Передача информации в телемеханических системах

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Особенности системы АСТМУ-А

Система АСТМУ-А выполнена на современной микропроцессорной элементной базе и обладает рядом преимуществ по сравнению с системами предыдущих поколений.

Оборудование диспетчерской (верхнего уровня управления) состоит из нескольких персональных компьютеров, объединенных в локальную сеть и выполняющих роль операторской станции. Один из компьютеров подключен через узел связи к линии связи с контролируемыми пунктами.

На контролируемых пунктах к каналам телемеханического управления и контроля могут подключаться либо шкафы КП-М (ПС), КП-Б (ТП) при традиционном оборудовании подстанций, либо центральные компьютеры (через узлы связи) для подстанций и постов секционирования нового поколения. В структурной схеме АСТМУ-А на рис. 4 показано подключение трех КП различного типа. Число КП, подключаемых к одному ПУ (энергодиспетчерскому кругу), ограничивается допустимым временем обновления информации ТС, видом предоставляемой линии связи (проводная, оптоволокно, радиоканал), величиной информационной нагрузки на диспетчера при организации ремонтных работ.

Таблица 2

Состав систем телемеханики для устройств электроснабжения электрических ж. д.

Система	Элементная база		Аппаратура телемеханики для
		Подсистема	«большого» объема		«малого» объема
			Телеуправление	Телеконтроль	Телеуправление	Телеконтроль

Лисна

Дискретная

Полупроводниковая

Разделение каналов

Частотное (Лисна-Ч)

Частотное (Лисна-В)

КП ТУ-КП ТС-КП

ТУ-ТС

ДП ТУ-ДП ТС-ДП ТУ ДП (Р) ТС ДП (Р)

МСТ-95

Микросхемы

малой интеграции

Разделение каналов

Частотное (МСТ-Ч)

Частотное (МСТ-В)

КП ТУ-КП ТС-КП ТУ-ТС ДП ТУ-ДП ТС-ДП ТУ ДП (Р) ТС ДП (Р)

АСТМУ-А

Микропроцессоры и микросхемы малой интеграции

КП

КП-Б (ТП) либо терминалы и

промышленный компьютер

КП-М (ПС) либо терминалы и

промышленный компьютер

ДП

Локальная сеть персональных компьютеров

Таблица 3

Распределение частот для каналов связи системы MCT

Канал	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Средняя частота, Гц	450	630	810	990	1170	1350	1530	1710	1890	2070
Канал	11	12	13	14	15	16	17	18	19
Средняя частота, Гц	2250	2430	2610	2790	2970	3150	3330	3510	3690

Примечание. Выделенные курсивом частоты относятся к надтональному диапазону

Рис. 4. Структурная схема АСТМУ-А

КП-1 представляет подстанцию, присоединения которой оборудованы современными терминалами управлении. Это могут быть микропроцессорные блоки релейной защиты БМРЗ, ЦЗА или специализированные контроллеры. Управление терминалами и контроллерами осуществляется через центральный компьютер подстанции, который связан с контроллерами нижнего уровня по интерфейсу RS-485. Операторское управление оборудованием может осуществляться с верхнего уровня управления через модем от ПУ или от операторской станции, размещаемой на подстанции и подключенной по интерфейсу RS-232.

КП-2 представляет собой контролируемый пункт с малым числом объектов, оснащенных схемами управления, выполненных на релейной элементной базе. Для таких пунктов предназначен шкаф КП-М (ПС). Объемы возможного телемеханического управления указаны в условном графическом обозначении этого шкафа для стандартного и расширенного (через дробь) варианта системы. Расширение объемов ТУ и ТС осуществляется путем замены части модулей шкафов или/и добавлением модулей расширения.

КП-3 представляет контролируемый пункт с большим числом объектов, имеющих традиционное управление: для них предназначен шкаф КП-Б (ТП).

Интерфейсы и протоколы

Построение систем телемеханики тяговых подстанций в настоящее время осуществляют в тесной связи с системой автоматического управления. В таких случаях может применяться аппаратура, обслуживающая обе системы и использующая общую информацию. Для минимизации затрат на создание систем важную роль играет стандартизация как отдельных элементов систем, так и способов обмена информации в системе.

Коммуникационная технология построения единой информационной сети, объединяющей интеллектуальные контроллеры, датчики и исполнительные устройства, определяется одним термином fieldbus (полевая шина или промышленная сеть). Fieldbus — это, главным образом, применяемый протокол взаимодействия устройств с учетом используемых интерфейсов.

На рынке предлагается около 50 различных видов промышленных сетей, среди них: CAN, Modbus, Profibus, LonWorks, IEC 870-5. Используется множество интерфейсов: RS-232, RS-422А, RS-423A, RS-485, токовая петля (Current Loop), USB. Ниже рассмотрены интерфейсы и протоколы, применяемые в АСТМУ-А.

Интерфейс TIA/EIA-422 Standard (RS-422A)

Интерфейс RS422А – обладает меньшими возможностями по сравнению с RS485, нагрузочная способность его передатчиков меньше. Стандарт TIA/EIA-422 (V.11 и Х.27) определяет электрические характеристики симметричного цифрового интерфейса. Дополнением к RS-422A является стандарт RS-449 (V.36), содержащий информацию о параметрах сигналов, типах разъемов, расположении контактов.

Рис. 11. Синхронизация приемника и селекция принимаемых данных

RS-422 - полнодуплексный интерфейс. Прием и передача идут по двум отдельным парам проводов. На каждой паре проводов может быть только по одному передатчику (driver) и до 10 приемников (receivers) с единичной нагрузкой. Пример организации связи между двумя станциями приведен на рис. 12. По данному стандарту обычно строятся сети по радиальной структуре. Но выпускаются также приемо-передатчики, обеспечивающие совместимость с RS-485 и работающие в магистральных схемах. Это достигается добавлением возможности перевода выхода передатчика в состояние высокого сопротивления, что обеспечивает двунаправленную передачу по одной паре проводов.

Рис. 12. Интерфейс EIA RS-442A

G – передатчик , R – приемник, DI – входные данные, DO –выходные данные

Большинство электрических характеристик стандартов RS-485 и RS-422 одинаковы. Отличия отдельных параметров приведены в табл. 8.

Табл. 8

Различия параметров RS-485 и RS-422А

Параметр	RS-422А	RS-485
Допустимое число передатчиков Tx и приемников Rx единичной нагрузки	1 Tx, 10 Rx	32 Tx, 32 Rx
Минимальный выходной диапазон передатчика, В	± 2	± 1.5
Допустимый диапазон напряжений приемника, В	-7…+7	-7…+12
Максимальный ток короткого замыкания передатчика, мА	150	250
Допустимая нагрузка передатчика Tx, Ом	100	54
Единичная нагрузка, создаваемая приемником Rx ,кОм	4	12
Максимальное время нарастания сигнала передатчик, % бита	10	30

Протокол MODBUS

Общие сведения

Протокол передачи – формализованный набор правил, полностью определяющий порядок взаимодействия устройств или процессов друг с другом. Протокол определяется перечнем передаваемых сигналов, процедурой обмена этими сигналами, форматами сигналов и правилами кодирования каждого поля формата.

Для построения систем автоматизации с использованием микропроцессорных контроллеров используются более десятка протоколов, различающихся надежностью, функциональностью, быстродействием, стоимостью. Один из самых распространенных в автоматизации электротехнических устройств Modbus — коммуникационный протокол фирмы Gould Modicon Inc. для использования в системах с контроллерами. Существует несколько модификаций протокола с различными требованиями к лицензированию. Так модификация FreeModbus не требует лицензирования, а Modbus Plus требует лицензирования. Выделяют три разновидности протокола: Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP. Ограничимся рассмотрением протокола Modbus RTU, который применен в системе АСТМУ-А. Этот режим поддерживает требования стандарта IEC 870-5 (уровень 2, канальный). Для передачи данных интерфейс не определен, обычно используется RS-232C, RS-422, RS-485 или токовая петля 20 мА. В АСТМУ-А токовая петля не используется. Подробное описание протокола приведено в [7, 8].

Данный протокол определяет требования к канальному (второму) и прикладному (седьмому) уровню модели OSI. Протокол предполагает в линии одно активное (ведущее, запрашивающее, главное) устройство Master, которое может обращаться к нескольким пассивным (подчиненным) устройствам Slave по уникальному в линии адресу. Синтаксис команд протокола позволяет адресовать 247 устройств. Инициатива проведения обмена всегда исходит от ведущего устройства. Ведомые устройства прослушивают линию связи. Master подает запрос в линию и переходит в состояние прослушивания линии связи. Ведомое устройство отвечает на запрос, пришедший в его адрес.

Окончание ответной посылки Master определяет, вычисляя временные интервалы между окончанием приема предыдущего байта и началом приема следующего. Если этот интервал превысил время, необходимое для приема двух байт на заданной скорости передачи, прием кадра ответа считается завершенным.

Коды команд

Коды команд разделены на четыре группы: стандартные (1-21), резерв (22-64), пользовательские (65-119) и для внутренних нужд (120-255). Назначения некоторых кодов приведены в табл. 9.

Таблица 9

Коды функций (команд) Modbus

КОД	ИМЯ	СОДЕРЖАНИЕ	Смещение адреса
01	Read Discrete Output Coil	Чтение значений из нескольких регистров флагов	00001
02	Read Discrete Input Contacts	Чтение статуса дискретных входов	10001
03	Read Analog Output Holding Registers	Чтение значений из нескольких регистров	40001
04	Read Analog Input Registers	Чтение входных регистров	30001
05	Write Single Discrete Output Coil	Запись значения в один флаг регистра флагов	10001
06	Write Single Analog Output Holding Register	Установка значения в один регистр	40001
08	Diagnostics - Loop-back	Тестирование связи
15	Write multiple Discrete Output Coils	Запись значений в несколько регистров флагов	10001
16	Write multiple Analog Holding Register	Установка значений в несколько регистров	40001

Обработка ошибок

Различают коммуникационные ошибки (связанные с искажениями при передаче данных) и логические (недопустимое значение запроса). Master после посылки сообщения ожидает ответ в установленном интервале времени. Если slave обнаружит коммуникационную ошибку в адресованном ему сообщении или не может ответить, то он промолчит, и Master по истечении установленного интервала (таймаута) фиксирует ситуацию как ошибочную. Проверка на ошибку производится приемником в пределах каждого байта (символа) по четности, в пределах кадра - по CRC.

В протоколе Modbus используется следующая диалоговая процедура.

1. Если Slave принимает корректный запрос и может его нормально обработать, то возвращает нормальный ответ, в котором адрес и номер функции совпадает с принятыми от Master.

2. Если Slave не принимает какого либо значения, никакого ответа не отправляется. Master диагностирует ошибку по таймауту.

3. Если Slave принимает запрос, но обнаруживает ошибку (паритет, CRC), никакого ответа не отправляется. Master диагностирует ошибку по таймауту.

4. Если Slave принимает запрос, но не может его обработать, отправляется ответ, содержащий в области данных сведения об ошибке. Кроме того старший бит кода команды в ответе устанавливается в единицу.

Стандартные коды ошибок приведены в табл.10 .

Таблица 10

Стандартные коды логических ошибок

Код	Сведения о логической ошибке
01	Принятый код функции не может быть обработан на подчиненном.
02	Адрес данных указанный в запросе не доступен данному подчиненному.
03	Величина содержащаяся в поле данных запроса является не допустимой величиной для подчиненного.
04	Невосстанавливаемая ошибка возникла во время попытки подчиненным выполнить затребованное действие.
05	Подчиненный принял запрос и обрабатывает его, но это требует много времени. Этот ответ предохраняет главного от генерации ошибки таймаута.
06	Подчиненный занят обработкой команды.
07	Подчиненный не может выполнить программную функцию, принятую в запросе.
08	Подчиненный пытается читать расширенную память, но обнаружил ошибку паритета.

Пример. Послан запрос на чтение группы регистров (код функции 03h). Если запрос принят без ошибки, то slave в ответе укажет также код функции 03h, а если обнаружится ошибка то - 83h. Более подробная информация будет размещена в области данных ответа. Маster должен обработать сообщение об ошибке и в типичном случае посылает повторный запрос.

Примеры кадров протокола Modbus

На рис. 16 рассмотрен запрос данных от Master на чтение в устройстве по адресу 6 (Slave Address =06h) трех регистров с 40108 по 40110 (AE41h-AE43h). Особенность указания номеров регистров в Modbus в том, что к указанным в сообщениях значениям в зависимости от кода команды добавляется смещение адреса (в нашем случае 40001). Так для данного запроса в стартовом адресе будет указано 107 (Starting Address Lo = 6Вh, Starting Address Hi=00h). Адрес приходится записывать по частям, поскольку каждое поле содержит только 8 бит, а для указания максимально возможного допустимого адреса без смещения (9998) потребуется 16 бит (270Eh). Запрашиваемое число регистров (0003h) также указывается в виде двух чисел (No. of Registers Lo=03h; No. of Registers Hi=00h). Значение контрольной секции кадра в примере не показано. Ответ, полученный от подчиненного устройства, содержит следующие сведения. Запрос принят и исполнен без обнаруженных ошибок (Function=03h); всего передается содержимое 6-ти байт данных (по два байта на каждый запрошенный регистр (Byte Count=06h); значения запрошенных регистров (Data Нi, Data Lo) составляют: 022Bh, 0000h и 0063h.

запрос от Master
Field Name	( Hex)	8– Bit Field
Slave Address	06	0000 0110
Function	03	0000 0011
Starting Address Hi	00	0000 0000
Starting Address Lo	6B	0110 1011
No. of Registers Hi	00	0000 0000
No. of Registers Lo	03	0000 0011
Error Check		CRC (16 bits)

Ответ от Slave
Field Name	(Hex)	8–Bit Field
Slave Address	06	0000 0110
Function	03	0000 0011
Byte Count	06	0000 0110
Data Hi	02	0000 0010
Data Lo	2B	0010 1011
Data Hi	00	0000 0000
Data Lo	00	0000 0000
Data Hi	00	0000 0000
Data Lo	63	0110 0011
Error Check		CRC (16 bits)

Рис. 16. Кадры протокола Modbus при запросе на чтение регистров

На рис. 17 приведен пример установки значения FFh в 40002-й регистр подчиненного устройства (смещение 40001) с адресом 01h. Кадры Master и Slave при успешном выполнении данной операции будут совпадать. Значения полей указано в шестнадцатеричном коде.

Slave adress	Function	Starting Addr Hi	Starting Addr Lo	Data Hi	Data Lo	Error Check
Адрес подчиненного	Номер функции	Адрес ст байта	Адрес мл байта	Данные ст.байта	Данные мл.байта	CRC мл.байт	CRC ст.байт
01	06	00	01	FF	FF	D9	ВA

Рис. 17. Кадр протокола Modbus при установке значения в один регистр

Пример запроса состояния 37-ми дискретных выходов (с 20 по 56) в устройстве 17 приведен на рис.18. Значение каждого выхода представляется одним битом. В кадре ответа они группируются в байты. Если возвращаемое количество выходов не кратно восьми, то оставшиеся биты в последнем байте сообщения будут установлены в 0. Счетчик байт содержит количество байт передаваемых в поле данных (5).

запрос от Master
Field Name	Hex	8– Bit Field
Slave Address	11	0001 0001
Function	01	0000 0001
Starting Address Hi	00	0000 0000
Starting Address Lo	13	0001 0011
No. of Registers Hi	00	0000 0000
No. of Registers Lo	25	0010 0101
Error Check		CRC

Ответ от Slave
Field Name	Hex	8–Bit Field
Slave Address	11	0000 0110
Function	01	0000 0011
Byte Count	05	0000 0110
Data (Output: 27-20)	CD	1100 1101
Data (Output: 35-28)	6B	0110 1011
Data (Output: 43-36)	B2	1011 0010
Data (Output: 51-44)	0E	0000 1110
Data (Output: 56-52)	1B	0001 1011
Error Check		CRC

Рис. 18. Кадры Modbus при чтении группы дискретных данных

Контроллер МК-Д

Контроллер запрограммирован на максимальное число принимаемых модулем сигналов: ТС – 256, ТУ – 128, ТИ – 112, фактическое число сигналов определяется схемой шкафов КП-М (ПС) и КП-Б (ТП). На лицевую панель контроллера МК-Д выведены светодиодные индикаторы, индицирующие:

работу приемника и передатчика SPI-интерфейса – SI и SO,

работу приемника и передатчика интерфейсов RS-232 и RS-485 канала управления – RX и TX,

работу приемника и передатчика интерфейса RS-422/RS-485 канала расширения системы – RSI и TSI,

команду ТУ в двоичном коде – КОД_ТУ (разряды 8, 4, 2 1),

команду ТУ – «включить» – ВКЛ,

команду ТУ - «отключить» – ОТКЛ.

Обработка сигналов ТС. Опрос состояния объектов пунктом управления (ПУ) и контролируемыми пунктами (КП) производится асинхронно. Поэтому на КП организуется накопление и хранение информации в памяти (буферах). МК ТУ/ТС опрашивает все модули ТС за 1 мс и сохраняет полученную информацию в своем буфере памяти. Если в течение восьми циклов опроса, т.е. за время, равное 8 мс, будет отмечено новое устойчивое значение одного или нескольких сигналов ТС, то новый отсчет ТС будет передан в буфер текущих значений ТС (38 байт) и в буфер очереди срезов ТС. Форматы буферов приведены на рис. 24.

Рис. 24. Формат буферов «Текущие ТС» и «Очереди срезов ТС»
регистра памяти МК ТУ/ТС

Очередь срезов ТС представляет собой 64 записи рассмотренного формата. Таким образом, буфер текущих значений ТС всегда содержит состояние входов ТС шкафа КП-Б (ТП) или КП-М (ПС) на данный момент времени, а буфер очереди срезов ТС представляет собой историю их изменений.

В связи с ограничениями на время опроса всех КП организованы два буфера, хранящие информацию о наличии данных, еще не переданных на ПУ. Это позволяет ПУ предварительно опрашивать КП на предмет наличия новой информации, а уже затем оптимально организовывать ее передачу. Буфер статуса (16 бит) хранит отметки о наличии непрочитанных срезов в очередях, а буфер квитирования (16 бит) – отметки о прочтении срезов пунктом управления.

Младший бит в буфере статуса свидетельствует о наличии одного или нескольких новых срезов ТС в очереди. Для удаления прочитанного среза ТС из очереди необходимо записать единицу в младший бит буфера квитирования. Формат регистра статуса приведен на рис.25, а регистра квитирования на рис.26.

Рис. 25.Структура регистра «Статус»

Рис. 26. Структура регистра «Квитирование»

Обработка сигналов ТУ. После записи команды в буфере МК ТУ/ТС осуществляется проверка на возможность ее выполнения. Команда исполняется, если:

- завершено выполнение предыдущей команды;

- задан номер ТУ от 1 до 128 включительно;

- в байте кода команды ТУ установлен бит ВКЛ или ОТКЛ;

- в байте кода команды ТУ сброшены неиспользуемые биты.

Формат буфера регистра памяти команды ТУ приведен на рис.27.

Рис. 27. Формат буфера команды ТУ

В контроллере МК-Д по номеру ТУ формируется индивидуальный сигнал выбора одного из модулей (Выб_ТУ1… Выб_ТУ8) и четырехразрядный двоичный код номера команды ТУ в данном модуле.

Обработка сигналов ТИ. Формирование данных телеизмерения осуществляется в мультиплексорах ТИ (МТИ) и в блоках расширения телеизмерения. Информация от указанных блоков поступает по протоколу Modbus RTU, при этом контроллер МК-Д выполняет функции ведущего устройства (Master). Используется четырехпроводный интерфейс RS-422 в асинхронном режиме на скорости 9600 бит/с с форматами посылок: 1 стартовый бит, 8 бит данных, 1 стоповый бит. Время опроса всех устройств телеизмерения составляет не более 1 с. В МК ТУ/ТС организован буфер для хранения информации об установленной связи с модулями ТИ. При этом единичное значение бита состояния ТИ означает, что есть связь контроллера МК-Д с устройством ТИ по интерфейсу RS-422, а нулевое значение устанавливается в случае, если устройство ТИ не отвечает на запросы контроллера МК-Д.

Результаты текущих измерений, поступающие от устройств ТИ, помещаются в буфер «Данные ТИ», формат которого приведен на рис.28.

Рис. 28. Формат буфера «Данные_ТИ» регистра памяти МК ТУ/ТС

Мультиплексор ТУ8/ТС16

В шкафах системы АСТМУ-А могут применяться несколько типов мультиплексоров: ТУ16, ТС32, ТУ8/ТС16. Рассмотрим мультиплексор ТУ8/ТС16, применяемый в шкафах КП-М(ПС). Функциональная схема мультиплексора ТС16/ТУ8 приведена на рис. 29.

Рис. 29. Функциональная схема мультиплексора ТС16/ТУ8

Мультиплексор осуществляет декодирование команды ТУ, полученной от контроллера МК-Д. Выбор данного мультиплексора отображается индикатором «ТУ». Для каждого из приказов в выходной цепи имеется реле с двумя замыкающими контактами. По одному выводу каждого контакта присоединено к общей цепи ТУ. Таким образом, на набор зажимов X2 выводится 17 цепей для 8 приказов. Одновременно может быть выдан только один приказ. Оптронные пары D1-D8 обеспечивают гальваническую развязку выходных цепей от цепей шкафа КП-М (ПС). Мультиплексор также обрабатывает сигналы ТС, поступающие от объектов контроля через набор зажимов X2 на входы Вх1…Вх16. Обработка заключается в том, что при выборе данной группы сигналов ТС контроллер МК-Д выставляет кратковременный импульс выбора ТС (VT1), одновременно срабатывает индикатор «ТС». На время опроса на выходную шину D выставляются 16 сигналов ТС данного мультиплексора. Логические единицы поступают на те разряды выходной шины, к которым подключены цепи ТС, имеющие на входе Вх1…Вх16 потенциал 100 В. Такой потенциал может поступать от шинки ШТС через замкнутый контакт реле контролируемого объекта. В интервалах между опросами выходы схем D2_D3 находятся в состоянии высокого сопротивления, т.е. отключены от шин данных D контроллера МК-Д и контроллер в эти интервалы может подключить к этим шинам другой мультиплексор. Таким образом, шина данных используется для передачи информации от нескольких мультиплексоров.

Мультиплексор ТИ

Мультиплексор телеизмерений МТИ осуществляет телеизмерения и допусковый контроль до 8 аналоговых сигналов ТИ и передает данные по интерфейсу RS-485 управляющему контроллеру МК-Д. Амплитуда входных сигналов ТИ задается перемычками S1…S8. Возможна установка следующих пределов, В: ±5, …..±20 для постоянного тока, 14, 170 для переменного тока. Входное сопротивление по каналам ТИ 33 кОм, основная приведенная погрешность не более 0,5 %. Скорость обмена по интерфейсу RS-485 – 9600 бит/с. Внешние подключения МТИ осуществляются с помощью разъемов Х1...Х3 печатной платы.

Сигналы от датчиков напряжения через разъем Х2 поступают в МТИ, где запоминаются и обрабатываются. Ввод программ алгоритмов обработки осуществляется через разъем Х3 посредством ПЭВМ при наладке модуля. Обработку данных ТИ осуществляет специальный микропроцессор, имеющий в своем составе аналогово-цифровой преобразователь АЦП. Микропроцессор осуществляет также вычисление линейных напряжений по измеренным фазным напряжениям и производит допусковый контроль измеряемых параметров.

На лицевой панели блока имеется кнопка «RST» для перезапуска микропроцессора. Исправное состояние МТИ индицируется поочередным миганием с частотой около 0,5 Гц светодиодов "Rx" и "Тх", контролирующих обмен с блоком МК-Д.

Питание подается через разъем X1 от блока питания ИП2.

3.6. Измерительный преобразователь серии "АЕТ"

Измерительный преобразователь AET [13] может применяться в системе АСТМУ-А в качестве внешнего микропроцессорного устройства измерения параметров переменного тока и напряжения. Подключение к контроллеру МК-Д производится по интерфейсу RS-485.

Преобразователь позволяет получить в цифровой форме: три фазных и три междуфазных напряжения, напряжение нулевой последовательности, три фазовых тока, ток нулевой последовательности. Конфигурирование преобразователя производится по его служебному интерфейсу RS-232. Все серии прибора осуществляют измерение действующих значений токов, напряжений, и в зависимости от номера серии, могут измерять также мощность (активную, реактивную, полную) и частоту. Реактивная мощность может быть вычислена как для первой гармоники, так и результирующая по 13 гармоникам. Прибор выпускается на номинальные значения токов от 0,5 до 5 А и междуфазные напряжения 100 или 380 В. Основная приведенная погрешность измерения тока и напряжения 0,2%. При содержании гармоник до 13 включительно погрешность не превышает 0,5%.

Частота обновления данных в регистрах преобразователя не менее 5 Гц. Время от запроса до начала выдачи данных не более 25 мс. Скорость обмена по RS-485 от 1200 до 19200 Бод. Режим работы преобразователя настраивается с помощью ПЭВМ, подключаемой по служебному интерфейсу RS-232.

Подключение прибора к цепям измерения сети с изолированной нейтралью показано на рис. 30.

Рис. 30. Пример подключения преобразователя AET к цепям измерения

Преобразователи выдерживают кратковременные перегрузку входными сигналами: для напряжения - два номинальных значения в течение 2 ч, для тока - 20 номинальных значений длительностью 1 с.

Условия эксплуатация в диапазоне температур от -30 до +55 ^оС.

Измерительный тракт преобразователя состоит из трех каналов (по одному на каждую фазу) и содержит входные измерительные каскады с фильтрами низкой частоты ФНЧ (полоса пропускания 34 кГц), аналого-цифровой преобразователь АЦП и цифровую часть. Входные измерительные каскады преобразуют сигналы тока и напряжения в пропорциональные сигналы, используемые для дальнейшей обработки. При этом подаваемые на вход прибора измеряемые напряжения не имеют гальванической развязки от измерительного каскада, а для входных токов применена трансформаторная развязка.

В приборе применен 6-ти канальный АЦП. Частота дискретизации входного сигнала 3125 Гц, выходные сигналы содержат 16-ти разрядные двоичные коды. Действующие значения напряжений определяются как среднеквадратичные значения от мгновенных дискретных значений. Мощности также вычисляется в цифровой части преобразователя. Обновление регистров с действующими значениями производится с периодом 1/6 с. Код измеряемой величины, например для междуфазного напряжения U и фазного тока I вычисляется по выражениям вида:

U=K₁*U_ab/U_ном, I=K₁*I_a/I_ном,

где K₁ устанавливается в пределах от 2500 до 5000 при конфигурировании преобразователя,

U_ab, I_a – значения междуфазного напряжения и фазного тока на входе преобразователя,

U_ном, I_ном,.- номинальные параметры примененного преобразователя.

Модем-УКП

Модем предназначен для организации связи по четырехпроводным некоммутируемым каналам тональной частоты и физическим линиям связи между контроллером МК-Д, находящимся на КП, и ЭВМ на пункте управления. Модем обеспечивает работу в одном из двух форматов: по системе ЛИСНА или по протоколу Modbus (АСТМУ-А). Во всех форматах диапазон рабочих частот в канале связи от 300 до 3600 Гц. Используется частотная модуляция сигнала с двумя частотами F_Н (нижняя частота) и F_В(верхняя частота). Модем осуществляет преобразование двоичных сигналов контроллера МК-Д в аналоговые сигналы линии связи и наоборот (рис. 31).

Рис. 31. Модем УКП

В режиме обмена данными по каналу связи по формату АСТМУ-А обеспечивается скорость передачи данных 1200 бит/с.

В режиме обмена по формату ЛИСНА обеспечивается возможность работы по любому из девятнадцати частотных каналов.

Для связи с контроллером МК-Д, используется интерфейс RS-232 с параметрами блока данных для сигналов: ТС не более 64 байт, ТУ в формате ЛИСНА не более 40 байт, ТУ в формате АСТМУ-А не более 13 байт.

При приеме с линейного входа уровня мощности сигнала в диапазоне от минус 28 до плюс 5,2 дБ и при соблюдении соотношения сигнал/помеха в рабочем диапазоне частот не менее 15,6 дБ коэффициент ошибок по битам не хуже 1·10^-4.

На лицевую панель модема-УКП выведены светодиодные индикаторы, индицирующие:

- соответствие напряжения электропитания модуля норме – ПИТ

- нормальное функционирование программы модема – МИГ;

- достаточность уровня входного сигнала в диапазоне частотного канала модема – УРОВ_СИГН;

- прием модемом данных из канала связи – ПРМ-ЛИН;

- передачу модемом данных в контроллер МК-Д – ПРД-RS;

- прием модемом данных от контроллера МК-Д – ПРМ-RS;

- выдачу модемом в линию связи данных по первому и второму частотному каналу – ПРД-ЛИН_1 и ПРД-ЛИН_2.

Работа модема-УКП. Функциональная схема модема представлена на рис. 32. В состав платы модема-УКП входят: согласующие линейные цепи A1, модулятор-демодулятор (модем) A2, линейный выходной каскад A3, микропроцессорный контроллер (МПК) A4, переключатели задания режимов работы модуля A5, индикаторы состояний работы МПК A6, схема контроля напряжений электропитания А7, интерфейс RS-232 A8, интерфейс СЕРВИС A9, предварительный полосовой фильтр A10.

Согласующие линейные цепи A1 предназначены для согласования входного и выходного линейного сопротивления модема с сопротивлением канала связи в полосе частот от 300 до 3600 Гц. Пятипозиционное переключатель S1 подключает необходимое значение нормирующего входного сопротивления, а двухпозиционный переключатель S2 – нормирующее выходное сопротивление. Трансформаторы T1 и T2 осуществляют гальваническую развязку цепей модема от линии связи.

Модулятор-демодулятор A2. Кроме модема в состав модуля А2 входят: входной и выходной полосовые фильтры, детектор уровня входного аналогового сигнала, регулятор уровня аналогового выходного сигнала, выключатель сигнала, SPI-порт, цепи цифровых двоичных сигналов данных D (TxM и RxM) и управления C (RTC). Модулятор преобразует двоичные данных от контроллера А4 (сигнал TxM) в аналоговый частотно-модулированный сигнал. Демодулятор выполняет обратную функцию – преобразует аналоговый частотно-модулированный сигнал в двоичные данные (сигнал RxM) для контроллера А4. Цифровой сигнал RTC используется для включения и выключения выходного аналогового сигнала.

Рис. 32. Функциональная схема модема УКП

Модулятор и демодулятор имеют по два канала RxM1, TxM1 и RxM2, TxM2, которые могут использоваться одновременно и независимо. Для модулятора и демодулятора могут быть выбраны раздельно любые частотные каналы, каждый из которых характеризуется своими частотами Fн. (логический ноль) и Fв (логическая единица). Модем вырабатывает цифровой сигнал DCD, который соответствует наличию на выходе демодулятора сигнала, несущего информацию. Данные по частотным каналам формата ЛИСНА приведены табл.3. Для формата АСТМУ предназначены каналы 20 (служебный) и 21 (передаваемые данные), соответствующие протоколу V.24. Распределение частот для этих каналов показано на рис. 33.

Рис. 33. Обмен между ПУ и КП по формату АСТМУ-А

Линейный выходной каскад A3 предназначен для согласования с каналом связи и представляет собой преобразователь напряжение-ток, нагрузкой которого является выходной согласующий трансформатор Т2 линейных цепей A1.

Микропроцессор A4 предназначен для управления работой модема УКП и обеспечения взаимодействия между составляющими его устройствами. В частности, он обеспечивает преобразование форматов данных канала связи телемеханики ЛИСНА в формат АСТМУ-А и их дистанционное переключение, и выполнение диагностической команды, приходящей по линии связи по 20-му каналу. Микропроцессор также согласовывает скорости обмена данными с модемом (не более 1200 бит/с) и интерфейсом A8 (9600 бит/с) в асинхронном режиме. Контроллер А4 проверяет наличие сигнала о достаточности уровня входного сигнала (сигнал DCD) в модеме А2 и отсутствие ошибок в структуре последовательных данных (сигнал RxM) от модема, осуществляет управление сигналом передатчика модема A2, анализирует состояния и работу схем модема-УКП, и выводит соответствующую информацию на индикаторы.

Предварительный полосовой фильтр A10 осуществляет подавление сигналов низкочастотной (менее 250 Гц) и высокочастотной (более 10 кГц) помехи за пределами рабочей полосы частот.

Задания для самопроверки

1. Приведите содержимое буфера даты и времени контроллера шкафа КП-М (ПС), соответствующее моменту получения Вами данного задания.

2. Приведите распределение адресного пространства контроллера шкафа КП-М (ПС).

3. Дайте сравнительное описание интерфейсов RS-422 и RS-485

4. Определите значение сопротивления R59, необходимого для защиты внешних цепей ТУ от выбора двух операций или двух объектов (рис. 22).

5. Сформулируйте назначение буферов статуса и квитирования в шкафах КП-М (ПС) и КП-Б (ТП).

6. Приведите схему передачи информации от пункта управления до объекта контролируемого пункта с указанием скорости обмена на отдельных участках и формы данных (цифровая, аналоговая).

7. Поясните, как меняется допустимая скорость передачи интерфейса RS-485 в зависимости от длины кабеля связи.

8. Приведите схему связи двух приемопередатчиков RS-485 при работе в полнодуплексном режиме.

9. Поясните, каким образом интерфейс RS-485 обеспечивает подключение до 256 приемников.

10. Постройте временные диаграммы сигналов DI, DO, A, B для интерфейса RS-422.

11. Сравните основные характеристики протоколов промышленных сетей.

12. Приведите уровни напряжений, применявшихся в персональных компьютерах для сигналов MARK и SPACE интерфейса RS-232

13. Приведите содержание битового потока для команды Modbus «установить в 40002-ой регистр подчиненного устройства по адресу 01h значение FFh».

14. Поясните цель выделения областей памяти с адресами 0320h и 0322h для команды ТУ (см. рис. 27).

Библиографический список

1. Сети и службы передачи данных. РД.45.128-2000.

2. Телематические службы. РД 45.129-2000.

3. Инфокоммуникации Российских железных дорог. Состояние и перспективы развития/ Под общ ред. Сазонова В.Н., Липатова С.В, Варякина Л.Е. M.: МАС, 2006.- 192 с.

4. МОДЕМ-УКП. Руководство по эксплуатации. 2СР.432.735РЭ.

5. Сухман С.М., Бернов А.В., Шевкопляс Б.В. Телекоммуникационное оборудование. Принципы построения и рекомендации по применению. «Зелакс», 2001, www.zelax.ru

6. Унифицированные протоколы информационного обмена. Общие технические требования. СО 34.48.160-2004.

7. Спецификация протокола Modbus. http://www.modbus.org/tech.php

8. Краткое описание протокола Modbus. http://www.ellab.ru/russian/ spravochnik_info_006_rus.htm

9.. Устройства систем электроснабжения железных дорог. Общие технические требования. Стандарт ОАО РЖД/Проект, первая редакция.

10. Бень Е. А. RS-485. http://www.mayak-bit.narod.ru/

11. RS-422 and RS-485 Application Note. B&B Electronics. www.bb-europe.com

12. RS-232, RS-423A, RS-442A, RS-449, V.35, X21 b X21bis. http://www.vcl.ru/

13. Преобразователь измерительный многофункциональный АЕТ. Руководство по эксплуатации. 49501860.2.005 РЭ. http://www.alektogroup.com/

Особенности системы АСТМУ-А

Таблица 2

Состав систем телемеханики для устройств электроснабжения электрических ж. д.

Система	Элементная база		Аппаратура телемеханики для
		Подсистема	«большого» объема		«малого» объема
			Телеуправление	Телеконтроль	Телеуправление	Телеконтроль

Лисна

Дискретная

Полупроводниковая

Разделение каналов

Частотное (Лисна-Ч)

Частотное (Лисна-В)

КП ТУ-КП ТС-КП

ТУ-ТС

ДП ТУ-ДП ТС-ДП ТУ ДП (Р) ТС ДП (Р)

МСТ-95

Микросхемы

малой интеграции

Разделение каналов

Частотное (МСТ-Ч)

Частотное (МСТ-В)

КП ТУ-КП ТС-КП ТУ-ТС ДП ТУ-ДП ТС-ДП ТУ ДП (Р) ТС ДП (Р)

АСТМУ-А

Микропроцессоры и микросхемы малой интеграции

КП

КП-Б (ТП) либо терминалы и

промышленный компьютер

КП-М (ПС) либо терминалы и

промышленный компьютер

ДП

Локальная сеть персональных компьютеров

Таблица 3

Распределение частот для каналов связи системы MCT

Канал	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Средняя частота, Гц	450	630	810	990	1170	1350	1530	1710	1890	2070
Канал	11	12	13	14	15	16	17	18	19
Средняя частота, Гц	2250	2430	2610	2790	2970	3150	3330	3510	3690

Примечание. Выделенные курсивом частоты относятся к надтональному диапазону

Рис. 4. Структурная схема АСТМУ-А

Интерфейсы и протоколы

Передача информации в телемеханических системах

При передаче информации в системе телемеханики производится ее преобразование в различных устройствах, например, как представлено на рис. 5.

Для системы диспетчерского управления сообщения носят дискретный характер и при передаче от источника к приемнику кодируются аппаратурой телемеханики. Обычно используется код с возможностью обнаружения ошибки на приемной стороне. Для передачи по линии связи канал связи может выполнить несколько преобразований сигнала. Для аналоговых каналов связи производится модуляция несущего сигнала полученным кодом таким образом, чтобы уложиться в заданный частотный диапазон, например, тональный ТЧ. Более сложные преобразования потребуются для синхронной цифровой иерархии (см. рис. 1).

Рис. 5. Упрощенная схема передачи информации в системе телемеханики

Для описания и сравнения друг с другом процедур обмена информации между техническими системами широко применяется эталонная модель взаимосвязи открытых систем (модель OSI). Эталонная модель не содержит протоколов, а лишь определяет 7 уровней взаимодействия. Для систем телемеханики стандартизованы три уровня, которые соответствуют уровням 7, 2 и 1 модели OSI (ГОСТ Р МЭК 870, ГОСТ Р МЭК 60870).

Соответствие уровней между системой телемеханики по стандарту ГОСТ Р МЭК 870-101-2001 и моделью OSI приведено в табл. 4.

Таблица 4

Уровни взаимодействия телемеханической системы

ГОСТ Р МЭК 870-101-2001	Модель OSI
Блоки данных прикладного уровня ASDU	7 уровень. Прикладной
Процедуры передачи по каналу. Форматы кадра передачи	2 уровень. Канальный
Двоичный симметричный канал без памяти. Передается битовый поток.	1 уровень. Физический

Физический уровень обеспечивает передачу битового потока. Используется передача без памяти, при которой сигнал, определяемый каждым передаваемым битом, не зависит от передаваемых до этого бита сигналов.

К физическому уровню относится сопряжение устройства телемеханики с каналом связи (на рис. 5 обозначено точками А и Б). Границу раздела рассматриваемых систем или отдельных частей системы, через которую передается информация, принято называть интерфейсом. При описании интерфейса применяется специфичная терминология. В рамках этой терминологии аппаратура передачи данных телемеханики является оконечным оборудованием данных (DTE – Data Terminal Equipment). Аппаратно-программные средства, которые входят в состав сети электросвязи, называют аппаратурой окончания канала данных (DCT – Data Circuit Terminating equipment, иногда обозначают также DCE – Data Communication Equipment). Для системы АСТМУ-А в качестве DTE будем рассматривать контроллер МК-Д или связной компьютер ПУ. В качестве DCT – модем или мультиплексор. Назначение и обозначения минимально необходимых цепей интерфейса между модемом и устройством телемеханики приведены в табл. 5.

Таблица 5

Основные цепи интерфейса DTE-DCT

X.24/X.27	Аббревиатура	EIA-RS-232	V.24	Назначение цепи
G	SG	AB	102	Сигнальная земля
T	TD	BA	103	Передача данных от телемеханики к модему
R	RD	BB	104	Прием данных телемеханикой от модема

Канальный уровень обеспечивает задание последовательности кадрам сообщений, обнаружение ошибок синхронизации и размера кадра. В функции канального уровня входят опросы КП, передача квитанций, повторы при искажениях в канале. По ГОСТ Р МЭК 870-5-1-95 предусмотрено 3 класса услуг канального уровня: S1 – посылка без ответа, S2 – посылка/подтверждение, S3 – запрос/ответ.

В АСТМУ-А используется класс S3. Эта услуга представляет собой получение информации от контролируемого пункта по запросу пункта управления, т.е. используется для процедуры «чтение». При невозможности передачи сообщения контролируемый пункт отвечает отрицательной квитанцией. При обнаружении ошибки при приеме ответа или при приеме отрицательной квитанции запрос повторяется оговоренное число раз, после чего на вышестоящий уровень протокола передается сигнал о неисправности системы.

Порция информации, сформированная канальным уровнем из данных, поставляемых уровнем приложения, обычно называется кадром.

Прикладной уровень определяет режим запуска передачи и основные функции пользователя. В системе АСТМУ-А в основном используется режим запуска передачи «по запросу». В этом случае ПУ запрашивает КП для передачи информации о действительном состоянии объектов. Возможности прикладного уровня задаются программным обеспечением операторской станции диспетчера. Обычно они включают функции инициализации и синхронизации контролируемых пунктов, сбор данных, команды управления, передачу параметра для КП.

Дата: 2018-11-18, просмотров: 844.

12 3 4 5 6 7 8 Следующая ⇒