Многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и может быть использовано для автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводимой информации, присоединений и выключателей объекта контроля и управления, автоматизации сбора, анализа и хранения информации об аварийных процессах, сбора диагностической информации от блоков релейной защиты и автоматики. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит N устройств обработки, N узлов связи, микропроцессорный преобразователь, при этом каждое из устройств обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения, а микропроцессорный преобразователь содержит два усилителя, микропроцессор, набор элементов ИЛИ, элемент И, преобразователь электрических сигналов в оптические и преобразователь оптических сигналов в электрические. 5 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и технике релейной защиты и предназначено для автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления, обработки этой информации и передачи ее оперативному пеpсоналу.

Известная система соединения нескольких устройств [А.С. G 06 F 15/16, 337902, 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, 820391, 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 микропроцессорная 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.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей системы за счет введения функций автоматизации процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объект контроля и управления, автоматизации сбора, анализа и хранения информации об аварийных процессах с возможностью дистанционного конфигурирования и управления уставками микропроцессорных устройств релейной защиты, а также дистанционного сбора диагностической информации от блоков цифровой релейной защиты и автоматики.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую N устройств обработки и N узлов связи, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем выход b-го узла связи (где b= 1...N-1) соединен со входом (b+1)-го узла связи, введен микропроцессорный преобразователь, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки соединены с информационными входами-выходами соответствующего N-го узла связи, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группами входов-выходов N-х блоков обработки, первая и вторая группы входов которых являются группой входов системы, выход N-го узла связи соединен со входом микропроцессорного преобразователя, выход которого соединен со входом первого узла связи, группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является третьей группой входов-выходов системы, причем микропроцессорный преобразователь состоит из двух усилителей, микропроцессора, набора элементов ИЛИ, элемента И, преобразователя электрических сигналов в оптические и преобразователя оптических сигналов в электрические, причем группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является входом первого усилителя и выходом второго усилителя, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с третьим входом набора элементов ИЛИ и с первым выходом микропроцессора, вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй выход микропроцессора соединен с первым входом набора элементов ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом элемента И и с выходом преобразователя оптических сигналов в электрические, вход которого является входом микропроцессорного преобразователя, выход которого является выходом преобразователя электрических сигналов в оптические, вход которого соединен с выходом набора элементов ИЛИ.

На фиг. 1 приведена структурная схема одной информационной петли (многопроцессорная система) информационно-управляющего комплекса.

На фиг.2 - пример реализации устройства обработки.

На фиг.3 - пример реализации микропроцессорного преобразователя.

На фиг.4 - пример реализации узла связи.

На фиг.5 - пример реализации информационно-управляющего комплекса.

На фиг.1 обозначены: 1 - промышленный мощный компьютер; 2 - микропроцессорный преобразователь; 3₁...3_N - узлы связи; 4₁,...4_N - узлы сопряжения с магистралью (интерфейс RS-485); 5₁...5_N - блоки обработки; 6₁... 6_N - узлы сопряжения с магистралью (интерфейс RS-232); 7₁...7_N - устройства обработки; 8 - персональный компьютер, например "NOTEBOOK" или аналогичный; 9 - многопроцессорная система.

На фиг.2 обозначены:
10 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде тока;
11 - блок гальванической развязки и предварительного масштабирования сигналов в виде напряжения;
12 - формирователь сигналов контроля и диагностики;
13 - блок частотных фильтров;
14 - аналого-цифровой преобразователь;
15 - микропроцессорная система управления выходными реле и сигнализацией в соответствии с алгоритмами защиты.

На фиг.3 и 4 обозначены:
16 - усилитель, например SP232EEP фирмы " SIPEX" или аналогичный;
17 - микропроцессор, например PIC12C508A - 04I/P фирмы "MICROCHIP" или аналогичный;
18 - набор элементов ИЛИ, например MC74AC00N фирмы "MOTOROLA" или аналогичный;
19 - преобразователь электрических сигналов в оптические, например HFBR-1414M фирмы "HEWLETT PACKARD" или аналогичный;
20 - преобразователь оптических сигналов в электрические, например АФПУ или аналогичный;.

21 - элемент И, например 74АС00 или аналогичный;
На фиг.5 обозначены:
22₁ - 22_N - автоматизированные рабочие места операторов управления;
23 - межканальный коммутатор, например ETHERNET;
24 - межканальный коммутатор, например SWITCH;
25₁ - 25_N - серверы, например Primary Domain Controller, Back Domain Controller; SCADA и т.д.

Блок обработки 5 может быть реализован в соответствии с заявкой о выдаче патента Российской Федерации на изобретение Н 02 Н 7/26, 2000102777/09 (002690) от 03.02.2000 г., имеющей решение о выдаче патента на изобретение от 25.05.2001 г. 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 заявке и указанной литературе на стр. 778-783.

Многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики содержит N устройств обработки ₁... 7_N, N узлов связи 3₁...3_N и микропроцессорный преобразователь 2, причем каждое устройство обработки 7 содержит блок обработки 5 и два узла сопряжения с магистралью 4 и 6, причем выход b-го узла связи 3 (где b=1...N-1) соединен со входом (b+1)-го узла связи 3, информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки 7 соединены с информационными входами-выходами соответствующего N-го узла связи 3, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки 7 являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группами входов-выходов N-х блоков обработки, первая и вторая группы входов которых являются группой входов системы, выход последнего узла связи 3_N соединен со входом микропроцессорного преобразователя 2, выход которого соединен со входом первого узла связи 3₁, группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является третьей группой входов-выходов системы, микропроцессорный преобразователь 2 состоит из двух усилителей 16₁ и 16₂, микропроцессора 17, набора элементов ИЛИ 18, элемента И 21, преобразователя электрических сигналов в оптические 19 и преобразователя оптических сигналов в электрические 20, причем группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя 2 является входом первого усилителя 16₁ и выходом второго усилителя 16₂, вход которого соединен с выходом элемента И 21, первый вход которого соединен с третьим входом набора элементов ИЛИ 18 и с первым выходом микропроцессора 17, вход которого соединен с выходом первого усилителя 16₁, второй выход микропроцессора 17 соединен с первым входом набора элементов ИЛИ 18, второй вход которого соединен со вторым входом элемента И 21 и с выходом преобразователя оптических сигналов в электрические 20, вход которого является входом микропроцессорного преобразователя 2, выход которого является выходом преобразователя электрических сигналов в оптические 19, вход которого соединен с выходом набора элементов ИЛИ 18.

Работа многопроцессорной системы релейной защиты и автоматики определяется режимами:
- инициализация и конфигурация (пусконаладка);
- работа.

В режиме инициализация по указаниям системного администратора производится формирование структуры системы с учетом входящих устройств обработки 7, распределения по номерам подключаемых к устройствам обработки распределительных устройств, определяется порядок опроса устройств обработки. Одновременно происходит формирование и инициализация баз данных, в том числе динамической, в которой хранятся измеряемые устройствами обработки параметры, а также значения входных и выходных дискретных сигналов.

В режиме работа осуществляется:
- сбор информации от устройств обработки в установленном порядке, анализ их работоспособности;
- осциллографирование электрических сигналов (программная обработка с выводом на экран монитора осциллограмм сигналов) как в нормальном режиме, так и при аварийных событиях;
- выдача команд на устройства обработки;
- заполнение баз данных и управление ими;
- интерактивное взаимодействие системы с операторами АРМов;
- фоновая самодиагностика, в процессе которой в системе (комплексе) осуществляется самоконтроль входящих компонентов (устройств обработки, сетевых компонентов, АРМов, серверов) без прекращения работы.

Все перечисленные операции осуществляются в автоматическом режиме.

В режиме работы по командам оператора выполняется управление коммутационными аппаратами объектов контроля и управления подключенным к устройствам обработки через группы входов и входов-выходов, конфигурирование комплекса, конфигурирование системы цифровой релейной защиты и автоматики и введение уставок. Работа системы происходит следующим образом:
Промышленный компьютер 1 осуществляет опрос устройств обработки 7 по схеме "Ведущий -ведомый". Поступающая от устройств обработки информация анализируется в режиме управления по событиям и заносится в локальную базу данных реального времени.

Собранная в базе данных информация через выделенный сервер 25 предоставляется программам верхнего уровня, где с помощью соответствующих программных модулей визуализируется на соответствующий АРМ 22 диспетчера или инженера. Обмен между АРМ осуществляется по сети Ethernet (фиг.5).

Микропроцессорный преобразователь 2 и узел связи 3 работают в режиме "мастер" или "ретранслятор" следующим образом: устройство обработки 7, выполняющее роль "ведущего" в информационной петле 9, выдает информационные сигналы, поступающие на вход узла связи 3, которые через усилитель 16 поступают на вход набора элементов ИЛИ 18, на второй вход которого, в определенное программой время, поступают сигналы с преобразователя оптических сигналов в электрические для обеспечения ретрансляции сигналов. Обеспечение режима приема-передачи или ретрансляции определяется уровнем сигнала на третьем входе набора элементов ИЛИ 18 и первом входе элемента И (если уровень - высокий, то происходит прием-передача, если - низкий, то ретрансляция - сигналы проходят только через набор элементов ИЛИ 18). Далее сигналы преобразуются в оптические импульсы и по волоконно-оптическому кабелю передаются на оптический вход следующего узла связи 3, где преобразуются в электрические сигналы, которые одновременно поступают в соответствующее устройство обработки, а также преобразуются в оптические сигналы и по волоконно-оптическому каналу поступают на вход следующего устройства обработки 7. В микропроцессорном преобразователе 2 прием, передача и ретрансляция сигналов происходит аналогичным образом под управлением микропроцессора 17 в соответствии с программным обеспечением.

Таким образом система имеет расширенные функциональные возможности, т.к. обеспечивает:
- трансляцию команд управления от операторов на высоковольтные выключатели вводов и присоединений;
- автоматизацию процесса сбора информации о состоянии вводов, присоединений и выключателей объекта контроля и управления;
- автоматизацию сбора, анализа и хранения информации об аварийных процессах;
- возможность дистанционного конфигурирования и управления уставками микропроцессорных устройств релейной защиты;
- дистанционный сбор диагностической информации от блоков цифровой релейной защиты и автоматики.

Формула изобретения

Многопроцессорная информационно-управляющая система релейной защиты и автоматики, содержащая N устройств обработки и N узлов связи, причем каждое устройство обработки содержит блок обработки и два узла сопряжения с магистралью, причем выход b-го узла связи (где b=1...N-1) соединен со входом (b+1)-го узла связи, отличающаяся тем, что в нее введен микропроцессорный преобразователь, причем информационные входы-выходы первой группы каждого N-го устройства обработки соединены с информационными входами-выходами соответствующего N-го узла связи, информационные входы-выходы второй группы каждого N-го устройства обработки являются первой группой входов-выходов системы, вторая группа входов-выходов которой является группами входов-выходов N-ых блоков обработки, первая и вторая группы входов которых являются группой входов системы, выход N-го узла связи соединен со входом микропроцессорного преобразователя, выход которого соединен со входом первого узла связи, группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является третьей группой входов-выходов системы, причем микропроцессорный преобразователь состоит из двух усилителей, микропроцессора, набора элементов ИЛИ, элемента И, преобразователя электрических сигналов в оптические и преобразователя оптических сигналов в электрические, причем группа входов-выходов микропроцессорного преобразователя является входом первого усилителя и выходом второго усилителя, вход которого соединен с выходом элемента И, первый вход которого соединен с третьим входом набора элементов ИЛИ и с первым выходом микропроцессора, вход которого соединен с выходом первого усилителя, второй выход микропроцессора соединен с первым входом набора элементов ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом элемента И и с выходом преобразователя оптических сигналов в электрические, вход которого является входом микропроцессорного преобразователя, выход которого является выходом преобразователя электрических сигналов в оптические, вход которого соединен с выходом набора элементов ИЛИ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5