Введение
Современный уровень развития науки и техники обуславливает внедрение во все области хозяйственной деятельности высоких информационных технологий, которые базируются на бурном росте достижений в области микроэлектроники, схемотехники и разработке программного обеспечения.
Эти достижения служат основой развития микропроцессорных средств автоматизации, которые широко внедряются во все сферы общественного хозяйства, как в промышленную, так и непромышленную сферу. Применение микропроцессорных средств в промышленности позволят создавать системы управления технологическими процессами, как на локальном уровне, так и на уровне многоконтурного и многоуровневого управления сложными технологическими объектами. Микропроцессорные средства используются также в сельском хозяйстве, на транспорте, в области коммуникаций, в жилищно-коммунальном хозяйстве.
Важную роль играют микропроцессорные средства в области энергетики, и, в частности, электроэнергетики. С использованием современных цифровых технологий строятся системы контроля и учета электроэнергии, системы релейной защиты электроэнергетических систем, системы автоматического учета и регистрации аварийных событий.
Для повышения эффективности и надежности электроснабжения применяются новейшие разработки в области энергетики, и в первую очередь – современные устройства микропроцессорной релейной защиты и автоматики (МРЗА).
Микропроцессорные системы управления и защиты имеют следующие преимущества по сравнению с традиционными электромеханическими системами:
- повышенная надежность;
- минимальные массогабаритные показатели;
- надежная защита окружающей среды;
- возможность простого расширения функций при последующей реконструкции и развитии электрических сетей;
- минимальный срок окупаемости оборудования за счет уменьшения расходов на установку, наладку и обслуживание системы защиты и управления.
Надежность системы энергоснабжения достигается многократным резервированием и постоянным контролем исправности устройств как автоматически, так и оператором рабочей станции или дежурным персоналом подстанции. В результате автоматически и дистанционно локализуются повреждения и, тем самым, сводится к минимуму ущерб от перерывов энергоснабжения.
Для увеличения быстродействия могут применяться специальные устройства, производящие локальную обработку информации, без передачи ее на более высокие уровни системы, которые автоматически формируют управляющие команды.
В энергосистемах России используются микропроцессорные устройства разных фирм-изготовителей: СП «АВВ - Реле - Чебоксары», Alstom, Schneider-Electric, НПФ «Радиус», НТЦ «Механотроника». На объектах электроэнергетики внедряются МП–устройства РЗА разных типов, например такие, как БМРЗ, SPAC, SPAD, REL, Spam, RET, Sepam, «Сириус», «Орион».
Система управления, в общем укрупненном виде, содержит следующие элементы: первичные измерительные преобразователи или датчики, устройства воздействия на процесс или исполнительные устройства (ИУ), устройства связи с объектом (УСО), устройства управляющее сбором информации и выполняющее первичную обработку данных – контроллер (К), устройства обеспечивающее конечную обработку информации (учет, формирование управляющих воздействий, визуализацию, архивирование) – промышленный компьютер (ПК). Обобщенная схема представлена на рис. В1.
Рис. В1. Общий вид структурной схемы цифровой системы управления
Кроме того на рис. В1. обозначено: М Вв – модули ввода, М Выв – модули вывода (модули ввода/вывода образуют устройство связи с объектом), ПИ – преобразователь интерфейса, ТОУ – технологический объект управления.
Функциональные требования к системе определяют ее структуру и состав. Так, при отсутствии необходимости воздействовать на процесс, не реализуется канал управления протеканием процесса. Если вычислительных возможностей контроллера достаточно для управления и не требуется визуализация хода процесса, исчезает потребность в ПК и ПИ. В ином случае могут добавляться дополнительные компьютеры, т.е. создаваться дополнительные верхние уровни системы.
Кроме вышеперечисленных устройств схема содержит каналы связи, обозначенные на рис. В1 пронумерованными стрелками. Цифрой 1 обозначены каналы с естественным сигналом, цифра 2 указывает линии с унифицированным аналоговым сигналом. В линиях связи между контроллером и модулями ввода/вывода (3) применяются различные типы цифровых сигналов, цифрой 4 обозначен цифровой канал связи типа «полевая шина». Для связи преобразователя интерфейса (ПИ) с персональным компьютером используется системный интерфейс связи с периферийными устройствами.
Таким образом, схема на рис. В1 показывает в самом общем виде структуру микропроцессорных средств автоматизации, которая может быть адаптирована к различным функциональным требованиям.
Задачей курса «Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем» является изучение микропроцессорных средств, которые применяются при создании устройств, показанных на рис. В1, а также интерфейсов, объединяющих эти устройства в единую систему.