Данная статья открывает цикл статей посвященных рассмотрению техническим аспектам разрабатываемого комплекса для сбора, обработки и передачи информации. Комплекс позволяет решать весь круг задач сбора, обработки, хранения и надежную передачу полного объема текущей и аварийной информации энергообъекта в режиме реального времени.

Основным элементом системы является устройство обработки информации и управления, отвечающее за выполнение основных функций устройства, таких как: прием данных; обработка и преобразование данных; буферизация информации; вывод информации на дисплей; организация интерфейса между пользователем и дисплеем. Это устройство может быть реализовано на базе микропроцессора или микроконтроллера.[1]

Информационные возможности комплекса следующие:

- сбор и обработка аналоговой и дискретной информации о текущих режимах и состоянии оборудования;

- отображение динамического состояния объекта в виде мнемосхем, графических панелей, таблиц, диаграмм и т.д.;

- контроль и регистрация отклонений аналоговых параметров режима за нормальные и аварийные пределы;

- предупредительная и аварийная сигнализация аварийных событий;

- информационный обмен с вышестоящими уровнями в рамках соответствующей автоматизированной системы управления.

Основной набор функций комплекса:

- первичная переработка измерительной информации;

- архивация текущей информации, ее обработка и хранение в заданных форматах за заданные интервалы времени;

- представление текущей и архивной информации на экране оператора (в виде мнемосхем, таблиц, аварийных сообщений и т.д.);

- регистрация аварийных ситуаций в моменты их возникновения и вывод аварийных сообщений на экран;

- передача информации в другие системы.

В первой статье, посвященной разработке комплекса для сбора, обработки и передачи информации о параметрах трехфазной сети, рассмотрены общие характеристики и структурная схема устройства.

Функциональная схема ADE7880 представлена на рис.1.

Микросхема ADE7880 позволяет производить измерение электрической энергии для многофазных систем, вести мониторинг качества электрической энергии и в том числе вести анализ гармоник в реальном времени. Микросхема имеет в своем составе семь сигма-дельта АЦП, цифровой интегратор, источник опорного напряжения. Встроенный блок гармонического анализа, в котором реализованы собственные адаптивные алгоритмы анализа гармоник, позволяет вычислять информацию об амплитудах и фазах входных сигналов, что дает точность лучше, чем 1% в динамическом диапазоне 2000:1 с учетом составляющих до 63 гармоники. Это значительно снижает требования к внешнему хост-процессору. ADE7880 подходит для реализации счетчика электрической энергии класса 0,2. ADE7880 — микросхема 3-х фазного измерителя электрической энергии высокого класса с функцией анализа гармоник.

Рис. 1. Функциональная схема ИМС ADE7880

Краткие технические характеристики ADE7880 следующие:

- совместимость по выводам с предыдущими моделями семейства ADE78xx;

- автоматически производится слежение за изменениями основной частоты, что повышает точность измерений при дрейфе частоты;

- для каждой гармоники вычисляется среднеквадратичные значения напряжения и тока, коэффициент мощности, а также активная, реактивная и полная энергия;

- вычисляется отношение коэффициента гармонических искажений плюс шум, а также гармонические искажения в виде отношения к величине основной гармоники;

- обеспечивается вычисление активной и реактивной энергии с точностью лучше, чем 0,2%, в динамическом диапазоне 5000:1, и с точностью лучше, чем 0,1%, в динамическом диапазоне 1000:1, при условии калибровки усиления;

- рабочие температуры: -40…+85 °С;

- последовательные интерфейсы I2C, SPI, HSDC;

- корпус 40 выводной LFCSP. [4]

Структурная схема комплекса представлена на рис.2.

Рис. 2. Структурная схема программно-технического комплекса для сбора и обработки информации.

Структурная схема содержит ИМС ADE7880, 32-разрядный микропроцессор LPC2368 фирмы NXP Semiconductors и 8-разрядный микроконтроллер Atmel ATmega 169. Высокочастотные выходы CF1, CF2 и CF3 мгновенной активной мощности, предназначены для калибровки или ввода в микроконтроллер. В качестве датчиков применены трансформаторные датчики тока, так как они обладают рядом существенных преимуществ, которые описаны в статье “Анализатор количества и качества электроэнергии АККЭ-3Ф” [3]

В качестве датчиков тока (измерительных трансформаторов тока) в устройстве используются трансформаторы ТО5-85А-65-К/60Ф-20, нагруженные на прецизионный резистор, с магнитопроводом из нанокристаллических сплавов. Выходное напряжение, снимаемое с резистора, пропорционально току первичной обмотки. На рис. 3 показано, как трансформатор тока может быть использован в качестве преобразователя тока в трехфазной 4-х проводной системе распределения для одной из фаз. Вторичный ток трансформатора тока преобразуется в напряжение с помощью сопротивления нагрузки через выводы вторичных обмоток. [5]

Рис.3. Подключение трансформатора тока в качестве датчика тока

Две других фазы и линия нейтрали требуют аналогичных соединений.