные для удержания по меньшей мере одного интерфейсного модуля. Устройство релейной защиты и автоматики может содержать панель индикации и управления с Ethernet-соединителем для подключения персонального компьютера, объединительную печатную плату и по меньшей мере один модуль ввода-вывода дискретных сигналов, в котором объединены функции модуля ввода сигналов и функции модуля вывода дискретных сигналов.
Во втором изобретении технический результат достигается тем, что устройство релейной защиты и автоматики содержит корпус с функциональными модулями, включающими в себя модуль центрального процессора, модуль питания, по меньшей мере один модуль ввода сигналов и по меньшей мере один модуль вывода дискретных сигналов, панель индикации и управления, которая закреплена на корпусе или расположена отдельно от корпуса и содержит Ethernet-соединитель, предназначенный для подключения персонального компьютера, первый соединитель, предназначенный для закрепленной на корпусе панели индикации и управления, второй соединитель, расположенный с противоположной стороны корпуса и предназначенный для расположенной отдельно от корпуса панели индикации и управления, каждый функциональный модуль содержит по меньшей мере одну печатную плату с электронными компонентами и соединителями, при этом печатная плата модуля центрального процессора содержит коммуникационный процессор, Ethernet-контроллер, первую и вторую Ethernet-шины, предназначенные для обмена сигналами между коммуникационным процессором и персональным компьютером, подключенным к панели индикации и управления, блок перемычек, предназначенный для соединения первой Ethernet-шины с Ethernet-контроллером или для соединения второй Ethernet-шины с Ethernet-контроллером, при этом соединение первой Ethernet-шины с Ethernet-контроллером применено для закрепленной на корпусе панели индикации и управления, а соединение второй Ethernet-шины с Ethernet-контроллером применено для расположенной отдельно от корпуса панели индикации и управления. Устройство релейной защиты и автоматики содержит кабель, предназначенный для питания и связи RS-485 панели индикации и управления и для связи Ethernet между модулем центрального процессора и персональным компьютером, подключенным к панели индикации и управления. Устройство релейной защиты и автоматики может содержать объединительную печатную плату. В этом случае первый соединитель для панели индикации и управления закреплен на объединительной печатной плате, а второй соединитель закреплен на печатной плате модуля центрального процессора.
Изобретения поясняются чертежами, где:
фиг. 1 - внешний вид устройства релейной защиты и автоматики;
фиг. 2 - корпус (вид спереди);
фиг. 3 - корпус без функциональных модулей (вид сзади);
фиг. 4 - модуль центрального процессора (вид сбоку);
фиг. 5 - модуль центрального процессора (вид спереди);
фиг. 6 - модуль центрального процессора (вид сверху);
фиг. 7 - панель индикации и управления (вид спереди);
фиг. 8 - панель индикации и управления (вид сзади);
фиг. 9 - отдельно расположенная панель индикации и управления, соединенная с модулем центрального процессора кабелем питания и связи;
фиг. 10 - схематичное изображение модуля центрального процессора и варианты подключения ПК и панели индикации и управления для трех типов исполнения устройства: с панелью, закрепленной на корпусе, с отдельной панелью и без панели.
Устройство содержит:
1 - корпус;
2 - уголок;
3 - панель индикации и управления;
4 - экран;
5 - первый соединитель для панели индикации и управления;
6 - объединительная печатная плата;
7 - соединитель объединительной платы для функциональных модулей;
8 - первый кабель питания и связи;
9 - модуль центрального процессора (далее модуль ЦП);
10 - модуль питания;
11 - модуль ввода аналоговых сигналов от контролируемого электрооборудования;
12 - модуль ввода дискретных сигналов от контролируемого электрооборудования;
13 - модуль вывода дискретных сигналов;
14 - модуль ввода-вывода дискретных сигналов;
15 - первый соединитель для подключения питания;
16 - второй соединитель для подключения питания;
17 - соединитель для контроля исправности устройства и наличия питания устройства;
18 - торцевая пластина модуля ЦП;
19 - направляющая для платы функционального модуля;
20 - рейка;
21 - винт;
22 - соединитель модуля ЦП для подключения ПК;
23 - второй соединитель для панели индикации и управления;
24 - объединительная плата модуля ЦП;
25 - печатная плата модуля ЦП;
26 - соединитель объединительной платы модуля ЦП для интерфейсного модуля;
27 - направляющая для печатной платы интерфейсного модуля;
28 - лицевая панель;
29 - крышка панели;
30 - соединитель панели индикации и управления;
31 - соединитель панели индикации и управления для ПК;
32 - второй кабель питания и связи;
33 - коммуникационный процессор;
34 - Ethernet-контроллер;
35 - блок перемычек;
36 - первая Ethernet-шина на печатной плате модуля ЦП;
37 - вторая Ethernet-шина на печатной плате модуля ЦП;
38 - шина связи RS-485 на печатной плате модуля ЦП;
39 - третья Ethernet-шина на печатной плате модуля ЦП.
Металлический корпус имеет три типоразмера по стандарту Евромеханика: ,  и 19''. На боковых стенках корпуса 1 (фиг. 1) закреплены металлические уголки 2, предназначенные для жесткого крепления панели 3 к корпусу 1 и для крепления устройства в шкафу. С передней стороны корпуса расположен металлический экран 4 (фиг. 2), в котором выполнен вырез под первый соединитель 5 для панели 3. Экран 4 предназначен для механической защиты объединительной печатной платы 6 и электромагнитной защиты электронных компонентов печатных плат функциональных модулей, расположенных в корпусе.
Объединительная печатная плата 6 (фиг. 3) закреплена в корпусе 1 параллельно экрану 4 и имеет соединители 7 для функциональных модулей, первый соединитель 5 для панели 3 и шину передачи цифровых сигналов входных и выходных цепей и шину питания для функциональных модулей и панели 3. Первый соединитель 5 предназначен для первого кабеля 8, по которому на панель 3 подается питание и осуществляется связь RS-485.
Устройство содержит следующие функциональные модули:
- модуль ЦП;
- модуль питания;
- модуль ввода сигналов, который может быть выполнен в виде модуля ввода аналоговых сигналов от контролируемого электрооборудования, или в виде модуля ввода дискретных сигналов от контролируемого электрооборудования.
- модуль вывода дискретных сигналов.
Устройство может содержать модуль ввода-вывода дискретных сигналов, в котором объединены функции модуля ввода дискретных сигналов от контролируемого электрооборудования и функции модуля вывода дискретных сигналов (далее модуль ввода-вывода дискретных сигналов).
Устройство является компонуемым изделием. Компоновке подлежат: типы и количество модулей ввода сигналов, количество модулей вывода дискретных сигналов, количество модулей ввода-вывода дискретных сигналов, типоразмер корпуса, тип и количество интерфейсов, типы используемых протоколов связи, тип панели индикации и управления (далее панель) и тип используемого дисплея панели. В зависимости от выполняемых функций устройство имеет 11 типоисполнений. В зависимости от состава модулей, предназначенных для ввода и вывода сигналов, и типоразмера корпуса устройство имеет 14 аппаратных типоисполнений.
Состав и количество модулей, предназначенных для ввода и вывода сигналов, определяется при заказе. На фиг. 1 показан один из вариантов устройства с размером корпуса , в комплектацию которого входят следующие функциональные модули: 9 - модуль ЦП, 10 - модуль питания, 11 - модуль ввода аналоговых сигналов от контролируемого электрооборудования, 12 - модуль ввода дискретных сигналов от контролируемого электрооборудования, 13 - модуль вывода дискретных сигналов, 14 - модуль ввода-вывода дискретных сигналов.
Модуль ЦП выполняет цифровую обработку входных сигналов, реализует алгоритмы защиты и поддерживает обмен информацией с внешними цифровыми устройствами: ПК, контроллерами АСУ и т.д. Модуль ЦП управляет работой остальных модулей устройства через шину на объединительной печатной плате. Модуль занимает в корпусе два посадочных места.
min/max
Модуль питания обеспечивает стабилизированным напряжением все узлы устройства в рабочем диапазоне изменений напряжения оперативного тока. Применяются два типа модуля питания - с одним вводом или двумя вводами. Электропитание устройства производиться от одного или двух фидеров питания: переменного (50±5) Гц, постоянного или выпрямленного тока с номинальным напряжением 220 В; постоянного тока с номинальным напряжением 110 В; переменного (50±5) Гц тока с номинальным напряжением 100 В. При этом устройство правильно функционирует при изменениях напряжения питания оперативного тока U от 65 до 264 В. Модуль занимает в корпусе два посадочных места. На фиг. 1 показано устройство с модулем питания, который, в свою очередь, имеет два идентичных подмодуля питания, каждый из которых имеет свой соединитель 15 и 16. Эти подмодули постоянно работают параллельно, таким образом, обеспечивается мгновенное перераспределение нагрузки от поврежденного подмодуля питания к исправному без потери времени или повторного запуска модуля питания, это же справедливо для случая пропадания напряжения питания на входе любого из подмодулей. Такое выполнение модуля питания увеличивает надежность устройства.
Модуль ввода аналоговых сигналов от контролируемого электрооборудования предназначен для приема сигналов переменного напряжения и/или переменного тока промышленной частоты. Модуль включает в себя промежуточные трансформаторы напряжения и/или промежуточные трансформаторы тока (в зависимости от исполнения модуля) и аналого-цифровые преобразователи. Аналоговые сигналы преобразуются в цифровой код и передаются в модуль ЦП. Модуль ввода аналоговых сигналов имеет восемь каналов с номинальным значением напряжения 100 В и/или с номинальным значением тока 1 А или 5 А. Модуль занимает в корпусе два посадочных места.
Модуль ввода дискретных сигналов от контролируемого электрооборудования занимает в корпусе одно посадочное место.
Модуль вывода дискретных сигналов занимает одно посадочное место.
В состав модуля ввода-вывода дискретных сигналов входит 6 дискретных входов и 6 дискретных выходов. Такой модуль занимает одно посадочное место.
Все функциональные электронные модули устройства содержат торцевую пластину 18 (фиг. 4) и по меньшей мере одну печатную плату с электронными компонентами и соединителями. Торцевая пластина 18 служит для закрепления функционального модуля в корпусе и выполняет функции экрана, предназначенного для механической и электромагнитной защиты электронных компонентов модуля.
Функциональные модули расположены в корпусе перпендикулярно объединительной плате 6. Внутри корпуса сверху и снизу расположены направляющие 19 для плат функциональных модулей. Для закрепления модулей в корпусе сверху и снизу расположены металлические рейки 20 с отверстиями, к которым крепятся винтами 21 торцевые пластины 18 модулей. Для извлечения функционального модуля из корпуса необходимо только отсоединить клеммные колодки с кабелями подключения внешних устройств, открутить винты 21 и вынуть функциональный модуль.
На фиг. 4 и фиг. 5 показана базовая конфигурация модуля ЦП (без дополнительных интерфейсных модулей), которая имеет соединитель интерфейса RS-485, соединитель синхронизации по сигналу PPS, соединитель 22 интерфейса Ethernet 100Base-TX, предназначенный для подключения ПК, и второй соединитель 23 для панели 3. Второй соединитель 23 для панели 3 конструктивно отличается от других интерфейсных соединителей устройства. Это сделано с целью исключения подключения к этому соединителю кабеля ПК.
Конструкция модуля ЦП допускает установку по меньшей мере одного интерфейсного модуля. Интерфейсные модули обеспечивают устройство дополнительными сетевыми интерфейсами RS-485, Ethernet 100Base-TX, Ethernet 100Base-FX.
На фиг. 4 показан вариант модуля ЦП с возможностью размещения в нем двух интерфейсных модулей. Для этого модуль ЦП содержит объединительную плату 24 модуля ЦП с соединителями 26 для печатных плат интерфейсных модулей. Объединительная плата 24 модуля ЦП используется для подачи питания и обмена сигналами между печатной платой 25 модуля ЦП и печатными платами интерфейсных модулей. Между объединительной платой 24 модуля ЦП и торцевой пластиной 18 модуля ЦП закреплены направляющие 27, предназначенные для удержания плат интерфейсных модулей. В торцевой пластине 18 модуля ЦП выполнено два отверстия некруглой формы, закрытых (при отсутствии модулей) идентичными по форме отверстий фальш-пластинами. При установке интерфейсного модуля фальш-пластину снимают, печатную плату интерфейсного модуля вставляют в направляющие 27 на модуле ЦП и продвигают интерфейсный модуль до упора его в объединительную плату 24 модуля ЦП. Установка и замена одного интерфейсного модуля на другой осуществляется без разбора устройства.
Управление устройством может осуществляться тремя способами: управление с панели; управление с переносного ПК при помощи инструментального программного обеспечения (далее ИПО); управление с удаленного ПК по последовательному каналу связи при помощи ИПО. При управлении с панели доступ пользователя к функциям устройства ограничен. ИПО включает в себя ряд программных модулей, необходимых для выполнения задач, связанных с конфигурированием, параметрированием (заданием уставок), контролем состояния устройства, просмотром и скачиванием осциллограмм, получением текущих измерений, администрированием пользователей и их прав.
Панель 3 (фиг. 7 и фиг. 8) предназначена для управления устройством и отображения информации о состоянии устройства и объекта защиты. Между лицевой панелью 28 и крышкой 29 панели 3 расположена печатная плата с соединителем 30 для кабеля питания и связи. На лицевой панели 28 расположены цифровая клавиатура с регистром функциональных клавиш, кнопки управления курсором, кнопки управления коммутационным аппаратом, алфавитно-цифровой или графический дисплей и панель светодиодной индикации. Панель 3 имеет Ethernet-соединитель 31, предназначенный для подключения кабеля ПК.
Конструкция устройства предусматривает три типа исполнения: с панелью, жестко закрепленной на корпусе (фиг. 1), с отдельной панелью (фиг. 9) и без панели. Тип устройства определяется исходя из условий расположения устройства в шкафу или на монтажной панели.
На фиг. 10 дано схематичное изображение платы модуля ЦП с соединителями, электронными компонентами и шинами питания и/или связи, показывающее возможные варианты подключения ПК и панели для трех типов исполнения устройства: с панелью, закрепленной на корпусе, с отдельной панелью и без панели.
Следует отметить, что термины «панель, закрепленная на корпусе» и «панель, расположенная отдельно от корпуса или отдельная панель», отражают только местоположение панели индикации и управления относительно корпуса с функциональными модулями. В отличие от аналогов - устройств SIPROTEC 4 и SIPROTEC 5, в заявляемом устройстве ни панель 3, ни корпус 1 с функциональными модулями не подвергаются никаким конструктивным изменениям вне зависимости от типа исполнения устройства и не требуется никаких дополнительных специальных изделий для размещения любого типа устройства в шкафу. Для питания и связи панели 3, закрепленной на корпусе, и панели 3, расположенной отдельно от корпуса, может быть использован один и тот же кабель, а могут быть использованы разные кабели - первый кабель 8 питания и связи и второй кабель 32 питания и связи, как в заявляемом устройстве. Различаются кабели 8 и 32 только длиной и типом используемого на конце кабеля соединителя, тогда как тип и функционал кабелей 8 и 32 питания и связи одинаковые.
Первый тип устройства с закрепленной на корпусе панелью 3 предназначен для утопленного монтажа на вертикальных элементах шкафа (монтажную панель или дверь). Используют шкаф двухстороннего обслуживания для обеспечения доступа как к панели 3, так и к функциональным модулям.
На фиг. 10 схематично показана панель 3, закрепленная на корпусе 1 (правая сторона рисунка). Первый кабель 8 расположен между первым соединителем 5 и соединителем 30 и предназначен для подачи питания от модуля питания на панель 3 и связи RS-485 между модулем ЦП и панелью 3. Для описанного выше устройства первый соединитель 5 закреплен на объединительной печатной плате 6, шины которой используются для питания и связи между модулем ЦП, модулем питания и панелью 3. Печатная плата 25 модуля ЦП содержит: цифровой сигнальный процессор (DSP) (не показан), коммуникационный процессор 33, Ethernet-контроллер 34, блок 35 перемычек, первую и вторую Ethernet-шины 36 и 37. Коммуникационный процессор 33 предназначен для решения коммуникационных задач, диагностики, хранения данных, загрузки программ. Первый канал связи Ethernet между коммуникационным процессором 33 и ПК, подключенным к панели 3, включает в себя: шину между коммуникационным процессором 33 и Ethernet-контроллером 34, шину между Ethernet-контроллером 34 и блоком 35 перемычек, первую Ethernet-шину 36, шину объединительной печатной платы 6, первый кабель 8, по которому помимо питания и связи RS-485 для панели 3 осуществляется и связь Ethernet для ПК, шина печатной платы панели 3 и кабель связи с ПК. При этом канал связи Ethernet проходит мимо процессора панели 3, не имеет связи с ним и, следовательно, не нагружает процессор панели 3.
Канал связи RS-485 между коммуникационным процессором 33 и закрепленной на корпусе панелью 3 включает в себя шину 38 связи RS-485 печатной платы 25, шину объединительной печатной платы 6 и первый кабель 8.
Второй тип устройства с отдельной панелью 3 предназначен для поверхностного (навесного) монтажа устройства на вертикальные элементы шкафа. Отдельная панель 3 в этом случае может быть закреплена на дверце шкафа, а корпус с функциональными модулями закреплен на монтажной панели шкафа. Для установки данного типа устройства может быть использован шкаф одностороннего обслуживания.
На фиг. 10 схематично показана отдельная панель 3 (левая сторона рисунка). Второй кабель 32 расположен между вторым соединителем 23 и соединителем 30 и предназначен для питания и связи RS-485 панели 3. Второй соединитель 23 закреплен на печатной плате 25 модуля ЦП. Второй канал связи Ethernet между коммуникационным процессором 33 и ПК, подключенным к панели 3, включает в себя: шину между коммуникационным процессором 33 и Ethernet-контроллером 34, шину между Ethernet-контроллером 34 и блоком 35 перемычек, вторую Ethernet-шину 37, второй кабель 32, по которому помимо питания и связи RS-485 для панели 3 осуществляется и связь Ethernet для ПК, подключенного к панели 3, шина печатной платы панели 3 и кабель связи с ПК.
Питание на панель 3 подается по шине печатной платы 25 модуля ЦП и шине объединительной печатной платы 6 от модуля питания.
Канал связи RS-485 между коммуникационным процессором 33 и отдельной панелью 3 включает в себя шину 38 связи RS-485 печатной платы 25 модуля ЦП и второй кабель 32.
Блок 35 перемычек предназначен для соединения первой Ethernet-шины 36 с Ethernet-контроллером 34 или для соединения второй Ethernet-шины 37 с Ethernet-контроллером 34. Выбор соединения первой или второй Ethernet-шины с Ethernet-контроллером 34 определен типом устройства - с закрепленной на корпусе панелью 3 или с отдельной панелью 3. Блок 35 перемычек устанавливают в необходимое положение согласно карте заказа, в которой указан тип устройства.
Для навесного монтажа может быть использован третий тип устройства - без панели. Для этого на печатной плате 25 модуля ЦП имеется Ethernet-соединитель 22 для подключения кабеля ПК, третья Ethernet-шина 39 и двухпортовый Ethernet-контроллер 34. Устройство без панели может быть установлено в шкафу одностороннего обслуживания.
Возможен вариант (на рисунке не показан), при котором для трех Ethernet-шин 36, 37 и 39 вместо блока 35 перемычек и двухпортового Ethernet-контроллера используется один трехпортовый Ethernet-контроллер.
Использование на панели 3 интерфейса Ethernet для ПК, по сравнению с интерфейсом USB, позволяет использовать значительно более длинный кабель связи и объединять несколько устройств в сеть. Кроме того, интерфейс Ethernet широко используется в промышленной автоматике и по сравнению с интерфейсом USB имеет гальваническую развязку.
Наличие возможности подключения панели, имеющей Ethernet-соединитель для ПК, к передней и задней сторонам корпуса, значительно облегчает расположение и обслуживание устройства в шкафах.
Устройство работает следующим образом.
Каждая плата, каждый модуль и устройство в сборе предварительно тестируются производителем. Затем к Ethernet-соединителю 31 на панели 3 или Ethernet-соединителю 22 модуля ЦП подключается ПК с ИПО и выполняется конфигурирование цифрового сигнального процессора и коммуникационного процессора для выполнения конкретной технологической задачи. После подачи напряжения питания на соединитель или соединители модуля питания устройство переходит в рабочий режим и начинает выполнение технологической программы.