Краткое описание аппаратной части

4.2.1 Структурная схема

Цифровые устройства РЗ различного назначения имеют много общего, а их структурные схе­мы очень похожи и подобны представленной на рис. 3.1.

Центральным узлом цифрового уст­ройства является микроЭВМ, которая через свои устройства ввода-вывода обменивается информацией с периферийными узлами. С помощью этих дополнительных узлов осуществ­ляется сопряжение микроЭВМ (микропроцессора) с внешней средой: датчиками исходной информации, объектом управления, оператором и т. д Непременными узлами цифрового устройства РЗА являются

входные U1 — U4 и выходные KL1 — КЦ преобразователи сигналов, тракт аналого-цифрового преобразования U6, U7, кнопки управления и ввода информации от оператора SB1. SB2, дисплей Н для отображения информации и блок питания U5. Современные цифровые уст­ройства, как правило, оснащаются и коммуникационным портом Х1 для связи с другими уст­ройствами

Основные функции вышеперечисленных узлов следующие/

Входные преобразователи обеспечивают гальваническую развязку внешних цепей от внут­ренних цепей устройства. Одновременно, входные преобразователи осуществляют приведе­ние контролируемых сигналов к единому виду (как правили, к напряжению) и нормированному уровню. Здесь же осуществляется предварительная частотная фильтрация входных сиг­налов перед их аналого-цифровым преобразованием. Одновременно принимаются меры по защите внутренних элементов устройства от воздействия помех и перенапряжений. Разли­чают преобразователи входных сигналов аналоговые (U3. U4) и логические (U1, U2). Первые стремятся выполнить так, чтобы обеспечить линейную (или нелинейную, нос известным за­коном) передачу контролируемого сигнала во всем диапазоне его изменения. Преобразователи логических сигналов, наоборот, стремятся сделать чувствительными толь­ко к узкой области диапазона возможного нахождения контролируемого сигнала.

Выходные преобразователи. Воздействия устройства на защищаемый объект традицион­но осуществляется в виде дискретных сигналов управления. При этом выходные цепи уст­ройства защиты выполняются так. чтобы обеспечить гальваническую развязку коммутируе­мых цепей как между собой, так и относительно внутренних цепей устройства РЗ. Выходные преобразователи должны обладать соответствующей коммутационной способностью и, в общем случае, обеспечивать видимый разрыв коммутируемой цепи.

Тракт аналого-цифрового преобразования включает мультиплексор U6 и собственно ана­лого-цифровой преобразователь (АЦП) — U7. Мультиплексор — это электронный коммута­тор, поочередно подающий контролируемые сигналы на вход АЦП. Применение мультиплек­сора позволяет использовать один АЦП (как правило, дорогостоящий) для нескольких кана­лов. В АЦП осуществляется преобразование мгновенного значения входного сигнала в про­порциональное ему цифровое значение. Преобразования выполняются с заданной перио­дичностью. В последующем в микроЭВМ по этим выборкам из входных сигналов рассчитыва­ются интегральные параметры контролируемых сигналов — их амплитудные или действую­щие значения.

Блок питания (БП) U5 обеспечивает стабилизированным напряжением все узлы рас­сматриваемого устройства, независимо от возможных изменений напряжения в питающей сети. Обычно это импульсный БП с питанием от сети постоянного тока. Имеются также блоки питания от цепей переменного напряжения и тока (переменный оперативный ток). Дисплеи и клавиатура являются непременными атрибутами любого цифрового устройства, позволяя оператору получить информацию от устройства, изменять режим его работы, вво­дить новую информацию. Надо отметить, что дисплей Н и клавиатура SB1. SB2 цифровых устройств, как правило, реализуются в максимально упрощенном виде: дисплей — цифробуквенный, одно- (или несколько-) строчный: клавиатура — несколько кнопок. Порт связи с внешними цифровыми устройствами. Достоинством цифровых устройств явля­ется возможность передачи имеющейся информации в другие цифровые системы: АСУ ТП, персональный компьютер и т. д., что позволяет интегрировать различные системы, экономя на каналах связи, затратах на предварительную обработку сигналов и.т.п. Коммуникационный порт — необходимый элемент для дистанционной работы с данным устройст­вом.

Наряду с вышеперечисленными, цифровые устройствах, в общем случае, могут содержать и другие узлы, например, цифро-аналоговые преобразователи - при формировании аналоговых сигналов управления и регулирования.

Практически вся обработка информации в любом цифровом устройстве осуществляется внутри микроЭВМ по определенному алгоритму, реализованному в виде программы работы. Для облегчения понимания принципов работы цифровых устройств РЗА необходимо иметь хотя бы общее представление об устройстве и функционировании ЭВМ.

Рассмотрим структурную схему микроЭВМ, представленную на рис. 3.2.

Центральный управляющий и решающий блок микроЭВМ называется центральным процес­сорным устройством (Central Processing Unit-CPU) или просто процессором. Этот узел в виде интегральной микросхемы (ИМС), что дало повод называть такую ИМС микропроцессором. Как видно из структурной схемы, микроЭВМ МП в качестве самостоятельного узла не приме­няется.

Для его работы требуется внешнее запоминающее устройство, где хранится программа (по­следовательность команд), которую необходимо выполнить. В устройствах, работающих по жесткой программе, какими и являются устройства защиты, программа записывается в по­стоянном запоминающемся устройстве (ПЗУ).

Для хранения переменных и промежуточных результатов вычислений (данных) применяется оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Обмен информацией с внешним оборудованием осуществляется с помощью устройств вво­да-вывода.

Любая информация в ЭВМ представляется в виде чисел (числовых кодов). Обмен информа­цией между узлами микроЭВМ осуществляется с помощью шин, т. е. системы электрических линий. Шины различаются по функциям шина пересылки данных ЩД. шина адреса ША. шина передачи команд управления ШУ. Например, при чтении данных из устройства ввода-вывода (УВВ) в процессор последний выставляет на ША адрес УВВ, а на ШУ — сигналы, предписы­вающие УВВ выдать данные на ЩД. В результате этого на шине данных появляется число, которое было в УВВ в момент обращения. При передаче информации используется двоичная система счисления, требующая для отображения чисел использования только двух символов О и 1, что делает наиболее простой реализацию узлов ЭВМ на основе электрических схем Скорость работы микроЭВМ существенно зависит от разрядности чисел, передаваемых по шинам от узла к узлу Это определяется разрядностью шины данных. Современные микро­эвм работают с 16- и 32-разрядными машинными словами. Время выполнения команды оп­ределяется тактовой частотой задающего генератора и зависит от быстродействия приме­няемых ИМС, что в свою очередь определяется технологией их изготовления.

Сигналы, контролируемые устройствами РЗА, имеют в общем случае разную физическую природу — токи, напряжения, температура и т, д. Чаще всего устройства РЗ работают с сигналами от источников переменного тока и напряжения, с традиционными номинальными уровнями 1 А, 5 А, 100 В. Такие уровни сигналов обеспечивают необходимую помехозащищенность, но совершенно неприемлемы для обработки в электронных схемах. При подключении микропроцессорных устройств к традиционным датчикам тока и напряжения требуется приведение их сигналов к единому виду и диапазону изменения, приемлемому для обработки электронными узлами.