Разработка устройства сбора и передачи данных «АТ-860»

«Разработка устройства сбора и передачи данных «АТ-860»» В.В. Князева, С.Ю. Соловьёв, О.Ю. Чубаров

Современные автоматизированные информационно-измерительные системы коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) представляют собой комплекс контрольно-измерительной аппаратуры (счётчики электрической энергии, контроллеры - устройства сбора и передачи данных), коммуникаций связи (модемы, кабели и т.д.) и компьютеры с установленным на них специализированным программным обеспечением (ПО).

Внедрение автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учёта электроэнергии  для розничного и оптового рынков электрической энергии требует разработки устройств сбора и передачи данных  (УСПД) для концентрации данных с первичных приборов учёта и передачи их на вышестоящие уровни [1].

УСПД АТ-860 предназначено для сбора результатов измерений от счётчиков с цифровыми интерфейсами и импульсными выходами типа «сухой контакт», сбора сигналов состояния объекта или средств измерений (теле-сигнализации), обработки результатов измерений, синхронизации времени
в счётчиках электроэнергии, передающих информацию в данное УСПД,
а также выполнения функций контролируемого пункта (КП) телемеханики.

УСПД AT-860 обладает переменным составом функциональных блоков, необходимых для создания требуемых конфигураций каналов измерений и реализации конкретных функций и задач.

УСПД AT-860 выполняет следующие функции [1]:

●  сбор результатов измерений от счётчиков электрической энергии
с цифровыми интерфейсами и от счётчиков электрической энергии с телеметрическими импульсными выходами типа «сухой контакт»;

●  обработка результатов измерений в соответствии
с параметрированием УСПД;

●  предоставление интерфейса доступа к собранной информации;

●  синхронизация времени как в самом УСПД, так и в счётчиках электроэнергии, передающих информацию в данное УСПД;

●  самодиагностика с фиксацией в «Журнале событий»;

●  ввод, вывод и обработка сигналов телемеханики.

УСПД может быть использовано на объектах энергетики, промышленных предприятиях, а также в других организациях, осуществляющих самостоятельные взаиморасчёты с поставщиками или потребителями электроэнергии.

УСПД АТ-860 представляет собой специализированный промышленный контроллер, в состав которого входят следующие компоненты:

●  программируемый контроллер типа MIC или MIRage;

●  источник (источники) вторичного электропитания;

●  клеммное оборудование.

Контроллер типа MIC имеет модульную конструкцию на основе крейта ASM3-MIC стандарта «Евромеханика» формата 3U, в котором установлены блок питания, процессорное устройство MIC-860, модули-носители MIC-CB субмодулей стандарта ModPack. Контроллер типа MIRage содержит процессорное устройство MIRage-CPU и модуль-носитель MIRage-CPU-Ext интерфейсных субмодулей.

Процессорные устройства MIC-860 и MIRage-CPU выполнены на единых программно-технических средствах. Субмодули обеспечивают построение требуемой конфигурации коммуникационных каналов, а также могут быть использованы для реализации каналов телемеханики непосредственно в УСПД.

УСПД AT-860 рассчитано на работу с многофункциональными микропроцессорными счетчиками электрической энергии с цифровыми интерфейсами и со счётчиками с телеметрическими импульсными выходами типа «сухой контакт».

УСПД AT-860 поддерживает следующие типы микропроцессорных счётчиков электрической энергии с цифровыми интерфейсами: Альфа А1, Альфа-Плюс, А1300, А1600, А1700, СЭТ-4ТМ.02, СЭТ-4ТМ.03, ПСЧ-4ТМ.05,
Меркурий 230.

УСПД АТ-860 обеспечивает опрос счётчиков электрической энергии указанных в табл. 1.1.3.2 типов, имеющих интерфейсы RS-232, RS-422, RS-485. Опрос счётчиков возможен также через преобразователи интерфейсов
RS-232/RS-422/RS-485 - Ethernet. Подключение интерфейсных сигналов счётчиков к преобразователям интерфейсов производится согласно схемам, приведённым в технической документации на применяемое оборудование.

При подключении импульсных счётчиков электрической энергии их телеметрические выходы должны обеспечивать следующие характеристики:

●  в состоянии «замкнуто» сопротивление выходной цепи не более 100 Ом при амплитуде тока не менее 2,5 мА;

●  в состоянии «разомкнуто» сопротивление выходной цепи
не менее 5 кОм при остаточной амплитуде тока (при отсутствии сигнала) не более 1 мА;

●  длительность импульсов не менее 25 мс при частоте следования не более 10 Гц.

При частоте следования входных импульсов менее 10 Гц и скважности импульсов от 0,1 до 0,9 вероятность пропуска единичного импульса -
не более 10-3.

Разработанное программное обеспечение (ПО) УСПД АТ-860 состоит из системного и прикладного ПО.

Системное ПО УСПД АТ-860 - многозадачная операционная система (ОС) реального времени для встраиваемых приложений OS-9 компании
Microware Systems. Операционная система OS-9 выполняет задачи в соответствии с приоритетами, обеспечивает гибкое взаимодействие между программными модулями, осуществляет динамическое распределение памяти, использует развитые средства межзадачного взаимодействия и быстрые процедуры обслуживания прерываний с гарантированным временем реакции.

Прикладное ПО УСПД АТ-860 состоит из двух основных частей:

●  ПО коммерческого и технического учёта электроэнергии;

●  ПО телемеханики.

Прикладное ПО УСПД АТ-860 реализовано в виде программных модулей, предназначенных для выполнения в среде операционной системы OS-9.

Для обеспечения дистанционного сбора информации об учёте электроэнергии и для задач диспетчеризации используются различные каналы связи.

Все каналы можно разделить на 4 основные группы:

●  выделенные каналы;

●  каналы на основе технологии GSM;

●  каналы сотовой сети CDMA;

●  каналы на основе PLC технологий.

Передача данных по выделенным линиям связи многими ведущими специалистами мира признана наиболее перспективной, так как при этом резко увеличивается достоверность и скорость передачи информации, исключаются радиопомехи в жилых помещениях и вредное воздействие токов высокой частоты на здоровье жителей, значительно уменьшается стоимость оборудования и, кроме того, организуется постоянный стационарный канал связи.

Организация таких каналов для существующих объектов сопряжена
с большими затратами, а при строительстве нового здания монтаж линий связи не требует больших трудозатрат, так как в современных жилых домах и промышленных объектах предусмотрены межэтажные каналы для слаботочных линий и линии АИИС КУЭ прокладываются вместе с другими линиями (телефон, телевидение, радиотрансляция, пожарная сигнализация и т.п.). Всё оборудование АИИС КУЭ может устанавливаться в слаботочной части этажного шкафа. Эксплуатация выделенных линий связи так же является более простой и безопасной (на линиях связи отсутствует напряжение опасное для человека).

У выделенных каналов есть большое преимущество в том, что они
позволяют создавать не только системы учёта электроэнергии, но и полноценные системы диспетчеризации.

Однако, следует отметить очень ограниченное применение выделенных каналов связи: такие каналы встречаются в посёлках с развитой инфраструктурой связи, некоторых городских электрических сетях.

В сотовой связи GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile - 1982 г., в 1990 г. переименован в Global System for Mobile Communications - глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи) при организации каналов связи используется стандарт TDMA (Time Division Multiple Access - множественный доступ с разделением по времени) - способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находится несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи.

Каналы сотовой связи GSM часто используются ввиду широкого распространения сетей GSM, доступности оборудования и невысокой стоимости организации канала связи и его последующей поддержки. Особенно это стало актуальным после исключения оплаты входящих звонков.

Также есть возможность дистанционно получать информацию
в несколько центров сбора данных.

Стандарт GSM гарантирует защиту от несанкционированного доступа к передаваемой информации третьими лицами: при установлении связи, информация в линии связи передается в зашифрованной форме. Конфиденциальность каждого абонента защищена и гарантирована тем, что его личность и местоположения защищены путём назначения для каждого пользователя временного идентификатора подвижного абонента (Temporary Mobile Subscriber Identity - TMSI), который изменяется от звонка к звонку.

Оптимально использование связи GSM для решения задач учёта
на трансформаторных подстанциях с прямым опросом одного-двух счётчиков или использованием УСПД при большом количестве точек учёта [2].

Сотовая связь стандарта CDMA (Code Division Multiple Access - множественный  доступ с кодовым разделением), предлагаемая оператором Skylink, изначально ориентирована на передачу данных по постоянному каналу (описана стандартом IS-95). Опытная эксплуатация в течение года показала уверенную связь и высокую скорость, что позволяет с успехом использовать этот вид связи как для учёта электроэнергии, так и для задач телемеханики и диспетчеризации в реальном масштабе времени. Актуально применение канала CDMA для автоматизации средних объектов типа РТП и городских ТП, когда нет возможности организации выделенных каналов. Недостаток сетей CDMA - небольшое по сравнению с GSM распространение, более высокая стоимость оборудования.

PLC (Power Line Communication) - технология передачи данных по силовой сети, в настоящее время развивающаяся для решения задач учёта в сетях 0,4 кВ. Основное преимущество данного вида связи - минимальная стоимость создания канала. Недостатки связаны с конкретным реализациями и существующими ограничениями на длины линий сети 0,4 кВ. Также данная технология ограничена задачами диспетчеризации только в том объёме, который был предусмотрен разработчиком той или иной системы PLC. Оптимально использование технологий PLC для организации учёта в жилом секторе (многоквартирные жилые дома, посёлки) с установкой концентраторов PLC в комплектных шкафах внутри трансформаторных подстанций [2].

На первый взгляд передача данных по силовым сетям очень удобна. Однако, отечественные электросети отличаются в худшую сторону большим износом силовых кабелей и распределительных устройств, устаревшей аппаратурой. Всё это резко повышает требования к помехозащищённости канала связи, что в свою очередь отражается на его стоимости. Кроме того, необходимо учитывать, что в больших многоэтажных и многоподъездных зданиях неэкранированной электропроводкой "окутаны" все помещения и появление в ней высокочастотных электромагнитных излучений может отрицательно повлиять на здоровье жителей [2].

Так как все устройства, работающие в канале передачи данных, подключены к силовой сети, то они являются электроустановками, что значительно повышает требования к квалификации обслуживающего их персонала. При всём этом, стоимость оборудования, необходимого для осуществления такого вида передачи данных гораздо выше, нежели стоимость оборудования и кабеля при передаче данных по выделенным каналам.

Исходя из проведённого анализа работы каналов связи, сформулированы предпочтения по использованию каналов связи для передачи данных между УСПД и контролирующей организацией для каждого типа объектов учёта
(табл. 1).

 

Таблица 1.

 

Объекты учёта

Каналы связи

Основной

Резервный

Одна точка учёта

GSM

GSM

(альтернативный
оператор)

Группа абонентов

CDMA

GSM

Промышленные
предприятия

Электронная почта

(интернет)

GSM, CDMA,
коммутируемые
телефонные линии

 

В результате научно-исследовательской работы получены следующие результаты.

1.     Проведен анализ требований к устройствам сбора и передачи данных.

2.     Разработано программное и аппаратное обеспечение устройства сбора и передачи данных.

3.     Произведен анализ каналов связи, используемых для передачи данных между УСПД и контролирующей организацией.

4.     По результатам проведённого анализа определены возможности
использования различных каналов связи для объектов каждого типа.

Опытный образец разработанного УСПД установлен в АИИС КУЭ
ЗАО «Дедовский Хлеб» Истринского района Московской области.

В настоящий момент ООО «АВИАТЭКС» планирует серийное производство разработанного УСПД для установки его на объектах учета энергоресурсов своих заказчиков.

 

Литература

 

1.      Волокитин Д.А., Резник Ю.О., Соловьёв С.Ю. Программно-технический комплекс «ТопИнфо-АТ»: учёт электроэнергии на розничном и оптовом рынках // ИСУП. - №2. - 2007.

     2. Бурмистров А.В. Построение автоматизированной системы учёта электроэнергии и диспетчеризации в сетях 6/10 кВ и 0.4 кВ // Шестой научно-технический семинар «Системы АИИС КУЭ (АСКУЭ) и автоматизация расчётов с потребителями электроэнергии в энергосистемах». Сборник докладов. - М. - 2007.