В данной статье рассмотрим пример построения системы управления подстанцией - структуру, архитектуру, оборудование. В данном случае подстанция 500/220/10 кВ

D20/D200 является ядром интегрированной системы управления подстанцией (ИСУП) компании GE Energy, как показано на Рисунке 1.

Для увеличения нажмите на картинку

рис 1. Интегрированная система управления подстанцией

Система D20/D200 обеспечивает функциональность служб подстанции в критичной к отказам среде подстанции. Система D20/D200 имеет распределенную архитектуру для сбора данных и контроля оборудованием подстанции.

Система D20/D200 предусматривается с широким набором опций:

·            Главные протоколы SCADA (см. раздел С – Поддерживаемые главные протоколы)

·            Протоколы IED (см. раздел D – Поддерживаемые IED протоколы

·            Опции связи (см. раздел 2.7 – Связь)

·            Периферийные модули ввода/вывода (см. раздел 2.4 – Периферийные модули ввода/вывода)

·            Утилиты для эксплуатации и техобслуживания (см. раздел 3 – Программное обеспечение для конфигурирования и техобслуживания).

·            Программы автоматизации подстанции (см. раздел 4 – Прикладное программное обеспечение)

Система D20/D200 имеет распределенную архитектуру, которая состоит из одного или нескольких центральных процессоров, периферийных модулей ввода/вывода, клеммных блоков, блоков питания и аппаратуры связи.

Главными компонентами системы D20/D200 являются:

·            Главное шасси D20/D200, оснащенное процессорами, блоком питания, портами
RS-232/485

·            Периферийные модули ввода/вывода

·            Вспомогательное оборудование

·            Коммуникационные интерфейсы

·            Микропрограммное обеспечение

·            Программы конфигурирования и техобслуживания

·            Инструкции пользователя

Связь центрального процессора с периферийными устройствами ввода/вывода осуществляется через выделенные высокоскоростные каналы связи D.20. Универсальные последовательные порты RS-232 и RS-485 обеспечивают связь с рядом внешних устройств, включая подстанционное оборудование (например, электронные приборы), локальные принтеры, операторские терминалы и компьютеры SCADA.

Полевые данные, сбор которых осуществляется системой D20/D200, хранятся в базе данных системы, доступ к которым предусматривается посредством различных прикладных программ.

В основе аппаратного обеспечения системы D20/D200 лежит следующее:

·            Распределенная архитектура обработки, позволяющая разделение ресурсов для обработки данных между главным процессором и процессорами периферийных устройств ввода/вывода

·            Логические устройства CMOS для экономичного энергопотребления, помехозащищенности и высокой надежности

·            Расширенные 32-битовые однокристальные микропроцессоры Freescale^TM 68030 (D20ME и ME II) и 68HC11 (периферийные устройства ввода/вывода D20)

·            Программируемые логические устройства, обеспечивающие гибкость, надежность и сокращающие физическое расстояние между логическими цепями

·            Порт для сервисных функций, работающий со скоростью 9600 бод

·            Канал D.20 HDLC с использованием экранированного кабеля или стекловолоконного/ пластикового волоконно-оптического кабеля

Модульная конструкция системы D20/D200 обеспечивает возможность удобного расширения системы, если впоследствии вам потребуются дополнительные процессорные ресурсы или коммуникационные порты.

Существует два типа главных удаленных терминалов D20:

·            С одним разъемом (не поддерживающие стандарт VME) – один процессор

·            С пяти разъемами, поддерживающие стандарт VME – максимум два процессора плюс Ethernet

Аппаратное обеспечение блока D20 состоит из шасси, монтируемого в стойке, содержащего одну или несколько процессорных плат, блоки питания и модемы. Как показано на Рисунке 4, интерфейсы D20 с подстанционным оборудованием, соединенного либо через периферийные модели ввода/вывода, либо напрямую через порты RS-232, RS-485, либо через каналы Ethernet.

 

Модуль D20 может поддерживать максимум:

·            Два порта D.20, каждый из которых может поддерживать до 31 периферийных устройств ввода/вывода без повторителей и 120 периферийных устройств ввода/вывода с повторителями

·            14 портов RS-232 или RS-485 (7 на каждую процессорную плату)

·            Два канала Ethernet

рис 2. Архитектура системы D20

Пример схемы системы D20, монтируемой на стойке, показан на Рисунке 5.

 

*УПП – Универсальный Преобразователь Протоколов

Рисунок 3. Пример схемы системы D20

 

 

1.4 Платформа автоматизации подстанции D200

Система D200 имеет вычислительную мощность и возможности расширения, необходимые для автоматизации на крупных подстанциях. Это достигается за счет инновационной конструкции, в которой реализуется множество процессоров D20, связывающихся по шине VME.

 

Рисунок 4. Платформа автоматизации подстанции D200

Система D200 имеет вычислительную мощность для контроля и управления тысячами точками ввода/вывода. Она может поддерживать сложные программы автоматизации, например, программируемое логическое управление LogicLinx, при этом, не снижая производительности всей системы. 

Компания GE Energy установила системы D200, количество точек контроля которых превышает 80000. Для получения более подробной информации о разработке крупных системах обращайтесь в компанию GE Energy.

Характеристики системы D200

• Порты RS-232/RS-485 поддерживают большое количество хост-систем и интеллектуальных электронных устройств (IED)

• Шинная архитектура VME обеспечивает масштабируемость и высокую производительность при добавлении последовательных портов, опций LAN и памяти

• Интеграция и управление данными выполняется таким образом, чтобы различные приложения имели доступ к единой базе данных в реальном масштабе времени

• Дополнительная избыточная конфигурация для повышения готовности на критических объектах (см. раздел 2.9, Резервирование)

• Устойчивость для выполнения критических функций управления в подстанционной среде в соответствии с принятыми стандартами IEEE® и IEC®. 

 

Аппаратное обеспечение системы D200 идентично аппаратному обеспечению системы D20, но физическая производительность D200 значительно выше. Построенная на базе 9-разъемного шасси VME система D200, показанная на Рисунке 7, может поддерживать максимум:

• Четыре порта D.20, каждый из которых может обрабатывать максимум 31 периферийных устройств ввода/вывода без повторителей и 120 периферийных устройств ввода/вывода с повторителями

• 49 портов RS-232 или RS-485 (7 на каждый главный процессор D20ME или D20ME II)

• Два канала Ethernet

 

 

Рисунок 5. Архитектура системы D200

Пример схемы системы D200, монтируемой в стойке, показан на Рисунке 6.

 

 

Рисунок 6. Пример схемы D200 стоечного монтажа

1.5 Аппаратное обеспечение удаленного терминала D20/D200

1.5.1 Шасси

Шасси D20 и D200 имеет конструкцию плат VME/Eurocard для монтажа съемных модулей D20, включая:

• Центральный процессор

• Блоки питания

• Модемы

• Модуль расширения памяти/Ethernet

• Интерфейсная карта для сопряжения с линией связи

Для удобства порты для сервисных функций, точки тестирования, индикаторы и переключатели питания вынесены на лицевую часть шасси. В шасси D20 и D200 версии VME внешние соединения предусматриваются через клеммные панели, монтируемые на задней стороне. 

1.5.1.1 Шасси D20 

Рисунок 7. Перспективное изображение системы D20 

Шасси D20 предусматривается в одноразъемной версии Eurocard или пятиразъемной версии VME. В одноразъемном шасси подразумевается один горизонтальный слот Eurocard удвоенного размера для монтажа процессорной карты D20. Оно оснащено встроенным клеммным щитком D20 для подключения полевого оборудования и блоков питания заказчика и для доступа к последовательному порту.

Шасси VME оснащено пятью горизонтальными расширительными разъемами для использования с печатными платами, совместимыми со стандартом VME. Отдельный клеммный щиток требуется для шасси VME. Шасси VME D20 может поддерживать максимум:

• Две процессорные платы D20

• Два порта D.20, каждый из которых поддерживает до 31 периферийных устройств ввода/вывода без повторителей и 120 периферийных устройств ввода/вывода с повторителями

• Четырнадцать портов RS-232 или RS-485 на каждый процессор

• Два порта Ethernet

 

1.5.1.2 Шасси D200

Рисунок 8. Перспективное изображение системы D200

Шасси D200 представляет собой девятиразъемное шасси VME, которое может поддерживать максимум:

• Семь процессорных плат D20

• Четыре порта D.20, каждый из которых может поддерживать до 124 периферийных устройств ввода/вывода без повторителей и 480 периферийных устройств ввода/вывода с повторителями

• 49 портов RS-232 или RS-485 (по семь на каждый центральный процессор)

• Два порта Ethernet

1.5.2 Центральный процессор

Конструкция центрального процессора D20 была усовершенствована с точки зрения производительности и технологии упаковки электронных схем. Предыдущие версии центрального процессора D20 (D20M, D20M+ и D20M++), которые, несмотря на то, что уже не выпускаются, все еще эксплуатируются на многих объектах. Современные версии главного процессора D20 (D20ME и D20ME II) описаны ниже. Более подробное описание главных процессоров приведено в разделе ниже – Центральный процессор.

Совместимость различных версий центральных процессоров D20/D200 и шасси показана в разделе E - Совместимость центрального процессора D20/D200.

 

Рисунок 9. Центральный процессор D20ME II

1.5.2.1 D20ME

Центральный процессор D20ME:

• Концентрирует данные, полученные из подстанционного оборудования, затем обрабатывает и пересылает эти данные в мастер-устройство SCADA

• Получает управляющие сигналы (воздействия) из главного устройства SCADA и передает эти сигналы в подстанционное оборудование

• В зависимости от прикладной программы, поддерживаемой в блоке, инициирует управляющее воздействие на базе состояния подстанционного оборудования

• Обрабатывает команды на выполнение сервисных функций, полученные через порт WESMAINT.

Интерфейсы D20ME с подстанционным оборудованием реализуются через:

• Периферийные устройства ввода/вывода

• Порты RS-232 (восемь портов RS-232 на каждый модуль D20ME, один из которых является портом для сервисных функций) 

• Порты Ethernet (два на каждый модуль D20/D200)

1.5.2.2 D20ME II

В дополнение к функциям D20ME, описанным выше, центральный процессор D20ME II можно сконфигурировать на поддержку коммуникационных функций порта RS-485 на любом из семи последовательных портов (восьмой порт зарезервирован для порта WESMAINT RS-232). Через каждый из последовательных портов RS-485 модуль D20/D200 может связываться в многоканальной среде с большим количеством конечных устройств на расстоянии свыше 1200 метров. 

1.5.2.3 Модуль расширения памяти и Ethernet

Модуль D20EME представляет собой модуль на базе VME, который комбинирует функции поддержки Ethernet и расширения памяти глобальных данных.

 

Рисунок 10. D20EME (Ethernet/Расширение памяти)

Модуль D20EME позволяет системам D20 и D200 на базе VME соединяться напрямую с сетью Ethernet, скорость которой составляет 10 Мбит/с. Допустимые конфигурации модуля D20EME включают:

• Только Ethernet

• Только память

• Ethernet и память

Более подробная информация приведена в разделе 2.3. Модуль Ethernet и расширения памяти (EME).

1.5.3 Источники питания

Импульсный источник питания D20, установленный на шасси D20, обеспечивает питание блоков, установленных в шасси, и максимум пяти периферийных устройство ввода/вывода D20, в зависимости от аппаратной конфигурации. Для более крупных систем, в которых сконцентрировано более пяти периферийных устройств, всегда требуется внешний источник питания. Блоки питания D200 служат для питания множества процессоров и сконфигурированы как отдельные блоки питания на ±12 и 5 В.

Рисунок 11. Блоки питания, монтируемые в шасси D20/D200