Каналы связи автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии. Общие требования к каналам связи (вопрос 15)

15. Каналы связи автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии. Общие требования к каналам связи

Успешную работу средств АСКУЭ обеспечивают различные каналы связи. Отсутствие каналов связи или их плохое состояние может привести к сдерживанию и малоэффективному использованию комплекса АСКУЭ. А также полному выводу системы из строя. 

Выбор каналов связи, а также выбор оборудования связи производится на стадии проектирования АСКУЭ с учетом требования обеспечения служебной и технологической связи с объектами.

АСКУЭ может базироваться на различных интерфейсах и каналах связи. Коммуникационной средой между счетчиком и УСПД могут являться следующие интерфейсы:

1. ИРПС – токовая петля
2. RS232
3. RS485
4. Ethernet
5. CAN
6. GSM
7. PLC (для бытового сектора, сеть 0,4кВ)
8. RF или ZigBee (радиоканал)

Коммуникационной средой между УСПД и серверами верхнего уровня является:

1. структурированная кабельная сеть, 
2. телефонная сеть с коммутируемыми каналами, 
3. Ethernet,
4. GSM,
5. оптоволоконная связь, 
6. радио связь,
7. интернет.

Организация канала связи в коммуникационной среде осуществляется программными и аппаратными методами.

Требования к каналам связи

Связь между уровнями АСКУЭ должна осуществляться по каналам связи, обеспечиваю­щим дистанционный сбор и обмен ЧРИ по стандартным интерфейсам и протоколам обмена типа «запрос-ответ». Передачу ЧРИ с нижнего уровня АСКУЭ на верхний следует производить по запро­су этих ЧРИ с верхнего уровня (с компьютера, с УСПД).

Техническая реализация каналов связи в АСКУЭ и используемые протоколы передачи ЧРИ должны обеспечивать минимальные задержки при их передаче с нижнего уровня на верхний с минимальной временной задержкой, не превышающей 50 % от интервала автоматического сбора ЧРИ.

Цикл опроса считается законченным, когда ЧРИ всех средств измерений помещаются в БД ЦСОД.

Передача ЧРИ с нижнего уровня АСКУЭ на ЦСОД допускается только с СИ измерительного компонента АС и (или) средств учета электроэнергии компонента АС сбора и обработки данных - УСПД.

Связь между средним уровнем АСКУЭ и ЦСОД должна строиться на основе быстродейст­вующих каналов связи, включая выделенные собственные и арендуемые проводные каналы, волоконно-оптические и радиоканалы.

Для обеспечения надежной связи между средним уровнем АСКУЭ и ЦСОД рекомендуется ис­пользовать не менее двух каналов связи: основного и резервного.

Рекомендуется использовать УСПД, содержащие несколько цифровых интерфейсов ниж­него уровня АСКУЭ для подключения электронных счетчиков и два или более интерфейса верхнего уровня для передачи ЧРИ на верхние уровни разных систем учета или одной системы учета, но по различным каналам связи (основному и резервному).

Для обеспечения связи между средним уровнем АСКУЭ и ЦСОД рекомендуется использовать:

1. локальную сеть Ethernet (проводная, оптическая, радио-Ethernet);
2. выделенные или коммутируемые телефонные линии связи (модемы);
3. систему связи регионального сотового оператора (GSM-GPRS);
4. радиоканалы.

Определение типов каналов связи в качестве основного и резервного должно производиться на этапе разработки проекта АСКУЭ, исходя из цикла опроса и количества установленных на объекте электронных счетчиков.

Доступ ЦСОД к ЧРИ в УСПД допускается производить по интранет-технологиям с использованием пространства интернет-адресов (IP-адресов).

Для передачи ЧРИ от АСКУЭ в ЭО рекомендуется использовать:

1. выделенные или коммутируемые телефонные линии связи (модемы);
2. систему связи регионального сотового оператора (GSM-GPRS),
3. радиоканалы.

Тип канала связи определяет ЭО.

Для сбора данных от электронных счетчиков в АСКУЭ на уровень УСПД рекомендуется использовать:

1. проводные каналы на основе экранированного кабеля (витая пара, коаксиальный кабель);
2. систему связи регионального сотового оператора (GSM-GPRS);
3. радиоканалы;
4. каналы связи на основе внутридомовой электропроводки напряжением 0,4 кВ.

Детальные требования к средствам связи АСКУЭ должны устанавливаться в технических условиях и технических заданиях на проекты конкретных АСКУЭ.

Интерфейсы

RS232 – стандарт последовательной асинхронный передачи двоичных данных между терминалом DTE (DataTerminalEquipment)  и коммуникационным устройством DCE (DataCommunicationEquipment).

RS232 – интерфейс передачи информации между двумя устройствами на расстояние до 15м. Информация передается по проводам цифровым сигналом с двумя уровнями напряжения. Логическому "0" соответствует положительное напряжение (от +5 до +15 В для передатчика), а логической "1" отрицательное (от -5 до -15 В для передатчика). Асинхронная передача данных осуществляется с фиксированной скоростью при самосинхронизации фронтом стартового бита.

По структуре это обычный асинхронный последовательный протокол, то есть передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а принимающая отслеживает их и запоминает.

Данные передаются пакетами по одному байту (обычно 8 бит).

Вначале передаётся стартовый бит, противоположной полярности состоянию незанятой (idle) линии, после чего передаётся непосредственно кадр полезной информации, от 5 до 8 бит.

Увидев стартовый бит, приемник выжидает интервал T1 и считывает первый бит, потом через интервалы T2 считывает остальные информационные биты. Последний бит — стоповый бит (состояние незанятой линии), говорящий о том, что передача завершена. Возможно 1, 1,5 или 2 стоповых бита.

В конце байта, перед стоп битом, может передаваться бит чётности (paritybit) для контроля качества передачи. Он позволяет выявить ошибку в нечетное число бит (используется, так как наиболее вероятна ошибка в 1 бит).

RS485 – Recommended Standard 485. (EIA485 – Electronic Industries Alliance) – стандартфизическогоуровнядляасинхронногоинтерфейса. Регламентирует электрические параметры полудуплексной многоточечной дифференциальной линии связи типа общая шина. Самый распространенный в настоящее время и надежный способ построения АСКУЭ, подходящий как для бытовой, так и для промышленных сфер. В стандарте RS485 для передачи и приема данных используется одна витая пара проводов, иногда сопровождаемая экранирующей оплеткой или общим проводом. Передача данных осуществляется с помощью дифференциальных сигналов.

Разница напряжения между проводниками одной полярности означает логическую единицу, разница другой полярности – нуль.

Электрические и временные характеристики интерфейса:

1. До 32 приемо-передатчиков в одном сегменте сети.
2. Максимальная длина одного сегмента сети- 1200 м.
3. Только 1 передатчик активный.
4. Максимальное количество узлов в сети – 256 с учетом магистральных усилителей.

Характеристика скорость обмена/длина линии связи – 62,5кбит/с – 1200м (1 витая пара), 375кбит/с – 300м (1 витая пара), 2400 кбит/с – 100м (2 витые пары), 10000 кбит/с – 10 м (2 витых пары).

Ethernet

Пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протокол управления доступом к среде осуществляется на канальном уровне.

CAN – сеть контроллеров. Стандарт промышленной сети ориентированный на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. Режим передачи – последовательный широковещательный пакетный. Под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары. Передача ведется кадрами, которые принимаются всеми узлами сети.

PLC интерфейс менее надежный, чем RS485. Данные со счетчиков в случае применения PLC (PowerLineCommunication) передаются по тем самым проводам, по которым к потребителю подводится питающее всю бытовую технику напряжение 220В. Непосредственно от счетчика данные поступают на УСПД, а далее на компьютер для непосредственной обработки. Использование в качестве канала связи электросети ставит задачей избежать необходимости прокладки дополнительных линий связи и, тем самым, удешевить создаваемую АСКУЭ.

Сеть может передавать голос и данные, накладывая аналоговый сигнал поверх стандартного переменного тока частотой 50 (60) Гц. 

PLC включает:

- BPL (широкополосная передача через линии электропередач, обеспечивающая передачу данных со скоростью более 1 Мбит/с).

- NPL (узкополосная передача через линии электропередач со значительно меньшими скоростями передачи данных).

Комплект PLC-концентраторов в подстанции 0,4кВ по одному на фазу. Показания счетчиков поступают в буфер концентратора и остаются в нем до момента вытеснения новыми данными.

Преимущества:

1. Простота использования

2. Не требуется прокладка отдельного кабеля

3. Более стабильная связь, чем при использовании WiFi.

Недостатки:

1. Пропускная способность сети по электропроводке делится между всеми ее участниками. Например, если в одной PowerLine сети 2 пары адаптеров активно обмениваются информацией, то скорость обмена для каждой пары будет составлять 50% от общей пропускной способности.

2. Не работает через сетевые фильтры и ИБП.

3. СовременныйPowerLine адаптеры сильно греются

4. На качество связи отрицательное влияние могут оказывать дешевые импульсные БП, зарядные устройства и т.д.

5. Отрицательное влияние оказывает качество электропроводки