Автоматизированная система коммерческого учёта электроэнергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Варианты построения и организации АСКУЭ, применяемых в настоящее время

1.1 Организация АСКУЭ с проведением опрашивания счетчиков через оптический порт

1.2 Организация АСКУЭ с проведением опрашивания счетчиков переносным компьютером через преобразователь интерфейсов, мультиплексор или модем

1.3 Организация АСКУЭ с проведением автоматического опроса счетчиков и центром сбора и обработки данных

1.4 Организация многоуровневой АСКУЭ для территориально распределенных среднего и большого предприятия или энергосистемы

1.5 АСКУЭ территориально распределенных объектов

2. Виды каналов связи в АСКУЭ и их интерфейсы

2.1 GSM/GPRS

2.2 PLC

2.3 RADIO

2.4 ETHERNET, INTERNET

2.5 RS-485, RS-232, M-BUS

Список используемых источников



1. Варианты построения и организации АСКУЭ, применяемых в настоящее время

1.1 Организация АСКУЭ с проведением опрашивания счетчиков через оптический порт

Это наиболее простой вариант организации АСКУЭ. Счетчики не объединены между собой. Между счетчиками и центром сбора данных нет связи. Все счетчики опрашиваются последовательно при обходе счетчиков оператором. Опрашивания проводится через оптический порт с помощью программы размещенной на переносном компьютере, которая формирует файл результатов опроса. На компьютере центра сбора данных необходимые программные модули, которое формируют файл-задачу на опрашивание и загружают информацию в основную базу данных (БД). Синхронизация времени счетчиков происходит в процессе опрашивания со временем переносного компьютера. Синхронизация времени переносного компьютера со временем центра сбора данных проводится в момент приема файлов задач на опрашивание счетчиков. Недостатками данного образа организации АСКУЭ есть большая трудоемкость сбора данных из счетчиков и невозможность использования в системе индукционных или электронных счетчиков с импульсным выходом. А с учетом того, что большинство счетчиков и расходометров разных ресурсов не оснащенные оптическим портами такой вариант организации можно рекомендовать, в основном, для учета электроэнергии. учет электроэнергия счетчик

Организация АСКУЭ с проведением опрашивания счетчиков через оптический порт позволяет решать следующие задачи:

* точное измерение параметров снабжения / потребления;

* коммерческий и технический учет энергоресурсов по предприятию, его инфраструктурным элементам (котельная и объекты житлокомбуту, цеха, подразделы, субабонентам).

* контроль энергопотребления по точкам и объектам учета в заданных временных интервалах (30 минут, зоны, изменения, время, декады, месяце, кварталы и годы) относительно заданных лимитов и технологический ограничений мощности;

* обработка данных и формирование отчетов по учету электроэнергии;

* описание электрических соединений объектов и их характеристик;

* диагностика счетчиков;

* поддержка единого системного времени.

1.2 Организация АСКУЭ с проведением опрашивания счетчиков переносным компьютером через преобразователь интерфейсов, мультиплексор или модем

Рис 1. - схема организация АСКУЭ с проведением опрашивания счетчиков переносным компьютером через преобразователь интерфейсов, мультиплексор или модем.

Счетчики, объединенные общей шиной RS-485, или по интерфейсу «токовая петля» на мультиплексор (типа МПР-16), или устройством сбора и подготовки данных (УСПД), могут располагаться в разных распределительных устройствах и опрашиваться один или несколько раз в месяц с помощью программы, размещенной на переносном компьютере, которая формирует файл результатов опрашивания. Между счетчиками и центром сбора данных нет постоянной связи. УСПД выполняет роль коммуникационного сервера. На компьютере центра сбора данных необходимые программные модули, которое формируют файл-задачу на опрашивание и загрузку информации к основной БД. Синхронизация времени счетчиков происходит в процессе опрашивания со временем переносного компьютера. Синхронизация времени переносного компьютера со временем центра сбора данных проводится в момент приема файлов задач. Выделенный компьютер для центра сбора данных в этом варианте также может быть отсутствующих, его роль может выполнить переносной компьютер.

Организация АСКУЭ с проведением опрашивания счетчиков переносным компьютером через преобразователь интерфейсов, мультиплексор или модем может применяться для учета любых энергоресурсов и позволяет решать задачи, указанные для выше рассмотренных вариантов.

1.3 Организация АСКУЭ с проведением автоматического опроса счетчиков и центром сбора и обработки данных

Рис 2. - схема организации АСКУЭ с проведением автоматического опроса счетчиков и центром сбора и обработки данных.

АСКУЭ с проведением автоматического опроса счетчиков и центром сбора и обработки данных постоянно соединена с центром сбора прямыми каналами данных связи и опрашиваются согласно заданному расписанию. Первичная информация из счетчиков записывается в БД. Синхронизация времени счетчиков происходит в процессе опрашивания со временем компьютера центра сбора данных. В качестве компьютера центра сбора данных используется локальная ПЭВМ. На ней же происходит обработка данных и ведение БД. Сбор данных в БД происходит периодических с заданными в интервале.

Организация АСКУЭ с проведением автоматического опроса счетчиков локальными центром сбора и обработки данных позволяет организовать учет любых энергоресурсов и решать следующие задачи:

* точное измерение параметров снабжения / потребления;

* комплексный автоматизированный коммерческий и технический учет энергоресурсов по предприятию, его инфраструктурным элементам (котельная и объекты житлокомпобуту, цеха, подразделы, субабонентам).

* контроль энергопотребления и параметров качества электроэнергии (ПКЭ) по точкам и объектам учета в заданных временных интервалах (5 минут, 30 минут, зоны, изменения, время, декады, месяце, кварталы и годы) относительно заданных лимитов и технологический ограничений мощности;

* обработка данных и формирование отчетов по учету энергоресурсов;

* фиксации отклонений контролируемых параметров энергоресурсов, их оценка в абсолютных и относительных единиц для анализа как энергопотребления, так и производственных процессов.

* сигнализация (цветом, звуком) об отклонении контролируемых величин от допустимого диапазона значений;

* диагностика полноты данных;

* описание электрических соединений объектов и их характеристик;

* параметризация коммуникаций и характеристик опрашивания;

* диагностика системы;

* поддержка единого системного времени.



1.4 Организация многоуровневой АСКУЭ для территориально распределенных среднего и большого предприятия или энергосистемы

Рис 3. - АСКУЭ большого предприятия

Счетчики постоянно соединены с центрами сбора данных второго уровня прямыми каналами связи и опрашиваются согласно заданному расписанию, как в третьем образе организации АСКУЭ. Первичная информация из счетчиков записывается в БД центры сбора данных второго уровня, на них же происходит обработка данных. В центрах сбора данных третьего уровня осуществляется дополнительная агрегация и структуризация информации, запись ее в БД центры сбора данных этого уровня. Каналы связи могут быть выделенными, коммутируемым, прямым соединением.

Параметры каждого канала настраиваются индивидуально, в зависимости от типа линии и ее характеристик. В системе может параллельно работать несколько коммуникационных серверов. При этом описание всех параметров системы сбора данных, описание всех электрических и расчетных схем объектов, а также все первичные и расчета данные, хранятся только на сервере БД и приложений центра сбора данных.

Центры сбора данных, как правило, выполняют только функции сбора и обработки данных, АРМы пользователей подключаются к ним по локальной сети. При небольшом количестве счетчиков на объекте центр сбора данных второго уровня может выполнить функции АРМа.

Центры сбора данных 2-го уровня связанны с центрами сбора данных 3-го и 4-го уровней каналами связи. Каналы связи могут быть выделенными, коммутируемым, прямым соединением по локальной сети. Сервер сбора данных центра сбора данных 3-го уровня автоматический приглашает необходимую информацию с БД центров сбора данных 2-го уровня согласно установленному расписанию. Организация многоуровневой АСКУЭ для территориально распределенных среднего и большого предприятий или энергосистемы позволяет решать расширенный, в сравнении с предыдущим вариантом организации, состав задач:

* точное измерение параметров снабжения / потребления;

* комплексный автоматизированный коммерческий и технический учет энергоресурсов по предприятию, его инфраструктурным элементам (Котельная и объекты житлокомпобуту, цеха, подразделы, субабонентам).

* ведение договоров и формирования платежных документов для расчетов за энергоресурсы;

* контроль энергопотребления по точкам и объектам учета в заданных временных интервалах (5 минут, 30 минут, зоны, изменения, время, декады, месяце, кварталы и годы) относительно заданных лимитов и технологический ограничений мощности;

* сопровождение нормативно-справочной информации;

* обработка данных и формирование отчетов по учету энергоресурсов;

* фиксации отклонений контролируемых параметров энергоресурсов, их оценка в абсолютных и относительных единиц для анализа как энергопотребления, так и производственных процессов.

* сигнализация (цветом, звуком) об отклонение контролируемых величин от допустимого диапазона значений;

* диагностика полноты данных;

* описание электрических соединений объектов и их характеристик;

* параметризация коммуникаций и характеристик опрашивания;

* диагностика системы;

* поддержка единого системного времени.

1.5 АСКУЭ территориально распределенных объектов

Экстенсивное развитие АСКУЭ связано с конвергенцией по различным признакам локальных территориальных и специализированных систем, что, в принципе, сводится к «расщеплению» среднего и верхнего уровней на подуровни, число которых соответствует степени охвата автоматизированным учетом территориальных объектов и промышленных объединений с минимизацией штатов обслуживающего персонала. Например, верхний уровень промышленного предприятия может быть нижним звеном верхнего уровня (сервера) АСКУЭ регионального уровня, средними звеньями которого являются районные и городские диспетчерские пункты. Другой вариант: предприятие - холдинг - отраслевое министерство. При этом возможно как одностороннее движение информации «снизу вверх», так и передача с сервера верхнего или среднего уровней команд управления исполнительными устройствами оборудования нижнего уровня АСКУЭ конкретного субъекта.

В качестве примера территориально распределенной АСКУЭ на рис. 2.10 представлена АСКУЭ «ES-Энергия» для предприятия класса энергетической системы, которое обслуживает территорию на уровне субъекта федерации (область, край, республику) [35]. Система состоит из локальных подсистем (ЛАСКУЭ), объединенных между собой коммуникациями связи в региональной АСКУЭ (РАСКУЭ). В простейшем случае система учета реализуется в виде двухуровневых программно-аппаратных комплексов. При этом на нижнем уровне используются цифровые приборы учета различных производителей, объединенные с помощью последовательных магистралей. Программно-аппаратный комплекс верхнего уровня в простейшем случае состоит из компьютеров (стандартного или промышленного исполнения) и программного комплекса. Передача данных с объектов контроля на верхний уровень производится непосредственно по собственным информационным каналам или с помощью приемо-передающей аппаратуры по коммутируемым и выделенным каналам связи. Программно-аппаратный комплекс «ES-Энергия» может обеспечивать ретрансляцию данных на более высокий уровень управления по существующим низкоскоростным каналам телемеханики. При этом передача данных от цифровых счетчиков по каналам телеметрии осуществляется непосредственно с объекта управления с использованием стандартных телемеханических протоколов. Для этих целей предназначено УСПД ЭНКС-2 на базе однокристального микроконтроллера.

Рис 4. - АСКУЭ «ES-Энергия» уровня АО-энерго

Для сложных объектов система «ES-Энергия» позволяет реализовать многоуровневые системы контроля и учета электроэнергии с использованием распределенной обработки информации. В такой системе программный комплекс разработан в соответствии с архитектурой «клиент-сервер» и функционирует под управлением системы управления базами данных (СУБД) Microsoft SQL Server 2000. Программа «ES-АСД» предназначена для сбора данных с цифровых приборов учета (АЛЬФА, ЕвроАЛЬФА, ИПЦ-6806, ПСЧ), конфигурирования каналов связи и объектов учета, формирования отчетов о сеансах связи. Программа «ES-Администратор» разработана для настройки базы данных «ES-АСКУЭ». База данных «ES-АСКУЭ SQL» хранит получасовые графики нагрузки, конфигурацию каналов и объектов учета в виде древовидных структур, пользовательские деревья и настройки. Набор хранимых процедур реализует прикладной интерфейс для удобной работы клиентских приложений с базой. Клиентское приложение «ES-Учет» обеспечивает обработку и просмотр накопленной информации в табличной форме, в виде двух- и трехмерных графиков и диаграмм, формирование технических и финансовых отчетов, актов и вывод их на принтер, а также экспорт в Word и Excel. База данных «ES-АСКУЭ SQL» может использоваться в качестве источника внешних данных для других информационных систем, например, для SCADA-систем (InTouch, Trace Mode и др.).

На рис. 2.11 показана структура среднего и верхнего уровней автоматизированной системы энергоучета крупного (до 1,5 млн. населения) города [49]. Система представляет собой компьютеризированный комплекс на уровне глобальной сети, размещаемый на обслуживаемой территории. Топология размещения и организация связи между составляющими системы определяются административно-территориальной структурой города, техническими возможностями, а также производственными, экологическими и другими особенностями районов.



Рис 5. - Структура АСКУЭ города (средний и верхний уровни)

Назначение территориально распределенной городской АСКУЭ:

? учет потребления энергии посредством десятков миллионов ИП;

? функционирование в автоматическом режиме (без обслуживающего персонала) на уровне жилых домов, кварталов и отдельных предприятий;

? охват аппаратуры АСКУЭ диагностическим контролем с отображением информации о функционировании аппаратуры и качественных показателей энергоснабжения на дисплеях компьютеров диспетчерских пунктов;

? управление качеством электроснабжения, передача аварийной, служебной и экстренной информации в бытовом и промышленном секторах.

Структура территориально распределенной городской АСКУЭ позволяет осуществлять коммерческий и технический учет электроэнергии, тепловой энергии, воды, газа и других телеметрических параметров на уровне отдельного абонента, группы абонентов, жилого дома, предприятия, квартала, района и города в целом. Радиальная структура системы на высших уровнях обеспечивает информационный обмен между центральным диспетчерским пунктом, районными диспетчерскими пунктами, терминальными контроллерами. Дальность связи составляет от 40-60 км (при использовании радиоканала) и более (при использовании АТС, GSM). В качестве каналов связи на нижнем уровне (уровне абонентов) используются неполярные двухпроводные линии (НДПЛ). На нижнем уровне системы размещаются источники учетно-измерительной информации (ИП, счетчики и т. д.).

На среднем уровне клиентских узлов устанавливаются устройства сбора и передачи данных, контроллеры, аппаратура связи (АТС, радиоканал, волоконно-оптические линии связи, сотовая связь и т. д.). На верхнем уровне организуются локальные (районы, микрорайоны) и городская АСКУЭ, которые представляют собой программно-аппаратные средства управления системой, устройства отображения, документирования и хранения баз данных, аппаратуру связи, источники бесперебойного питания и т. д. с необходимым обслуживающим персоналом.

На рис. 6 показана структура фрагмента локальной АСКУЭ микрорайона. Первичные приборы учета энергии и энергоресурсов устанавливаются в каждой квартире. Измерительные каналы передают соответствующие данные в квартирные точки учета, представляющие собой простые концентраторы. Информация с адресной привязкой и нумерацией параметров поступает на домовое УСД, где осуществляется ее сбор и предварительная обработка.

Рис 6. - Структура фрагмента АСКУЭ города на уровне микрорайона



Информация от УСД по двухпроводным или волоконно-оптическим линиям связи поступает на квартальный контроллер; он после сортирования по видам энергоучета и обработки передает ее по радиоканалу или через АТС на диспетчерский пункт микрорайона, который формирует сводные данные и передает их по аналогичным информационным каналам на диспетчерский пункт района. Таким образом, разнообразие структур АСКУЭ с точки зрения назначения и взаимосвязи крупных функциональных узлов предоставляет широкие возможности для реализации последних достижений в области информационно-измерительной техники, сетевых технологий, аппаратуры и способов передачи информации, программно-аппаратных средств.

Можно выделить следующие основные свойства территориально-распределенных АСКУЭ:

? распределенность системы, которая связана с многообразием измеряемых параметров и территориальной разбросанностью точек учета;

? единство информационной базы и программно-аппаратной платформы, что существенно упрощают работу обслуживающего персонала на всех диспетчерских уровнях, а также создает предпосылки для поддержки единой расчетной схемы по видам энергоснабжения;

? современные протоколы обмена информацией и принципы использования информационных технологий, благодаря которым поддерживается высокий уровень информационной надежности и безопасности.



2. Виды каналов связи в АСКУЭ и их интерфейсы

2.1 GSM/GPRS

Передача данных посредством GSM-сети. Применяется для передачи данных об энергопотреблении как от УСПД в энергосбыт, так и от счетчиков в УСПД.

Типы оборудования: В системах применяются как внешние GSM/GPRS-модемы (Cinterion MC52i, Conel ER75i (Siemens), УСД-01 (02), Коммуникатор GSM/GPRS, GSM-GPRS коммуникатор «Гран-GPRS» и др.) так и встроенные в счетчики электроэнергии и УСПД («Гран-Электро СС-301», «MTX 3Rxx.xx.xxx-GO4», «Альфа A1140, A1700, A1800», «Энергомера CE301, CE303», УСПД «СЭМ-3», «164-01Б», «Роутер MTX RT 6L1E5/G-3», «Роутер RTR LV/GSM» и др.).

Достоинства: Уже сформированная инфраструктура сотовой сети с достаточно большим покрытием территории, большой выбор оборудования.

Недостатки: Взимаемая оператором сотовой связи плата за услугу передачи данных (за исключением закрытых абонентских групп и некоторых тарифных планов), зависимость от работоспособности оборудования оператора сотовой связи, уровень GSM-сигнала в спец помещениях (ТП, РП, Подвальные помещения и др.) зачастую низок, что требует дополнительных монтажных мероприятий по установке внешних антенн.



Рис 7. - Способы передачи данных по сетям GSM

2.2 PLC

Передача данных посредством силовой сети 0.4кВ, канал связи S-SFSK (PLC), полоса частот 20-148кГц (чаще 70-90кГц). Применяется для передачи данных об энергопотреблении от счетчиков в УСПД. Чаще всего используется в системах АСКУЭ административных зданий и жилищно-коммунальном секторе.

Типы оборудования: В системах применяются как внешние PLC-модемы («Электронный модем CCDI-0005», «Коммуникатор ШМ-16» и др.) так и встроенные в счетчики электроэнергии и УСПД («Энергомера СЕ-102, СЕ-301», «Teletec MTX1, MTX3, NP-06», «Матрица NP515, NP71, NP545, NP73», «Роутер MTX RT 6L1E5/G-3», «Роутер RTR LV/GSM», «Роутер RTR512» и др.)

Достоинтсва: Передача данных от счетчиков к УСПД осуществляется непосредственно по существующей силовой сети 0,4 кВ, что сокращает трудозатраты и стоимость внедрения системы, т.к. отпадает необходимость прокладывать всевозможные информационные кабели.

Недостатки: На передачу данных в сети может повлиять любое устройство с реактивной составляющей в нагрузке - люминесцентные лампы, импульсные блоки питания (начиная от блоков питания мобильных телефонов, заканчивая бытовой техникой), двигатели и др. При этом если система налажена и работает, то никто не даст 100 % гарантии, что со временем (заселение жильцов дома, добавление оборудования в офисном здании и др.) передача данных в системе будет осуществляться как положено. Остается надежда на «ночные часы», когда большая часть оборудования выключается, что позволяет системе собрать недостающие данные. Таким образом, данную технологию следует применять лишь в системах, в которых своевременность поступления данных (оперативная информация) не критична. Также, стоит отметить, что данной технологией недовольны радиолюбители, т. к. PLC-оборудование дает помехи по коротковолновым радиовещательным и радиолюбительским диапазонам. Дальность передачи не более 500м (обычно - меньше и зависит от состояния сети), скорость передачи (до 1000бод).

2.3 RADIO

Передача данных посредством радиоканала на безлицензионных частотах. Применяется для передачи данных об энергопотреблении от счетчиков в УСПД. Применяется в случаях, когда прокладка информационного кабеля либо технически невозможна, либо экономически нецелесообразна. Преимуществами данного вида связи являются: отсутствие каких-либо платежей за передачу данных, не требуется получение разрешений. Дальность связи может достигать нескольких километров.

Типы оборудования: В системах применяются как внешние Radio-модемы («Коммуникатор ШМР-16U», «Радио-модем М-433», «Спектр 433» и др.) так и встроенные в счетчики электроэнергии и УСПД («Гран-Электро СС-101, СС-301», «Энергомера СЕ-301», «Альфа А1800» и др.).

Достоинства: Передача данных от счетчиков к УСПД осуществляется по радиоканалу, что сокращает трудозатраты и стоимость внедрения системы, т. к. отпадает необходимость прокладывать информационные кабели.

Недостатки: В системах со встроенными в счетчики радио-модемами есть необходимость в прокладке нескольких кабелей, соединяющих УСПД и радио-ретрансляторы. Радио-ретрансляторы устанавливаются в ключевых точках и к ним необходимо прокладывать информационный кабель. Данные точки расположены, как правило, на одной отметке с УСПД (подвал, первый этаж) и кабель прокладывается по существующим лоткам.

Табл. 1. - Частотные диапазоны радиоаппаратуры передачи данных по беспроводным линиям связи.

Категория	Диапазон частот (волн), поддиапазоны	Особенности аппаратуры и канала связи
HF (High Frequency). Короткие волны	1,6-30 МГц CB (Citizen's Band) 26.975-27.805 МГц)	Оборудование CB (гражданского диапазона) используется частными и юридическими лицами без ограничений. Дальность до нескольких тыс. км. Высокая чувствительность к шумам, помехам, экранируется любыми препятствиями, сильно зависит от солнечной активности
Категория	Диапазон частот (волн), поддиапазоны	Особенности аппаратуры и канала связи
Low Band. Ультракороткие волны	30-50 МГц	Аппаратура связи широкой номенклатуры. Имеется ряд моделей в портативном исполнении
VHF (Very High Frequency). Метровые и дециметровые волны	136-174 МГц, 305-345 МГц	Радиорелейные линии (РРЛ). Цифровые радиоудлинители
UHF (Ultra High Frequen-cy). Сантиметровые волны	400-512 МГц 433,075-434,750 МГц; LPD (Low Power Device)	РРЛ. Портативные станции диапазона мощностью до 10 мВт, продаются с упрощенной регистрацией частным лицам и фирмам. При P< 5 мВт и f=433,92 МГц.- безлицензионное пользование
Micro Wawe Миллиметровые, субмиллиметровые волны	1-90 ГГц L (1,5/1,6 ГГц); С (4/6 ГГц); Ku (11/14 ГГц)	Радиотехнологии Bluetooth, SCP, LonTalk, HiperLAN, Wireless 1394. Спутниковая и мобильная связь. Передача сигналов РРЛ: на пролетах протяженностью от L=50-80 км при f= 2 ГГц до L 1-2 км при f= 60 ГГц. Диаметр параболических антенн от DA =5 м при f= 2 ГГц до DA=0,15 м при f= =60 ГГц. Диапазон подвержен влиянию помех от других радиотехнических средств, гидрометеоров (с ростом частоты), атмосферной дифракции и интерференции. Наиболее загруженные диапазоны: 3,4-3,9; 5,6-6,2; 7,9-8,4; 14,5-15,35; 17,7-19,7 ГГц. Перспективные диапазоны: 10,7-11,7; 12,7-13,2; 21,2-23,64 37-39,5; 38,6-40; 57,2-58,2 ГГц
Оптический диапазон	850...90 нм	Инфракрасные удлинители, технологии FSO. L= 0,002-2 км

2.4 Еthernet, Internet

Передача данных посредством технологии TCP-IP (вычислительные сети). Применяется для передачи данных об энергопотреблении как от УСПД в энергосбыт, так и от счетчиков в УСПД. Применяется в системах, где требуется передача больших объемов информации, а также когда требуется организовать автоматизированное рабочее место, которое глобально удалено от УСПД или центра сбора данных.

Типы оборудования: Коммутаторы ETHERNET, различные xDSL-модемы и др.

Достоинства: Передача больших объемов информации на большой скорости. Зачастую, инфраструктура Ethernet (в т. ч. с доступом в сеть Internet) уже существует на объекте автоматизации.

Недостатки: Необходимость прокладки кабелей. Для подключения к промышленному оборудованию с последовательными интерфейсами необходимо устанавливать преобразователи интерфейсов. При построении сложнораспределенных систем необходимы специалисты с соответствующей квалификацией.

2.5 RS-485, RS-232, M-BUS

Передача данных посредством проводных последовательных интерфейсов. Применяется для передачи данных об энергопотреблении как от счетчиков в УСПД, так и от УСПД в АРМ-Энергетика.

Широко используемый в АСКУЭ цифровой интерфейс - интерфейс стандарта Ассоциации электронной промышленности США (EIA) RS-232C (европейский аналог - стандарт CCITT V.24). Этот тип интерфейса применим для синхронной и асинхронной связи между устройствами в симплексном, полудуплексном и дуплексном режимах. В большинстве схем аппаратуры АСКУЭ, содержащих интерфейс RS-232C, данные передаются асинхронно.

Стандарт регламентирует состав, назначение и обозначение линий (цепей) интерфейса, их нумерацию, электрические характеристики, обозначения и уровни сигналов интерфейса, скорости передачи данных и тип применяемых разъемов. В зависимости от условий конкретного применения используется различное число линий интерфейса. Так, для асинхронного обмена через модем требуются 8 цепей, а для аналогичной связи по физическим линиям - только три цепи: данные передатчика T*D, данные приемника R*D и сигнальная земля GND (рис. 6.19, а). Соединения по интерфейсу RS-232C реализуются через стандартные 9- или 25-контактные разъемы типа DB-9 или DB-25 (рис. 6.19, б).

Рис 8. - Интерфейс RS-232C:

а - передача информации по интерфейсу через разъемы DB9 и DB 25;

б - вид разъемов типа DВ-9 и DB-25 для интерфейса RS-232C

Программируемая микросхема последовательного ввода осуществляет параллельно-последовательные и последовательно-параллельные преобразования данных. Эти преобразования необходимы, поскольку данные обычно представлены на шине микропроцессора в параллельной форме (байтами, словами), а для последовательного ввода требуются средства преобразования последовательных входных данных в параллельные данные. С другой стороны, для последовательного вывода необходимы средства преобразования параллельных данных, представленных на шине, в последовательные выходные данные.

Скорость передачи данных по интерфейсу RS-232C составляет от 50 до 19200 бит/с (при L= 16 м). На практике это расстояние может быть существенно увеличено при снижении скорости передачи и использовании экранированного кабеля с малой собственной емкостью (при скорости 1200 бит/с максимальная длина неэкранированного кабеля достигает 900 м). Передаваемый байт данных оформляется стартовым битом, битом паритета и стоповым битом. Любое сообщение, передаваемое по интерфейсу асинхронным способом, представляет совокупность байтов данных, оформленных указанным образом.

Цифровой интерфейс стандарта RS-422A ориентирован на использование дифференциальной сбалансированной линии передачи с импедансом 50 Ом, что повышает по сравнению с RS-232C помехоустойчивость интерфейса, длину линии связи и скорость передачи (10 Мбит/с при длине кабеля до 13 м и 100 кбит/с при длине 1300 м). Кроме того, этот стандарт допускает подключение к одному передающему устройству до 10 приемников.

Более поздний стандарт RS-485A, являющийся усовершенствованием RS-422А, ориентирован при тех же скоростных характеристиках на совместную работу до 32 источников и 32 приемников данных. Последние два стандарта позволяют объединять приборы в разветвленные сетевые структуры, и поэтому в последние годы они все чаще реализуются в приборах учета энергоресурсов. Стандарт RS-485A не нормирует формат информационных кадров и протокол обмена. Наиболее часто для передачи байтов данных используются те же фреймы, что и в интерфейсе RS-232: стартовый бит, биты данных, бит паритета (если нужно), стоповый бит. Протоколы обмена в большинстве систем работают по принципу «ведущий-ведомый». Одно устройство на магистрали является ведущим (master) и инициирует обмен посылкой запросов подчиненным устройствам (slave), которые различаются логическими адресами. Тип соединителей и распайка обычно не оговариваются стандартами. Встречаются соединители DB9, клеммные соединители и т. д.

Рассмотренные цифровые интерфейсы каналов связи дают возможность строить различные территориально-распределенные АСКУЭ. Трехпроводной интерфейс RS-232C позволяет самым простым способом подключать к совместимому с ним последовательному СОМ-порту ПК удаленную (до 900 м) систему учета (рис. 6.20, а). При необходимости подключить к компьютеру несколько систем в ПК встраивается стандартный мультиплексор на требуемое количество каналов (4, 8 или 16). Для защиты оборудования от перенапряжений в линиях связи (особенно при грозовых разрядах) применяют сетевые фильтры передачи данных СФПД. АСКУЭ, использующие телефонные линии, также работают с интерфейсом RS-232C, к которому в этом случае подключаются модемы со стороны приборов и ПК (рис. 6.20, б). К такой сети можно подсоединять неограниченное количество приборов при условии, что время сбора данных не лимитируется.

Другой тип сети с удаленным (до 3 км) подключением системы к компьютеру использует четырехпроводной интерфейс ИРПС (рис. 6.20, в). Для подключения нескольких систем по такому интерфейсу применяется соответствующий мультиплексор ИРПС, встраиваемый в ПК. Интерфейс RS-485 позволяет строить разветвленные АСКУЭ по многоточечной схеме с удалением аппаратуры полевого уровня до 1200 м от ПК и минимальными затратами кабеля при использовании двухпроводных линий связи

(рис. 6.20, г).

Цифровой интерфейс USB (Universal Serial Bus) - универсальная шина, предназначенная для легкого и быстрого подключения к микроЭВМ периферийных устройств на расстоянии 3...5 м со скоростями 1,5 Мбит/с и 15 Мбит/с (рис. 6.21) [117].

Интерфейс USB 2.0 имеет скорость передачи информации 480 Мбит/с. USB-шнур представляет собой две витые пары: по одной паре происходит последовательная передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая является линией питания +5 В. Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания.

К одному ПК можно подсоединить до 127 устройств через цепочку концентраторов, реализующих топологию «звезда». Специальные концентраторы - USB-хабы (USB-hab), подключаемые к порту USB, делят его на несколько портов. Концентраторы с блоком питания позволяют увеличивать дальность связи до нескольких десятков метров. Передача данных по шине может осуществляться как в асинхронном, так и в синхронном режиме. Все подключенные к USB устройства конфигурируются автоматически и допускают включение/выключение без перезагрузки или выключения компьютера. Существует два вида разъемов: «А» и «B». Как правило, устройство подключается к кабелю разъемом B, а разъемом A - к USB-порту. Устройства можно подключать по цепочке, для этого они могут иметь дополнительный порт для подключения кабеля, идущего на следующее устройство. USB-интерфейс поддерживается протоколами Microsoft, начиная с Windows 98.

а

б



в

г

Рис 9. - Варианты применения интерфейсов среднего уровня: а - передача данных через интерфейс RS-232C; б - передача данных по коммутируемому телефонному каналу; в - передача данных через интерфейс ИРПС; г - передача данных через интерфейс RS-485C по витой паре

Рис 10. - Интерфейс USB

Интеллектуальные датчики с цифровым выходом часто оснащаются интерфейсом LIN (Local Interconnect Network, сеть локального взаимодействия) для подсоединения к ведущему устройству (контроллеру). Шина LIN является простой и недорогой субшиной, разработанной для применения в дополнение к существующей шине CAN (Controller Area Network, сеть локальных контроллеров).

Для сетей передачи данных разработано большое количество разнообразных цифровых интерфейсов и субинтерфейсов: RS-449, RS-423, HSSI (High-Speed Serial Interface), FLEX Integra I/O, CompactBlock I/O, CAN-bus-ISA/MicroPC, SCI, ADM, AS, LIN, LVDS, ACCESS.bus (шина I2C) и др., различающихся назначением, функциональными возможностями, объемом, режимами и скоростью передачи данных, а также ценовыми характеристиками.

При сборе и передаче информации по волоконно-оптическому кабелю применяют несколько подходов к построению различных участков кабельной разводки АСКУЭ - от измерительного устройства до ПЛК, от ПЛК до АРМ, соединения между ПК локальной и корпоративной сетей, проводка до удаленного пользователя. Для кабельных систем, работающих в используемых АСКУЭ стандартах Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, FDDI, SONET/SDH, 10G Fibre Channel, ITUT G.693 и ATM, разработаны последовательные интерфейсы с одно- и многомодовыми волокнами. В число производителей интерфейсов входят MRV, Hewlett-Packard, Sun Microsystems, Digital, Compaq, Lucent Тесhnologies, Оrtronics, Аlcattel и др.

Например, 10G Fibre Channel - стандарт на последовательные оптоволоконные соединения, предназначенные для высокоскоростных двусторонних коммуникаций по схеме «точка-точка» между серверами, накопителями, рабочими станциями, концентраторами и коммутаторами. Ключевыми характеристиками протокола 10G Fibre Channel являются: скорость передачи до 10 Гбит/с, расстояние между узлами до 10 км, масштабируемость.

Разнообразие интерфейсов накладывает определенные требования на аппаратуру интегрированной АСКУЭ, которая должна соответствовать параметрам определенного типа локальной сети и физических каналов связи. Часто возникает необходимость в преобразовании интерфейсов при передаче информации между аппаратурой от разных производителей.

Типы оборудования: Счетчики электроэнергии, УСПД, модемы, преобразователи и др.

Достоинства: Надежная передача данных между устройствами низкого, среднего и верхнего уровня. Параллельное объединение большого количества устройств с использованием малого количества проводов.

Недостатки: Необходимость прокладки кабелей.



Список используемых источников

1. О порядке создания и эксплуатации АСКУЭ предприятий для участия в оптовом рынке электроэнергии и присоединения к Администратору. http://energoconsultant.ru/cgi-bin/read/v_r/3622247_19.

2. Щитников А.Я. Проектирование автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии. Актуальные вопросы организационного и нормативного обеспечения // Системы АСКУЭ и автоматизация расчетов с потребителями электроэнергии в энергосистемах: Сб. матер. междунар. конф. Москва, 18-22 октября 2004. М., 2004.

3. Системы учета и контроля электроэнергии автоматизированные. http://www.inergo.ru/pribor23879.html.

http://teplopunkt.dkvartal.ru/uchet/.

4. Производители АСКУЭ и системного оборудования.

http://www.analytic.ru.

5. АСКУЭ «Iskramatic SEP2W». Общая информация.

http://www.iskren.ru/is.php?go=20.

6. АСКУЭ Поток-1. http://www.electro-mh.ru/uchet5.shtml.

7. Автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ).

http://www.energomera.ru/products/askue.

8. Автоматизированная система коммерческого учета энергии и мощности (АСКУЭ). http://www.softsystems.ru/page.php?askue.

9. Каталог продукции Allen-Bradley, 2005, 2006.

10. Каталог продукции Motorolla, 2005.

11. Каталог продукции Siemens, 2005, 2006.

Размещено на Allbest.ru

...