Модернизация сетей энергоснабжения общежития №4 ОАО «Гродно Азот» по 2-му переулку

 

1.2 Трехфазные многофункциональные электросчетчики серии СЕ 301

 

1.2.1 Назначение область применения

 

Счетчики активной электрической  энергии трехфазные СЕ 301 предназначены для измерения активной электрической энергии, значений активной мощности, усредненных на интервале в 1 с (в дальнейшем активная мощность), частоты напряжения, угла сдвига фаз, среденеквадратического значения напряжения и силы тока в трехфазных четырехпроводных цепях переменного тока и организации многотарифного учета электроэнергии.

Применяются внутри помещений, в местах, имеющих дополнительную защиту от влияния окружающей среды, на промышленных предприятиях и объектах энергетики, а также для передачи по линиям связи информационных данных для автоматизированных информационно-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии АИИС КУЭ.

 

1.2.2 Описание

 

Принцип действия счетчика основан на измерении мгновенных значений входных сигналов тока и напряжения шестиканальным аналого-цифровым преобразователем, с последующим вычислением среднеквадратических значений токов и напряжений, активной мощности и энергии, углов сдвига фазы и частоты.

Счетчик также имеет  в своем составе микроконтроллер, энергонезависимую память данных и встроенные часы реального времени, позволяющие вести учет активной электроэнергии по тарифным зонам суток, интерфейсные выходы для подключения к системам автоматизированного учета потребленной электроэнергии, ЖК-индикатор для просмотра измеряемой информации, клавиатуру с одной пломбируемой кнопкой для защиты от несанкционированного перепрограммирования.

В состав счетчика, в соответствии со структурой условного обозначения, могут входить дополнительные устройства: интерфейсные, управления нагрузкой и т.д. Зажимы для подсоединения счетчика к сети и испытательное выходное устройство закрываются пластмассовой крышкой. Счетчик ведет учет энергии по четырем тарифам в соответствии с сезонными программами смены тарифных зон (количество тарифных зон в сутках - до 12, количество сезонных программ - до 12, количество тарифных графиков - до 36). Сезонная программа может содержать суточный график тарификации рабочих дней и альтернативные суточные графики тарификации.

Схема подключения  с интерфейсом EIA485 через внешний адаптер EIA485 к СОМ-порту ПЭВМ.

Счетчик обеспечивает учет и вывод на индикацию:

• количества потребленной и отпущенной активной электроэнергии нарастающим итогом суммарно и раздельно по четырем тарифам;
• количества потребленной и отпущенной активной электроэнергии нарастающим итогом суммарно и раздельно по 4 тарифам на конец месяца за 13 месяцев;
• количества потребленной и отпущенной активной электроэнергии нарастающим итогом суммарно и раздельно по 4 тарифам на конец суток за 45 суток;
• графиков активных мощностей (потребления и отпуска), усредненных на заданном интервале времени (1.. .60 минут) за период не менее 60 суток (при 30 минутном интервале);
• количества потребленной и отпущенной активной электроэнергии за текущий и 12 прошедших месяца суммарно и раздельно по 4 тарифам. [7-9].

 

1.2.3 Основные технические характеристики

 

Таблица 2 - Основные технические характеристики

1	2
Номинальный или базовый  ток	5 А или 10 А
Максимальный ток	10 А, 60 А или 100 А
Номинальное напряжение	3x57,7/100 В или 3x230/400 В
Диапазон рабочих температур окружающего воздуха	от минус 40 до 60 °С
Диапазон значений постоянной счетчика	от 450 имп/кВт»ч до 8000 имп/кВт»ч
Порог чувствительности	См. таблицу 8
Количество десятичных знаков индикатора	не менее 8
Полная мощность, потребляемая каждой цепью тока	не более 0,1 В»А при номинальном (базовом) токе
Полная (активная) мощность, потребляемая каждой цепью напряжения	не более 9 В»А (0,8 Вт) при  номинальном значении напряжения
Предел основной абсолютной погрешности хода часов	± 0,5 с/сутки
Дополнительная погрешность хода часов при нормальной температуре и при отключенном питании	±1 с/сутки
Предел дополнительной температурной погрешности хода часов	± 0,15 с/°С-сутки в диапазоне  от минус 10 до 45 °С ±0,2 с/°С-сутки в  диапазоне от минус 40 до 60 °С
Длительность хранения информации при отключении питания, лет	10
Число тарифов	4
Продолжение таблицы 2
1	2
Число временных зон  в сутках	до 12
Минимальный (максимальный) интервал тарифной зоны, мин	1 (1440)
Дискретность задания  интервала тарифной зоны, мин	1
Количество реле управления нагрузкой	до 2
Допустимое коммутируемое  напряжение на контактах реле управления и сигнализации	не более 265 В в модификации Q, Q2 и S не более 30 В в модификации Q1 и S1
Допустимое значение коммутируемого тока на контактах реле управления и сигнализации	не более 2 А в модификации Q, Ql, S и S1. не более 100 А в модификации и Q2
Количество электрических  испытательных выходов с параметрами  по ГОСТ Р 52322 (ГОСТ Р 52323)	1
Количество оптических испытательных выходов с параметрами по ГОСТ Р 52320	1
Максимальная емкость  каждого счетного механизма импульсных входов	99999999 импульсов
Скорость обмена по интерфейсам	От 300 Бод до 19200 Бод; для IrDA фикс. 9600 Бод
Скорость обмена через  оптический порт	От 300 Бод до 9600 Бод
Время интеграции средней мощности (периоды интеграции выбираются пользователем из ряда)	1; 2; 3; 4; 5; 6; 10; 12; 15; 20, 30 или  60 мин.
Время обновления всех показаний  счетчика	1 с
Время чтения любого параметра  счетчика по интерфейсу или оптическому  порту	Зависит от типа параметра  и может изменяться в диапазоне  от 0,06 с до 1000 с (при скорости 9600 Бод)

 

 

 

 

 

2 ПРОГРАМНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

 

2.1 Программное обеспечение счетчика СЕ 102 и 301

 

Для конфигурирования, наладки и  контроля счетчиков принято решении  применить программное обеспечение Admin Tools (программное обеспечение, с разрешения фирмы разработчика предлагается). П О позволяет с минимальными затратами изменять алгоритм измерений,  производить изменение конфигурации приборов учета, наладки, способа считывания контрольной информации.

Счетчики  СЕ  102 и являются  счетчиками  непосредственного включения  и  предназначены  для  измерения  активной  электроэнергии  в  однофазных  цепях переменного тока, организации учета по четырем тарифам с передачей накопленной информации через ИК-порт  или через интерфейс RS-485. На данном объекте передача накопленной информации производиться при помощи интерфейса RS-485.   

 

2.1.1 Интерфейс RS-485

 

Интерфейс RS-485 (другое название - EIA/TIA-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Физический уровень - это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI) [10].

 

2.1.1.1 Свойства интерфейса стандарта  RS-485

 

1. Двунаправленная полудуплексная  передача данных. Поток последовательных данных передаётся одновременно только в одну сторону, передача данных в другую сторону требует переключения приёмопередатчика. Приёмопередатчики принято называть "драйверами"(driver), это устройство или электрическая цепь, которая формирует физический сигнал на стороне передатчика.

2. Симметричный канал связи.  Для приёма/передачи данных используются  два равнозначных сигнальных  провода. Провода означаются латинскими  буквами "А" и "В". По  этим двум проводам идет последовательный обмен данными в обоих направлениях (поочередно). При использовании витой пары симметричный канал существенно повышает устойчивость сигнала к синфазной помехе и хорошо подавляет электромагнитные излучения создаваемые полезным сигналом.

3. Дифференциальный (балансный способ передачи данных). При этом способе передачи данных на выходе приёмопередатчика изменяется разность потенциалов, при передаче "1" разность потенциалов между AB положительная при передаче "0" разность потенциалов между AB отрицательная. То есть, ток между контактами А и В, при передачи "0" и "1", течёт (балансирует) в противоположных направлениях.

4. Многоточечность. Допускает множественное  подключение приёмников и приёмопередатчиков  к одной линии связи. При  этом допускается подключение к линии только одного передатчика в данный момент времени, и множество приёмников, остальные передатчики должны ожидать освобождения линии связи для передачи данных.

5. Низкоимпендансный выход передатчика.  Буферный усилитель передатчика  имеет низкоомный выход, что позволяет передавать сигнал ко многим приёмникам. Стандартная нагрузочная способность передатчика равна 32-м приёмникам на один передатчик. Кроме этого, токовый сигнал используется для работы "витой пары" (чем больше рабочий ток "витой пары", тем сильнее она подавляется синфазные помехи на линии связи).

6. Зона нечувствительности. Если  дифференциальный уровень сигнала  между контактами АВ не превышает  ±200мВ, то считается, что сигнал  в линии отсутствует. Это увеличивает  помехоустойчивость передачи данных [11-12].

 

2.1.1.2 Технические характеристики RS-485

 

• Допустимое число приёмопередатчиков (драйверов) 32
• Максимальная длина линии связи 1200 м (4000ft)
• Максимальная скорость передачи 10 Мбит/с
• Минимальный выходной сигнал драйвера ±1,5 В
• Максимальный выходной сигнал драйвера ±5 В
• Максимальный ток короткого замыкания драйвера 250 мА
• Выходное сопротивление драйвера 54 Ом
• Входное сопротивление драйвера 12 кОм
• Допустимое суммарное входное сопротивление 375 Ом
• Диапазон нечувствительности к сигналу ±200 мВ
• Уровень логической единицы (Uab) >+200 мВ
• Уровень логического нуля (Uab) <-200 мВ
• Входное сопротивление для некоторых приёмников может быть более 12 кОм (единичная нагрузка). Например, 48 кОм (1/4 единичной нагрузки) или 96 кОм (1/8), что позволяет увеличить количество приёмников до 128 или 256. При разных входных сопротивлениях приёмников необходимо, чтобы общее входное сопротивление не было меньше 375 Ом.

 

2.1.1.3 Описание работы RS-485

 

Так как стандарт, RS-485 описывает  только физический уровень процедуры обмена данными, то все проблемы обмена, синхронизации и квитирования, возлагаются на более высокий протокол обмена. Как мы уже говорили, наиболее часто, это стандарт RS-232 или другие верхние протоколы (ModBus , DCON и т.п.).

Сам RS-485 выполняет только следующие действия:

1. Преобразует входящую последовательность "1" и "0" в дифференциальный сигнал.
2. Передает дифференциальный сигнал в симметричную линию связи.
3. Подключает или отключает передатчик драйвера по сигналу высшего протокола.
4. Принимает дифференциальный сигнал с линии связи.
5. Если подключить осциллограф к контактам А-В (RS-485) и контактам GND-TDx(RS-232), то вы не увидите разницы в форме сигналов передаваемых в линиях связи. На самом деле, форма сигнала RS-485 полностью повторяет форму сигнала RS-232, за исключением инверсии ( в RS-232 логическая единица передается напряжением -12 В, а в RS-485 +5 В).

Как видно из Рисунок 2.1 происходит простое преобразование уровней сигнала по напряжению.

Рисунок 2.1 Форма сигналов RS-232 и RS-485 при передаче двух символов "0" и "0"

 

Хотя форма сигналов одинаковая у выше указанных стандартов, но способ их формирования и мощность сигналов различны.

Рисунок 2.2 Формирование сигналов RS-485 и RS-232

 

Преобразование уровней сигналов и новый способ их формирования позволил решить ряд проблем, которые в своё время не были учтены при создании стандарта RS-232.

Преимущества физического сигнала RS-485 перед сигналом RS-232

Используется однополярный источник питания +5В, который используется для  питания большинства электронных приборов и микросхем. Это упрощает конструкцию и облегчает согласование устройств.

Мощность сигнала передатчика RS-485 в 10 раз превосходит мощность сигнала  передатчика RS-232. Это позволяет подключать к одному передатчику RS-485 до 32 приёмников и таким образом вести широковещательную передачу данных.

Использование симметричных сигналов, у которой имеется гальваническая развязка с нулевым потенциалом  питающей сети. В результате исключено  попадание помехи по нулевому проводу питания (как в RS-232). Учитывая возможность работы передатчика на низкоомную нагрузку, становится возможным использовать эффект подавления синфазных помех с помощью свойств "витой пары". Это существенно увеличивает дальность связи. Кроме этого появляется возможность "горячего" подключения прибора к линии связи (хотя это не предусмотрено стандартом RS-485). Заметим что в RS-232 "горячее" подключение прибора обычно приводит к выходу из строя СОМ порта компьютера.

Описание обмена данными по стандарту RS-485:

Каждый приёмопередатчик (драйвер) RS-485 может находиться в одном  из двух состояний:

передача  данных   или приём данных. Переключение драйвера RS-485 происходит с помощью

специального сигнала.

Ситуация когда в одно время  будет работать более одного драйвера RS-485 в режиме передатчика приводит к потере данных. Эта ситуация называется "коллизией". Чтобы коллизии не возникали в каналах обмена данными необходимо использовать более высокие протоколы (OSI). Такие как MODBUS, DCON, DH485 и др. Либо программы, которые напрямую работают с RS-232 и решают проблемы коллизий. Обычно эти протоколы называют 485-тыми протоколами. Хотя на самом деле, аппаратной основой всех этих протоколов служит, конечно, RS-232. Он обеспечивает аппаратную обработку всего потока информации.

 

2.1.1.4 Топология сети RS-485

 

Сеть RS-485 строится по последовательной шиной (bus) схеме, т.е. приборы в сети соединяются последовательно симметричными  кабелями. Концы линий связи при  этом должны быть нагружены согласующими резисторами-"терминаторами" (terminator), величина которых должна быть равна волновому сопротивлению кабеля связи.