چگونه می‌توان دستگاه حفاظت یکپارچه رایانه‌ای کوچک را انتخاب کرد و تابع آن در تجهیزات سوئیچ با فشار بالا چیست
1. انتخاب و نقش دستگاه‌های حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری
1.1 انتخاب دستگاه‌های حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری
برای اطمینان از عملکرد صحیح و دقیق دستگاه حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری در وظایف حفاظتی خود، باید در مرحله طراحی به صورت جامع به قابلیت اطمینان، زمان پاسخ، نگهداری و راه‌اندازی و توابع اضافی توجه شود.
ورودی سیگنال برای دستگاه‌های حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری مشابه با حفاظت سنتی است: سیگنال‌های ولتاژ و جریان از ترانسفورماتورهای پتانسیل (PT) و جریان (CT) معرفی می‌شوند، توسط ارسال‌کننده‌ها به سیگنال‌های استاندارد مورد نیاز دستگاه حفاظتی تبدیل می‌شوند، فیلتر شده تا هارمونیک‌های کم و زیاد و سایر تداخلات حذف شوند، سپس توسط مبدل A/D از آنالوگ به دیجیتال تبدیل می‌شوند.
CPU محاسبات روی ورودی دیجیتال را انجام می‌دهد، نتایج را با مقادیر پیش‌فرض مقایسه می‌کند، تصمیم می‌گیرد و سپس تعیین می‌کند که آیا باید هشدار داده شود یا قطع شود. برای تأمین نیازهای قابلیت اطمینان، سیگنال‌های ورودی اندازه‌گیری و حفاظت توسط واحد‌های پردازش مستقل در داخل دستگاه پردازش و خروجی داده می‌شوند. این امر دقت اندازه‌گیری را تضمین می‌کند و در حالات خرابی شدید حد کافی از حاشیه را فراهم می‌کند. قابلیت اطمینان معمولی مهندسی تأمین می‌شود اگر دستگاه در زمانی که جریان خرابی 20 برابر مقدار عادی باشد، دچار سرریز یا اشباع A/D نشود.
1.2 انتخاب زمان پاسخ
جریان کاری نرم‌افزاری یک دستگاه حفاظتی معمولاً مانند شکل زیر است:
از شکل می‌توان دریافت که زمان پاسخ یک دستگاه حفاظتی به شدت با نرم‌افزار استفاده شده و روش محاسبه مقادیر الکتریکی مرتبط است که معمولاً برای کاربران مجهول است.
در طراحی و انتخاب، فقط می‌توانیم کیفیت یک دستگاه حفاظتی را بر اساس سه شاخص داوری کنیم: دقت محاسبات، زمان پاسخ و بار محاسباتی. این سه عامل با یکدیگر در تضاد هستند: دقت محاسبات 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 3 برابر، دقت محاسبات بالاتر از 0.2٪ و زمان پاسخ حداکثر 30 میلی‌ثانیه برای تأمین نیازهای معمول مهندسی از نظر زمان پاسخ کافی است.
1.3 انتخاب توابع دیگر
دستگاه‌های حفاظتی مجتمع شامل مدارهای مجتمع متعددی هستند که نیازمند مهارت‌های فنی بالا برای نگهداری هستند. در مرحله انتخاب، دستگاه‌هایی با سخت‌افزارهای ماژولار و استاندارد را اولویت بخشیده، تا با جایگزینی ماژول‌ها، خطاهای سخت‌افزاری حل شوند و کارایی کاری افزایش یابد. علاوه بر این، دستگاه حفاظتی باید یک ماژول EPROM داخلی داشته باشد که تمام مقادیر تنظیم را به صورت دیجیتال ذخیره کند. کارکنان میدانی می‌توانند این تنظیمات را برای راه‌اندازی تجهیزات بدون برنامه‌نویسی دوباره به راحتی بازیابی کنند.
برای یکپارچه‌سازی با سیستم‌های نظارت خودکار کلی پروژه، دستگاه حفاظتی باید قابلیت‌های ارتباطی داشته باشد، تا از طریق اتوبوس‌های داده به راحتی شبکه‌ای تشکیل شود و اطلاعات پس از قطع به سیستم نظارت خودکار سطح بالا منتقل شود.
2. رابطه دستگاه‌های حفاظتی مجتمع با سیستم‌های کنترل خودکار کلی کارخانه
بر اساس پیکربندی و نیازهای ارتباطی سیستم کنترل خودکار کارخانه، سیستم خودکار دستگاه‌های حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری معمولاً به سه لایه تقسیم می‌شود: لایه دستگاه‌های تغییرساز، لایه زیرстан و لایه کنترل مرکزی.
2.1 لایه دستگاه‌های تغییرساز
لایه دستگاه‌های تغییرساز شامل انواع مختلف دستگاه‌های حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری است که مستقیماً روی دستگاه‌های تغییرساز نصب می‌شوند. هر دستگاه مستقیماً وظایف اندازه‌گیری، سیگنال‌های حفاظت و کنترل برای کابین خود را انجام می‌دهد. وظایف خاص به شرح زیر است:
(1) کابین خط 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 شدن دستگاه قطع‌کننده.
توابع کنترل: باز/بسته شدن دستی (روی کابین)، باز/بسته شدن دور.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، سیگنال‌های هشدار، وضعیت باز/بسته شدن، خطا در دستگاه، ضبط خطا و غیره.
(2) کابین ترانسفورماتور
توابع حفاظتی: جریان فوری بیش از حد، جریان بیش از حد با تأخیر، بیش از حد با زمان معکوس، خرابی تک‌فاز، قطع به دلیل گاز سنگین.
توابع اندازه‌گیری، نظارت و کنترل: مشابه کابین خط ورودی.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، گاز نرم، هشدار دما، سیگنال‌های هشدار، وضعیت باز/بسته شدن، خطا در دستگاه، ضبط خطا و غیره.
(3) کابین مادر
توابع حفاظت، نظارت و کنترل: مشابه کابین خط ورودی.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، خطا در 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 تک‌فاز، کم‌ولتاژ، گرم شدن.
توابع اندازه‌گیری: جریان سه‌فاز، ولتاژ سه‌فاز، توان فعال/غیرفعال، انرژی فعال/غیرفعال.
توابع نظارت: موقعیت باز/بسته شدن دستگاه قطع‌کننده.
توابع کنترل: باز/بسته شدن دستی (روی کابین)، باز/بسته شدن دور.
توابع هشدار: قطع به دلیل حوادث، سیگنال‌های هشدار، وضعیت باز/بسته شدن، خطا در دستگاه، ضبط خطا و غیره.
پس از جمع‌آوری داده‌ها در دستگاه‌های تغییرساز خود، دستگاه‌های حفاظتی داده‌ها را از طریق اتوبوس به کامپیوتر نظارت در لایه زیرستان ارسال می‌کنند. این سیستم به طور قابل توجهی کابل‌های کنترل را کاهش می‌دهد، زمان راه‌اندازی محلی را کوتاه می‌کند و کارایی کاری را افزایش می‌دهد.
2.2 لایه زیرستان
بسیاری از سیگنال‌های زیرستان باید از طریق اترنت صنعتی کارخانه به کنترل مرکزی منتقل شوند و دستورات کنترلی از کنترل مرکزی دریافت شده و به دستگاه‌های حفاظتی ارسال شوند. لایه زیرستان معمولاً شامل کامپیوترهای کنترل صنعتی، چاپگرهای لیزری و نمایشگرهای مانیتور است. وظایف اصلی آن شامل پیکربندی و مدیریت دستگاه‌های حفاظتی دستگاه‌های تغییرساز، نظارت بر عملکرد سیستم، ایجاد و مدیریت پایگاه داده زیرستان و ارتباط با کنترل مرکزی است.
به دلیل محرمانگی سازندگان نسبت به نرم‌افزار و روش‌های محاسبه الکتریکی دستگاه‌های حفاظتی خود، لایه زیرستان باید همچنین به تبدیل پروتکل‌های ارتباطی رسیدگی کند تا انتقال و دریافت سیگنال‌ها بین کنترل مرکزی و دستگاه‌های حفاظتی تسهیل شود.
2.3 شبکه ارتباطی
ارتباط بین دستگاه‌های تغییرساز و زیرستان می‌تواند از شبکه اتوبوس MODbus استفاده کند که حداکثر 64 ایستگاه برده را پشتیبانی می‌کند. بین شبکه ارتباطی و دستگاه‌ها از جداسازی نوری استفاده می‌شود تا تداخلات خارجی جلوگیری شود. ارتباط بین زیرستان و کنترل مرکزی از اترنت صنعتی با رسانه لیزرنوری استفاده می‌کند که نرخ ارتباطی بیش از 1 Mbps 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 درجه بالایی از ماژولاریتی باشد. ماژولاریتی بالا اجازه می‌دهد که کارکنان میدانی بر اساس شرایط محلی نرم‌افزار را فراخوانی کنند بدون اینکه نیاز به برنامه‌نویسی اضافی باشد، که به طور قابل توجهی کارکرد و نگهداری پیشرفته را برای پیش‌آهنگان و کارکنان نگهداری کاهش می‌دهد و کارایی کاری را افزایش می‌دهد.
3. موارد دیگر
علاوه بر این، موارد زیر در زمان انتخاب سخت‌افزار دستگاه‌های حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری باید مورد توجه قرار گیرند:
استفاده از قاب مهر و موم شده 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 هر دستگاه شامل یک CPU اصلی و یک CPU ارتباطی. دو CPU در حالت بررسی متقابل کار می‌کنند تا زمان پاسخ و دقت را افزایش دهند، جلوگیری از عملکرد نادرست یا عدم عملکرد کنند و پایداری و قابلیت اطمینان را افزایش دهند.
جبران دما در محدوده کامل اجازه می‌دهد تا دستگاه در محیط‌هایی با دمای -20°C تا +60°C به صورت بلندمدت عمل کند.
سیگنال‌های اندازه‌گیری و حفاظت به طور جداگانه در داخل دستگاه پردازش می‌شوند، هم دقت مورد نیاز و هم نیازهای محدوده و قابلیت اطمینان را تأمین می‌کنند.
استفاده از مدار نمونه‌برداری فرکانس اختصاصی برای دنبال کردن دقیق فرکانس شبکه، محاسبات مقادیر الکتریکی را دقیق‌تر می‌کند.
استفاده از جداسازی نوری برای ورودی/خروجی دیجیتال و استفاده از کابل‌های محافظ شده برای سیم‌کشی داخل کابین، به طور موثر تداخلات خارجی را جلوگیری می‌کند و قابلیت مقاومت در برابر تداخلات دستگاه را افزایش می‌دهد.
استفاده از نمایشگر LCD با صفحه نمایش بزرگ و کیبورد نرم برای نمایش عددی واضح‌تر و کنترل آسان‌تر.
پس از راه‌اندازی و عملیات، مقادیر تنظیم حفاظتی مختلف به صورت دیجیتال در EPROM ذخیره می‌شوند، که امکان بازیابی فوری آنها پس از راه‌اندازی یا تعمیر خطای مدار را فراهم می‌کند.
تجهیز با مدار کامل عملیات دستگاه قطع‌کننده، مناسب برای کنترل انواع مختلف دستگاه‌های قطع‌کننده و تسهیل به‌روزرسانی زیرستان.
دارای قابلیت‌های تحلیل کامل حوادث، از جمله ضبط رویداد عملکرد حفاظت، ضبط سیگنال‌های بیش از حد مقادیر الکتریکی و ضبط خطا.
4. نقش دستگاه‌های حفاظتی مجتمع میکروکامپیوتری در دستگاه‌های تغییرساز فشار بالا
دستگاه‌های حفاظتی میکروکامپیوتری در برابر شرایط غیرعادی در مدار محافظت می‌کنند. نقش آنها در دستگاه‌های تغییرساز فشار بالا شامل موارد زیر است:
دستگاه‌های حفاظتی میکروکامپیوتری دارای قابلیت‌های پردازش داده قدرتمند، محاسبات منطقی و ذخیره‌سازی اطلاعات هستند و با معماری داخلی پیشرفته، توابع حفاظت کاملی را ارائه می‌دهند که معادل حفاظت سنتی رله‌ای است. با دریافت سیگنال‌ها از المان‌های اندازه‌گیری مانند ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ، دستگاه می‌تواند مدار را نظارت، کنترل و محافظت کند—مانند حفاظت از کوتاه‌مداری، بیش از حد و خرابی تک‌فاز.
بدون دستگاه‌های حفاظتی، دستگاه‌های تغییرساز فشار بالا از رله‌ها برای دستیابی به این توابع حفاظتی استفاده می‌کنند. حفاظت میکروکامپیوتری مدرن قابلیت‌های اضافی ارائه می‌دهد، مانند کنترل دوردست آسان، ارتباط با سیستم‌های سطح بالاتر برای انتقال داده‌های جریان، ولتاژ، توان و انرژی، و تنظیم آسان مقادیر حفاظت.
