Период просмотра и регистрации сигналов ТС составляет 8 мс.
Цифровая информация о значениях сигналов ТИ через последовательный интерфейс RS-422 поступает в контроллер МК-Д. Интерфейс RS-422 параллельно выведен также на соединитель XI1 для обеспечения возможности подключения внешних блоков измерения. Период обновления информации о значениях сигналов ТИ по всем каналам телеизмерений шкафа КП-Б (ТП) составляет примерно 1 секунду.
Контроллер МК-Д
Контроллер запрограммирован на максимальное число принимаемых модулем сигналов: ТС - 256, ТУ - 128, ТИ - 112; фактическое число сигналов определяется схемой шкафов КП-М (ПС) и КП-Б (ТП). На лицевую панель контроллера МК-Д выведены светодиодные индикаторы, индицирующие:
работу приемника и передатчика SPI-интерфейса - SI и SO;
работу приемника и передатчика интерфейсов RS-232 и RS-485 канала управления - RX и ТХ;
работу приемника и передатчика интерфейса RS-422/RS-485 канала расширения системы - RSI и TSI;
команду ТУ в двоичном коде - КОД_ТУ (разряды 8,4,2,1);
команду ТУ - "включить" - ВКЛ;
команду ТУ - "отключить" - ОТКЛ.
Обработка сигналов ТС. Опрос состояния объектов пунктом управления (ПУ) и контролируемыми пунктами (КП) производится асинхронно. Поэтому на КП организуется накопление и хранение информации в памяти (буферах). МК ТУ/ТС опрашивает все модули ТС за 1 мс и сохраняет полученную информацию в своем буфере памяти. Если в течение восьми циклов опроса, т.е. за время, равное 8 мс, будет отмечено новое устойчивое значение одного или нескольких сигналов ТС, то новый отсчет ТС будет передан в буфер текущих значений ТС (38 байт) и в буфер очереди срезов ТС. Форматы буферов приведены на рис.25.
Очередь срезов ТС представляет собой 64 записи рассмотренного формата. Таким образом, буфер текущих значений ТС всегда содержит состояние входов ТС шкафа КП-Б (ТП) или КП-М (ПС) на данный момент времени, а буфер очереди срезов ТС представляет собой историю их изменений.
Рис.15. Формат буферов “Текущие ТС” и “Очереди срезов ТС”
Регистра памяти МК ТУ/ТС
В связи с ограничениями на время опроса всех КП организованы два буфера, хранящие информацию о наличии данных, еще не переданных на ПУ. Это позволяет ПУ предварительно опрашивать КП на предмет наличия новой информации, а уже затем оптимально организовывать ее передачу. Буфер статуса (16 бит) хранит отметки о наличии непрочитанных срезов в очередях, а буфер квитирования (16 бит) - отметки о прочтении срезов пунктом управления.
Обработка сигналов ТУ. После записи команды в буфере МК ТУ/ТС осуществляется проверка на возможность ее выполнения. Команда исполняется, если:
завершено выполнение предыдущей команды;
задан номер ТУ от 1 до 128 включительно;
в байте кода команды ТУ установлен бит ВКЛ или ОТКЛ;
в байте кода команды ТУ сброшены неиспользуемые биты. Формат буфера регистра памяти команды ТУ приведен на рис.16.
Рис.16. Формат буфера команды ТУ
В контроллере МК-Д по номеру ТУ формируется индивидуальный сигнал выбора одного из модулей (Выб_ТУ1. Выб_ТУ8) и четырехразрядный двоичный код номера команды ТУ в данном модуле.
Обработка сигналов ТИ. Формирование данных телеизмерения осуществляется в мультиплексорах ТИ (МТИ) и в блоках расширения телеизмерения. Информация от указанных блоков поступает по протоколу Modbus RTU, при этом контроллер МК-Д выполняет функции ведущего устройства (Master). Используется четырехпроводный интерфейс RS-422 в асинхронном режиме на скорости 9600 бит/с с форматами посылок: 1 стартовый бит, 8 бит данных, 1 стоповый бит. Время опроса всех устройств телеизмерения составляет не более 1 с. В МК ТУ/ТС организован буфер для хранения информации об установленной связи с модулями ТИ. При этом единичное значение бита состояния ТИ означает, что есть связь контроллера МК-Д с устройством ТИ по интерфейсу RS-422, а нулевое значение устанавливается в случае, если устройство ТИ не отвечает на запросы контроллера МК-Д.
Результаты текущих измерений, поступающие от устройств ТИ, помещаются в буфер "Данные ТИ", формат которого приведен на рис.17.
Рис.17. Формат буфера “Данные ТИ” регистра памяти МК ТУ/ТС
В шкафах системы АСТМУ-А могут применяться несколько типов мультиплексоров: ТУ16, ТС32, ТУ8/ТС16. Рассмотрим мультиплексор ГУ8/ТС16, применяемый в шкафах КП-М (ПС). Функциональная схема мультиплексора ТС16/ТУ8 приведена на рис.18.
Рис.18. Функциональная схема мультиплексора ТС16/ТУ8
Мультиплексор осуществляет декодирование команды ТУ, полученной от контроллера МК-Д. Выбор данного мультиплексора отображается индикатором "ТУ". Для каждого из приказов в выходной цепи имеется реле с двумя замыкающими контактами. По одному выводу каждого контакта присоединено к общей цепи ТУ. Таким образом, на набор зажимов Х2 выводится 17 цепей для 8 приказов. Одновременно может быть выдан только один приказ. Оптронные пары D1-D8 обеспечивают гальваническую развязку выходных цепей от цепей шкафа КП-М (ПС). Мультиплексор также обрабатывает сигналы ТС, поступающие от объектов контроля через набор зажимов Х2 на входы Bxl. Bxl 6. Обработка заключается в том, что при выборе данной группы сигналов ТС контроллер МК-Д выставляет кратковременный импульс выбора ТС (VT1), одновременно срабатывает индикатор "ТС". На время опроса на выходную шину D выставляются 16 сигналов ТС данного мультиплексора. Логические единицы поступают на те разряды выходной шины, к которым подключены цепи ТС, имеющие на входе Вх1. Вх16 потенциал 100 В. Такой потенциал может поступать от шинки ШТС через замкнутый контакт реле контролируемого объекта. В интервалах между опросами выходы схем D2_D3 находятся в состоянии высокого сопротивления, т.е. отключены от шин данных D контроллера МК-Д и контроллер в эти интервалы может подключить к этим шинам другой мультиплексор. Таким образом, шина данных используется для передачи информации от нескольких мультиплексоров.
Мультиплексор ТИ
Мультиплексор телеизмерений МТИ осуществляет телеизмерения и допусковый контроль до 8 аналоговых сигналов ТИ и передает данные по интерфейсу RS-485 управляющему контроллеру МК-Д. Амплитуда входных сигналов ТИ задается перемычками S1. S8. Скорость обмена по интерфейсу RS-485 - 9600 бит/с. Внешние подключения МТИ осуществляются с помощью разъемов XI. ХЗ печатной платы.
Сигналы от датчиков напряжения через разъем Х2 поступают в МТИ, где запоминаются и обрабатываются. Ввод программ алгоритмов обработки осуществляется через разъем ХЗ посредством ПЭВМ при наладке модуля. Обработку данных ТИ осуществляет специальный микропроцессор, имеющий в своем составе аналогово-цифровой преобразователь АЦП. Микропроцессор осуществляет также вычисление линейных напряжений по измеренным фазным напряжениям и производит допусковый контроль измеряемых параметров.
На лицевой панели блока имеется кнопка "RST" для перезапуска микропроцессора. Исправное состояние МТИ индицируется поочередным миганием с частотой около 0,5 Гц светодиодов "Rx" и "Тх", контролирующих обмен с блоком МК-Д.
Питание подается через разъем XI от блока питания ИГО.
Модем предназначен для организации связи по четырехпроводным некоммутируемым каналам тональной частоты и физическим линиям связи между контроллером МК-Д находящимся на КП, и ЭВМ на пункте управления. Модем обеспечивает работу в одном из двух форматов: по системе ЛИСНА или по протоколу Modbus (АСТМУ-А). Во всех форматах диапазон рабочих частот в канале связи от 300 до 3600 Гц. Используется частотная модуляция сигнала с двумя частотами Fh (нижняя частота) и Fb (верхняя частота). Модем осуществляет преобразование двоичных сигналов контроллера МК-Д в аналоговые сигналы линии связи и наоборот (рис. 19).
Рис. 19. Модем УКП
В режиме обмена данными по каналу связи по формату АСТМУ-А обеспечивается скорость передачи данных 1200 бит/с.
Для связи с контроллером МК-Д используется интерфейс RS-232 с параметрами блока данных для сигналов: ТС не более 64 байт, ТУ в формате ЛИСНА не более 40 байт, ТУ в формате АСТМУ-А не более 13 байт.
На лицевую панель модема-УКП выведены светодиодные индикаторы, индицирующие:
соответствие напряжения электропитания модуля норме - ПИТ;
нормальное функционирование программы модема - МИГ;
достаточность уровня входного сигнала в диапазоне частотного канала модема - УРОВ_СИГН;
прием модемом данных из канала связи - ПРМ-ЛИН;
передачу модемом данных в контроллер МК-Д - ПРД-RS;
прием модемом данных от контроллера МК-Д - ITPM-RS;
выдачу модемом в линию связи данных по первому и второму частотному каналу - ПРД-ЛИН_1 и ПРД-ЛИН_2.
Функциональная схема модема представлена на рис. 20. В состав платы модема-УКП входят: согласующие линейные цепи А1, модулятор-демодулятор (модем) А2, линейный выходной каскад A3, микропроцессорный контроллер (МПК) А4, переключатели задания режимов работы модуля А5, индикаторы состояний работы МПК А6, схема контроля напряжений электропитания А7, интерфейс RS-232 A8, интерфейс СЕРВИС А9, предварительный полосовой фильтр А10.
Согласующие линейные цепи А1 предназначены для согласования входного и выходного линейного сопротивления модема с сопротивлением канала связи в полосе частот от 300 до 3600 Гц. Пятипозиционный переключатель S1 подключает необходимое значение нормирующего входного сопротивления, а двухпозиционный переключатель S2 - нормирующее выходное сопротивление. Трансформаторы Т1 и Т2 осуществляют гальваническую развязку цепей модема от линии связи.
Модулятор-демодулятор А2 устроен следующим образом. Кроме модема, в состав модуля А2 входят: входной и выходной полосовые фильтры, детектор уровня входного аналогового сигнала, регулятор уровня аналогового выходного сигнала, выключатель сигнала, SPI-порт, цепи цифровых двоичных сигналов данных D (ТхМ и RxM) и управления С (RTC). Модулятор преобразует двоичные данных от контроллера А4 (сигнал ТсМ) в аналоговый частотно-модулированный сигнал. Демодулятор выполняет обратную функцию - преобразует аналоговый частотно-модулированный сигнал в двоичные данные (сигнал RxM) для контроллера А4. Цифровой сигнал RTC используется для включения и выключения выходного аналогового сигнала.
Рис. 20. Функциональная схема модема УКП
Линейный выходной каскад A3 предназначен для согласования с каналом связи и представляет собой преобразователь напряжение - ток, нагрузкой которого является выходной согласующий трансформатор Т2 линейных цепей А1.
Микропроцессор А4 предназначен для управления работой модема УКП и обеспечения взаимодействия между составляющими его устройствами. В частности, он обеспечивает преобразование форматов данных канала связи телемеханики ЛИСНА в формат АСТМУ-А и их дистанционное переключение и выполнение диагностической команды, приходящей по линии связи по 20-му каналу. Микропроцессор также согласовывает скорости обмена данными с модемом (не более 1200 бит/с) и интерфейсом А8 (9600 бит/с) в асинхронном режиме. Контроллер А4 проверяет наличие сигнала о достаточности уровня входного сигнала (сигнал DCD) в модеме А2 и отсутствие ошибок в структуре последовательных данных (сигнал RxM) от модема, осуществляет управление сигналом передатчика модема А2, анализирует состояния и работу схем модема-УКП и выводит соответствующую информацию на индикаторы.
Предварительный полосовой фильтр А10 осуществляет подавление сигналов низкочастотной (менее 250 Гц) и высокочастотной (более 10 кГц) помехи за пределами рабочей полосы частот.
На каждом КП может быть установлено несколько шкафов и не обязательно одного типа, возможна установка промышленного компьютера подстанции и шкафа (шкафов). Каждое такое устройство (стоика) в протоколе Modbus задается отдельным адресом. Пункт управления организует опрос стоек всех КП.
В каждой стойке на КП имеются буферы с информацией о состоянии контролируемого стойкой оборудования (см. описание контроллера МК-Д). Стойка с промышленным компьютером имеет тип МПК и характеризуется расширенным набором буферов.
Для команд телеуправления и регистра "квитирование" введены названия "командные блоки", которые имеют отдельную нумерацию. Каждый блок команд также разбивается на нумерованную непрерывную последовательность отдельных фрагментов - каналов управления.
На операторской станции ПУ существуют динамические объекты, отображающие на экране монитора состояние реального оборудования и подсистем контролируемых пунктов. Для идентификации динамических объектов им назначаются управляющие имена. Динамические объекты могут принадлежать разным программам операторской станции и некоторые из них могут обмениваться сообщениями. Эти сообщения могут циркулировать как в пределах операторской станции, так и выходить на каналы связи с контролируемыми пунктами. В последнем случае используется протокол Modbus RTF, реализованный с помощью драйвера Modbus операторской станции. Для канала связи обычно используется формат символа без бита паритета с одним стоп-битом.
Чтение данных из каждого буферы КП осуществляется путем посылки операторской станцией команды на чтение буфера. Используется функция 3 протокола Modbus. При успешном чтении данные рассылаются по динамическим объектам. В случае отсутствия квитанции или получения некорректных данных драйвер Modbus пытается повторить запрос. Количество попыток определяется при конфигурировании операторской станции. При исчерпании лимита попыток связи драйвер посылает динамическим объектам сообщение о разрыве связи и код ошибки.
Передача данных заключается в приеме драйвером Modbus значений от динамических объектов программ операторской станции и записи этих значений в блоки команд контроллеров КП. Для каждого канала управления данные передаются отдельным запросом. Используется функция 16-го протокола Modbus, В зависимости от получения или отсутствия квитанции подчиненного КП драйвер формирует код для динамического объекта, выдавшего команду.
Для организации опроса буферы объединяются в группы, обычно в пределах одной стойки. Программное обеспечение позволяет указывать частоту опроса каждого буфера Freq. Диспетчер имеет возможность включать/отключать опрос каждой стойки диспетчерского круга.
В общем случае буферы построены как очереди. При каждом чтении из буфера выбирается самая старая информация. Буфер читается только в случае, если он ни разу не был успешно прочитан после старта программы Modbus или в нем присутствует информация. Данные о наличии информации в буферах указываются в соответствующих каналах регистра "Статус". При отсутствии непрочитанных данных в буфере в соответствующем ему канале регистра "Статус" будет записан логический ноль. После успешного чтения буфера операторская станция посылает логическую единица в канал регистра "Квитирование" и контроллер КП передвигает очередь этого канала.
Во время работы АСТМУ-А на мониторах ПУ отображается мнемосхема объектов тягового электроснабжения и общеподстанционная сигнализация. Диспетчер может отобразить любой объект ТУ/ТС и таблицы телеизмерений любого КП. Вид отображаемого объекта зависит от его состояния. Все поступившие в канал связи или из канала связи сообщения регистрируются на операторской станции.
1. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине “Автоматизация систем электроснабжения”. Составители: канд. техн. наук А.Д. Родченко, В.Ф. Кудряшов; 1998.
2. Почаевец В.С. Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог: Учебник для техникумов и колледжей ж. - д. транспорта. М.: Маршрут, 2003. - 380 с.
3. Автоматизация систем электроснабжения. Под ред. Н.Д. Сухопрудского. - М.: Транспорт, 1990. - 359 с.
4. Оборудование контролируемых пунктов системы телемеханики АСТМУ А: учеб. пособие / А.И. Бурьяноватый, М.А. Иванов, Д.В. Ишкин, А.В. Саморуков, С.Н. Полторак. - СПб.: ПГУПС, 2008. - б2с.
A
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
