ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС РЕГИСТРАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМОВ

Полезная модель относится к информационно-измерительной и вычислительной технике, представляет собой распределенный программно-аппаратный комплекс и может быть использована в электроэнергетике для измерения, регистрации и архивирования параметров переходных электромеханических режимов (частота, токи, напряжения, мощность и др.) в пределах контролируемого объекта, в частности, объекта энергообъединения, для их дальнейшей передачи по каналам связи в диспетчерские пункты.
Известно устройство, содержащее последовательно соединенный источник оптического излучения в виде лазера или лазерного диода, поляризатор, фазовую пластину, сохраняющее поляризацию оптическое волокно, обладающее линейным двойным лучепреломлением, свернутое в катушку, внутри которой расположен проводник с током, поляризационный делитель, фотоприемник оптического излучения, в отличие от прототипа в качестве фотоприемников оптического излучения с выходов поляризационного делителя использованы фотодиоды, электрически соединенные с усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, выходы с которых подключены к микроконтроллеру, содержащему блок обработки информации, и узлу связи, при этом число каналов измерения равно количеству проводников с током [RU 91180, U1, G01R 29/00, 27.01.2010].
Недостатком устройства является его относительно низкая надежность, обусловленная наличием источника оптического излучения.
Известно также устройство, содержащее в себе: по меньшей мере, одну логическую сеть (ЛС) для адресной передачи данных и/или сигналов, состоящую из открытой подсети (ОП) для обмена незашифрованными данными и/или сигналами, и закрытой подсети (ЗП) для обмена данными и/или сигналами, зашифрованными посредством уникального для каждой ЛС ключа защиты, блок криптографической защиты (БКЗ), выполненный с возможностью дешифрации и передачи сигналов и/или данных из ЗП в ОП и с возможностью шифрования и передачи сигналов и/или данных из ОП в ЗП, телекоммуникационный блок (ТБ), подключенный к ЗП и выполненный с возможностью приема и передачи сигналов и/или данных через телекоммуникационные сети, блок часов реального времени (БЧРВ), подключенный к ОП и выполненный с возможностью синхронизации хода часов с АИИУС, блок управления (БУ), подключенный к ОП и выполненный с возможностью получения графика управления из АИИУС и формирования управляющих сигналов по графику и показаниям БЧРВ, измерительный блок (ИБ), подключенный к ОП и выполненный с возможностью измерения или определения количества энергоресурса, счетчик принятых данных (СПД1), подключенный к ОП и выполненный с возможностью измерения количества данных, принятых в ОП из ЗП, счетчик переданных данных (СПД2), подключенный к ОП и выполненный с возможностью измерения количества данных, переданных из ОП в ЗП, блок обработки (БО), подключенный к ОП и выполненный с возможностью передачи в ЗП связок данных о показаниях СПД1, СПД2, ИБ и БЧРВ [RU 95854, U1, G01R 21/00, 10.07.2010].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности.
Наиболее близким по выполняемым функциям и технической сущности к предложенному является устройство, содержащее первый счетчик, первый и второй коммутаторы, микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, группу аналоговых датчиков, первое-четвертое оперативные запоминающие устройства, генератор тактовых импульсов, выходы которого соединены: третий - с тактовым входом первого счетчика, первый - с тактовым входом микроконтроллера, выход порта F (адресная шина) которого соединен с объединенными адресными входами второго и третьего оперативных запоминающих устройств; разряды выхода порта G (шины управления) микроконтроллера соединены соответственно: второй и третий - со входами управления записью второго и третьего оперативных запоминающих устройств, десятый - со входом управления состоянием выходов третьего оперативного запоминающего устройства; информационный выход первого счетчика соединен с управляющим входом первого коммутатора, информационные входы которого подключены к выходам группы аналоговых датчиков, при этом, оно дополнительно содержит постоянное запоминающее устройство, таймер, регистр, второй-четвертый счетчики, первый и второй D-триггеры, первый-четвертый одновибраторы, группа цифровых датчиков, выходы которых соединены с информационными входами второго коммутатора, управляющий вход которого объединен с информационным входом регистра и группой старших разрядов адресного входа первого, второго и четвертого оперативных запоминающих устройств и подключен к информационному выходу первого счетчика, третий выход генератора тактовых импульсов через первый одновибратор соединен со входом запуска аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к выходу первого коммутатора, тактовый вход подключен ко второму выходу генератора тактовых импульсов, информационный выход соединен с информационным входом первого оперативного запоминающего устройства, информационный выход которого соединен с информационным входом второго оперативного запоминающего устройства, информационный выход которого соединен с информационным входом третьего оперативного запоминающего устройства, информационный выход которого соединен со входом порта E (шиной данных) микроконтроллера, соединенным также с информационным входом постоянного запоминающего устройства и информационными выходами регистра и таймера, тактовый вход которого подключен к первому выходу генератора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, а третий - со входом первого одновибратора, информационный выход первого счетчика соединен с объединенными управляющим входом второго коммутатора, группой старших разрядов адресных входов первого, второго и четвертого оперативных запоминающих устройств, а также информационным входом регистра, выходы группы цифровых датчиков соединены с информационными входами второго коммутатора, выход которого соединен со входом второго одновибратора, выходы которого соединены: прямой - со входом управления записью регистра, а инверсный - со входами установки единицы первого и второго D-триггеров, прямой выход которого соединен со входом порта A (первого вектора прерываний) микроконтроллера; информационный выход четвертого счетчика соединен со входом порта F (адресной шиной) микроконтроллера, который также соединен с адресным входом постоянного запоминающего устройства, а также с группой старших разрядов информационного входа четвертого оперативного запоминающего устройства, группа старших разрядов информационного выхода которого соединена с информационным входом четвертого счетчика, выход переноса которого соединен со входом третьего одновибратора, выходы которого соединены: прямой - со входом порта C (третьего вектора прерываний) микроконтроллера и входом установки нуля четвертого счетчика, инверсный - со входом установки нуля первого D-триггера, прямой выход которого соединен с младшим разрядом информационного входа четвертого оперативного запоминающего устройства, младший разряд информационного выхода которого соединен со входом порта D микроконтроллера; выход переноса третьего счетчика соединен со входом четвертого одновибратора, выходы которого соединены: прямой - со входом установки нуля третьего счетчика, инверсный - со входом установки нуля второго D-триггера; информационный выход второго счетчика соединен с группой младших разрядов адресного входа первого оперативного запоминающего устройства, выход первого одновибратора соединен со входом запуска аналого-цифрового преобразователя, выход окончания цикла преобразования которого соединен со входом порта B (второго вектора прерываний) микроконтроллера, разряды выхода порта G (шины управления) которого соединены соответственно: первый и четвертый - со входами управления записью первого и четвертого оперативных запоминающих устройств, пятый - со входом управления записью постоянного запоминающего устройства, шестой - со входом управления записью четвертого счетчика, седьмой-девятый - с тактовыми входами второго-четвертого счетчиков, десятый - со входом управления состоянием выходов четвертого счетчика, двенадцатый и тринадцатый - со входом управления состоянием выходов таймера и регистра, четырнадцатый - со входом захвата таймера [RU 2402967, C1, G06F 17/40, 20.10.2010].
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, что не позволяет осуществлять привязку полученных измерений к точному реальному времени, архивирование параметров переходных электромеханических режимов и затрудняет анализ получаемой измерительной информации, а также обеспечить высокие достоверность и точность измерений.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем расширения арсенала технических средств, обеспечивающих, помимо измерений, архивирование параметров переходных электромеханических режимов и их точную синхронизацию и привязку к реальному времени, а также диагностику работы элементов устройства, т.е., в конечном счете, в повышении достоверности и точности измерений и их регистрации.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее коммутатор и таймер, введены, группа многофункциональных измерительных преобразователей, коммуникационный сервер, блок диагностики и индикации, блок электропитания и источник питания, при этом, коммутатор выполнен в виде маршрутизатора Ethernet, а таймер выполнен в виде приемника сигналов точного времени с GPS-антенной, причем, вход источника питания соединен с первым выходом блока электропитания, первый выход источника питания соединен с входом питания приемника сигналов точного времени и с GPS-антенной, а второй выход - соединен с входом питания блока диагностики и индикации, второй выход блока электропитания соединен с входом питания коммуникационного сервера, третий выход - соединен с входом питания маршрутизатора Ethernet, а группа выходов - соединена с входами питания соответствующих многофункциональных измерительных преобразователей группы, входы синхронизации которых соединены с первым выходом приемника сигналов точного времени, второй выход которого соединен с входом синхронизации коммуникационного сервера, выполненного с возможностью регистрации и передачи в реальном времени полученных от многофункциональных измерительных преобразователей параметров переходных процессов, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом маршрутизатора Ethernet, второй вход-выход которого соединен с входом-выходом блока диагностики и индикации, а группа входов-выходов - соединена с входами-выходами многофункциональных измерительных преобразователей группы.
На чертеже представлена электрическая структурная схема программно-аппаратного комплекса регистрации параметров переходных режимов.
Программно-аппаратный комплекс регистрации параметров переходных режимов содержит коммутатор, выполненный в виде маршрутизатора Ethernet 1, и таймер, выполненный в виде приемника 2 сигналов точного времени с GPS-антенной 3.
Кроме того, программно-аппаратный комплекс регистрации параметров переходных режимов содержит группу 4-1…4-n многофункциональных измерительных преобразователей, коммуникационный сервер 5, блок 6 диагностики и индикации, блок 7 электропитания и источник 8 питания.
В программно-аппаратном комплексе регистрации параметров переходных режимов вход источника 8 питания, вырабатывающего постоянное напряжение питания, например +24 В, соединен с первым выходом блока электропитания, выполненного, в частности, в виде инвертора на 220 В.
Кроме того, в программно-аппаратном комплексе регистрации параметров переходных режимов первый выход источника 8 питания соединен с входом питания приемника 2 сигналов точного времени и с GPS-антенной 3, а второй выход - соединен с входом питания блока 6 диагностики и индикации, второй выход блока 7 электропитания соединен с входом питания коммуникационного сервера 5, третий выход - соединен со входом питания маршрутизатора Ethernet 1, а группа выходов - соединена со входами питания соответствующих многофункциональных измерительных преобразователей группы 4-1…4-n, входы синхронизации которых соединены с первым выходом приемника 2 сигналов точного времени, второй выход которого соединен с входом синхронизации коммуникационного сервера 5, вход-выход которого соединен с первым входом-выходом маршрутизатора Ethernet 1, второй вход-выход которого соединен с входом - выходом блока 6 диагностики и индикации, а группа входов-выходов - соединена с входами-выходами многофункциональных измерительных преобразователей группы 4-1…4-n.
Блок 7 электропитания (например, инвертор CS-500 IS-B-EBS/220-200) и источник 8 питания (например, источник бесперебойного питания APC SMART-UPS 750RM), приемник 2 сигналов точного времени с GPS-антенной 3, маршрутизатор 1 (например, на 12 портов Cisco WS-C2950) являются стандартными элементами систем обработки измерительной информации.
Помимо этого, система содержит элементы, охарактеризованные на функциональном уровне (коммуникационный сервер 5, многофункциональные измерительные преобразователи 4-1…4-n, блок 6 диагностики и индикации) и описываемая форма их реализации предполагает использование программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, поэтому ниже при описании работы предложенного устройства представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения таким средством конкретной предписываемой ему в составе данной системы функции, в том числе алгоритмы работы.
Работает программно-аппаратный комплекс регистрации параметров переходных режимов следующим образом.
Программно-аппаратный комплекс регистрации параметров переходных режимов предназначен для проведения измерений с помощью быстродействующих микропроцессорных многофункциональных измерительных преобразователей 4-1…4-n, передачи результатов измерений в коммуникационный сервер 5 с последующей, при необходимости, их обработкой, циклическим архивированием выбранного набора параметров для обеспечения дальнейшей передачи данных на верхний уровень (удаленным получателям по выделенным каналам связи) в режиме реального времени.
Число многофункциональных измерительных преобразователей 4-1…4-n, например, типа МИП-02, лежит в интервале от 1 до 6. Они проводят измерения электрических параметров на каждом периоде синусоиды параметра режима сети на интервале 20 мс, коммуникационный сервер 5 предназначен для сбора, обработки, архивирования и ретрансляции данных, поступающих от МИП-02, а так же предоставления интерфейсов для off-line передачи данных.
Многофункциональные измерительные преобразователи 4-1…4-n и коммуникационный сервер 5 синхронизируются сигналом от подсистемы точного времени на основе GPS (или ГЛОНАСС), выполненной в виде приемника 2 сигналов точного времени с GPS-антенной 3, которая обеспечивает секундный импульс (метку нулевого фазового угла).
Блок 6 диагностики и индикации предназначен для сбора информации о неисправностях и сбоях в работе устройств, входящих в состав программно-аппаратного комплекса регистрации параметров переходных режимов, визуального отображения этой информации на панели индикации и выдачи интегрального сигнала о возникшей неисправности.
Обмен данными между многофункциональными измерительными преобразователями 4-1…4-n, блоком 6 диагностики и индикации и коммуникационным сервером 5 обеспечивается маршрутизатором Ethernet 1.
В коммуникационный сервер 5 загружено его прикладное программное обеспечение и сервисное программное обеспечение для конфигурирования программно-аппаратного комплекса регистрации параметров переходных режимов и преобразования данных, включая возможность регистрации и передачи в реальном времени полученных от многофункциональных измерительных преобразователей параметров переходных режимов. Многофункциональные измерительные преобразователи 4-1…4-n непрерывно выполняют синхронные измерения параметров режима трехфазной электрической сети и передают измеренные параметры в коммуникационный сервер 5, который может через сетевое оборудование передавать данные на верхний уровень в режиме жесткого реального времени. Преобразователи 4-1…4-n выполняют все измерения синхронно, например, на интервале 20 мс с точной привязкой к астрономическому времени.
Существует два варианта исполнения подсистемы диагностики (блока 6 диагностики и индикации): программная и аппаратная. Она обеспечивает формирование данных о результатах диагностики по протоколу МЭК 870-5-104, контролирует наличие связи с многофункциональными измерительными преобразователями 4-1…4-n и уровень напряжения во входных измерительных цепях. При аппаратной реализации дополнительно контролируется наличие внешнего питания (постоянного и переменного напряжения 220 В), срабатывание защитных модулей в цепях измерения напряжения, производится вывод интегрального сигнала неисправности и обеспечивает светодиодную индикацию результатов диагностики.
Блок 6 в процессе работы производит непрерывный обмен данными с коммуникационным сервером 5 через маршрутизатор Ethernet 1, контролируя его работоспособность и получая информацию о состоянии многофункциональных измерительных преобразователей 4-1…4-n. Кроме того, контролируется цепи питания, защитные модули измерительных цепей, а также сигналы индикации.
Коммуникационный сервер 5 благодаря используемому программному обеспечению осуществляет регистрацию данных, принимаемых от многофункциональных измерительных преобразователей 4-1…4-n, производит их анализ на предмет аварийности, осуществляет запись данных в архивы и обеспечивает синхронизацию многофункциональных измерительных преобразователей 4-1…4-n с сигналами точного времени, поступающими от приемника 2.
Настройки для работы коммуникационного сервера 5 сервер берет из внешнего конфигурационного файла. Максимальный объем архива для записи в режиме самописца (далее «линейный архив») задается в конфигурационном файле. Линейный архив представляется в виде совокупности файлов фиксированной длины. После заполнения архива новые записи записываются поверх самых старых. При конфигурации архивов их общий объем не должен превышать размера свободного пространства на локальном диске коммуникационного сервера 5.
Программные средства коммуникационного сервера 5 позволяют осуществлять расчет векторов параметров режима в соответствии с требуемым стандартом и обеспечивать передачу данных соответствующим клиентам. Кроме того, производится формирование диагностических сигналов и их передача по протоколу МЭК 870-5-104, а также обеспечивается доступ к конфигурационному файлу и архивным данным через входящее dialup-соединение. При установке соединения производится обязательную авторизация пользователя и право доступа к хранящимся в коммуникационном сервере 5 данным предоставляет только авторизованным пользователям. Программные средства коммуникационного сервера 5 позволяют также обеспечить преобразование файлов данных, записанных во внутреннем формате в форматы csv и Comtrade, а также предоставляет функцию дорасчета вычисляемых величин на основе измерений многофункциональных измерительных преобразователей 4-1…4-n.
Основными функциями прикладного программного обеспечения коммуникационного сервера 5 являются:
- установление и поддержание канала связи с многофункциональными измерительными преобразователями 4-1…4-n через сеть маршрутизатор Ethernet 1, например, по протоколу МЭК870-5-104;
- прием метки времени GPS/ГЛОНАСС и синхронизация времени в многофункциональных измерительных преобразователях 4-1…4-n;
- регистрация поступающих от многофункциональных измерительных преобразователях 4-1…4-n данных: частота; угол между синусоидой напряжения сети и условной синусоидой 50 Гц, привязанной к сигналам точного времени; фазные напряжения; фазные токи; ток нулевого провода; коэффициентов мощности; метки времени; активной мощности; суммарной активной мощности; реактивной мощности; суммарной реактивной мощности; полной мощности; суммарной полной мощности; линейные напряжения;
- запись выбранных в файле конфигурации принятых и дорасчитанных данных в файлы собственного формата;
- анализ принятых данных на предмет аварийности и запись этих данных в отдельный архив;
- вычисление векторов тока (пофазно), напряжения (пофазно), тока и напряжения нулевой, прямой и обратной последовательности;
- ретрансляцию данных с выбранного многофункционального измерительного преобразователях 4-1…4-n по соответствующему протоколу;
- формирование сигналов неисправности системы и передача их по соответствующему протоколу.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства обеспечивается расширение его функциональных возможностей путем расширения арсенала технических средств, что позволяет обеспечить, помимо измерений, возможность одновременной регистрации и передачи параметров в реальном времени от многофункциональных измерительных преобразователей, архивирование параметров переходных электромеханических режимов и их точную синхронизацию и привязку к реальному времени с высокой точностью, а также диагностику работы устройства, что повышает достоверность и точность измерений и их регистрации.