Разработка микропроцессорного контроллера-компенсатора реактивной мощности
Принцип автоматической компенсации реактивной мощности. Ее промышленные потребители. Положения проектирования микропроцессорных устройств управления в электрических сетях. Структура компенсатора. Проектирование алгоритмов управляющего воздействия.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.11.2017 |
| Размер файла | 484,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Таблица 2.4.1.2. Таймер 1 К 580ВИ 53
|
4800H |
ST1Z0 |
счетчик А импульса напряжения U |
|
|
4801H |
ST1Z1 |
счетчик В импульса тока I |
|
|
4802H |
ST1Z2 |
счетчик С импульса первой ступени |
|
|
4803H |
RUST1 |
регистр управляющего слова |
Таблица 2.4.1.3. Таймер 2 К 580ВИ 53
|
5000H |
ST2Z0 |
запрос прерывания TRAP процессора |
|
|
5001H |
ST2Z1 |
синхронизация счетчиков A, B, C 180кГц |
|
|
5002H |
ST2Z2 |
синхронизация RS-232C 9.6 КГц |
|
|
5003H |
RUST2 |
регистр управляющего слова |
Таблица 2.4.1.4. Параллельный интерфейс К 580ВВ 55
|
5800H |
PRTA |
порт A |
|
|
PA3-PA0 коэффициент для расчета дискретности управления |
|||
|
PA7-PA4 коэффициент для расчета задания ФИ |
|||
|
5801H |
PRTB |
порт B |
|
|
PB3-PB0 коэффициент для расчета нечувствительности |
|||
|
PB4 режим отладки |
|||
|
PB5 порядок включения коммутаторов |
|||
|
PB6 передача видеобуфера |
|||
|
PB7 знак задания ФИ |
|||
|
5802H |
PRTC |
порт C |
|
|
PC3-PC0 на дешифратор индикаторов |
|||
|
PC4 разрешение дешифратора |
|||
|
5803H |
RUSP |
регистр управляющего слова |
Таблица 2.4.1.5. Буферные регистры К 589ИР 12
|
6000H |
MBR1 |
младшие разряды |
|
|
67FFH |
MBRD |
слово целиком |
|
|
6800H |
MBR2 |
старшие разряды |
Таблица 2.4.1.6. Прерывания контроллера
|
Источник запроса прерывания |
вход МП |
начальный адрес подпрограммы |
|
|
Начальный сброс |
RESET |
0000 H |
|
|
Логика D8.1 |
TRAP |
0024 H |
|
|
ПТ D13 счетчик 0 |
RST 7.5 |
003C H |
Таблица 2.4.1.7. Выходные порты контроллера
|
Обозначение |
Микросхема |
Разряд |
разъем |
куда |
|
|
D14 |
К 589ИР 12 |
Q0 |
ХР 3: 1 |
||
|
Q1 |
ХР 3: 2 |
на плату |
|||
|
МБР 1 |
Q2 |
ХР 3: 3 |
тиристорного |
||
|
Q3 |
ХР 3: 4 |
управления |
|||
|
Q4 |
ХР 3: 5 |
||||
|
Q5 |
ХР 3: 6 |
(младшие |
|||
|
Q6 |
ХР 3: 7 |
разряды) |
|||
|
Q7 |
ХР 3: 8 |
||||
|
D13 |
К 589ИР 12 |
Q0 |
ХР 2: 9 |
||
|
Q1 |
ХР 2: 10 |
на плату |
|||
|
МБР 2 |
Q2 |
ХР 2: 11 |
тиристорного |
||
|
Q3 |
ХР 2: 12 |
управления |
|||
|
Q4 |
ХР 2: 13 |
||||
|
Q5 |
ХР 2: 14 |
(старшие |
|||
|
Q6 |
ХР 2: 15 |
разряды) |
|||
|
Q7 |
ХР 2: 16 |
2.4.2 Плата тиристорного управления
Плата тиристорного управления предназначена для бесконтактного управления магнитными пускателями, которые в свою очередь подключают к электрической сети конденсаторы. Используемые в схеме оптронные тиристоры обеспечивают гальваническую развязку платы контроллера от цепей питания катушек пускателей. Мощные тиристоры в оконечном каскаде платы могут работать на любые пускатели с напряжением ~220 или ~380 В. Принципиальная электрическая схема и схема расположения элементов платы тиристорного управления представлены на рисунках 2.4.2.1 и 2.4.2.2.
Рисунок 2.4.2.1. Принципиальная электрическая схема платы тиристорного управления
Рисунок 2.4.2.2. Схема расположения элементов на плате тиристорного управления
2.4.3 Блок питания
Рассмотрены два варианта блока питания для контроллера компенсатора.
Первый вариант традиционный. Блок питания устройства управления вырабатывает необходимое для работы устройства напряжение +5V. Блок питания трансформаторный. Выпрямитель +5V выполнен на диодах по мостовой схеме. Стабилизатор напряжения 5V выполнен на микросхемном стабилизаторе К 142ЕН 5А с внешним регулирующим транзистором. Канал +5V обеспечивает ток 2А без перегрева элементов. Принципиальная электрическая схема данного блока питания представлена на рисунке 2.4.3.1.
Рисунок 2.4.2.1. Принципиальная электрическая схема блока питания
Второй вариант - блок питания фирмы Computer Products NFS50 обеспечивающий выходные напряжения +5V, +12V и -12V при токе 2А.
2.4.4 Подключение контроллера-компенсатора
Схема межплатных соединений и подключение контроллера - компенсатора к электрической сети предприятия приведены на рисунках 2.4.4.1. и 2.4.4.2.
2.5 Алгоритмы контроля и управления
2.5.1 Измерение тока, напряжения и угла
В настоящем описании принято обозначение длины импульса напряжения через А и длины импульса тока через В. Разность во времени между приходом импульсов тока и напряжения обозначена через С.
При угле = 0 синусоида линейного напряжения UAB опережает амплитуду тока IA на угол 30 (рисунок 2.5.1.1.).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.5.1.1. Диаграмма тока и напряжения в электрической сети при угле = 0
Измеряемые импульсы должны иметь вид, приведённый выше. Однако рассмотрим все возможные и невозможные комбинации измеряемых сигналов А и В и определим, какой сигнал С получится на выходе измерительной схемы.
Проанализируем ситуации:
Ситуация 1: вполне реальная; при индуктивной нагрузке и незначительном токе (рисунок 2.5.1.2.)
Рисунок 2.5.1.2. Диаграмма сигналов А, В и С на выходе измерительной схемы в ситуации 1
Ситуация 2: предполагает значительную индуктивную нагрузку > 60, чего в промышленных сетях не бывает (рисунок 2.5.1.3.)
Рисунок 2.5.1.3. Диаграмма сигналов А, В и С на выходе измерительной схемы в ситуации 2
Ситуация 3: предполагает значительную емкостную нагрузку ? > 30? в емкостном квадранте, чего не бывает (рисунок 2.5.1.4.)
Рисунок 2.5.1.4. Диаграмма сигналов А, В и С на выходе измерительной схемы в ситуации 3
Ситуация 4: ток упал ниже величины, при которой его стоит регулировать - реальная ситуация (рисунок 2.5.1.5.)
Рисунок 2.5.1.5. Диаграмма сигналов А, В и С на выходе измерительной схемы в ситуации 4
Ситуация 5: ток есть, а напряжение отсутствует. Это ошибка измерения или неисправность (рисунок 2.5.1.6.).
Ситуация 6: ещё худший вариант ситуации 3 - невозможен (рисунок 2.5.1.7.)
Рисунок 2.5.1.6. Диаграмма сигналов А, В и С на выходе измерительной схемы в ситуации 5
Рисунок 2.5.1.7. Диаграмма сигналов А, В и С на выходе измерительной схемы в ситуации 6
Ситуация 7: вполне реальная ситуация, возможна при большом токе (рисунок 2.5.1.8.)
Таким образом контроллер должен обрабатывать ситуации 1, 4, 7.
Ситуация 4 не требует вычисления угла для регулирования, да и он в общем - то невозможен. Ток настолько мал, что регулировать ничего не надо.
Посмотрим как можно вычислить угол в ситуации 1 и 7.
Определим формулу, по которой контроллер будет вычислять угол .
Чтобы определить формулу для расчёта угла введём систему координат и за начало отсчёта примем начало положительной полуволны UAB.
Рисунок 2.5.1.9. Диаграмма тока и напряжения для ситуации 1 без учёта гистерезиса триггера Шмитта
Если не учитывать гистерезис триггера Шмитта, то для ситуации 1 (рисунок 2.5.1.9.)
Размещено на http://www.allbest.ru/
где tu max - время пикового значения UAB;
tI max - время пикового значения IAB;
30 - смещение между контролируемыми линейным напряжением и фазовым током.
Размещено на http://www.allbest.ru/
С учётом того, что в относительной системе координат:
Размещено на http://www.allbest.ru/
Где: А - время нарастания синусоиды напряжения от нуля до порога выключения (или то же самое - время снижения синусоиды напряжения от порога выключения до нуля);
В - время нарастания синусоиды тока от нуля до порога выключения (или то же самое - время снижения синусоиды тока от порога выключения до нуля);
Размещено на http://www.allbest.ru/
Получаем: Для ситуации 7 (рисунок 2.5.1.10.):
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.5.1.10. Диаграмма тока и напряжения для ситуации 7 без учёта гистерезиса триггера Шмитта
Рассмотрим влияние гистерезиса триггера Шмитта (порог отпускания 0.9 В) в ситуации 1 (рисунок 2.5.1.11.).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.5.1.11. Диаграмма тока и напряжения для ситуации 1 с учётом гистерезиса триггера Шмитта
Где: А - время нарастания синусоиды напряжения от нуля до порога выключения;
В - время нарастания синусоиды тока от нуля до порога выключения;
f(A) - время гистерезиса по синусоиде напряжения, зависит от величины напряжения (длительности сигнала А);
f(B) - время гистерезиса по синусоиде тока, зависит от величины тока (длительности сигнала В).
Размещено на http://www.allbest.ru/
Если учитывать влияние гистерезиса триггера Шмитта, то в рассмотренной нами формуле (3) значения tUmax и tImax будут высчитываться по формулам:
Размещено на http://www.allbest.ru/
Из рисунка видно, что:
Для ситуации 7 (рисунок 2.5.1.12.) получаем аналогичные выражения.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.5.1.12. Диаграмма тока и напряжения для ситуации 7 с учётом гистерезиса триггера Шмитта
Путём моделирования была выявлена зависимость f(A), учитывающая влияние гистерезиса при вычислении угла . Эта табличная функция была введена в ПО контроллера. Ниже она представлена в таблице 2.5.1.1.
Таблица 2.5.1.1. Таблица для определения смещения измеряемых импульсов тока и напряжения по их длительности, вызванного гистерезисом триггера Шмитта
|
П/п |
Величина сигнала А или В, в дискретах |
Значение функции |
|
|
1 |
700 |
135 |
|
|
2 |
710 |
131 |
|
|
3 |
720 |
127 |
|
|
4 |
730 |
120 |
|
|
5 |
740 |
116 |
|
|
6 |
750 |
112 |
|
|
7 |
760 |
109 |
|
|
8 |
770 |
105 |
|
|
9 |
780 |
100 |
|
|
10 |
790 |
95 |
|
|
11 |
800 |
90 |
|
|
12 |
810 |
85 |
|
|
13 |
820 |
80 |
|
|
14 |
830 |
78 |
|
|
15 |
840 |
75 |
|
|
16 |
850 |
73 |
|
|
17 |
860 |
70 |
|
|
18 |
870 |
66 |
|
|
19 |
880 |
62 |
|
|
20 |
890 |
59 |
|
|
21 |
900 |
55 |
|
|
22 |
910 |
52 |
|
|
23 |
920 |
50 |
|
|
24 |
930 |
47 |
|
|
25 |
940 |
45 |
|
|
26 |
950 |
43 |
|
|
27 |
960 |
40 |
|
|
28 |
970 |
39 |
|
|
29 |
980 |
37 |
|
|
30 |
990 |
35 |
|
|
31 |
1000 |
34 |
|
|
32 |
1010 |
32 |
|
|
33 |
1020 |
30 |
|
|
34 |
1030 |
28 |
|
|
35 |
1040 |
27 |
|
|
36 |
1050 |
26 |
|
|
37 |
1060 |
25 |
|
|
38 |
1070 |
24 |
|
|
39 |
1080 |
22 |
|
|
40 |
1090 |
21 |
|
|
41 |
1100 |
20 |
|
|
42 |
1110 |
19 |
|
|
43 |
1120 |
18 |
|
|
44 |
1130 |
17 |
|
|
45 |
1140 |
16 |
|
|
46 |
1150 |
15 |
|
|
47 |
1160 |
14 |
|
|
48 |
1170 |
13 |
|
|
49 |
1180 |
12 |
|
|
50 |
1190 |
11 |
|
|
51 |
1200 |
10 |
|
|
52 |
1210 |
9 |
|
|
53 |
1220 |
8 |
|
|
54 |
1230 |
7 |
|
|
55 |
1240 |
6 |
|
|
56 |
1250 |
5 |
|
|
57 |
1260 |
5 |
|
|
58 |
1270 |
5 |
|
|
59 |
1280 |
5 |
|
|
60 |
1290 |
5 |
|
|
61 |
1300 |
5 |
Таким образом по трем импульсам А,В,С можно определить величины тока, напряжения и угол ФИ между ними.
Вычисление величины напряжения по длительности сигнала A.
Входные цепи контроллера - настраиваются так чтобы действующему значению напряжения 380 В (амплитудное значение Umax = 2 U) соответствует код 1287.
После чего напряжение сети можно вычислить, используя табличную функцию, полученную в результате моделирования (таблица 2.5.1.2.)
Таблица 2.5.1.2. Таблица для вычисления напряжения сети по измеренному коду
|
П/п |
Действующее значение напряжения, В |
Амплитудное значение напряжения, В |
Измеренный код |
|
|
1 |
350 |
495 |
1252 |
|
|
2 |
355 |
502 |
1258 |
|
|
3 |
360 |
509 |
1264 |
|
|
4 |
365 |
516 |
1270 |
|
|
5 |
370 |
523 |
1276 |
|
|
6 |
375 |
530 |
1282 |
|
|
7 |
380 |
537 |
1287 |
|
|
8 |
385 |
544 |
1293 |
|
|
9 |
390 |
552 |
1299 |
|
|
10 |
395 |
559 |
1305 |
|
|
11 |
400 |
566 |
1311 |
|
|
12 |
405 |
573 |
1317 |
|
|
13 |
410 |
580 |
1322 |
2.5.2 Принцип управления конденсаторной установкой
Компенсация реактивной мощности осуществляется путем подключения к сети конденсаторов.
Микропереключателями на контроллере устанавливаются заданное значение угла ФИ, его знак ("-" индуктивный квадрант, "+" емкостной квадрант), интервал дискретности управления в секундах, зона нечувствительности управления в градусах. С помощью потенциометра на контроллере устанавливается значение тока, при котором контроллер должен отключить все конденсаторы.
Контроллер вычисляет средние значения тока, напряжения и угла ФИ на интервале управления. При угле ФИ меньше заданного контроллер отключает один конденсатор. Если угол ФИ больше заданного, то вычисляется на сколько больше. Если эта величина меньше зоны нечувствительности, то ничего не происходит (управление не вырабатывается), а если больше - контроллер подключает один конденсатор. И так на каждом интервале управления. В результате через несколько интервалов получим угол ФИ в сети близкий к заданному (с учетом нечувствительности).
Если ток в сети снизился за нижний предел (обеденный перерыв, конец рабочего дня, выходной день и т.п.), то контроллер по одному отключает все конденсаторы от сети. Если напряжение сети больше предельного значения 380В+10 % контроллер также последовательно отключает все конденсаторы.
Следующие рисунки поясняют алгоритм управления, реализуемый контроллером-компенсатором.
Управление по току
|
Imin |
Imin + Нечувст |
||
|
800 |
820 |
ток |
|
|
Отключать |
Ничего |
регулировать |
|
|
емкости |
Не делать |
ФИ |
Управление по напряжению
|
Umax-Нечувст |
Umax |
||
|
1330 |
1345 |
напряжение |
|
|
регулировать |
ничего |
отключать |
|
|
ФИ |
не делать |
емкости |
Управление по углу ФИ: индуктивный квадрант - емкостной квадрант+
|
ФИзад-Нечувст |
ФИзад |
||
|
угол ФИ |
|||
|
включать |
ничего |
отключать |
|
|
емкости |
не делать |
емкости |
2.6 Программное обеспечение контроллера
2.6.1 Структура программного обеспечения
ПО функционирует в реальном масштабе времени с прерываниями от сети (TRAP) и таймера (RST 7.5).
Структура программного обеспечения представлена на рисунке 2.6.1.1. и включает следующие компоненты:
- основная программа;
- подпрограмма обработки прерывания TRAP;
- подпрограмма обработки прерывания RST 7.5;
- комплекс подпрограмм типа BIOS.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.6.1.1. Структурная схема рабочего программного обеспечения контроллера-компенсатора
Основная программа. Этот раздел ПО включает следующие части:
- инициализация программируемых БИС и считывание микропереключателей;
- основной цикл программы.
Инициализация программируемых БИС
Это часть программы отрабатывает сразу по включению контроллера до того, как придет первый запрос немаскируемого прерывания TRAP. За это время выполняется:
- установка стека;
- очистка ОЗУ;
- программирование параллельного интерфейса КР 580ВВ 55А, двух таймеров КР 580ВИ 53, последовательного интерфейса КР 580ВВ 51А;
- считывается состояние микропереключателей на плате контроллера и определяются дискретность управления, заданное значение угла ФИ, зона нечувствительности;
- разрешаются прерывания микропроцессора.
Основной цикл программы. В этом цикле находится программа пока не приходят запросы прерывания TRAP и RST 7.5. В цикле осуществляется передача видеобуфера контроллера через интерфейс RS-232C на ПЭВМ (если есть) и подсветка светодиодов.
Подпрограмма обработки прерывания TRAP. П/п отрабатывает с частотой 20 мс (50 Гц). Внутренний диспетчер прерываний следит за тем, чтобы отрабатывалось только 50-ое прерывание (величина DISKW). П/п выполняет следующие операции:
- считывает содержимое счетчиков A, B, С таймера (длины импульсов напряжения, тока, первой ступени), после чего перепрограммирует таймер;
- заполняет видеобуфер контроллера переменными, которые надо передать через RS-232C;
- выводит 16 разрядное слово управления конденсаторами в буферные регистры КР 589ИР 12.
Подпрограмма обработки прерывания RST 7.5. П/п отрабатывает с частотой 1 с (1 Гц). П/п содержит внутренний диспетчер прерываний и две подпрограммы WRITE и CONTROL.
П/п WRITE выполняется при каждом прерывании RST 7.5 и производит перезапись считанных со счетчиков A,B,C значений в соответствующие скользящие массивы, длинной 128 слов каждый.
П/п CONTROL выполняется с частотой DISKU, задаваемой микропереключателями на плате, и реализует алгоритм управления компенсацией. П/п выполняет следующие операции:
- вычисление средних значений A,B,C (напряжение, ток и первая ступень) на интервале управления;
- распознание особых ситуаций, как то: напряжение в сети больше предельного 380В+10 % и ток в сети меньше установленного;
- вычисление угла ФИ между током и напряжением;
- вычисление рассогласования между текущим значением ФИ и заданным;
- управление конденсаторной батареей путем определения 16 разрядного слова управления конденсаторами;
- индикация управления на светодиодах контроллера.
Комплекс подпрограмм типа BIOS. BIOS контроллера включает часто используемые в ПО подпрограммы:
Y88B умножение целых двоичных чисел без знака формата 8*8=16;
Y24A умножение целых двоичных чисел без знака формата 16*8=24;
Y32A умножение целых двоичных чисел без знака формата 16*16=32;
DOPB преобразование кода числа в регистровой паре ВС в доп. код;
DOPD преобразование кода числа в регистровой паре DE в доп. код;
DOPH преобразование кода числа в регистровой паре HL в доп. код;
D32A деление целых двоичных чисел без знака формата 32:16=(16,16);
SLOW пересылка слова MEM(DE)<-- MEM(HL);
USTB не используется;
DEBI преобразование двоично-десятичного числа в двоичное;
RSB вывод байта через интерфейс RS-232C;
MASS перепись массива по новому адресу;
SRED вычисление среднего значения массива слов;
D16 деление целых двоичных чисел без знака формата 16:8=(8,8);
FUNC вычисление табличной функции;
GRAN введение аргумента в границы;
COD перекодировка кода для вывода на индикаторы.
2.6.2 Распределение адресного пространства
Программное обеспечение контроллера (ПО) физически расположено в микросхеме типа К 573РФ 4 объемом 8 Кбайт. При работе используется ОЗУ К 537РУ 10 2 Кбайта.
Таблица 2.6.2.1. Распределение адресного пространства ПЗУ (8 Кбайт)
|
0000H |
область векторов прерываний |
||
|
JMP п/п BIOS |
|||
|
область констант |
|||
|
BIOS |
|||
|
BEGIN |
п |
инициализация программируемых БИС, |
|
|
р |
считывание состояния микропереключателей |
||
|
о |
|||
|
BASE |
г |
цикл основной программы, |
|
|
р |
прерываемый запросами TRAP и RST 7.5 |
||
|
а |
|||
|
TRAP |
м |
подпрограмма обработки прерывания TRAP |
|
|
м |
|||
|
RST75 |
а |
подпрограмма обработки прерывания RST 7.5 |
|
|
1FFFH |
Таблица 2.6.2.2. ОЗУ (2 Кбайта)
|
7800H |
BUFBIOS |
буфер BIOS |
20 байт |
|
|
VIDEO |
Видеобуфер |
10 слов |
||
|
BUFER |
буфер импульсов A,B,C |
3 слова |
||
|
----- |
Средние значения A,B,C |
3 слова |
||
|
APUS |
массив значений A |
128 слов |
||
|
BPUS |
массив значений B |
128 слов |
||
|
CPUS |
массив значений C |
128 слов |
||
|
----- |
Рабочие переменные |
------ |
||
|
----- |
Стек |
------ |
||
|
7FFFH |
Область векторов прерываний. Область векторов прерываний занимает адреса с 0000H по 0050H. По адресу 0000H, загружаемому в счетчик команд МП после сброса RESET, лежит команда перехода JMP к началу основной программы. В адресах 0024Н, 003СН расположены команды перехода JMP к п/п обработки прерываний TRAP, (интервал 20 мс) и RST 7.5 (интервал 1 с).
Переходы к подпрограммам BIOS. Область переходов к подпрограммам BIOS содержит 18 команд JMP addr. Это упрощает обращение к BIOS из любого места программы и делает BIOS более автономным.
Константы. Область констант содержит таблицу поправок для расчета угла ФИ, а также некоторые константы, которые могут быть изменены при отладке контроллера.
Микросхема ОЗУ. При работе программ задействовано ОЗУ на микросхеме К 537РУ 10 объемом 2 Кбайта. Микросхема ОЗУ занимает адреса 7800H...7FFFH и используется как память данных. Содержимое ОЗУ представлено в таблице 2.6.2.2.
3. Технологический раздел
3.1 Технология разработки электронных плат контроллера
При разработке электронных плат контроллера-компенсатора реактивной мощности была использована система автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры P-CAD.
3.2 Технология разработки программного обеспечения
Программы контроллера были написаны и отлаживались на IBM - совместимом компьютере. Для набора программ на языке Ассемблер i8085 использовался обычный редактор текста для MS DOS. В качестве кросс - средств использовались программы x8085.exe, link.exe и zsid.exe фирмы Microsoft, известные ещё по операционной системе CP/M. Выбор настоящих кросс-программ обусловлен их многолетней безукоризненной эксплуатацией. В отличие от ряда современных кросс-средств, имеющих "дружеский" графический интерфейс, они не имеют ограничений в обозначениях адресов, данных и меток.
Запись программы в микросхему ПЗУ производилась с помощью программатора КРОТ с соответствующим программным обеспечением.
x8085.exe
Транслятор исходного текста программы в объектный код. Если исходный файл носил имя work.i85, то в результате трансляции получаем файл work.obj. По окончанию работы транслятор выводит сообщение об имеющихся в программе ошибках.
link.exe
Компоновщик программы. В результате компоновки файла work.obj получаем загрузочный код программы work.tsk, привязанный к конкретным физическим адресам контроллера. В ходе компоновки имеется возможность подключить к своей программе библиотеку lib.obj с подпрограммами. Так подпрограммы BIOS можно свести в такую библиотеку, но настоящая работа не доведена до конца.
zsid.exe
Символический отладчик программ для микропроцессоров i8080, i8085, z80.
Отладчик позволяет:
- выводить в шестнадцатеричном формате содержимое 192 ячеек памяти;
- реассемблировать содержимое памяти;
- выполнять программу начиная с заданного адреса;
- выводить содержимое регистров и т.д.
Настоящий отладчик в процессе разработки использовался для проверки вызова многочисленных подпрограмм программного обеспечения, а также на начальном этапе проектирования для отладки подпрограмм BIOS.
Ниже представлен рисунок, поясняющий процесс подготовки и отладки программ.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.2.1. Алгоритм подготовки и отладки программ
С целью упрощения работы с настоящими программами использовался командный файл work.bat, запускаемый после редактирования исходного текста программы work.i85:
X8085 work.i85
Link work
Del work.obj
Krot
Del work.tsk
При этом в том же каталоге должен находиться текстовый файл связки work.lnk, содержащий следующие строки:
Work
[пусто]
[пусто]
work
[пусто]
[пусто]
X
3.3 Аппаратные средства отладки
Аппаратные средства отладки позволяют настроить контроллер для работы с определенной электрической сетью, а также проверить его работоспособность.
В лабораторных условиях можно провести проверку работоспособности устройства, используя схему приведённую ниже (рисунок 2.3.1.)
Здесь:
Т 1 - автотрансформатор регулируемый;
Т 2 - трансформатор 220/380 V;
Т 3 - трансформатор 220/380 V;
PV1 - вольтметр переменного тока, предел измерений 450 В;
PV2 - вольтметр переменного тока, предел измерений 45 В;
R1 - резистор переменный 50 К;
S1 - выключатель;
P1, P2 - магнитные пускатели 2-5 типоразмера;
Компьютер IBM - совместимый с кабелем RS - 232C.
Настоящие средства позволяют проверить работу контроллера - компенсатора.
С помощью автотрансформатора можно изменить величину напряжения, что позволяет настроить номинальное значение напряжения 380 Вольт и убедиться в работоспособности цепи измерения напряжения. Повысив напряжение сети на 15 %, можно наблюдать по светодиодной индикации как контроллер в связи с перенапряжением отработает последовательное отключение всех конденсаторов от сети.
С помощью переменного резистора R1 моделируется величина тока в сети. Задавая различные величины тока, с одной стороны проверяется цепь измерения тока контроллера, с другой отслеживается алгоритм регулирования по току. При минимальном значении тока контроллер последовательно отключает все конденсаторы, как при случае перенапряжения сети.
Электромагнитные пускатели позволяют проверить выходные тиристорные цепи устройства. Горение светодиода на плате контроллера соответствует открытию тиристора на плате управления и замыканию соответствующего электромагнитного пускателя.
Протокол работы устройства в виде основных параметров передаётся в компьютер по интерфейсу RS - 232C.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.3.1. Схема стенда для проверки контроллера-компенсатора
Убедиться в работоспособности контроллера можно при его включении по прохождению теста светодиодов. Тест заключается в последовательном зажигании светодиодов (см. рисунок 2.3.2.).
Рисунок 2.3.2. Порядок проверки светодиодов в начальном тесте
Настройка контроллера под определенную электросеть осуществляется с помощью микросхемы ПЗУ с настроечным (сервисным) программным обеспечением. ПЗУ устанавливается в панельку на плате контроллера.
Настройка контроллера заключается в проведении следующих мероприятий:
· Установка минимального тока, при котором не надо регулировать угол ФИ. Величину тока должен сказать энергетик производства. Обычно это потребляемый электролампами освещения.
· Установка номинального значения линейного напряжения 380 В. От этого напряжения будет отсчитываться 15 % для определения перенапряжения в сети, при котором следует отключать конденсаторы.
· Измерение текущего угла ФИ. Это необходимо подстройки контроллера под измерения сертифицированного прибора.
Суть установки минимального тока заключается в том, чтобы измеряемый контроллером ток соответствовал считываемому с таймера коду 800. Это соответствие устанавливается с помощью переменного потенциометра на плате контроллера. Вращая потенциометр добиваются того, чтобы горел 4-й светодиод. Направление вращения потенциометров в зависимости от состояния светодиодов показано на рисунке 2.3.3.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.3.3. Установка заданного минимального значения тока
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.3.4. Установка заданного значения напряжения
Рисунок 2.3.5. Определение угла ФИ с помощью настроечной программы
Суть установки номинального напряжения заключается в том, чтобы измеряемое контроллером напряжение соответствовало считываемому с таймера коду 1287. Это соответствие устанавливается с помощью переменного потенциометра на плате контроллера. Вращая потенциометр добиваются того, чтобы горел 4-й светодиод. Направление вращения потенциометров в зависимости от состояния светодиодов показано на рисунке 2.3.4.
С помощью сервисного ПО можно измерить угол ФИ в электросети. Горящий светодиод соответствует определенному углу ФИ (см. рисунок 2.3.5.)
Настройку контроллера можно (но совершенно не обязательно) проводить, используя встроенный интерфейс RS232C c IBM совместимым компьютером. При этом обеспечивается постоянная передача следующей информации:
|
ASRED |
BSRED |
CSRED |
ZADF |
FI |
DFI |
NECH |
ERRO |
|
|
Напряжение А |
Ток В |
время между А и В |
Задание ФИ |
угол ФИ |
рассогла-сование |
нечувст-витель-ность |
номер ошибки |
Здесь:
· Угловые величины ZADF, FI, NECH представлены в десятых долях градуса (30 градусов - это 300 единиц)
· Знак задания ФИ в емкостном квадранте положительный, в индуктивном квадранте - отрицательный.
· Рассогласование ФИ = ФИзад - ФИтек (в программе DFI=ZADFI-FI)
· Параметры BMIN=800, NECHB=20 задают интервал нечувствительности для минимального тока [800, 800 + 20]
· Параметры AMAX=1345, NECHA=15 задают интервал нечувствительности для максимального напряжения [1345-15, 1345]
Для проверки цепи измерения напряжения можно воспользоваться следующей таблицей.
Таблица. Проверка настройки цепи измерения напряжения
|
Напряжение, В |
Число дискрет |
|
|
350 |
контрольная точка 1252 |
|
|
355 |
1258 |
|
|
360 |
1264 |
|
|
365 |
1270 |
|
|
370 |
1276 |
|
|
375 |
1282 |
|
|
380 |
Контрольная точка 1287 |
|
|
385 |
1293 |
|
|
390 |
1299 |
|
|
395 |
1305 |
|
|
400 |
1311 |
|
|
405 |
1317 |
|
|
410 |
Контрольная точка 1322 |
После настройки контроллера-компенсатора из панели вытаскивают ПЗУ с настроечной программой и устанавливают ПЗУ с рабочей программой.
С помощью двух микропереключателей на плате контроллера (см. рисунок 2.3.6.) делаются установки для работы.
Первый переключатель позволяет задать дискретность управления конденсаторами от 0.5 минут до 8 минут с шагом 0.5 минут и заданное значение угла ФИ от - 30 до +30 градусов с шагом 2 градуса. Такой широкий диапазон дискретности управления позволяет оптимально настроить контроллер под предъявляемые требования к качеству компенсации. Широкий диапазон задания ФИ носит больше экспериментальный, чем практический характер.
Второй микропереключатель задает нечувствительность управления от 2до 32 градусов с шагом 2 градуса, разрешает или запрещает передачу информации от контроллера к компьютеру IBM, определяет порядок включения электромагнитных пускателей от 1-го к 16-му или от 16-го к 1-му.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.3.6. Состояние микропереключателей портов
3.4 Программные средства отладки
Сервисная программа контроллера-компенсатора
Работе контроллера предшествует его настройка. Настройка предполагает приведение в соответствие измеряемых значений тока и напряжения цифровым кодам контроллера и осуществляется с помощью микросхемы с тестовой программой. Тестовая программа позволяет:
· установить минимальное значения тока, при котором не будет регулирования угла ФИ, и компенсатор начнет последовательно отключать конденсаторы;
· установить величину номинального напряжения сети (380 Вольт);
· измерить текущее значение угла ФИ, с тем чтобы с достаточной точностью установить задание на регулирование.
Структура сервисного программного обеспечения, представленная на рисунке 2.4.1. во многом напоминает структуру рабочего программного обеспечения (рис. 2.6.1.1.). Имеется основная программа, подпрограмма обработки прерывания TRAP, подпрограмма обработки прерывания RST7.5, комплекс подпрограмм типа BIOS. Однако в подпрограммах обработки прерывания отсутствуют диспетчеры прерывания. Подпрограмма обработки прерывания TRAP с периодичностью 20 мс решает задачи установки значений минимального тока и номинального напряжения. Подпрограмма обработки прерывания RST7.5 с периодичностью 1 с решает задачу измерения угла ФИ.
Программа NEW
Программа осуществляет прием информации по стыку RS-232C от контроллера-компенсатора и вывод ее на экран. Через установленный интервал времени контроллер передает, а программа принимает сообщение, состоящее из 18 байт. Скорость передачи 9600 бод. Формат принимаемого байта: старт-бит, 8 бит данных, 2 стоп-бита.
Принятая информация интерпретируется следующим образом: 1-е слово из двух байт - это синхробайт 5555, затем - восемь двухбайтовых слов данных. Программа выводит на экран строку из восьми принятых слов данных, а по синхрослову переходит на новую строку и ожидает новой порции данных.
Программа написана на языке PASCAL под MS DOS. Основная программа NEW включает процедуру INIT инициализации стыка RS-232C и функцию PRIEM приема байта.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.4.1. Структурная схема сервисного программного обеспечения контроллера-компенсатора
3.5 Конструктивное исполнение
Расположение контроллера - компенсатора в силовом электрошкафу накладывает определённые требования к его корпусу.
Корпус устройства изготовлен из оцинкованной жести. Раскрой листа приведён на рисунке 2.5.3. Для подключения контроллера - компенсатора к магнитным пускателям и электрической сети используется 24-х контактный клеммник.
Внутри корпуса на 6-ти шпильках одна над другой крепятся две платы - плата контроллера и плата тиристорного управления (рис. 2.5.2). Сбоку от этих плат размещён блок питания. Верхняя крышка контроллера на период настройки может быть снята. Тогда становится доступным разъём, панель с микросхемой ПЗУ и светодиодные индикаторы.
Рисунок 2.5.1. Внешний вид контроллера-компенсатора
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 2.5.2. Схема крепления плат устройства
Рисунок 2.5.3. Развёртка корпуса и экран платы тиристорного управления
3.6 Методика поиска неисправностей
Разработанный микропроцессорный контроллер - компенсатор реактивной мощности имеет высокую надежность, вместе с тем после сборки устройства возможна ситуация, когда он не заработает. В этом случае для поиска неисправностей можно воспользоваться следующими рекомендациями.
Для начальной проверки устройства не требуется подключения к нему цепей измерения тока и напряжения. Надо подключить лишь сетевое питание 220 В. Однако надо помнить, что в этом случае в контроллере из всего программного обеспечения будет выполняться только цикл основной программы.
Далее проверяется наличие питания электронных плат +5 В. Если питание в порядке, с помощью осциллографа проверяется присутствие выходного сигнала синхронизации CLK микропроцессора. Этот сигнал говорит о том, что микропроцессор КМ 1821ВМ 85 "дышит".
Если выходной синхронизации нет, то проверяются входы микропроцессора: HLD должен быть 0; RDY - 1; CL - 1. На входах XT0, XT1 должна присутствовать частота кварцевого резонатора. На основании этого делается вывод о исправности или неисправности микропроцессора.
Наличие выходных импульсов микропроцессора ALE говорит о том, что микропроцессор читает или пытается читать программу из ПЗУ. Поскольку микропроцессор КМ 1821ВМ 85 имеет мультиплексированную шину адреса-данных, следующей микросхемой, которую надо проверить, является регистр КР 580ИР 82. Если имеются сигналы адреса и данных на входах и выходах этой микросхемы и их уровень соответствует уровню TTL, значит с определенной степенью вероятности можно сделать вывод, что микросхема исправна.
Чтобы проверить оперативную память и программируемые БИС контроллера, следует воспользоваться тестами "прошиваемыми" в микросхему ПЗУ. Тесты пишутся оперативно с учетом того, что надо проверить. Чаще всего это зацикленное обращение к порту ввода-вывода или ячейке памяти. Но может быть и что-то более сложное. Прохождение сигналов записи-чтения и данных контролируется осциллографом.
Если имевшие место неисправности ликвидированы, то на следующем этапе контроллер надо проверить на описанном выше лабораторном стенде, уже задействовав измерительные цепи. Измеряемые сигналы тока и напряжения электрической сети активизируют работу подпрограмм обработки прерываний. Необходимые сигналы контроллера в этом случае также измеряются осциллографом и соотносятся с технической документацией на элементы.
Что касается неисправностей тиристорной платы, то их выявление в виду простоты платы не должно вызывать трудностей.
Заключение
В настоящем дипломном проекте решена задача разработки микропроцессорного контроллера.
Контроллер предназначен для автоматической компенсации реактивной мощности нагрузок потребителей в сетях общего назначения напряжением 380 вольт частотой 50 Гц при работе в составе конденсаторной установки из 2-16 конденсаторов КМ-Ш-0.38 (или другого типа) по 27-50 кВАр каждый.
В общесистемном разделе дипломного проекта рассмотрены аспекты компенсации реактивной мощности промышленных электросетей. Проведён анализ известных устройств автоматической компенсации реактивной составляющей мощности. Показано, что они не способны обеспечить необходимого качества управления компенсацией. Поставлена задача разработки микропроцессорного контроллера - компенсатора реактивной мощности. Определены основные положения проектирования управляющих МП систем. В качестве основного средства проектирования устройства выбрана система автоматического проектирования PCAD.
В специальном разделе приводится техническое задание на разработку контроллера - компенсатора. Определены функции устройства и его структура. Выбрана и обоснована элементная база устройства. Основные критерии, по которым производился выбор - высокая надёжность и помехозащищённость.
Контроллер представляет собой микропроцессорную систему управления на базе микропроцессора Intel 8085A. Внутренняя частота синхронизации системы 2.5 МГц позволяет с высокой точностью отслеживать синусоиды тока и напряжения, вычислять их величины и угол сдвига ФИ. Измерительная часть схемы контроллера не содержит аналоговых элементов, что делает ее надежной и помехозащищенной, сводит настройку измерительных цепей к минимуму.
Устройство состоит из платы контроллера, платы тиристорного управления и блока питания, имеет внешний интерфейс для связи с компьютером IBM.
В разделе также разработаны алгоритмы контроля и управления процессом компенсации. Программное обеспечение контроллера функционирует в реальном масштабе времени и состоит из основной программы, подпрограмм обработки прерываний TRAP, RST 7.5 и комплекса подпрограмм BIOS.
Для отладки аппаратных и программных средств контроллера разработан специальный лабораторный стенд и сервисное программное обеспечение. Приводится технология разработки программного обеспечения с использованием кросс - средств на IBM - совместимом компьютере. Описываются конструктивные особенности устройства.
В организационно- экономическом разделе проекта приводится экономическое обоснование целесообразности использования контроллера - компенсатора на промышленных предприятиях.
Раздел безопасности и экологичности посвящён рассмотрению условий труда и разработке мер по их улучшению.
Разработанный микропроцессорный контроллер - компенсатор реактивной мощности может найти применение на промышленных предприятиях.
Литература
1. Красик В.В. Автоматические устройства компенсации реактивной мощности в электросетях предприятий. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 136 с., ил.
2. Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности. Под ред. Р.М. Матура. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 254 с.
3. Гуртовцев А.Л., Гудыменко С.В. Программы для микропроцессоров: Справ. пособие. - Мн.: Высш. шк., 1989. - 352 с.
4. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 304 с.
5. Титов М.А. и др. Изделия электронной техники. Микропроцессоры и однокристальные микроЭВМ: Справочник. - М.: Радио и связь, 1994. - 120с.: ил.
6. Коффрон Дж., Лонг В. Расширение микропроцессорных систем. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.
7. Большие интегральные схемы запоминающих устройств: Справочник. Под ред. А.Ю. Гордонова и Ю.Н. Дьякова. - М.: Радио и связь, 1990. - 288с.: ил.
8. Лебедев О.Н. и др. Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы. Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП: Справочник. - М.: Радио и связь, 1994. - 248 с.: ил.
9. Замятин В.Я. и др. Мощные полупроводниковые приборы. Тиристоры: Справочник. - М.: Радио и связь, 1987. - 576 с.: ил.
10. Иванов В.И. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 448с.: ил.
11. Сташин В.В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. - М., "Энергоатомиздат", 1990, 224 с.
12. Мини- и микро - ЭВМ в управлении промышленными объектами. - Л., "Машиностроение", 1984, 336 с., ил.
13. Электрические нагрузки промышленных предприятий. - Л., "Энергия", 1971, 264 с. Авт.: С.Д. Волобринский, Г.М. Каялов, П.Н. Клейн, Б.С. Мешель.
14. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. - М.: Энергия, 1981. - 200 с.
15. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах: Пер. тематического сборника рабочей группы Исследовательского Коммитета №38 СИГРЭ. - М., "Энергоатомиздат", 1990, 174 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Разработка алгоритма управления режимом реактивной мощности при асимметрии системы электроснабжения промышленного предприятия. Источники реактивной мощности. Адаптивное нечеткое управление синхронного компенсатора с применением нейронной технологии.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 20.05.2017Анализ влияния компенсации реактивной мощности на параметры системы электроснабжения промышленного предприятия. Адаптивное нечеткое управление синхронного компенсатора с применением нейронной технологии. Моделирование измерительной части установки.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 02.06.2017Способы компенсации реактивной мощности в электрических сетях. Применение батарей статических конденсаторов. Автоматические регуляторы знакопеременного возбуждения синхронных компенсаторов с поперечной обмоткой ротора. Программирование интерфейса СК.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 09.03.2012Потребители и нормирование использования реактивной мощности. Перечень и краткая характеристика основных источников реактивной мощности. Выработка или потребление реактивной мощности с помощью компенсирующих устройств. Маркировка конденсаторных батарей.
презентация [269,8 K], добавлен 30.10.2013Математические модели оптимизационных задач электроснабжения. Обзор способов повышения коэффициента мощности и качества электроэнергии. Выбор оптимальных параметров установки продольно-поперечной компенсации. Принцип работы тиристорного компенсатора.
дипломная работа [986,2 K], добавлен 30.07.2015Оценка величины потребляемой реактивной мощности электроприемников. Анализ влияния напряжения на величину потребляемой реактивной мощности. Векторная диаграмма токов и напряжений синхронного генератора. Описания основных видов компенсирующих устройств.
презентация [1,9 M], добавлен 26.10.2013Основные принципы компенсации реактивной мощности. Оценка влияния преобразовательных установок на сети промышленного электроснабжения. Разработка алгоритма функционирования, структурной и принципиальной схем тиристорных компенсаторов реактивной мощности.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 24.11.2010Источники реактивной мощности. Преимущества использования статических тиристорных компенсаторов - устройств, предназначенных как для выдачи, так и для потребления реактивной мощности. Применение и типы синхронных двигателей, их располагаемая мощность.
презентация [2,4 M], добавлен 10.07.2015Оценка стоимости конденсаторных установок и способы снижения потребления реактивной мощности. Преимущества применения единичной, групповой и централизованной компенсации. Расчет экономии электроэнергии и срока окупаемости конденсаторных установок.
реферат [69,8 K], добавлен 14.12.2012Система электроснабжения ферросплавного производства. Руднотермические печи как источник реактивной мощности. Компенсация реактивной мощности в ферросплавном производстве. Экранирование короткой сети руднотермической печи, принцип и этапы процесса.
дипломная работа [186,1 K], добавлен 08.12.2011Разработка системы электроснабжения агропромышленного предприятия. Расчет электрических нагрузок, их центра. Определение числа и мощности трансформаторов. Проектирование распределительной сети предприятия. Проблемы компенсации реактивной мощности.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 16.01.2016Разработка проекта электрических установок для кузнечно-прессового цеха с выбором схемы питающей и распределительной сети. Расчет мощности, электрических нагрузок и компенсации реактивной мощности. Определение параметров токов короткого замыкания.
курсовая работа [79,1 K], добавлен 12.03.2013Характеристика потребителей по категории надежности электроснабжения и среды производственных помещений. Определение расчетных электрических нагрузок. Выбор количества, мощности и тип трансформаторов цеха и компенсирующих устройств реактивной мощности.
курсовая работа [219,8 K], добавлен 12.06.2019Виды, способы размещения и правила подключения источников реактивной мощности. Методы снижения потребления реактивной мощности: применение компенсирующих устройств, замена асинхронных двигателей синхронными, ограничение холостой работы двигателя.
презентация [382,3 K], добавлен 30.10.2013Расчет электрических нагрузок цехов, определение центра электрических нагрузок. Выбор местоположения главной распределительной подстанции. Расчет мощности цехов с учетом потерь в трансформаторах и компенсации реактивной мощности на низкой стороне.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.11.2010Способы повышения энергоэффективности производства и распределения электрической энергии путем внедрения установок компенсации реактивной мощности. Совершенствование электрификации животноводческого комплекса с. Большепесчанское Омской области.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 23.06.2011Определение ожидаемых электрических нагрузок промышленного предприятия. Проектирование системы электроснабжения группы цехов сталелитейного завода. Компенсация реактивной мощности в электрических сетях. Расчёт максимальной токовой защиты трансформаторов.
дипломная работа [796,8 K], добавлен 06.06.2013Электроприемники дробильно-сортировочной установки. Характеристика потребителей электроэнергии. Расчет освещения, электрических нагрузок. Выбор автоматической установки компенсации реактивной мощности, а также оборудования распределительных шкафов.
курсовая работа [137,6 K], добавлен 16.02.2013Расчет электрических нагрузок предприятия. Определение центра электрических нагрузок. Выбор числа и мощности силовых трансформаторов. Выбор рационального напряжения внешнего электроснабжения. Компенсация реактивной мощности в сетях общего назначения.
курсовая работа [255,8 K], добавлен 12.11.2013Расчет трехфазных электрических нагрузок 0.4 кВ. Выбор числа и мощности цехового трансформатора с учётом компенсации реактивной мощности. Защита цеховых электрических сетей. Выбор кабелей и кабельных перемычек, силовых пунктов, токов короткого замыкания.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 02.06.2015
