El 216EA61B es una unidad de entrada analógica crítica dentro del sistema de protección del generador numérico ABB REG 216, que sirve como puente entre el sistema y los transformadores primarios de corriente y voltaje. Actúa como el 'órgano sensorial' del sistema de protección, responsable de acondicionar, aislar, digitalizar las señales analógicas continuas (alta corriente, alto voltaje) del sistema de energía primario y convertirlas en datos discretos que puedan ser entendidos y procesados por el procesador digital. Su precisión de conversión, estabilidad y rendimiento en tiempo real determinan directamente la precisión de las mediciones y juicios de todo el sistema de protección, formando la piedra angular para garantizar un funcionamiento confiable de las funciones de protección.
Esta unidad emplea tecnología de conversión de analógico a digital de alto rendimiento y circuitos de procesamiento de señales de precisión, lo que garantiza muestras de datos de alta calidad incluso en el complejo entorno electromagnético de los sistemas de energía. Como fuente de datos clave en el bus paralelo B448C, el 216EA61B proporciona la única base de datos para cálculos de protección posteriores, registro de perturbaciones, visualización de mediciones y otras funciones. Su rendimiento afecta directamente la confiabilidad de casi todas las funciones de protección principales, como la protección diferencial, la protección contra sobrecorriente y la protección de energía.
2. Funciones principales
Las funciones principales del 216EA61B giran en torno a la adquisición y digitalización de señales analógicas, manifestándose específicamente en los siguientes aspectos:
1. Adquisición de señales analógicas multicanal
Capacidad de canales: Cada unidad 216EA61B proporciona 24 canales de entrada analógica independientes. Estos 24 canales se asignan mediante dos conectores estándar:
Compatibilidad de señal: Diseñado para recibir señales analógicas secundarias de bajo nivel desde la unidad transformadora de entrada 216GW61. Estas señales ya han sido aisladas y transformadas por el 216GW61, con amplitudes adecuadas para los requisitos de entrada del 216EA61B (por ejemplo, en el rango de ±40 V), cubriendo todas las mediciones necesarias para sistemas de energía como corrientes trifásicas, voltajes trifásicos, corriente de secuencia cero, voltaje de secuencia cero, voltajes de sincronización, etc.
2. Conversión de analógico a digital de alta precisión
Núcleo de Conversión: La unidad integra un Convertidor Analógico a Digital (ADC) de 24 canales de alto rendimiento, responsable de convertir señales analógicas continuas en valores digitales discretos.
Rango de conversión: Admite un amplio rango de voltaje de entrada de -40 V a +40 V, suficiente para cubrir amplitudes de señal durante diversas operaciones normales y condiciones de falla.
Precisión y resolución de conversión: utiliza un ADC de alta resolución, lo que garantiza que se puedan detectar con precisión incluso corrientes de falla o cambios de voltaje mínimos, proporcionando soporte de datos para funciones de protección de alta sensibilidad (por ejemplo, protección diferencial). La precisión de la conversión afecta directamente a la veracidad de las mediciones y al funcionamiento preciso de los ajustes de protección.
3. Preprocesamiento de datos y muestreo sincronizado
Unidad de preprocesamiento: La unidad contiene un preprocesador dedicado que realiza un procesamiento preliminar de los datos de muestra sin procesar digitalizados, como validación, filtrado (supresión de ruido de alta frecuencia) y formateo de datos.
Muestreo sincronizado: garantiza que el muestreo de todos los canales se produzca en el mismo instante. Esto es crucial para las funciones de protección que dependen de las relaciones de fase (por ejemplo, diferencial, dirección de potencia, medición de impedancia), evitando errores de fase y errores de cálculo causados por un muestreo no sincronizado.
4. Comunicación de bus paralelo
Interfaz de bus: como unidad activa en el bus paralelo B448C, el 216EA61B es responsable de enviar periódica y rápidamente los datos de medición digitales convertidos y preprocesados al bus.
Suministro de datos: es la única fuente de datos de medición sin procesar para la unidad de procesamiento 216VC62a. Los algoritmos de protección dentro de la unidad de procesamiento dependen completamente del flujo de datos en tiempo real proporcionado por el 216EA61B para cálculos y decisiones.
5. Autoprueba y monitoreo de estado
Monitoreo interno: La unidad posee capacidades integrales de autocontrol, verificando continuamente su estado interno, que incluye:
Fuente de alimentación interna: si la potencia operativa de +5 V es normal.
Voltaje de referencia: si el voltaje de referencia requerido para la conversión A/D está dentro de la tolerancia permitida.
Reloj interno: si el reloj de muestreo está funcionando correctamente.
Estado de la memoria: si la RAM y la ROM funcionan correctamente.
Informe de fallas: al detectar una falla interna, la informa inmediatamente al sistema a través del bus e ilumina el indicador de alarma del panel frontal, lo que garantiza que el sistema pueda percibir rápidamente el problema y tomar medidas de seguridad como el bloqueo.
3. Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento del 216EA61B es una cadena continua y precisa de conversión de señales físicas a información digital. Su flujo de trabajo detallado es el siguiente:
1. Recepción de señal y acondicionamiento frontal
Fuente de entrada: Los transformadores de corriente primarios (CT) y los transformadores de voltaje (VT) reducen las altas corrientes y voltajes del sistema a valores secundarios estándar y manejables de forma segura (por ejemplo, 1A/5A, 100V/110V).
Aislamiento primario y transformación: Estas señales secundarias se conectan primero a la unidad transformadora de entrada 216GW61. El 216GW61 proporciona aislamiento eléctrico y blindaje electromagnético entre el lado primario y la electrónica de protección, un primer paso fundamental para la seguridad del equipo y el rechazo de ruido de modo común. También puede realizar una mayor escala de amplitud para ajustar los niveles de señal a aquellos más adecuados para el 216EA61B.
Transmisión por cable: Las señales analógicas de bajo nivel procesadas por el 216GW61 se transmiten mediante cables estándar blindados a los conectores traseros de la unidad 216EA61B.
2. Proceso de conversión de analógico a digital
Enrutamiento de señales: al ingresar al 216EA61B, las 24 señales analógicas se enrutan a una matriz de interruptores analógicos internos.
Sample-and-Hold: Durante cada ciclo de muestreo, controlado por el reloj de sincronización de precisión interno de la unidad, los interruptores analógicos conectan secuencialmente cada señal de canal al circuito Sample-and-Hold (S/H). Este circuito 'congela' el valor de la señal analógica que cambia instantáneamente, asegurando que el voltaje que se convierte permanece constante durante el período de conversión A/D, evitando errores de conversión debido a la variación de la señal. Este es un aspecto técnico clave para lograr un muestreo sincronizado multicanal.
Conversión A/D: La salida de voltaje constante del circuito S/H se alimenta a un convertidor analógico a digital (ADC) de alta velocidad y precisión. El ADC convierte este valor de voltaje analógico en un código digital binario correspondiente. Este proceso de conversión implica cuantificación y codificación, cuya resolución y linealidad determinan si el resultado digital refleja con precisión el valor analógico original.
Almacenamiento en búfer de datos: los valores digitales convertidos se almacenan temporalmente en un búfer de datos dentro de la unidad.
3. Procesamiento de datos y transmisión por bus
Preprocesamiento: se activa el coprocesador 80C186 integrado en la unidad. Realiza el procesamiento necesario en los datos de salida del ADC sin procesar, tales como:
Validación de datos: garantizar la integridad de los datos.
Filtrado digital: aplicación de filtros de software para suavizar aún más los datos y suprimir la interferencia en bandas de frecuencia específicas.
Formato de datos: organizar los datos en un formato específico que cumpla con el protocolo de comunicación del bus B448C y agregar marcas de tiempo si es necesario.
Arbitraje y transmisión del bus: los datos preprocesados se envían al circuito de interfaz del bus. Esta interfaz incluye una memoria de puerto dual (DPM) de 64 kBytes para el intercambio de datos de alta velocidad con el bus B448C. El 216EA61B actúa como dispositivo esclavo en el bus pero inicia una solicitud de bus cuando necesita cargar datos. Al obtener el control del bus, escribe el último bloque de valores de medición para todos los canales en el DPM, dejándolo disponible para que el bus maestro (por ejemplo, 216VC62a) lo lea. Este proceso se realiza a un ritmo muy alto, lo que garantiza que el procesador de protección siempre tenga acceso a las últimas condiciones del sistema.
4. Coordinación del sistema y flujo de datos
Sistema de circuito cerrado: la unidad de procesamiento 216VC62a lee los valores de medición digitales proporcionados por el 216EA61B desde el bus y ejecuta los algoritmos de protección. Si un algoritmo decide que es necesaria una acción, envía comandos a través del bus a unidades de salida como 216AB61 o 216DB61.
Garantía de rendimiento en tiempo real: toda la cadena de datos, desde el muestreo del 216EA61B hasta el procesamiento del 216VC62a y luego la ejecución de la salida, debe completarse en un tiempo extremadamente corto (generalmente milisegundos) para cumplir con los requisitos de velocidad para la eliminación de fallas del sistema de energía. La frecuencia de muestreo y la eficiencia de transmisión del bus del 216EA61 son clave para garantizar este rendimiento en tiempo real.
5. Mecanismos a prueba de fallos
Bucle de monitoreo: los circuitos de monitoreo internos verifican continuamente componentes clave como el ADC, la fuente de referencia y la fuente de alimentación. Si se detecta una anomalía, como un voltaje de referencia fuera de tolerancia o una falla del reloj interno, el circuito de monitoreo establece inmediatamente el registro de estado de la unidad.
Alarma del sistema: La unidad informa una 'Alarma de dispositivo general' al sistema a través del bus e ilumina el LED rojo 'ALARMA' en el panel frontal. Al recibir esta alarma, el programa de diagnóstico del sistema puede degradar el estado del sistema según la gravedad de la falla y bloquear las funciones de protección que dependen de los datos de esta unidad, evitando un mal funcionamiento debido a datos erróneos. Al mismo tiempo, deja de enviar datos no válidos o poco fiables al bus, evitando que el procesador emita juicios basados en datos defectuosos.
4. Arquitectura de hardware
El diseño de hardware del 216EA61B se basa en el procesamiento de señales y la transmisión de datos de alta precisión:
Estructura Física: Unidad enchufable, 2 divisiones estándar (2T) de ancho, insertable desde el frente en el rack del equipo.
Componentes principales:
EPROM de 128 kByte: Almacena el firmware de la unidad y el programa operativo.
RAM de 64 kBytes: sirve como memoria principal de ejecución.
EEPROM de 8 kByte: Se utiliza para almacenar parámetros configurables y datos de calibración.
Front End analógico: Incluye interruptores analógicos multiplexores y circuitos de muestreo y retención, responsables del enrutamiento y estabilización de la señal.
Convertidor analógico a digital (ADC): el ADC central de 24 canales que realiza la conversión de analógico a digital.
Procesador de preprocesamiento: microprocesador 80C186, responsable del preprocesamiento de datos y control de la unidad.
Interfaz de bus: 64 kByte DPM/RAM, lo que permite un intercambio de datos fluido y de alta velocidad con el bus B448C.
Memoria:
Fuente de alimentación: Un convertidor CC/CC interno deriva la potencia operativa de la unidad, generando el suministro digital requerido de +5 V (y posiblemente ±15 V para circuitos analógicos) a partir del suministro auxiliar de 24 V CC obtenido a través del bus B448C.
5. Indicación y funcionamiento del panel frontal
Indicadores:
LED rojo de ALARMA: Indica una falla/alarma de la unidad interna. Se ilumina cuando se detecta una falla de hardware (p. ej., falla de alimentación, reloj, memoria, sección analógica). Es posible que la unidad haya dejado de emitir datos válidos.
LED MST amarillo: indicador maestro. Parpadea o se ilumina cuando la unidad accede al bus B448C como maestro para la transmisión de datos.
LED RUN verde: indicador de ejecución. Este es el indicador más crítico para determinar si la unidad está funcionando normalmente. Durante el funcionamiento normal, esta luz debe estar encendida continuamente, lo que indica que el programa de conversión A/D se está ejecutando y los datos se están procesando y preparando para la transmisión. Si esta luz está apagada, significa que las variables medidas digitalizadas no se transmiten al bus y las funciones de protección perderán su fuente de datos.
Zócalos de operación:
PASIVO: Al insertar el pin de cortocircuito se bloquea el convertidor A/D y la unidad deja de transmitir cualquier dato (variables medidas digitalizadas) al bus. Los datos ya almacenados y las tablas de variables de medición no se eliminan pero ya no se actualizan. Este modo se utiliza para depurar el sistema o encontrar fallas, evitando que datos no válidos interfieran con el sistema.
RESET: Al insertar brevemente el pin de cortocircuito se reinicia el programa de la unidad. Se reinicializan todas las unidades y se eliminan las tablas de variables de medición almacenadas. Esta operación debe utilizarse con precaución.
6. Configuración y ajustes
Configuración de hardware: La unidad 216EA61B en sí no requiere puentes de hardware ni configuraciones de interruptor DIP. Las características de su canal están determinadas por el firmware y el diseño internos.
Configuración del software: Toda la configuración se realiza a través de la interfaz de usuario portátil conectada al 216VC62a:
Asignación de canales: en la configuración del software 216VC62a, asigne los distintos canales de medición del 216EA61B (CH01-CH24) a funciones de protección específicas. Por ejemplo, designe CH01-CH03 como corrientes de fase del estator del generador A, B, C para la protección diferencial 87G y la protección contra sobrecorriente 51.
Configuración de parámetros: Defina los valores nominales para cada canal, por ejemplo, si la corriente nominal para un canal de corriente es 1A o 5A, o si la tensión nominal para un canal de voltaje es 100V o 110V. Esta configuración es crucial ya que garantiza la precisión de los cálculos por unidad y las comparaciones de configuraciones dentro de los algoritmos de protección.
Factores de escala: si es necesario, configure factores de escala individuales para compensar las relaciones CT/VT o las pérdidas de línea.
7. Autodiagnóstico y mantenimiento
El 216EA61B presenta un autodiagnóstico integral, cuyo estado se informa a través del registro de estado del dispositivo:
Elementos monitoreados: Incluye suministro interno de +5 V, estado del convertidor A/D, voltaje de referencia, RAM/ROM, comunicación de bus, suministro de sección analógica, etc.
Respuesta a fallas: ante una falla, el LED rojo de ALARMA se enciende, se configura el registro de estado (por ejemplo, SSG) y se envía una alarma del sistema a través de la línea de bus SML. Las fallas graves pueden desencadenar un 'arranque en caliente' del sistema.
Consejo de mantenimiento: Durante la inspección de rutina, preste atención a si el LED verde RUN está encendido constantemente. Si el LED rojo de ALARMA está encendido o el LED de RUN está apagado, indica una falla de la unidad. Utilice la interfaz de usuario para comprobar información de diagnóstico específica. Apague siempre la alimentación auxiliar del bastidor antes de enchufar o desenchufar la unidad.
8. Escenarios de aplicación
El 216EA61B es la unidad central de adquisición de datos para las siguientes aplicaciones:
Protección del Generador: Adquiere todas las señales de corriente y voltaje de los terminales del generador y del neutro.
Protección de transformador: adquiere corrientes y voltajes de todos los lados para protección diferencial y de respaldo.
Protección del motor: Adquiere corrientes y tensiones del circuito de alimentación.
Protección de Alimentador: Adquiere corriente de línea y tensión de barra.
Cualquier aplicación de monitoreo y protección de energía que requiera adquisición de cantidad eléctrica de CA multicanal y de alta precisión.
