Для передачи информации от контролируемых пунктов (КП), т.е. подстанций и электрических станций, к пунктам управления (ПУ) используются устройства телемеханики и линии связи.

Информация может передаваться в аналоговом виде или в виде цифровых кодов. Аналоговая информация подвержена помехам, поэтому сейчас уже практически не применяется. Цифровые сигналы в виде 0 и 1, формирующие каждый разряд двоичного кода, называемый битом, обеспечивают высокую помехоустойчивость за счет четкого разделения уровней 0 и 1. Для передачи 0 и 1 может использоваться постоянный ток или переменный, в котором признаками различия двоичных сигналов может быть амплитуда, частота и т.п.

Физическая среда, по которой идет передача сигналов, называется линией связи. Она характеризуется скоростью передачи информации, измеряемой в Бодах, причём 1Б = 1 бит/с.

В качестве линий связи могут использоваться телеграф, телефон, радиосвязь и УКВ, ЛЭП со специальной высокочастотной (ВЧ) обработкой, оптоволоконные линии и спутниковая связь. Самые медленные линии – телеграфные, самые быстрые – оптоволоконные. Сейчас уже практически не используют в качестве линий связи телеграф и телефон.

ЛЭП для передачи сигналов используется уже давно, для этого на линии размещается аппаратура связи (рисунок 3.17), включающая ВЧ заградитель, КС – конденсатор связи; ЗН – заземляющие ножи, используемые для вывода в ремонт аппаратуры; ФП – фильтр присоединения; АП – аппаратура связи. Каналы связи работают на несущих частотах в диапазоне 300…500 кГц.

Рисунок 3.17

Радиосвязь осуществляется на коротких (11…120 м) и длинных (200…2000 м) волнах. Но применяется редко из-за высокой чувствительности к погодным условиям, влияющим на качество передачи. Преимущество получила радиорелейная связь на частоте УКВ диапазона с системой ретрансляторов, располагаемых на расстоянии 40…60 км,  

Оптоволоконные линии связи (ОВЛС) получают сегодня наиболее широкое распространение как наиболее перспективные. В 1977 г. в США появилась первая телефонная система на этой основе. Структуру связи можно представить по рисунку 3.18, где ПД – передатчик, преобразующий цифровой сигнал в оптический; ПР – приемник, в котором оптический сигнал преобразуется в цифровой, и оптоволоконный кабель (ОВК).

:

Рисунок 3.18

Для передачи используется видимый спектр с частотами f = 10¹³…10¹⁴ Гц.  Распространение оптического сигнала внутри оптического канала  основано на принципе преломления света. Каждая физическая среда характеризуется коэффициентом преломления:

,

где с – скорость света в вакууме;

v – скорость света в среде.

Коэффициенты преломления для вакуума n = 1, для алмаза n = 2,5; для кварца n = 1,47 и  для стекла n = 1,6. Для ОВК обычно используется кварц и стекло и видимый свет с частотой 10¹³…10¹⁴ Гц. Источником света в передатчике ПД являются  светоизлучающие диоды или лазеры.

На рисунке 3.19 показано распространение светового луча при n1=1,46 и n2=1,48

Рисунок 3.19

В состав ОВЛС входят специальные оптические муфты, которые обеспечивают соединение,  разветвление сигнала или его переключение.

По одной линии можно организовать несколько каналов передачи. Для этого используются разделения:

– временное по принципу  шагового искателя

Данное разделение имеет предельно простой принцип, но требует четкой синхронности переключений на отправном и приемном концах. Сегодня вместо ШИ используются электронные коммутаторы.

– частотное, при котором  каждый канала настроен на свою несущую частоту в высокочастотном диапазоне 300…500 кГц В распределительных силовых сетях применяется система связи в диапазоне частот f_i = 140…3400 Гц с шагом между соседними  каналами в 120 или 240 Гц, что обеспечивает скорости 50 или 100 бод .

Основная аппаратура частотного разделения каналов по ЛЭП высокого напряжения показана на рис. 3.21,  где Ф – фильтр; М – модулятор; ДМ – демодулятор; ЛС – линия связи

Рис. 3.21

.

Необходимыми элементами этого разделения является генераторы несущих частот, устройства модуляции. На приемном конце обязательны фильтры и демодуляторы.

Информацию, передаваемую по линиям связи делят на известительную и распорядительную.

1. Известительная передается от контролируемого пункта (КП) в пункт управления (ПУ) и  включает:

а) телесигнализацию (ТС) – информацию о положении аппаратов с двумя устойчивыми состояниями (выключатель, разъединитель, дверь и т.п.);

б) телеизмерения (ТИ) – информацию о параметрах технологического процесса, которая подразделяется на текущую ТИ (ТИТ) и интегральную ТИ (ТИИ) – расходы энергии, расходы энергоресурсов и т.п.;

в) аварийно-предупредительная сигнализация (АПС);

2. Распорядительная передается от ПУ к КП:

а) телеуправление (ТУ) – информация для изменения состояния аппаратов;

б) телерегулирование (ТР) – информация об уставках параметров технологических процессов для локальных регуляторов;

в) сигналы ТУ (включение, выключение выключателей и т.п.).

Режимы работы линии связи между ПУ и КП:

1) симплексный, когда передача идет в одном направлении (достаточно одного провода) часто от КП в ПУ;

2) дуплексный режим – передача одновременно в двух направлениях (необходимо как минимум два провода);

3) полудуплексный режим – режим, при котором в один период данные передаются от КП к ПУ, а в другой – от ПУ к КП.

При работе с несколькими каналами возможна:

1) передача с циклическим опросом каналов;

2) спорадически, применяется в первую очередь для ТС, когда в ПУ передается только изменившаяся информация, при этом циклически до поступления с ПУ сигнала квитирования.

Обеспечение передачи осуществляется с помощью устройств телемеханики (УТМ), которые обеспечивают сбор информации на КП, обработку, выдачу в линию связи и прием ее с линии связи в ПУ.

Принципиальная схема УТМ:

Рис. 3.22

Источник информации для ТС – блок-контакты выключателей, контакты дверной блокировки и т.п. Для ТИ – аналоговые сигналы с преобразователей типа Е или цифровых. Управляющие сигналы на выключатель подаются через контакты реле повторителей, входящих в комплект УТМ. В ПУ информация о ТС приводит к изменению цвета выключателя на мнемосхеме ДЩ, зажиганию сигнальной лампы и т.п. Данные по ТИ изображаются на цифровых индикаторах. ТС и ТИ записываются в базу данных, архивируются и могут использоваться для анализа режима. Источником сигнала для ТУ может служить рабочая станция на ЭВМ с изменением состояния на экране с помощью мышки.

УТМ КП и ПУ различны и содержат разные функциональные блоки и строятся с использованием ЭВМ или МП. Самое первое отечественное устройство– ГРАНИТ появилось в 80-е голы. На одно ПУ подключается до 16 КП. В ГРАНИТЕ используется 8-разрядный АЦП, что сегодня не обеспечивает необходимой точности. Осуществляется переход к 12-разрядным АЦП, что существенно повысит точность. Примером такого УТМ может служить  КОМПАС ТМ.

КОМПАС ТМ – комплект программно-аппаратных средств телемеханики предназначен для построения телемеханических комплексов различной конфигурации для сбора информации и управления объектами энергетического хозяйства.

Структура комплекта показана на рис. 3.23.

Рис. 3.23

Основными элементами комплекта являются устройства контролируемого пункта малогабаритные (УКПМ), предназначенные для ввода сигналов от датчиков телесигнализации (ТС), аналоговых измерительных преобразователей типа Е (ТИТ), ввода импульсных сигналов от датчиков и счёта числа импульсов (ТИИ), вывода сигналов телеуправления (ТУ) и для обмена информацией с устройствами пункта управления (ПУ).

Объём телеметрии для выпускаемых УКПМ представлен в таблице 4.

Таблица 4

УКПМ имеет аппаратный блок (АБ), блок клемных соединений (БКС) и блок реле повторителей (БРП), который предназначен для усиления и распределения управляющих сигналов и коммутации исполнительных цепей приводов механизмов. Контакты исполнительных реле обеспечивают на напряжении 220 В включение нагрузки с установившимся током до 2 А.

Аппаратный блок пункта управления (АБПУ-М) предназначен для обмена информацией с устройствами КП, устройствами ПУ нижележащих, смежных и вышележащих уровней, с ПЭВМ рабочих станций (РС) и с блоками отображения телеметрии на мнемоническом диспетчерском щите (ДЩ).

Комплект совместим со старыми устройствами телемеханики типа ТМ-120-1, ТМ-120-1.М, ТМ-512 и др. Максимальное число обслуживаемых УКПМ до 128, что позволяет обеспечивать сбор информации и управление в больших и сложных системах.

Разветвитель канальный (РК) предназначен для объединения в единый канал до восьми приёмных каналов тональной частоты (ТЧ).

Аналогичную архитектуру и элементную базу имеет и телекомплекс «Уктус», разработанный и выпускаемый в Екатеринбурге.

Приведем также некоторые данные по телекомплексу «Гранит», который выпускается уже более 20 лет и сегодня в системе АСДУ является ещё наиболее распространенным. В этот комплекс впервые для обработки информации были введены две микро-ЭВМ, что позволило назвать его интеллектуальным. Встроенные в шкаф ПУ эти ЭВМ в режиме взаимного резервирования обеспечивают программную обработку, прием, передачу и отображение разнородной информации. Шкафы КП устанавливаются на объектах без обслуживающего и с обслуживаемым персоналом и обеспечивают ввод, вывод и ретрансляцию разнообразной телеметрии от однотипных или других устройств телемеханики без предоставления ее местному персоналу.

Комплекс может включать любое количество КП в пределах 128 комплектов и несколько ПУ, для связи между которыми могут применяться радиальные и магистральные каналы связи. Возможность организации связи между ПУ позволяет создавать многоуровневые, иерархические системы.

Разрабатываются различные устройства для распределения сетей.

Устройство сбора данных УСД (телемеханическое УСД – ТМ), производитель НПО «Автоматика» (рис.3.24).

Рис. 3.24

УСД предназначено для построения комплексов телемеханики, служит для сбора информации на КП, может интегрироваться практически со всеми устройствами телемеханики. Обеспечивает сбор ТС, ТИТ и ТУ, а также ретрансляцию. Максимальная емкость: ТС – 224, ТИТ – 128, ТУ – 128.

Скорость передачи данных 100…9600 бод.

Уровни входных сигналов от датчиков могут быть 100мВ…10В и 0…20 мА. Контакты реле повторителя рассчитаны на 220 В и 0,25 А. ТС осуществляется через оптопары. Шины RS-485 допускают подключение и цифровых устройств.

Для решения различных задач автоматизации в энергетике широко используется программно-технический комплекс ПТК–Нева, разработанный НПФ «Энергосоюз». Сначала он предназначался для регистрации аварийных сигналов. Основной блок БРКУ (блок регистрации и контроля управления) позволяет контролировать мгновенные значения токов и напряжений с датчиков типа ЭП, допускающих по току 20 кратное увеличение. Допускается контроль нормального режима с датчиков типа Е с входными сигналами 0…5 мА и 4…20 мА. Позволяет контролировать сигналы с сухих контактов реле или счетчиков.

Комплектация шкафов позволяет обеспечивать 16…64 входов от ЭП, 48…96 входов для датчиков типа Е и до 268 дискретных входов.

ПТК допускается подключение нескольких БРКУ в единую систему. Сегодня возможности ПТК расширены и допускают подключение цифровых счетчиков для целей технического и коммерческого учета, имеют программное обеспечение, позволяющее формировать удобную систему отображения информации. Для анализа аварийных процессов позволяет строить векторные диаграммы, анализировать кривые тока и напряжения.