При   выборе   цифрового  устройства   центральной   сигнализации потребителем могут приниматься во внимание различные критерии [3]. Учитывая, что в большинстве случаев данные устройства применяются для замены реле импульсной сигнализации типов РИС-2Э и РИС-2ЭМ, по нашему мнению следует обратить внимание на характеристики входов, подключаемых к шинкам сигнализации [5].

Аналоговые сигнальные входы устройств центральной сигнализации

В выпускаемых отечественной промышленностью микропроцессорных устройствах центральной сигнализации [1, 7, 8, 10] для получения информации  об  изменении  состояния  нескольких  контактов  датчиков подключаемых к одной шинке сигнализации, используют специальные аналоговые сигнальные входы, называемые также по традиции входами импульсной сигнализации*..

Например, в устройстве БМЦС [12] применяется схема, приведенная на рис. 1, в которой использован один многообмоточный трансформатор,    к                   первичным          обмоткам    которого    подключают     шинки сигнализации.  Каждое   вновь   подключаемое   устройство   (замыкание контакта)             увеличивает      ток,   протекающий   в   шинке,   на   значение, задаваемое токоограничивающими резисторами.

Рис. 1 Схема обработки импульсных сигналов [6]

На вторичной обмотке этого трансформатора в моменты изменения тока в любой из шинок, подсоединенных к первичным обмоткам, формиру- ются импульсы напряжения, различной полярности при включении и отключении датчика (рис. 2), с амплитудой, пропорциональной значению тока.

____________________________________________________

* В [1, 6] используется и другой термин – «аналоговые входы».

Рис. 2 Изменение напряжение на обмотках трансформатора

Принципиальным отличием схемы является то, что шинки соединены с соответствующим входом не постоянно, как в реле импульсной сигнализации РИС-Э2 (РИС-Э2М), а подключаются на время опроса** поочередно с помощью ключей В1-В4, управляемых блоком контроля 5 (см. рис. 1).

При наличии в момент опроса токового импульса на шинке, во вторичной обмотке трансформатора формируется сигнал, поступающий на вход блока фиксации изменения напряжения 4, где он усиливается и передается в блок управления 5.

Микропроцессорная система 6, связанная с блоком управления 5 входами-выходами 10, в соответствии с программой управляет работой реле звуковой, обобщенной и индивидуальной сигнализации, передаёт и принимает информацию по каналам связи с АСУ и ПЭВМ 11, управляет работой внешних устройств с помощью выходных сигналов 12, и прини мает информацию от внешних источников сигналов 13.

Как и реле РИС-Э2М, данная схема, не реагирует на медленное из- менение тока шинок и нечувствительна к изменению в широких преде- лах напряжения питания шинок***. Скачкообразное изменение тока шинки сигнализации воспринимается данной схемой как событие, подлежащее дальнейшей обработке и фиксации.

Достоинством аналогового входа с трансформатором является прос- тота, надежность и возможность получения непосредственно от первичной цепи сигнала необходимой мощности.

В других известных цифровых устройствах центральной сигнализации вместо входного трансформатора используются активные устройства преобразования аналоговых сигналов, способные преобразовывать как сигналы постоянного тока, так и переменного. К недостаткам можно отнести необходимость постоянных затрат энергии источника питания, даже при отсутствии входных сигналов.

Наиболее известны активные преобразователи с датчиками Холла. Например, в устройстве «Сириус-ЦС» [1] шинки сигнализации подключены к входу датчика Холла (рис. 3).

____________________________________________________

** В устройстве БМЦС период опроса равен 32 мкс.

*** Обычно – от минус 20% до плюс 10% от номинального значения

Рис. 3 Датчик Холла

Ток шинки сигнализации I протекает по первичной обмотке и создает магнитное поле в зазоре сердечника, где установлен магниточувствительный элемент. Мощность сигнала, снимаемого с магниточувствительного элемента мала, поэтому в схеме устройства должен быть предусмотрен усилитель А. При поступлении импульсов постоянного тока на выходе формируются аналогичные по форме импульсы (рис. 4), с амплитудой, пропорциональной сигналу.

Рис. 4 Импульсы напряжение на входе и выходе датчика Холла

Современная элементная база позволяет выполнить преобразование электрического сигнала, возникающего при замыкании или размыкании контакта датчика, непосредственно в цифровую форму, не применяя трансформаторов и датчиков Холла (рис. 3), как это сделано в устройстве НПП «Бреслер» [7].

Рис. 5 Преобразователь сигнала аналогового входа

Ток шинки сигнализации i1, протекая по шунту Rш, создаёт на нём

падение напряжения U1, пропорциональное току. Напряжение поступает на вход аналого-цифрового преобразователя АЦП, где преобразуется в цифровой код. Гальваническая развязка аналогового входа и внутренних элементов устройства цифровой сигнализации обеспечивается применением гальванически развязанного блок питания DC-DC и оптрона VT. Выходной сигнал U2цифр такого преобразователя пригоден для непосредственной обработки микропроцессором устройства.

Сравнивая цифровые устройства различных производителей, можно увидеть, что к каждому аналоговому входу устройства подключается одна шинка с несколькими контактами датчиков и токоограничивающими резисторами (рис. 6).

Современные цифровые устройства центральной сигнализации, в отличие от реле РИС-Э2М, обеспечивают непрерывный контроль исправности шинок (отсутствие обрыва шинки, её обесточивание или неисправность внутренних цепей устройства сигнализации). Для этого в схемах блоков предусмотрено подключение на шинку сигнализации резистора Rk (рис. 6), который рекомендуется устанавливать на дальнем конце шинки.

Рис. 6 Подключение датчиков к шинкам в устройстве БМЦС [3, 12]

Наличие резистора RК, подключенного к шинке, и резистора Rш внутри устройства (рис. 7), шунтирующего аналоговый вход, обеспечивает протекание тока по шинке, необходимое для контроля её исправности.

Отсутствие тока свидетельствует об обрыве цепи, а превышение током максимально допустимого значения воспринимается устройством как наличие короткого замыкания на шинке.

Рис. 7 Шунтирование аналоговых входов

Сопротивление резистора RК должно быть равно сопротивлению резисторов, подключенных к датчикам, так как это связано с чувствитель ностью токового входа.

Отметим, что на рис. 6, заимствованном из руководства по эксплуатации БМЦС, резистор Rk расположен так, что шинка «+220В» на участке от него до резистора R30 не контролируется, так как ток протекает по цепи: +220В Rk – вход БМЦС. Таким образом, для обеспечения контроля исправности шинки резистор Rk должен подключаться к самому дальнему от источника питания концу шинки сигнализации.

Расчёт сопротивления токоограничивающих резисторов в руководствах по эксплуатации разных цифровых устройств сигнализации рекомендуется производить по формуле:

                                                                             (1)

где:       R сопротивление токоограничивающего резистора
Uш  напряжение питания шинки
I – приращение тока

Расчетное значение сопротивления R, полученное по формуле (1), округляется до ближайшего меньшего стандартного значения.

В некоторых устройствах предусмотрено только одно значение при ращения тока I=50 мА, что соответствует току срабатывания реле РИС-Э2М.   Выпускаются   также   устройства   сигнализации,   в  которых возможно задание значения ∆I из некоторого диапазона, как задаются другие уставки цифровых устройств.

Например, для максимального допустимого тока 2А и диапазона 10 мА > I> 200 мА возможно подключение к шинке сигнализации от 9 (при задании уставки I =200 мА) до 199 (при задании уставки I =10 мА)       контролируемых  устройств   (контактов   датчиков)   при  установке соответствующего количества токоограничивающих резисторов R.

Выбор  конкретного  значения   I  диктуется  возможным  уровнем помех на шинке сигнализации и энергетическими соображениями. Чем больше заданное        значение     I,              тем             выше     помехоустойчивость устройства, но тем больше мощность, выделяемая на резисторах R1…Rn (см.      рис.            6).        Максимальное   количество датчиков,   подключаемых              к каждой шинке, ограничивается значением суммарного тока при одновременном замыкании всех контактов в подключенных к шинке сигнализации  цепях.  Отметим,  что  в  некоторых  устройствах  предусмотрен предохранитель,                    защищающий              входную цепь            от        повреждения при протекании тока, превышающего максимально допустимый.

И, наконец, есть устройства, в которых предусмотрены только два значения                тока  I       –     50 и 200         мА*.              Необходимо отметить,   что использование  в   современных   цифровых   устройствах   центральной

сигнализации значения I = 200 мА нельзя признать оправданным.

____________________________________________________
* Значение I = 200 мА соответствует току срабатывания реле РИС-Э2, а

I = 50 мА – реле РИС-Э2М.

При проектировании систем сигнализации с использованием современных микропроцессорных устройствах центральной сигнализации следует учитывать, что они способны определять количество внешних устройств не только подключаемых к шинке, но и отключаемых от нее.

Для этого в алгоритме обработки сигнала предусмотрено использование как информации о количестве импульсов, соответствуюших подключению  и возврату внешних устройств, так и текущего значения тока шинки. Поэтому на точность определения количества сигналов, подключенных к шинке**, влияет стабильность двух параметров – номинального сопротивления токозадающего резистора R и напряжения оперативного питания Uш.

Поэтому, для повышения точности определения количества сигналов, выставленных на шинках сигнализации необходимо обеспечивать стабильность оперативного питания [4].

При выборе того или иного микропроцессорного устройства сигнализации полезной может оказаться и информация о характеристиках их аналоговых входов, приведенная в табл. 1.

Литература:

1 Блок центральной сигнализации «Сириус-ЦС». Руководство по эксплуатации, паспорт. М.: ЗАО «Радиус-автоматика», 2004 (цитируется редакция документа, представленная на сайте rza.ru).

2. Гондуров С.А., Захаров О.Г. Требования к оперативному питанию цифровых устройств релейной защиты и автоматики.//Энергия и менеджмент, сентябрь-октябрь, 2005

3. Захаров О.Г. Сравнивая цифровые устройства сигнализации БМЦС и «Сириус-ЦС»//Сибирский промышленник. Западно-Сибирский регион, 2005, с.46-48

4. Захаров О.Г., Козлов В.Н. Корректировка требований к условиям питания оперативным током цифровых устройств защиты, автоматики и сигнализации.//Электротехнический рынок, № 2(20) Март-Апрель 2008

5. Лабок О.П. Сигнализация на подстанциях. М.: Энергия, 1973, 112 с Скачать книгу можно по адресу: http://www.rza.org.ua/down/o-28.html

6. Микропроцессорное релейное устройство импульсной сигнализации. Патент  №2195707 //Бюллетень изобретений №36 от 27.12.2002//7G08 B29/00, G01 R31/08

7. Микропроцессорный блок центральной сигнализации «Бреслер 0107.05».Техническое описание и руководство по эксплуатации. Чебоксары, 2008.

8. Микропроцессорный блок центральной сигнализации БЭМП-ЦС www.cheaz.ru/tech_info/files/bemp-cs_el.pdf

9. Новые устройства «Сириус-ЦС» и «Орион-2»//Энергетика и промышленность России. №8 (48) август 2004

10. Руководство по ТЦС 100 (представлено на сайте belemn.com/files/200708311915140.manual_TCS_100.pdf )

____________________________________________________

** На практике принято говорить: выставленных на шинке

11. Участковый блок центральной сигнализации -http://jonsan.ru/?p=78#respond

12. Цифровые устройства релейной защиты. Каталог продукции 2004.

СПб, НТЦ «Механотроника», 2004, 160 с

13. Control Data Communicator SACO 148D4.abb.ru/product/db0003db004281/c12573e700330419c125693d00447211.aspx

Таблица 1. Сравнительные характеристики аналоговых входов

⁶ Сигнализирует о работе каждой из шинок сигнализации
⁷ Один светодиод сигнализирует о работе шинок сигнализации, второй об их неисправности.
⁸ О назначении светодиодов  рассказано в разделе «Устройство сигнализации «Сириус-ЦС»»
⁹ Постоянный ток
¹⁰ Трансформаторный, см. рис. 1.
¹¹ См. схему на рис. 5
¹² На датчике Холла
¹³ Задаётся при выборе уставки.
¹⁴ Для каждого входа
¹⁵ Значение зависит от заданного приращения тока I
¹⁶ Предохранитель для каждого входа
¹⁷ Обеспечивается конструкцией входа, имеющего термическую стойкость 20 А/с
¹⁸ информация отсутствует