چگونه می‌توان یک دستگاه حفاظتی ادغامی میکروکامپیوتر را انتخاب کرد و تابع آن در تجهیزات قدرت بالا چیست
1. میکروکامپیوترهای یکپارچه حفاظتی انتخاب و نقش آنها
1.1 انتخاب دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه میکروکامپیوتری
برای اطمینان از عملکرد صحیح و دقیق دستگاه حفاظتی یکپارچه میکروکامپیوتری در وظایف حفاظتی خود، باید در طراحی به صورت جامع قابلیت‌هایی مانند قابلیت اطمینان، زمان پاسخ، نگهداری و راه‌اندازی و توابع اضافی را در نظر گرفت.
ورودی سیگنال برای دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه میکروکامپیوتری همانند حفاظت‌های رله‌ای سنتی است: سیگنال‌های ولتاژ و جریان از ترانسفورماتورهای پتانسیل (PT) و جریان (CT) معرفی شده و توسط فرستنده‌ها به سیگنال‌های استاندارد لازم برای دستگاه حفاظتی تبدیل می‌شوند، سپس با فیلتر کردن برای حذف هارمونیک‌های بالا و پایین و سایر تداخلات، توسط مبدل A/D از آنالوگ به دیجیتال تبدیل می‌شوند.
CPU محاسبات روی ورودی دیجیتال انجام می‌دهد، نتایج را با مقادیر پیش‌فرض مقایسه می‌کند، قضاوت می‌کند و سپس تصمیم می‌گیرد که آیا باید هشدار داده شود یا قطع شود. برای رضایت قابلیت اطمینان، سیگنال‌های اندازه‌گیری و حفاظت توسط واحد‌های پردازش مستقل در دستگاه پردازش و خروجی می‌شوند. این امر دقت اندازه‌گیری را تضمین می‌کند و در حالات خرابی شدید حد کافی فراهم می‌کند. قابلیت اطمینان مهندسی عمومی در صورت عدم سرریز یا اشباع A/D وقتی که جریان خرابی به ۲۰ برابر مقدار عادی می‌رسد، برآورده می‌شود.
1.2 انتخاب زمان پاسخ
جریان کاری نرم‌افزاری یک دستگاه حفاظتی به طور کلی مانند شکل زیر است:
می‌توان از نمودار دید که زمان پاسخ یک دستگاه حفاظتی به نرم‌افزار استفاده شده و روش محاسبه کمیت‌های الکتریکی بستگی دارد که معمولاً برای کاربران ناشناخته است.
در طراحی و انتخاب، فقط می‌توانیم کیفیت یک دستگاه حفاظتی را بر اساس سه شاخص داوری کنیم: دقت محاسبه، زمان پاسخ و بار محاسباتی. این سه عامل با یکدیگر در تضاد هستند: دقت محاسبه ضعیف و بار محاسباتی کم منجر به زمان پاسخ سریع‌تر می‌شود، در حالی که دقت بالاتر و بار محاسباتی بیشتر منجر به زمان پاسخ کندتر می‌شود. معمولاً برای کاربران نهایی شبکه برق، تنظیم بار محاسباتی بیش از ۳ برابر، دقت محاسبه بیش از ۰٫۲٪ و حداکثر زمان پاسخ کمتر از ۳۰ میلی‌ثانیه برای رضایت نیازهای مهندسی معمول زمان پاسخ کافی است.
1.3 انتخاب توابع دیگر
دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه شامل مدارهای مجتمع متعددی هستند که نیاز به مهارت فنی بالا برای نگهداری دارند. در زمان انتخاب، دستگاه‌هایی با سخت‌افزارهای ماژولار و استاندارد را اولویت بخشیده تا با تعویض ماژول‌ها، خرابی‌های سخت‌افزاری حل شود و کارایی کاری افزایش یابد. علاوه بر این، دستگاه حفاظتی باید دارای ماژول EPROM داخلی باشد تا تمام مقادیر تنظیم شده به صورت دیجیتال ذخیره شود. کارکنان میدانی می‌توانند این تنظیمات را برای راه‌اندازی تجهیزات بدون برنامه‌نویسی مجدد به راحتی بازیابی کنند.
برای یکپارچه شدن با سیستم‌های کنترل خودکار کلی، دستگاه حفاظتی باید دارای قابلیت‌های ارتباطی باشد تا به راحتی از طریق خطوط داده شبکه تشکیل شود و اطلاعات پس از قطع را به سیستم کنترل خودکار بالاتر منتقل کند.
2. رابطه بین دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه و سیستم‌های کنترل خودکار کلی
با توجه به پیکربندی و نیازهای ارتباطی سیستم کنترل خودکار کلی، سیستم خودکار دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه میکروکامپیوتری معمولاً به سه لایه تقسیم می‌شود: لایه دستگاه‌های کلیدزنی، لایه زیرمجموعه و لایه کنترل مرکزی.
2.1 لایه دستگاه‌های کلیدزنی
لایه دستگاه‌های کلیدزنی شامل انواع مختلف دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه میکروکامپیوتری است که مستقیماً روی دستگاه‌های کلیدزنی نصب شده‌اند. هر دستگاه به طور مستقیم اندازه‌گیری، سیگنال‌های حفاظت و توابع کنترلی برای کابین خود را انجام می‌دهد. توابع خاص به شرح زیر هستند:
(1) کابین ورودی
توابع حفاظتی: جریان فوری بیش از حد، جریان بیش از حد با تأخیر.
توابع اندازه‌گیری: جریان سه‌فاز، ولتاژ سه‌فاز، توان فعال/غیرفعال، انرژی فعال/غیرفعال.
توابع نظارت: موقعیت باز/بسته شکن.
توابع کنترل: باز/بسته کردن دستی (در کابین)، باز/بسته کردن دور.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، سیگنال‌های هشدار، وضعیت باز/بسته، خرابی دستگاه، ضبط خطا و غیره.
(2) کابین ترانسفورماتور
توابع حفاظتی: جریان فوری بیش از حد، جریان بیش از حد با تأخیر، بیش از حد معکوس، خرابی یک‌فاز، قطع به دلیل گاز سنگین.
توابع اندازه‌گیری، نظارت و کنترل: مشابه کابین ورودی.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، گاز سبک، هشدار دما، سیگنال‌های هشدار، وضعیت باز/بسته، خرابی دستگاه، ضبط خطا و غیره.
(3) کابین مادر
توابع حفاظتی، نظارت و کنترل: مشابه کابین ورودی.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، خرابی دستگاه، ضبط خطا و غیره.
(4) کابین موتور
توابع حفاظتی: جریان فوری بیش از حد، جریان بیش از حد با تأخیر، بیش از حد، خرابی یک‌فاز، ولتاژ کم، داغ شدن.
توابع اندازه‌گیری: جریان سه‌فاز، ولتاژ سه‌فاز، توان فعال/غیرفعال، انرژی فعال/غیرفعال.
توابع نظارت: موقعیت باز/بسته شکن.
توابع کنترل: باز/بسته کردن دستی (در کابین)، باز/بسته کردن دور.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، سیگنال‌های هشدار، وضعیت باز/بسته، خرابی دستگاه، ضبط خطا و غیره.
پس از جمع‌آوری داده‌ها در دستگاه‌های کلیدزنی مربوطه، دستگاه‌های حفاظتی از طریق باس داده‌ها را به کامپیوتر نظارت در لایه زیرمجموعه ارسال می‌کنند. این سیستم به طور قابل توجهی کابل‌های کنترلی را کاهش می‌دهد، زمان راه‌اندازی محلی را کوتاه می‌کند و کارایی کاری را افزایش می‌دهد.
2.2 لایه زیرمجموعه
بسیاری از سیگنال‌های زیرمجموعه باید از طریق اترنت صنعتی کارخانه به کنترل مرکزی منتقل شوند و دستورات کنترلی از کنترل مرکزی باید دریافت شده و به دستگاه‌های حفاظتی ارسال شوند. لایه زیرمجموعه معمولاً شامل کامپیوترهای کنترل صنعتی، چاپگرهای و مانیتورهای است. وظایف اصلی آن شامل پیکربندی و مدیریت دستگاه‌های حفاظتی دستگاه‌های کلیدزنی، نظارت بر عملکرد سیستم، ایجاد و مدیریت پایگاه داده زیرمجموعه و ارتباط با کنترل مرکزی است.
به دلیل محرمانگی سازندگان درباره نرم‌افزار و روش‌های محاسبه کمیت‌های الکتریکی دستگاه‌های حفاظتی خود، لایه زیرمجموعه باید همچنین تبدیل پروتکل‌های ارتباطی را انجام دهد تا انتقال و دریافت سیگنال‌ها بین کنترل مرکزی و دستگاه‌های حفاظتی تسهیل شود.
2.3 شبکه ارتباطی
ارتباط بین دستگاه‌های کلیدزنی و زیرمجموعه می‌تواند از شبکه باس MODbus استفاده کند که حداکثر ۶۴ ایستگاه بندی را پشتیبانی می‌کند. بین شبکه ارتباطی و دستگاه‌ها از جداکننده نوری استفاده می‌شود تا از تداخل خارجی جلوگیری شود. ارتباط بین زیرمجموعه و کنترل مرکزی از اترنت صنعتی با رسانه لیزری استفاده می‌کند که نرخ ارتباط بیش از ۱ مگابیت بر ثانیه است.
2.4 نرم‌افزار
نرم‌افزار سیستم می‌تواند از پلتفرم‌های اصلی با معماری استاندارد بین‌المللی مانند Windows NT استفاده کند. ماژول‌های نرم‌افزاری باید شامل: نرم‌افزار کنترل اصلی، نرم‌افزار گرافیکی، نرم‌افزار مدیریت پایگاه داده، نرم‌افزار تولید گزارش و نرم‌افزار ارتباطی باشد.
در زمان انتخاب نرم‌افزار، نرم‌افزار کنترل اصلی باید دارای میزان بالایی از ماژولاریتی باشد. ماژولاریتی بالا اجازه می‌دهد که کارکنان میدانی بر اساس شرایط محلی نرم‌افزار را بدون برنامه‌نویسی اضافی فراخوانی کنند، که به طور قابل توجهی کارکرد و نگهداری را برای کنترل‌کنندگان و کارکنان نگهداری کاهش می‌دهد و کارایی کاری را افزایش می‌دهد.
3. موارد دیگری که باید در نظر گرفته شود
علاوه بر این، در زمان انتخاب سخت‌افزار دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه میکروکامپیوتری، باید به موارد زیر توجه شود:
استفاده از قاب بسته و تقویت شده مقاوم در برابر ارتعاشات و تداخلات قوی، با اندازه نصب کوچک، مناسب برای محیط‌های سخت و نصب روی پنل.
استفاده از ساختار دو CPU صنعتی، با داشتن CPU اصلی و CPU ارتباطی در هر دستگاه. دو CPU به صورت یکدیگر را بررسی می‌کنند تا زمان پاسخ و دقت را افزایش دهند، از عملکرد نادرست یا عدم عملکرد جلوگیری کنند و پایداری و قابلیت اطمینان را افزایش دهند.
جبران دما در محدوده کامل اجازه می‌دهد تا دستگاه در محیط‌هایی با دمای -۲۰ درجه تا +۶۰ درجه سانتیگراد بلندمدت کار کند.
سیگنال‌های اندازه‌گیری و حفاظت به طور جداگانه در دستگاه پردازش می‌شوند، که هم دقت مورد نیاز و هم محدوده و قابلیت اطمینان حفاظت را برآورده می‌کند.
استفاده از مدار نمونه‌برداری فرکانس اختصاصی برای پیگیری دقیق فرکانس شبکه، که محاسبات کمیت‌های الکتریکی را دقیق‌تر می‌کند.
استفاده از جداسازی نوری برای ورودی/خروجی دیجیتال و کابل‌های محافظ در داخل کابین، که به طور موثری از تداخل خارجی جلوگیری می‌کند و قابلیت مقاومت در برابر تداخل دستگاه را افزایش می‌دهد.
استفاده از نمایشگر LCD بزرگ و کیبورد نرم برای نمایش واضح‌تر اعداد و عملیات آسان‌تر.
پس از راه‌اندازی و عملیات، مقادیر تنظیم شده مختلف حفاظت به صورت دیجیتال در EPROM ذخیره می‌شوند، که امکان بازیابی فوری پس از راه‌اندازی یا تعمیر خطای مدار را فراهم می‌کند.
تجهیز با مدار کامل عملیات شکن که مناسب برای کنترل انواع مختلف شکن‌ها است و به به‌روزرسانی زیرمجموعه کمک می‌کند.
دارای قابلیت‌های کامل تحلیل حوادث، از جمله ضبط رویدادهای عملکرد حفاظت، ضبط سیگنال‌های کمیت‌های الکتریکی بیش از حد و ضبط خطا.
4. نقش دستگاه‌های حفاظتی یکپارچه میکروکامپیوتری در دستگاه‌های کلیدزنی فشار بالا
دستگاه‌های حفاظتی میکروکامپیوتری در برابر شرایط ناهماهنگ مدار محافظت می‌کنند. نقش آنها در دستگاه‌های کلیدزنی فشار بالا شامل:
دستگاه‌های حفاظتی میکروکامپیوتری دارای قابلیت‌های پردازش داده قدرتمند، محاسبات منطقی و ذخیره اطلاعات هستند که با معماری‌های داخلی پیشرفته تجهیز شده‌اند. آنها توابع حفاظتی کاملی ارائه می‌دهند که معادل حفاظت‌های رله‌ای سنتی هستند. با دریافت سیگنال‌ها از المان‌های اندازه‌گیری مانند ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ، دستگاه می‌تواند حالت مدار را نظارت، کنترل و حفاظت کند—مانند حفاظت از کوتاه شدن، بیش از حد و خرابی یک‌فاز.
بدون دستگاه‌های حفاظتی، دستگاه‌های کلیدزنی فشار بالا از رله‌ها برای دستیابی به این توابع حفاظتی استفاده می‌کنند. حفاظت‌های میکروکامپیوتری مدرن قابلیت‌های اضافی را ارائه می‌دهند، مانند کنترل دور، ارتباط با سیستم‌های بالاتر برای ارسال داده‌های جریان، ولتاژ، توان و انرژی و تنظیم آسان مقادیر حفاظت.
