Конспект
Вторичные средства контроля и учета электроэнергии (вопрос 13)
Категория: | Конспект |
Дисциплина: | Автоматизированная система контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ) |
Город: | Беларусь, Минск |
Учебное заведение: | БНТУ, ФИТР |
Стоимость работы: | бесплатный |
Оценка: | 10 |
Объем страниц: | 6 |
Год сдачи: | 2020 |
Дата публикации: | 05.09.2020 |
Фрагменты для ознакомления
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:
- Ведение многотарифного учета
- 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.
- Пропадание и восстановление Uп
- Изменение параметров настройки УСПД при работе со счетчиком и параметров настройки ПО УСПД.
- Сеансы санкционированного и несанкционированного доступа
- Автоматический перезапуск УСПД и перезапуск по инициативе оператора.
- Пропадания каналов связи и восстановление связи
- Отсутствие доступа к данным счетчиков и восстановление доступа
- 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.
- 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:
- ИРПС – токовая петля
- RS232
- RS485
- Ethernet
- CAN
- GSM
- PLC (для бытового сектора, сеть 0,4кВ)
- 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):
