Многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее

Авторы патента:

7 G06F15/16 -

Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления, обработки этой информации и выводу этой информации для оперативного персонала на общий дисплей.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы за счет введения функций автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления, автоматизации сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах с возможностью группового конфигурирования и управления уставками микропроцессорных устройств релейной защиты, сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики, а также отображения всей информации на общем экране. Многомикропроцессорная система содержит N устройств обработки, устройство сопряжения с объектом, регистратор аварийных процессов и событий и функциональный контроллер с дисплеем.

Предложенная многомикропроцессорная система может быть использована как многофункциональный программно-аппаратный комплекс для решения всего спектра задач информационного обмена и управления цифровыми устройствами релейной защиты и автоматики и устройств сопряжения с объектами.

Полезная модель относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначена для автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления, обработки этой информации и вывода этой информации для оперативного персонала на общий дисплей.

Известная система соединения нескольких устройств [А.С. G 06 F 15/16 №1337902 Б.И. №34 1987 г.] содержащая главное вычислительное устройство, подчиненные вычислительные устройства, каждое из которых содержит центральное устройство обработки данных с селекторной схемой ввода-вывода и запоминающее устройство, которые снабжены аккумуляторами ввода и вывода, используется для решения различных задач управления процессами обработки информации, но обладает ограниченными функциональными возможностями.

Известная многопроцессорная вычислительная система [А.С. G 06 F 15/16 №1820391 Б.И. №21 1993 г.] содержащая N-устройств обработки, М-устройств ввода-вывода и запоминающее устройство, причем устройство обработки содержит вычислительный блок, первый и второй блоки отключения, формирователь импульсов, триггер управления и элемент И также используется для решения различных задач управления процессами обработки информации, но обладает ограниченными функциональными возможностями.

Наиболее близким техническим решением является многопроцессорная вычислительная система [А.С. G 06 F 15/16 №1805477 Б.И. №12 1993 г.] содержащая N устройств обработки и N узлов связи, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем каждый узел связи содержит девять элементов И, четыре элемента ИЛИ и триггер. Прототип имеет широкие возможности реконфигурации, но обладает ограниченными функциональными возможностями для управления различными процессами обработки информации.

защиты, сбора диагностической информации от цифровых блоков релейной защиты и автоматики, а также отображения всей информации на общем экране.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему содержащую N устройств обработки, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью введено устройство сопряжения с объектом, регистратор аварийных процессов и событий и функциональный контроллер с дисплеем, причем устройство сопряжения с объектом содержит узел обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем регистратор аварийных процессов и событий содержит узел регистрации и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки, устройства сопряжения с объектом и регистратора аварийных процессов и событий соединены с первой группой информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки, устройства сопряжения с объектом и регистратора аварийных процессов и событий являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов N-ых блоков обработки и узла обработки, первая и вторая группы входов которых и регистратора аварийных процессов и событий являются первой и второй группами входов системы, вторая группа информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем является третьей группой входов-выходов системы, четвертая группа входов-выходов которой является третьей группой информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем, причем в устройстве сопряжения с объектом, узел обработки содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, причем группы выходов блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены, соответственно, с первой и второй группой входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов для связи

с внешними устройствами, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, является группой входов-выходов для связи с узлом сопряжения с ПЭВМ, четвертая группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, является группой входов-выходов для связи с узлом сопряжения с магистралью, причем микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами зашиты, содержит набор шинных формирователей, два процессора, два оперативных запоминающих устройства, постоянное запоминающее устройство, часы, набор буферных регистров и устройство дискретного ввода-вывода.

На фиг.1 приведена структурная схема

многомикропроцессорной системы.

На фиг.2 - пример реализации устройства обработки.

На фиг.3 - пример реализации устройства сопряжения с объектом.

На фиг.4 - пример реализации блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения.

На схеме приведены примеры реализации одной из гальванических развязок и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения из общего количества гальванических развязок и предварительного масштабирования входных сигналов, определяемых количеством входных аналоговых сигналов тока и напряжения.

На фиг.5 - пример реализации блока частотных фильтров.

На фиг.6 - пример реализации аналого-цифрового преобразователя узла обработки устройства сопряжения с объектом.

На фиг.7 - пример реализации микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты.

На фиг.1 обозначены:

1 - специализированная ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) или ПЭВМ типа РРС-1210/1212 фирмы ICP Electronics Inc (iEi) или аналогичная;

2 - дисплей 12,1" TFT Panel PC Ver.2.0 фирмы ICP Electronics Inc (iEi) или аналогичный;

3 - процессор WAFER-5822 Ver.2.2 фирмы ICP Electronics Inc (iEi) или аналогичный;

4 - группа входов-выходов для связи с внешней ПЭВМ (канал RS-232);

5 - группа входов-выходов для связи с устройствами ввода - вывода;

6₁...6_N - устройства обработки;

7 - устройство сопряжения с объектом;

8 - регистратор аварийных процессов и событий;

9 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485);

10 - блок обработки;

11 - узел сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232);

12 - узел обработки;

13 - узел регистрации;

14 - группа токовых сигналов защищаемого объекта;

15 - группа сигналов напряжения защищаемого объекта;

16 - группа входов-выходов для связи с внешними устройствами

т.е. входы-выходы устройства аналогового ввода-вывода (УABB) и входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ);

17 - группа входов-выходов для связи с внешними устройствами т.е. входы-выходы устройства дискретного ввода-вывода (УДВВ).

На фиг.2 обозначены:

18 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока;

19 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения;

20 - формирователь сигналов контроля и диагностики;

21 - блок частотных фильтров;

22₁ - аналого-цифровой преобразователь блока обработки;

23 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты блока обработки.

На фиг.3 обозначены:

22₂ - аналого-цифровой преобразователь узла обработки;

24 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты узла обработки.

На фиг.4 обозначены:

25 - операционный усилитель преобразователя измерительного тока блока гальванической развязки и масштабирования входных сигналов в виде тока;

26 - операционный усилитель преобразователя измерительного

напряжения блока гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде напряжения.

В качестве операционных усилителей можно использовать микросхему типа QP177GP или аналогичную;

R, R1 - резисторы типа С2-33 или аналогичные;

Т - трансформаторы тока или напряжения типа ТТ-1Т ...ТТ-5Т, ТН-1Т или аналогичные;

Д - диоды типа 2D510A или аналогичные;

V1 - транзистор типа BD135 или аналогичный;

V2 - транзистор типа BD136 или аналогичный.

На фиг.5 обозначены:

R - резисторы типа С2-29В или аналогичные;

С - конденсаторы типа К73-39 или аналогичные.

На фиг.6 обозначены:

27 - мультиплексор, может быть реализован на микросхеме типа ADG4288A или аналогичной;

28 - аналого-цифровой преобразователь, может быть реализован на микросхемах типа AD677AD и REF-01CP или аналогичных;

29 - микропроцессорное устройство, может быть реализовано на микросхеме типа ADSP-2115BP-66 с памятью М27С256 или аналогичной;

30 - буферные регистры, могут быть реализованы на микросхеме типа 74HC374N или аналогичной.

На фиг.7 обозначены:

31 - набор шинных формирователей типа КР1554АП5 или 74НС244 или аналогичных;

32 - часы реального времени типа RTC72423B фирмы "EPSON" или аналогичные;

33 - ПЗУ типа АТ28С256 или аналогичное;

34 - набор буферных регистров типа КР1554ИР23 или аналогичных;

35, 36 - центральные процессоры типа AT89C52-24PI или аналогичные (для упрощения схемы не показаны резонатор и цепи управления);

37 - ОЗУ типа SRM2A256LLCT или аналогичное;

38 - устройство дискретного ввода-вывода (УДВВ);

39 - ОЗУ типа SRM2A256LLCT или аналогичное.

Блок обработки 6 может быть реализован в соответствии с патентом Российской Федерации на изобретение 7 Н 02 Н 7/26 №2173924 от 03.02.2000 Бюл. №26 (фиг.1), или [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов

"Релейная защита энергетических систем" 1998 г стр.778. рис.22.4]. Драйверы каналов RS-232 и RS-485 находятся в микропроцессорной системе и на схеме не показаны (см. стр.781). Подробная информация о работе блока обработки и микропроцессорной системы приведена в патенте и указанной литературе на стр.778-783.

Блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока 18, блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения 19, блок частотных фильтров 21, формирователь сигналов диагностики 20 и аналого-цифровой преобразователь 22₁ могут быть реализованы в соответствии с патентом Российской Федерации на изобретение 7 Н 02 Н 7/26 №2173924 от 03.02.2000 Бюл. №26 (фиг.2-5 соответственно).

Все вышеперечисленные схемы приведены для описания работы системы.

Структурная схема узла регистрации сигналов 13 аналогична схеме узла обработки 12 (фиг.3) за исключением того, что в микропроцессорной системе управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 24 (фиг.7), отсутствует устройство дискретного ввода-вывода 38.

Многомикропроцессорная система содержит 6₁...6_N устройств обработки, устройство сопряжения с объектом 7, регистратор аварийных процессов и событий 8 и функциональный контроллер 1 с дисплеем 2 и процессором 3, каждое устройство обработки 6 содержит блок обработки 10 и два узла сопряжения с магистралью 9 и 11, устройство сопряжения с объектом 7 содержит узел обработки 12 и два узла сопряжения с магистралью 9 и 11, регистратор аварийных процессов и событий 8 содержит узел регистрации 13 и два узла сопряжения с магистралью 9 и 11, информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки 6, устройства сопряжения с объектом 7 и регистратора аварийных процессов и событий 8 соединены с первой группой информационных входов-выходов функционального контроллера 1, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки 6, устройства сопряжения с объектом 7 и регистратора аварийных процессов и событий 8 являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов N-ых блоков обработки 10 и узла обработки 12, первая 14 и вторая 15 группы входов которых и регистратора аварийных процессов и событий 8 являются первой и второй группами входов системы, вторая группа информационных входов-выходов 4 функционального контроллера 1 является третьей группой входов-выходов системы, четвертая группа входов-выходов 5

которой является третьей группой информационных входов-выходов функционального контроллера 1, в устройстве сопряжения с объектом 7, узел обработки 12 содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 18 и напряжения 19, блок частотных фильтров 21, аналого-цифровой преобразователь 22₂ и микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 24, группы выходов блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока 18 и напряжения 19 соединены, соответственно, с первой и второй группой входов блока частотных фильтров 21, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя 22₂, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 24, вторая группа входов-выходов 17 которой является группой входов-выходов для связи с внешними устройствами, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 24, является группой входов-выходов для связи с узлом сопряжения с ПЭВМ 11, четвертая группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 24, является группой входов-выходов для связи с узлом сопряжения с магистралью 9, причем микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 24, содержит набор шинных формирователей 31, два процессора 35 и 36, два оперативных запоминающих устройства 37 и 39, постоянное запоминающее устройство 33, часы 32, набор буферных регистров 34 и устройство дискретного ввода-вывода 38.

Узлы многомикропроцессорной системы релейной защиты и автоматики защиты работают следующим образом:

1. Устройство обработки 6 (фиг.2).

Сигналы от первичных трансформаторов тока и напряжения защищаемого объекта поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 18 и 9 (фиг.4).

Промежуточные трансформаторы Т обеспечивают гальваническую развязку и предварительное масштабирование входных сигналов. Первичные обмотки трансформаторов

обеспечивают заданную термическую стойкость при перегрузках. Прецизионные усилители, реализованные на микросхемах 25 и 26, диодах Д, резисторах R, транзисторах V1 и V2 служат для точного масштабирования сигналов и согласования импедансов промежуточных трансформаторов и аналого-цифрового преобразователя. С выходов прецизионных усилителей сигналы поступают на входы аналоговых фильтров блока частотных фильтров 21 (фиг.5). Фильтры нижних частот пропускают составляющие тока и напряжения определенной частоты и не пропускают высокочастотные гармоники, являющиеся помехами, искажающими синусоиду тока и напряжения. Далее аналоговые сигналы поступают в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22i для изменения формы сигнала на дискретную (цифровую), т.к. последующая обработка сигналов будет производиться цифровыми микросхемами. Входные отфильтрованные сигналы поступают на мультиплексор 26 (фиг.5 патента №2173924), который производит последовательное подключение входа АЦП 27 (фиг.5 патента №2173924) к одному из каналов блока частотных фильтров 21. Всей работой аналого-цифрового преобразователя 22₁ управляет микропроцессорное устройство 28 (фиг.5 патента №2173924), которое обеспечивает цифровую фильтрацию входных сигналов, расчет вторичных электрических параметров сети, выполнение процедур самодиагностики, формирование управляющих сигналов для контроля и диагностики, поступающих на формирователь сигналов контроля и диагностики 20, а также поддерживает обмен с микропроцессорной системой управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты 23 через буферные регистры 29 (фиг.5 патента №2173924). Таким образом микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты получает значения электрических параметров защищаемого объекта из аналого-цифрового преобразователя 22₁ и информацию о состоянии дискретных входов от УДВВ. На основании этой информации, а также значений программных ключей и уставок, хранящихся в ППЗУ, вырабатываются команды управления выходными реле и сигнализацией, в соответствии с алгоритмами защиты, которые поступают по каналу 16 на объекты управления и сигнализации. Помимо выполнения функций защиты и автоматики центральный процессор микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.778 рис.22.4] управляет минидисплеем, обслуживает клавиатуру пульта, а также обеспечивает обмен с

персональной ЭВМ через узел сопряжения с магистралью (драйвер) 11 и с функциональным контроллером 1 через узел сопряжения с магистралью (драйвер) 9. Более подробная информация о работе микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты приведена в [Н.Н.Чернобровов, В.А.Семенов "Релейная защита энергетических систем" 1998 г. стр.778-783].

2. Устройство сопряжения с объектом 7 (фиг.3).

Сигналы от различных датчиков объекта (например, датчики давления, температуры, оборотов турбины энергоблока и т.п.) поступают через резисторы R на промежуточные трансформаторы Т блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения 18 и 9 и далее аналогично вышеописанной работе устройства обработки 6.

Микропроцессорная система 24 узла обработки 12 устройства сопряжения с объектом 7, в отличие от устройства обработки 6, не имеет дисплея и клавиатуры (фиг.7) и работает по "жесткой" программе, нормируя и передавая сигналы от энергоблоков по каналу 17 на объекты контроля и управления, а также передает через драйвер 9 информацию на функциональный контроллер 1 для отображения на дисплее 2. Незначительные корректировки алгоритмов программы микропроцессорной системы 24 возможны от персональной ЭВМ типа "NOTEBOOK" подключаемой к микропроцессорной системе через драйвер 11.

3. Регистратор аварийных процессов и событий 8 (фиг.1).

Для обеспечения контроля за функционированием устройств релейной защиты и автоматики - РЗА (устройства обработки и устройства сопряжения с объектом) в систему введен регистратор аварийных процессов и событий 8, который регистрирует срабатывание защит, срабатывание пусковых и измерительных органов и неисправность устройств.

Регистрация сигналов срабатывания защиты кроме самого факта срабатывания, позволяет фиксировать время срабатывания при аварийных нарушениях в энергоэлектрических системах или вследствие неисправностей отдельных элементов.

Регистрация срабатывания пусковых и измерительных органов позволяет оперативно выявлять и устранять "скрытые" неисправности, которые в дальнейшем могли бы привести к неправильным действиям, а также анализировать правильность функционирования ступенчатых защит при внешних КЗ, контролировать настройку пусковых и измерительных органов.

Запись сигналов неисправности устройств РЗА позволяет принимать меры по устранению неисправности и обеспечению надежной работы систем РЗА. При анализе срабатывания устройств РЗА запись сигналов неисправности существенно облегчает их диагностику и ремонт.

Обработка входных сигналов и работа микропроцессорной системы в регистраторе 8 аналогична устройству сопряжения с объектом 7 за исключением отсутствия в узле регистрации 13 регистратора 8 УДВВ 38.

Регистрируемые сигналы регистратор через драйвер 9 передает в функциональный микроконтроллер 1, где они, в соответствии с определенной программой, выводятся на дисплей 2.

На дисплее 2 информация, поступающая на функциональный контроллер 1 от устройств обработки 6, устройства сопряжения с объектом 7 и регистратора аварийных процессов и событий 8, отображается в соответствии с определенной программой.

Таким образом многомикропроцессорная система с отображением информации на общем дисплее имеет расширенные функциональные возможности т.к. обеспечивает:

- выполнение функций релейной защиты и автоматики, управления и сигнализации присоединений воздушных и кабельных линий электропередачи, секционных и вводных выключателей, силовых трансформаторов, шин и ошиновок;

- трансляцию команд управления от оператора на высоковольтные выключатели объекта;

- автоматизацию процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления;

- автоматизацию сбора, регистрации, анализа и хранения информации об аварийных процессах и событиях;

- возможность группового конфигурирования и управления уставками микропроцессорных устройств релейной защиты;

- сбор и регистрацию диагностической информации от цифровых блоков релейной защиты и автоматики;

- отображение всей необходимой информации на общем дисплее.

Многомикропроцессорная система релейной защиты и автоматики с отображением информации на общем дисплее, содержащая N устройств обработки, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, отличающаяся тем, что в нее введено устройство сопряжения с объектом, регистратор аварийных процессов и событий и функциональный контроллер с дисплеем, причем устройство сопряжения с объектом содержит узел обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем регистратор аварийных процессов и событий содержит узел регистрации и два узла сопряжения с магистралью, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки, устройства сопряжения с объектом и регистратора аварийных процессов и событий соединены с первой группой информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки, устройства сопряжения с объектом и регистратора аварийных процессов и событий являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов N-х блоков обработки и узла обработки, первая и вторая группы входов которых и регистратора аварийных процессов и событий являются первой и второй группами входов системы, вторая группа информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем является третьей группой входов-выходов системы, четвертая группа входов-выходов которой является третьей группой информационных входов-выходов функционального контроллера с дисплеем, причем в устройстве сопряжения с объектом, узел обработки содержит блоки гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения, блок частотных фильтров, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессорную систему управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, причем группы выходов блоков гальванической развязки и предварительного масштабирования входных сигналов в виде тока и напряжения соединены, соответственно, с первой и второй группой входов блока частотных фильтров, группа выходов которого соединена с группой входов аналого-цифрового преобразователя, группа входов-выходов которого соединена с первой группой входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, вторая группа входов-выходов которой является группой входов-выходов для связи с внешними устройствами, третья группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, является группой входов-выходов для связи с узлом сопряжения с ПЭВМ, четвертая группа входов-выходов микропроцессорной системы управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, является группой входов-выходов для связи с узлом сопряжения с магистралью, причем микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты, содержит набор шинных формирователей, два процессора, два оперативных запоминающих устройства, постоянное запоминающее устройство, часы, набор буферных регистров и устройство дискретного ввода-вывода.