Приклад автоматизованої системи обліку
електричної енергії
До складу комп’ютерної системи обліку електричної енергії (КСОЕ) входять багатофункціональні мікропроцесорні лічильники, комунікаційне обладнання для побудови каналів зв’язку, сервер баз даних та програмний комплекс (рис. 8.26).
Програмний комплекс системи включає:
служби автоматичного збору даних і автоматичного моніторингу;
програми настройки служб автоматичного збору даних і автоматичного моніторингу;
програму «Клієнт»;
програму «Конфігуратор»;
програму «Моніторінг»;
базу даних, доступом до якої керує SQL-сервер.
Структура програмного комплексу відображена на рис. 8.27 та наділена такими функціями:
автоматичне опитування баз даних лічильників;
здійснення моніторингу вимірюваної лічильниками потужності.
з
анесення
одержаної інформації до бази даних;контроль цілісності бази даних.
Рисунок 8.26 –
Функціональна схема системи
автоматизованого
обліку електричної
енергії
.
Програма «Клієнт» здійснює:
відображення на екрані та друкування графіків навантаження;
відображення на екрані та друкування звітів про об’єми та режими енергопостачання;
дистанційне керування опитуванням лічильників.
Програма «Конфігуратор» здійснює настройку системи :
вносить до бази даних інформацію про структуру об'єктно-орієнтованої комп’ютерної системи обліку;
здійснює загальну настройку об'єктно-орієнтованого програмного комплексу;
змінює параметри та структуру функціонуючої системи обліку.
Програма «Моніторінг» встановлюється на стороні клієнта і виконує:
розрахунок та прогнозування на кожну поточну хвилину графіку навантаження об’єкту енергопостачання та його структурних підрозділів, усередненого на інтервалах 30 хвилин;
контроль та відображення перевищень лімітованих потужностей (реальних та прогнозованих);
відображення на екрані та у друкованих звітах службових повідомлень.
Багатофункціональний мікропроцесорний лічильник електричної енергії «Облік»
Лічильник «Облік» призначено для виконання наступних функцій:
- облік активної та реактивної енергії (окремо споживання та генерація) диференційовано за добовим тарифним розкладом;
- реєстрація кількості імпульсів, що надходять по 8 телеметричних каналах від інших лічильників (диференційовано за добовим тарифним розкладом);
- збереження в базі даних результатів вимірювань на інтервалах усереднення 1, 3, 5, 15, 30, 60 хвилин (не менш як 2160 значень активної та реактивної енергії/потужності та кількості імпульсів по кожному з 8 телеметричних каналів);
- збереження в базі даних максимальних та мінімальних значень фазних струмів і напруг, що досягаються на інтервалах усереднення;
- вимірювання і відображення в реальному часі з усередненням на інтервалі 2 сек. активної та реактивної потужності (роздільно по фазах і сумарної), діючих значень фазних струмів і напруг, кутів між фазними стумами та напругами, частоти змінного струму в контрольованій електричній мережі;
- автодіагностика і автоматична реєстрація стану електричних приєднань (відключення кіл вимірювання струму та напруги, відключення кола живлення лічильника) з фіксацією дати і часу порушень.
Лічильник «Облік» являється приладом системного призначення і забезпечує безпосередню передачу інформації в мережу зв’язку з сервером автоматизованої системи обліку по інтерфейсах RS 485 і RS 232.
Основні принципи побудови
Обчислювальний процес у лічильнику організовано за конвеєрним принципом на базі трьохпроцесорного мікроконтролера. До складу лічильника входять:
сигнальний процесор для первинної обробки аналогових сигналів (аналоговий);
процесор для обробки і корегування результатів вимірювань струмів, напруг, та кількості імпульсів по телеметричних каналах (логічний);
процесор для обчислення енергії, потужності та виконання функцій контролера бази даних і комунікаційного серверу (центральний);
вимірювальні перетворювачі струму і напруги;
електронні реле для формування вихідних телеметричних каналів лічильника;
рідинно-кристалічний дисплей для відображення результатів вимірювань;
панель управління з псевдо-сенсорною клавіатурою;
комунікаційні порти RS-232, RS-485.
Структурна схема лічильника представлена на рис. 8.28. Живлення внутрішніх кіл здійснюється від вбудованого стабілізованого джерела постійного струму. Зовнішнє живлення лічильника здійснюється по двох каналах: від кіл вимірювання напруги, та від незалежного джерела змінного струму напругою 220 В. Оперативна пам’ять тарифного модулю та годинник реального часу мають резервне живлення від вбудованої літієвої батареї з гарантованим строком живлення 10 років.
Перша складова обчислювального конвеєру забезпечує послідовну (неодночасну) вибірку миттєвих значень струмів та напруг (96 вибірок на періоді) за принципом подвійного сканування (див. розділ 2, а також аналого-цифрове перетворення та інтегрування на інтервалі 2 сек. результатів добутку струмів і напруг. Одержані результати передаються до другої складової обчислювального конвеєру, після чого аналоговий модуль відновлює свою роботу з вибірками. Завдяки такій організації обчислювального процесу досягається суттєве зменшення інтервалів часу між вибірками.
Функціональна схема аналогового модулю представлена на рис. 8.29.
До його складу входять вимірювальні перетворювачі струмів та напруг, 12 - розрядний 8 - канальний аналого-цифровий перетворювач і мікропроцесор. Вимірювання частоти змінного струму здійснюється шляхом визначення кількості періодів однієї з напруг на інтервалі 2 сек.
Логічний процесор є другим елементом інформаційного конвеєру, що здійснює обчислення параметрів обліку. Він завершує операції обчислення прибутків активної та реактивної енергії на інтервалі усереднення 2 сек. по основному вимірювальному та восьми додатковим (телеметричним) каналам. Результати обчислень передаються в центральний процесор, що додає енергію по каналах за тарифним розкладом і реєструє графік навантаження. Логічний процесор обчислює наступні величини:
прибуток активної енергії на інтервалі усереднення 2 сек.;
прибуток реактивної енергії на інтервалі усереднення 2 сек.;
квадрат діючого значення струму в кожній фазі;
квадрат діючого значення напруги в кожній фазі;
кількість імпульсів на інтервалі усереднення 2 сек. по кожному телеметричному каналу;
кути між струмами та напругами в кожній фазі;
частоту змінного струму;
кількість імпульсів пропорційно активній та реактивній вимірюваній потужності, які необхідно передати по вихідним телеметричним каналам за 2 сек.
Рисунок 8.28 – Функціональна
схема аналогового модулю
В пам’яті логічного процесору зберігається електронна таблиця значень корегуючої функції для корегування похибок трансформаторів струму. Наявність такої таблиці і відповідного алгоритму дозволяє настроювати лічильник на реальний діапазон навантаження вимірювальних кіл, зважаючи на їх нелінійність.
Центральний процесор завершує цикл обчислення таких величин:
прибутки активної енергії на тарифних інтервалах та календарних періодах;
прибутки реактивної енергії на тарифних інтервалах та календарних періодах;
значення активної та реактивної енергії наростаючим підсумком;
діючі значення струмів та напруг;
поточні значення активної та реактивної потужності;
Логічний та центральний процесори структурно об’єднані в тарифний модуль. Крім зазначених вище складових частин, він також включає флеш-пам’ять об’ємом 128 кілобайт, комунікаційні порти RS-232 і RS-485 та годинник реального часу (RTC), інтегрований з оперативною пам’яттю об’ємом 4 кілобайта і літієвою батареєю.