УДК 621.39

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОВОДНЫХ И БЕСПРОВОДНЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТАХ, НА ПРИМЕРЕ PLC СИСТЕМ И БЕСПРОВОДНОГО ИНТЕРФЕЙСА ZIGBEE

Зусев Сергей Анатольевич
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
магистрант кафедры управление в технических и экономических системах, факультет информационных технологий

Аннотация
В данной статье сравнивается два типа передачи информации, проводной и беспроводной, на примере двух технологий. Изучается возможность их применения на объектах Российской электроэнергетики.

Ключевые слова: беспроводные технологии, испытания, передача информации, помехи, проводные технологии, системы передачи информации, электромагнитная совместимость, электроэнергетика


USING THE WIRED AND WIRELESS INTERFACES TO ENERGY FACILITIES, THE EXAMPLE OF PLC SYSTEMS AND ZIGBEE WIRELESS INTERFACE

Zusev Sergey Anatolyevich
Vladimir State University named after Alexander and Nicholay Stoletovs
Master student of Management and informatics in technical systems department, Faculty of Information Technologies

Abstract
This article compares the two types of communication, wired and wireless, on the example of the two technologies. Exploring the possibility of their use on Russian electric power facilities.

Keywords: electric power industry, electromagnetic compatibility, information transfer system, interference, testing, transmission of information, wire technology, wireless technology


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Зусев С.А. Использование проводных и беспроводных интерфейсов на энергетических объектах, на примере PLC систем и беспроводного интерфейса ZigBee // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/04/67031 (дата обращения: 20.11.2016).

В современном мире беспроводные технологии активно вытесняют классические проводные технологии в сфере передачи информации. Однако не во всех отраслях беспроводные технологии оказываются востребованными. Примером такового отношения является электроэнергетика, а точнее подстанции и распределительные устройства. На таких объектах применяются  классические проводные технологии, поскольку считаются более надежными и безопасными. Считается, что проводные интерфейсы лучше защищены в плане электромагнитной совместимости, их можно экранировать или установить фильтры,  что позволяет уменьшить влияние помех в цепях управления исполнительными устройствами и релейной зашиты.  Так ли это на самом деле? Для того чтобы понять что лучше проведем сравнение проводных и беспроводных технологий.

В соответствии со стандартом СТО 70238424.17.220.20.005-2011, для всех устройств передачи информации должна обеспечиваться электромагнитная совместимость. Для этого все устройства связи и телемеханики, должны проходить испытания по электромагнитной совместимости согласно ГОСТ Р 51317.6.5. При электропитании устройств связи и телемеханики от системы собственных нужд по схеме фаза-земля в цепи питания должен быть включен разделительный трансформатор и фильтр питания с полосой запирания от 5 кГц до 5 МГц.

В настоящее время при проектировании систем для энергообьектов стараются использовать проводные интерфейсы передачи информации, такие как Ethernet , RS-485 и через PLC-модем. При подключении разнесенных по объекту систем с питанием от общей сети наиболее интересным является использование PLC-модема, так как передача информации осуществляется по цепям питания и не требует прокладки дополнительных проводов. Передача данных в системах PLC осуществляется  различными типами модуляций. Самыми  распространенными являются: частотная манипуляция (Frequency Shift Keying, FSK), частотная манипуляция с разнесенными частотами (Spread Frequency Shift Keying, S-FSK), двоичная фазовая манипуляция (Binary Phase Shift Keying, BPSK) и ортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). В таблице 1 приведено сравнение различных типов модуляций на основании двух главных критериев – эффективности использования полосы частот и сложности реализации.

Таблица 1 – Сравнение эффективности и сложности реализации в зависимости от типа модуляции.

Тип модуляции

Расшифровка

Эффективность использования полосы частот

Сложность реализации

FSK

Частотная модуляция

средняя

низкая

BFSK

двухпозиционная частотная манипуляция

средняя

низкая

SFSK

частотная манипуляция с расширением спектра

низкая

средняя

OFDM

мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов

высокая

высокая

У использования  проводных интересов очень есть серьезная проблема, это необходимость защиты от помех и электромагнитных импульсов большой мощности которые могут возникать на энергетических объектах. Зачастую такие защиты сложнее, чем сами проводные интерфейсы и уменьшают скорость передачи информации.

Если рассматривать беспроводные технологии, то основным можно считать ZigBee. Рассмотрим особенности использования беспроводного интерфейса на примере ZigBee. Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при малом энергопотреблении поддерживает не только простые топологии сети («точка-точка», «дерево» и «звезда»), но и самоорганизующуюся и самовосстанавливающуюся ячеистую (mesh) топологию с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений. Устройства ZigBee должны быть совместимы со стандартом IEEE 802.15.4-2003 беспроводных персональных сетей этот стандарт определяет работу на частотах 2.4 ГГц (в мире, не лицензированная частота), 915 МГц (Американский континент) и 868 МГц (Европа) диапазон ISM. На частоте 2.4 ГГц есть 16 каналов ZigBee. Такие данные дают хорошую возможность применения во многих областях. Но как же быть с помехоустойчивостью, основному требованию на энергетических объектах? Насколько обеспечиваться электромагнитная совместимость для такого типа связи? В теории все должно соответствовать стандартам и иметь достаточный уровень помехоустойчивости. Для  наилучшей оценки устройства должны пройти испытания по электромагнитной совместимости согласно ГОСТ Р 51317.6.5-2006 (МЭК 61000-6-5:2001) У беспроводных интерфейсов есть явные плюсы, такие как: отсутствие проводов, как следствие меньше наведенных помех, низкое энергопотребление, простота и удобство организации сетей.

Однако есть и минусы, среди них можно выделить следующие: цена оборудования, ограничение по частотам и мощности, ограниченное расстояние без ретрансляторов.

В качестве сравнения двух типов передачи, предлагаю рассмотреть систему оперативных блокировок безопасности «Блокпост-1» изготовления ООО  «НПФ «ЭЛНАП» которая содержит в своем составе PLC-модем и радиомодем с технологией ZigBee. Оба канала дублируют друг друга, что дает возможность сравнения в равных условиях. Комплекс оборудования данной  системы был испытан по электромагнитной совместимости согласно ГОСТ Р 51317.6.5-2006 (МЭК 61000-6-5:2001)устойчивость к электромагнитным помехам технических средств применяемых на электростанциях и подстанциях. Комплекс оборудования проходил испытания на базе АО «Научно-производственное предприятие «Циклон-тест» (аттестат аккредитации РОСС RU.0001.21МЭ16 по 28.05.2019). По результатам испытаний комплекс соответствует ГОСТу. Нас особо  интересует несколько отдельных пунктов протокола испытаний приведенных в таблице 2.

Таблица 2 – Протокол испытаний комплекса электротехнического оборудования системы оперативных блокировок безопасности «Блокпост—1»

Вид испытательного воздействия Степень жесткости испытаний Уровень испытательного воздействия Функциональное состояние Критерий качества функционирования Соответствие ГОСТ
Результаты измерения и оценки устойчивости объекта испытаний к магнитному полю промышленной частоты. Порт корпуса (ГОСТ Р 51317.6.5—2006 (МЭК 61000—6—5:2001) табл. 1; ГОСТ Р 50648—94 (МЭК 1000-4-8—93)). Изд. 1

Длительное магнитное поле

5

100А/м

А

А

Соответствует

Кратковременное магнитное поле

5

1000А/м

А

А

Соответствует

Результаты измерения и оценки устойчивости объекта испытаний к радиочастотному электромагнитному полю. Порт корпуса (ГОСТ Р 51317.6‚5—2006 (МЭК 61000-6-5:2001) табл. 1; ГОСТ 30804.4.З-2013 (ТЕС 61000-4-3:2006)) Изд. 1

Полоса частот 80-3000 МГц

3

10В/м

А

А

Соответствует

Результаты измерения и оценки устойчивости объекта испытаний к электростатическим разрядам. Порт корпуса (ГОСТ Р 51317.65—2006 (МЭК 61000-6-512001) табл. 1; ГОСТ 30804.42—2013 (ТЕС 61000-4-2:2008)) Изд. 1

Контактный разряд

3

6кВ

А

А

Соответствует

Воздушный разряд

3

8кВ

А

А

Соответствует

Из протокола можно сделать следующие выводы: оба вида интерфейса прошли испытания на ЭМСи могут быть использованы на электростанциях и подстанциях, что открывает возможность применения их при проектировании приборов и систем для энергетики. У PLC модема в цепь подключения был установлен фильтр и защита от импульсных помех, что усложнило конструкцию. Тогда как ZigBee радио модем не нуждался в дополнительной защите. У беспроводного интерфейса  в энергетике огромный потенциал, по многим показателям они намного лучше, из основных плюсов можно выделить:

  1. испытания он прошел без дополнительных мер защиты;
  2. он достаточно помехоустойчив;
  3. за время испытаний пакеты информации приходили в полном объеме, без искажений;
  4. удобны в проектировании и эксплуатации комплексов и систем;
  5. не требуют проводов;
  6. имеют небольшие габаритные размеры;
  7. имеет минимальное потребление;
  8. имеет достаточно низкую цену;

Подводя итог можно сказать, что беспроводной интерфейс ZigBee можно рекомендовать как хорошую альтернативу проводным технологиям при проектировании систем для электроэнергетики.


Библиографический список
  1. ГОСТ Р 51317.6.5-2006. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых на электростанциях и подстанциях. Требования и методы испытаний Москва – Изд-во Стандартинформ- 2007-31с.
  2. СТО 70238424.17.220.20.005-2011. Системы связи для сбора и передачи информации в электроэнергетике. Условия создания. Нормы и требования. Дата введения: Дата введения – 01.12.2011,. – г. Москва. – 57с.– Стандарт организации Некоммерческое Партнерство «Инновации в электроэнергетике».
  3. Алексей Пазюк. Любой протокол – по проводам: решения Texas Instruments для PLC-систем передачи данных. [Электронный ресурс]/ Алексей Пазюк //Новости электроники: отраслевое информационно-справочное издание.–2012. – №10(7) .– Режим доступа: http:// http://www.compel.ru– (Дата обращения: 20.02.2016).
  4. Руслан Борисов. Состояние оперативной блокировки безопасности на объектах энергетики и мероприятия по повышению её надёжности. [Электронный ресурс]/ Борисов, Р. К. Жуликов, С. С. Ковалев, Д. И. Кокорин, С. А. Уситвина, А. А. Чернокоз, А. Я. Электричество. 2014.-№11(17-25) Режим доступа: http://electro.elpub.ru– (Дата обращения: 20.02.2016).
  5. Акционерное общество «Научно-производственное предприятие «Циклон-Тест». Протокол  № 0904-2-15 испытаний комплекса электротехнического оборудования системы оперативных блокировок безопасности «Блокпост—1» по параметрам электромагнитной совместимости. 02 11 2015 г.-г. Фрязино, Московская область – 9с.


Все статьи автора «Зусев Сергей Анатольевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация