Вторичные средства контроля и учета электроэнергии (вопрос 13)

13. Вторичные средства контроля и учета электроэнергии

Устройство сбора и передачи данных (УСПД).

УСПД – специализированное средство группового учета электроэнергии, используемое в АСКУЭ на среднем уровне для:

- автоматического, с программируемой периодичностью, запроса и приема данных приборного учета от группы подключенных к нему по цифровым интерфейсам счетчиков; 

- хранения накопления и обработки этих данных учета, передачи их по каналу связи на уровень вторичных универсальных средств приборного учета (верхний уровень), в ЦСОД в соответствии с конкретными проектами АСКУЭ;

- передачи в обратном направлении служебных или иных данных, например, синхронизация часов электронных счетчиков.

УСПД подразделяются в зависимости от выполняемых ими преобразований на 2 вида: с групповой обработкой результатов измерений и без групповой обработки.

УСПД должно работать при следующих условиях эксплуатации:

−температура окружающего воздуха от минус 40 до плюс 55°С;

−относительная влажность воздуха не более 90% при температуре 30°С и более низких температурах без конденсации влаги;

−атмосферное давление от 84 до 107 кПа;

−отсутствие в окружающем воздухе агрессивных паров и токопроводящей пыли.

Назначение и функции УСПД в АСКУЭ.

УСПД предназначено для использования в автоматизированных информационно-измерительных системах коммерческого и технического учета электроэнергии и мощности. 

УСПД предназначено для выполнения в автоматическом режиме следующих функций:

−сбор информации со счетчиков электрической энергии и интеллектуальных датчиков по цифровым интерфейсам RS-485, RS-232;

−сбор информации со счетчиков электроэнергии, оснащенных импульсными телеметрическими выходами; 

−обмен данными по интерфейсам RS-232, RS-485, Ethernet 10/100 Мбит;

−обработка, запоминание, архивирование и отображение принятой информации в соответствии с заданной конфигурацией параметров УСПД, и передача обработанной информации в центр сбора информации;

−автоматическая корректировка текущего времени и календарных данных счетчиков электроэнергии, имеющих цифровой интерфейс;

−самодиагностика.

УСПД обеспечивает:

1. Ведение многотарифного учета
2. Возможность контроля превышения заданных значений расхода электроэнергии за определенные интервалы времени и заданных значений мощности в определенных тарифных зонах

УСПД может обеспечивать энергонезависимое хранение во встроенной БД:

- суточных графиков

- нагрузки средней мощности за интервал интегрирования (30 минут) по каждому каналу измерения на глубину хранения не меньше 35 суток, по каждой группе учета на глубину хранения не менее 3 месяцев.

- Значений расхода электроэнергии за сутки по каждому каналу измерения и группы учета не менее 35 суток

- Возможность задания параметров настройки УСПД с ПК через оптопорт или с помощью встроенной клавиатуры и индикатора, расположенных на панели УСПД.

- Обеспечивает архивацию информации: просмотр текущих и архивных значений параметров.

- Ведение журнала событий с привязкой к дате и времени наступления событий. Сохранность памяти программ и данных при пропадании питания на время меньше 10 минут.

- Защиту ПО и измерительной информации от несанкционированного изменения параметров путем введения паролей и ….

В журнале событий УСПД фиксируются следующие события.

1. Пропадание и восстановление Uп
2. Изменение параметров настройки УСПД при работе со счетчиком и параметров настройки ПО УСПД.
3. Сеансы санкционированного и несанкционированного доступа
4. Автоматический перезапуск УСПД и перезапуск по инициативе оператора.
5. Пропадания каналов связи и восстановление связи
6. Отсутствие доступа к данным счетчиков и восстановление доступа
7. Ошибка в работе УСПД.

Структурная схема УСПД.

УСПД представляет собой специализированный микропроцессорный контроллер, состоящий из основного блока, пульта управления и кроссового блока. Структурная схема УСПД:

Пульт управления имеет в своем составе ЖК-индикатор и клавиатуру и предназначен для ввода и отображения информации УСПД. 

Кроссовый блок состоит из: 

• блока питания; 
• блока шинных формирователей; 
• зажимной платы. 

Блок питания представляет собой импульсный источник питания от переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц. 

В состав блока шинных формирователей в зависимости от исполнения прибора могут входить: 

• преобразователь уровня CAN; 
• преобразователь уровня RS-232 или преобразователь уровня RS-485;
• преобразователь уровня RS-232. 
• В состав основного блока входят: 
• микроконтроллер (микропроцессор); 
• буфер адреса и буфер данных; 
• статическое ОЗУ; 
• часы реального времени; 
• ПЗУ.

Принцип работы УСПД.

УСПД  является   цифровым устройством, работающим   под   управлением  встроенного  микропроцессора.  Принцип   работы УСПД  основан на   преобразовании   сигналов измерительной информации (информация о значениях физических величин) в значения физических параметров, расчете мгновенных и интегральных  значений   параметров   и хранении измеренной и расчетной информации в архивах. 

Рабочий   цикл функционирования УСПД   представляет   собой  последовательность операций: 

• измерение значений   электрических сигналов   измерительной информации, поступающей на входы измерительных каналов; 
• обработка и  преобразование   измерительной  информации в  расчетные  и промежуточные величины; 
• определение интегральных  (средних)  значений параметров; 
• периодическое архивирование информации; 
• тестирование  работоспособности УСПД; 
• выдача  управляющих  сигналов   по  результатам обработки  информации  или  выдача  сообщений  о происходящих событиях; 
• взаимодействие  по линиям связи с  центром сбора данных; 
• опрос  цифровых счетчиков  электроэнергии  (по каналам  RS-485) и  счетчиков с  импульсными  телеметрическими  выходами (по каналам  ТС/ ТИИ). 

Обработка измерительной  информации  осуществляется   по заданным алгоритмам. 

УСПД обеспечивает периодическую синхронизацию времени от сервера  центра сбора информации  как в  самом УСПД (при каждом запросе  данных), так и  в счетчиках, обслуживаемых данным УСПД. Корректировка  времени счетчиков производится   обязательно один раз в сутки на величину не более  чем  2 мин. Синхронизация времени   в  счетчиках происходит в случае,  когда расхождение текущего времени  счетчика и времени УСПД превысит 1 с. 

События, влияющие  на   работу  УСПД,  а   также  информация  о  корректировке времени   УСПД  и  счетчиков  и изменении   параметров   настройки УСПД   фиксируются   в журнале событий   УСПД   и могут  просматриваться  обслуживающим персоналом  с   помощью программного обеспечения центра сбора информации. 

Устройство  и работа составных  частей. 

1. Модуль процессора. 

В качестве модуля процессора в УСПД используются микропроцессоры, которые представляют собой РС-совместимые одноплатные компьютеры, выполненный в конструктиве стандарта РС104 и предназначенный для использования в качестве вычислителя в системах контроля и управления.

Модуль процессора выполняет следующие функции:

• обработка получаемой информации; 
• управление  работой УСПД; 
• взаимодействие  с внешними устройствами. 

Модуль процессора может поддерживать следующие  интерфейсы: 

• интерфейс IDE; 
• интерфейс PS/2; 
• USB-порт;
• LPT-порт  (периферийная шина); 
• локальная шина расширения спецификации РС104; 
• сетевой интерфейс Ethernet 10/100  Мбит; 
• интерфейс  RS-232; 
• интерфейс RS-232/RS-485. 

2. Узел питания включает в себя: 

• преобразователь AC/DC; 
• преобразователь DC/DC. 

3. Модуль интерфейса RS-232.

Модуль интерфейса  RS-232  предназначен  для  реализации   последовательного интерфейса  RS-232, используемого  для подключения   различных   внешних  устройств  (ПК,  модем, и  др.).

4. Преобразователь RS-232/RS-485.

Преобразователь RS-232/RS-485 служит для преобразования   сигналов интерфейса RS-232 в сигналы интерфейса RS-485.

5. Панель управления.

Панель управления предназначена для настройки  параметров УСПД, индикации измеренных параметров и состояния УСПД и содержит:

• клавиатуру, предназначенную   для  ввода параметров   и  управления режимами  индикации;
• индикатор, предназначенный для отображения информации о работе УСПД;
• оптический порт, предназначенный для считывания информации, накопленной в УСПД.

Технические характеристики УСПД.

УСПД является восстанавливаемым, многоканальным, многофункциональным изделием, работающим в непрерывном режиме.

УСПД с помощью внешнего модемного оборудования и радиостанций может поддерживать обмен информацией по следующим каналам связи:

−полудуплексным радиоканалам;

−по физическим двухпроводным  линиям связи;

−по выделенным или коммутируемым телефонным каналам;

−по локальной сети Ethernet.

Скорость передачи информации определяется характеристиками каналов и используемыми модемами.

УСПД обеспечивает сбор и передачу данных по интерфейсам RS-485, RS-232, Ethernet 10/100 Мбит и через оптический порт.

Скорость передачи информации по интерфейсам RS-485, RS-232 выбирается из ряда 1200, 2400, 4800, 9600 и 19200 бит/ с.

К одному интерфейсу RS-485 допускается подключать не более 31 устройства.

Скорость обмена данными через оптический порт составляет 9600 бит/с.

Питание УСПД может, осуществляется:

−от сети переменного тока частотой (50 ± 1) Гц и напряжением от 127 до 250В;

−от сети постоянного тока напряжением от 180 до 250В;

−от источника питания постоянного тока с диапазоном изменения напряжения от 10,8 до 14,1В в случае пропадания напряжения питающей сети переменного тока или в случае пропадания напряжения питающей сети постоянного тока.

Интерфейсы, используемые при подключении УСПД.

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 структурированная кабельная сеть, телефонная сеть с коммутируемыми каналами, Ethernet, GSM, оптоволоконная связь, радио связь или интернет.

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

Требования к устройствам сбора и передачи данных.

Устройство сбора и передачи данных (УСПД) – это микропроцессорное устройство (контролер), используемое на промежуточном уровне АСКУЭ и предназначенное для запроса и приема данных измерения и учета с нижнего уровня АСКУЭ (от группы счетчиков) по цифровым интерфейсам, накопление и/или обработка полученных данных, передачи их в канал связи на верхний уровень АСКУЭ, а также обратной передачи в счетчики с верхнего уровня АСКУЭ служебных и/или иных данных.

УСПД могут располагаться на первом этаже в помещении с ограниченным доступом. В случае размещения УСПД вне помещения с ограниченным доступом предусматривать его установку в вандалоустойчивых шкафах.

УСПД должно иметь защиту от несанкционированного доступа кожухом, пломбой, системой паролей разного уровня доступа.
УСПД должно строится по модульному принципу, обеспечивающему возможность оптимальной конфигурации устройств в конкретных проектных решениях АСКУЭ.

УСПД в автоматическом режиме должен обеспечивать:
1) Сбор и накопление информации от электросчетчиков по цифровому интерфейсу и поддерживать протоколы различных типов счетчиков установленных на объекте.        
2) Передачу данных по запросу на верхний уровень или непосредственно в центр сбора и обработки информации.             
3) Дополнительную защиту данных учета, передаваемых в канал связи на верхний уровень АСКУЭ как от помех (за счет помехоустойчивого кодирования), так и от несанкционированного доступа к данным (за счет шифрования данных). 
4) Корректировку времени и даты электросчетчиков по цифровым интерфейсам не реже 1 раза в сутки.     
5) Синхронизацию времени УСПД с единым астрономическим временем, обеспечиваемым верхним уровнем.            
6) Самодиагностику.

Параметрирование УСПД:   
1) При первоначальной установке (настройке), а также в процессе эксплуатации (при замене электросчетчиков, изменении схемы учета и т.п.), параметрирование должно быть возможно только при снятии механической пломбы и вводе паролей, при этом в памяти УСПД («Журнал событий») автоматически должна производится определенная запись с указанием даты и времени.     
2) под конкретную схему учета электроэнергии объекта должен обеспечивать:

• задание простейшего алгоритма вычисления баланса по дому (подъезду, фидеру).
• установку интервала опроса электросчетчика с цифровым выходом;
• установку текущих значений времени и даты.

При необходимости УСПД должен обеспечить:
1) Объединение в сеть с другими УСПД по цифровому интерфейсу (RS-485, Ethernet).
2) Выход в локальную вычислительную сеть (типа Ethernet). 
3) Передачу данных по коммуникационным каналам в центр сбора и обработки информации.         
4) Возможность параметрирования с PC компьютера через интерфейс или оптопорт.
           УСПД должно обеспечивать выработку текущего времени с погрешностью не более 1 секунды в сутки как при наличии внешнего питания, так и при полном обесточивании устройства (не менее 8-и лет, при реализации функции локального системного времени в АСКУЭ).
           УСПД должны позволять обращаться с верхнего уровня АСКУЭ-быт к любому штатному параметру подключенного к УСПД по цифровому интерфейсу счетчику, запросить этот параметр и передать его на верхний уровень АСКУЭ-быт в формате протокола счетчика или формате унифицированного протокола УСПД.    
Доступ к базе данных УСПД должен быть организован с помощью соответствующего унифицированного протокола информационного канала, позволяющего адресоваться по запросу с верхнего уровня АСКУЭ к отдельным параметрам и элементам базы данных таким образом, чтобы минимизировать время выбора и передачи требуемого состава и объема информации (избыточность запрошенных исходных данных относительно передаваемых должна быть минимальна).      
           Напряжение питания УСПД от сети переменного тока 100, 220 В±20%.
           Электропотребление УСПД, с полным набором электронных модулей, не должен превышать 30 Вт. 
           Возможность подключения резервного источника тока 100, 220 В.
           Рабочий диапазон температур - 35°С до + 55°С (для отапливаемых помещений допускается от 0° до + 60°С).  
       Конструкция УСПД должна обеспечивать его размещение, как на стандартных панелях, так и в шкафах навесного настенного монтажа.

Схема подключения (на примере УСПД 164-01Б):