วิธีการเลือกอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวม และฟังก์ชันของมันในตู้สวิตช์แรงดันสูง

1. การเลือกและการทำงานของอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวม

1.1 การเลือกอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวม

เพื่อให้อุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวมสามารถทำงานในการป้องกันวงจรได้อย่างถูกต้องและแม่นยำ การเลือกในระหว่างการออกแบบควรพิจารณาอย่างรอบคอบเรื่องความน่าเชื่อถือ เวลาตอบสนอง การบำรุงรักษาและการติดตั้ง และฟังก์ชันเพิ่มเติม

การป้อนสัญญาณสำหรับอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวมเป็นไปตามการป้องกันวงจรแบบดั้งเดิม: สัญญาณแรงดันและกระแสไฟฟ้าถูกนำเข้าจากทรานซิสเตอร์แรงดัน (PTs) และทรานซิสเตอร์กระแส (CTs) แล้วแปลงโดยทรานซิสเตอร์เป็นสัญญาณมาตรฐานที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ป้องกัน ผ่านการกรองเพื่อลบฮาร์โมนิกระดับต่ำและสูง และสัญญาณรบกวนอื่น ๆ แล้วแปลงจากสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลโดย A/D converter

CPU ทำการคำนวณบนสัญญาณดิจิตอลที่ป้อนเข้ามา แล้วเปรียบเทียบผลลัพธ์กับค่าที่กำหนดไว้ ทำการตัดสินใจ แล้วตัดสินใจว่าจะส่งสัญญาณเตือนหรือตัดวงจรหรือไม่ เพื่อตอบสนองต่อความต้องการเรื่องความน่าเชื่อถือ สัญญาณการวัดและการป้องกันที่ป้อนเข้ามาจะถูกประมวลผลและส่งออกโดยหน่วยประมวลผลที่แยกออกจากกันภายในอุปกรณ์ ทำให้มั่นใจได้ว่ามีความแม่นยำในการวัดพร้อมทั้งมีขอบเขตเพียงพอในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดรุนแรง ความน่าเชื่อถือทางวิศวกรรมทั่วไปจะได้รับการตอบสนองหากอุปกรณ์ไม่เกิดการล้นหรืออิ่มตัวของ A/D เมื่อกระแสข้อผิดพลาดถึง 20 เท่าของค่าปกติ

1.2 การเลือกเวลาตอบสนอง

กระบวนการทำงานของซอฟต์แวร์ในอุปกรณ์ป้องกันโดยทั่วไปจะแสดงดังภาพด้านล่าง:

จากแผนภาพจะเห็นได้ว่าเวลาตอบสนองของอุปกรณ์ป้องกันมีความเกี่ยวข้องใกล้ชิดกับซอฟต์แวร์ที่ใช้และวิธีการคำนวณปริมาณไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปผู้ใช้ไม่ทราบ

ในการออกแบบและเลือก เราสามารถตัดสินคุณภาพของอุปกรณ์ป้องกันได้จากสามตัวชี้วัด: ความแม่นยำในการคำนวณ เวลาตอบสนอง และภาระการคำนวณ ตัวแปรทั้งสามนี้มีความขัดแย้งกัน: ความแม่นยำในการคำนวณที่ไม่ดีและภาระการคำนวณที่น้อยจะทำให้เวลาตอบสนองเร็วขึ้น ในขณะที่ความแม่นยำที่สูงขึ้นและภาระการคำนวณที่มากขึ้นจะทำให้เวลาตอบสนองช้าลง โดยทั่วไปสำหรับผู้ใช้ปลายทางของระบบไฟฟ้า การตั้งค่าภาระการคำนวณให้มากกว่า 3 เท่า ความแม่นยำในการคำนวณสูงกว่า 0.2% และเวลาตอบสนองสูงสุดน้อยกว่า 30 มิลลิวินาที จะเพียงพอต่อความต้องการทางวิศวกรรมทั่วไปสำหรับเวลาตอบสนอง

1.3 การเลือกฟังก์ชันอื่น ๆ

อุปกรณ์ป้องกันที่ผสานรวมประกอบด้วยวงจรรวมจำนวนมาก ต้องการความเชี่ยวชาญทางเทคนิคในระดับสูงในการบำรุงรักษา ในการเลือก ควรให้ความสำคัญกับอุปกรณ์ที่มีฮาร์ดแวร์แบบโมดูลาร์และมาตรฐาน ทำให้สามารถแก้ไขปัญหาฮาร์ดแวร์ได้โดยการเปลี่ยนโมดูล ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน นอกจากนี้ อุปกรณ์ป้องกันควรมีโมดูล EPROM ภายใน ทำให้สามารถเก็บค่าตั้งค่าทั้งหมดเป็นดิจิตอล ทำให้เจ้าหน้าที่ภาคสนามสามารถเรียกคืนค่าเหล่านี้ได้ทันท่วงทีสำหรับการทดสอบและติดตั้งอุปกรณ์โดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมใหม่

เพื่อผสานรวมกับระบบควบคุมอัตโนมัติทั่วทั้งโครงการ อุปกรณ์ป้องกันควรมีความสามารถในการสื่อสาร ทำให้สามารถสร้างเครือข่ายได้ง่ายผ่านสายข้อมูลและส่งข้อมูลหลังจากการตัดวงจรไปยังระบบควบคุมอัตโนมัติระดับสูง

2. ความสัมพันธ์ระหว่างอุปกรณ์ป้องกันที่ผสานรวมกับระบบควบคุมอัตโนมัติทั่วทั้งโรงงาน

ตามการกำหนดค่าและการสื่อสารของระบบควบคุมอัตโนมัติของโรงงาน ระบบอัตโนมัติสำหรับอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวมโดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสามชั้น: ชั้นสวิตช์เกียร์ ชั้นสถานี และห้องควบคุมกลาง

2.1 ชั้นสวิตช์เกียร์

ชั้นสวิตช์เกียร์ประกอบด้วยอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวมหลายประเภท ติดตั้งโดยตรงบนสวิตช์เกียร์ แต่ละอุปกรณ์จัดการสัญญาณการวัด การป้องกัน และฟังก์ชันควบคุมสำหรับตู้สวิตช์ของตนเอง ฟังก์ชันเฉพาะดังนี้:

(1) ตู้สายเข้า

• ฟังก์ชันป้องกัน: กระแสเกินฉับพลัน กระแสเกินล่าช้า

• ฟังก์ชันวัด: กระแสสามเฟส แรงดันสามเฟส พลังงานแอคทีฟ/รีแอคทีฟ พลังงานแอคทีฟ/รีแอคทีฟสะสม

• ฟังก์ชันตรวจสอบ: ตำแหน่งเปิด/ปิดของเบรกเกอร์

• ฟังก์ชันควบคุม: เปิด/ปิดด้วยมือ (บนตู้) เปิด/ปิดจากระยะไกล

• ฟังก์ชันเตือน: ตัดวงจรเนื่องจากเหตุการณ์ สัญญาณเตือน สถานะเปิด/ปิด ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกข้อผิดพลาด ฯลฯ

(2) ตู้หม้อแปลง

• ฟังก์ชันป้องกัน: กระแสเกินฉับพลัน กระแสเกินล่าช้า กระแสเกินอินเวอร์สไทม์ ความผิดปกติทางดินเฟสเดียว การตัดวงจรเนื่องจากแก๊สหนัก

• ฟังก์ชันวัด ตรวจสอบ และควบคุม: เหมือนตู้สายเข้า

• ฟังก์ชันเตือน: ตัดวงจรเนื่องจากเหตุการณ์ แก๊สเบา แจ้งเตือนอุณหภูมิ สัญญาณเตือน สถานะเปิด/ปิด ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกข้อผิดพลาด ฯลฯ

(3) ตู้บัสบาร์

• ฟังก์ชันป้องกัน ตรวจสอบ และควบคุม: เหมือนตู้สายเข้า

• ฟังก์ชันเตือน: ตัดวงจรเนื่องจากเหตุการณ์ ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกข้อผิดพลาด ฯลฯ

(4) ตู้มอเตอร์

• ฟังก์ชันป้องกัน: กระแสเกินฉับพลัน กระแสเกินล่าช้า กระแสเกิน ความผิดปกติทางดินเฟสเดียว แรงดันต่ำเกินไป ความร้อนสูงเกินไป

• ฟังก์ชันวัด: กระแสสามเฟส แรงดันสามเฟส พลังงานแอคทีฟ/รีแอคทีฟ พลังงานแอคทีฟ/รีแอคทีฟสะสม

• ฟังก์ชันตรวจสอบ: ตำแหน่งเปิด/ปิดของเบรกเกอร์

• ฟังก์ชันควบคุม: เปิด/ปิดด้วยมือ (บนตู้) เปิด/ปิดจากระยะไกล

• ฟังก์ชันเตือน: ตัดวงจรเนื่องจากเหตุการณ์ สัญญาณเตือน สถานะเปิด/ปิด ความผิดปกติของอุปกรณ์ การบันทึกข้อผิดพลาด ฯลฯ

หลังจากการรวบรวมข้อมูลภายในสวิตช์เกียร์ของตนเอง อุปกรณ์ป้องกันจะส่งข้อมูลผ่านบัสไปยังคอมพิวเตอร์ตรวจสอบที่ชั้นสถานี ระบบดังกล่าวลดจำนวนสายควบคุม ลดเวลาการทดสอบภาคสนาม และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

2.2 ชั้นสถานี

สัญญาณจำนวนมากจากสถานีต้องถูกส่งไปยังห้องควบคุมกลางผ่าน Ethernet อุตสาหกรรมของโรงงาน และคำสั่งควบคุมจากห้องควบคุมกลางต้องได้รับและส่งไปยังอุปกรณ์ป้องกัน ชั้นสถานีโดยทั่วไปประกอบด้วยคอมพิวเตอร์ควบคุมอุตสาหกรรม เครื่องพิมพ์ และจอแสดงผล ฟังก์ชันหลักรวมถึงการกำหนดค่าและจัดการอุปกรณ์ป้องกันสวิตช์เกียร์ การตรวจสอบการทำงานของระบบ การสร้างและจัดการฐานข้อมูลสถานี และการสื่อสารกับห้องควบคุมกลาง

เนื่องจากผู้ผลิตมีความลับเกี่ยวกับซอฟต์แวร์และวิธีการคำนวณปริมาณไฟฟ้าของอุปกรณ์ป้องกัน ชั้นสถานียังต้องจัดการการแปลงโปรโตคอลสื่อสารเพื่ออำนวยความสะดวกในการส่งและรับสัญญาณระหว่างห้องควบคุมกลางและอุปกรณ์ป้องกัน

2.3 เครือข่ายสื่อสาร

การสื่อสารระหว่างสวิตช์เกียร์และสถานีสามารถใช้เครือข่ายบัส MODbus รองรับสถานีทาสสูงสุด 64 สถานี การแยกแสงถูกใช้ระหว่างเครือข่ายสื่อสารและอุปกรณ์เพื่อป้องกันการรบกวนจากภายนอก การสื่อสารระหว่างสถานีและห้องควบคุมกลางใช้ Ethernet อุตสาหกรรมด้วยสื่อใยแก้วนำแสง ด้วยอัตราการสื่อสารมากกว่า 1 Mbps

2.4 ซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์ระบบสามารถใช้แพลตฟอร์มหลักที่มีสถาปัตยกรรมมาตรฐานสากล เช่น Windows NT โมดูลซอฟต์แวร์ควรมี: ซอฟต์แวร์ควบคุมหลัก ซอฟต์แวร์กราฟิก ซอฟต์แวร์จัดการฐานข้อมูล ซอฟต์แวร์สร้างรายงาน และซอฟต์แวร์สื่อสาร

เมื่อเลือกซอฟต์แวร์ ซอฟต์แวร์ควบคุมหลักควรมีระดับโมดูลาร์สูง โมดูลาร์สูงทำให้เจ้าหน้าที่ภาคสนามสามารถเรียกใช้ซอฟต์แวร์ตามสภาพที่ไซต์โดยไม่ต้องเขียนโปรแกรมเพิ่มเติม ลดภาระการดำเนินการและการบำรุงรักษาสำหรับผู้ควบคุมและเจ้าหน้าที่บำรุงรักษา และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

3. ประเด็นอื่น ๆ ที่ควรพิจารณา

นอกจากนี้ ควรพิจารณาประเด็นต่อไปนี้ในการเลือกฮาร์ดแวร์สำหรับอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวม:

• ใช้เคสปิดที่เสริมแข็งทนทานต่อการสั่นสะเทือนและความรบกวน ขนาดติดตั้งกะทัดรัด เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและการติดตั้งบนแผง

• ใช้โครงสร้าง CPU คู่ระดับอุตสาหกรรม แต่ละอุปกรณ์ประกอบด้วย CPU หลักและ CPU สำหรับสื่อสาร สอง CPU ทำงานในโหมดตรวจสอบซึ่งกันและกัน เพื่อเพิ่มเวลาตอบสนองและความแม่นยำ ป้องกันการทำงานผิดพลาดหรือไม่ทำงาน และเพิ่มความเสถียรและความน่าเชื่อถือ

• การชดเชยอุณหภูมิอัตโนมัติทั้งช่วงทำให้อุปกรณ์สามารถทำงานได้ยาวนานในสภาพแวดล้อมตั้งแต่ -20°C ถึง +60°C

• สัญญาณการวัดและการป้องกันถูกประมวลผลแยกจากกันภายในอุปกรณ์ ตอบสนองทั้งความต้องการเรื่องความแม่นยำและความต้องการเรื่องช่วงการป้องกันและความน่าเชื่อถือ

• ใช้วงจรสุ่มตัวอย่างความถี่เฉพาะเพื่อติดตามความถี่ของระบบไฟฟ้าอย่างแม่นยำ ทำให้การคำนวณปริมาณไฟฟ้าแม่นยำขึ้น

• ใช้การแยกแสงสำหรับสัญญาณดิจิตอลขาเข้า/ขาออก และสายเคเบิลที่มีการป้องกันรบกวนสำหรับการติดตั้งภายในตู้ ป้องกันการรบกวนจากภายนอกและเพิ่มความสามารถในการป้องกันรบกวนของอุปกรณ์

• ใช้จอ LCD ขนาดใหญ่และแป้นพิมพ์อ่อน ทำให้การแสดงผลตัวเลขชัดเจนและง่ายต่อการใช้งาน

• หลังจากการติดตั้งและดำเนินการ ค่าตั้งค่าการป้องกันต่าง ๆ ถูกเก็บเป็นดิจิตอลใน EPROM ทำให้สามารถเรียกคืนได้ทันท่วงทีหลังจากการติดตั้งหรือการซ่อมแซมวงจร

• มีวงจรควบคุมเบรกเกอร์ที่ครบถ้วน สามารถควบคุมเบรกเกอร์หลากหลายประเภท ทำให้ง่ายต่อการปรับปรุงสถานี

• มีความสามารถในการวิเคราะห์เหตุการณ์ที่ครอบคลุม รวมถึงการบันทึกเหตุการณ์การทำงานของการป้องกัน การบันทึกสัญญาณปริมาณไฟฟ้าที่เกินค่ากำหนด และการบันทึกข้อผิดพลาด

4. บทบาทของอุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ผสานรวมในสวิตช์เกียร์แรงดันสูง

อุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ป้องกันเงื่อนไขที่ผิดปกติในวงจร บทบาทของอุปกรณ์เหล่านี้ในสวิตช์เกียร์แรงดันสูงรวมถึง:

อุปกรณ์ป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์มีความสามารถในการประมวลผลข้อมูล การคำนวณเชิงตรรกะ และการจัดเก็บข้อมูลที่ทรงพลัง มีสถาปัตยกรรมภายในที่ทันสมัย นำเสนอฟังก์ชันการป้องกันที่ครบถ้วนเทียบเท่าการป้องกันวงจรแบบดั้งเดิม โดยรับสัญญาณจากอุปกรณ์วัด เช่น ทรานซิสเตอร์แรงดันและกระแส สามารถตรวจสอบ ควบคุม และป้องกันสถานะวงจร เช่น การป้องกันวงจรลัดวงจร การป้องกันกระแสเกิน และการป้องกันความผิดปกติทางดินเฟสเดียว

หากไม่มีอุปกรณ์ป้องกัน สวิตช์เกียร์แรงดันสูงจะใช้รีเลย์ในการบรรลุฟังก์ชันการป้องกันเหล่านี้ ระบบป้องกันแบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยมีฟังก์ชันเสริม เช่น การควบคุมระยะไกล การสื่อสารกับระบบระดับสูงเพื่อส่งข้อมูลกระแส แรงดัน พลังงาน และพลังงานสะสม และการปรับค่าตั้งค่าการป้องกันได้ง่าย