Микропроцессорные устройства измерения, контроля, управления и защиты в электроэнергетике.

Микропроцессоры и микроконтроллеры – это универсальные или специализированные средства автоматизации обработки данных.

Современные возможности автоматизированной обработки дискретных и аналоговых сигналов с помощью МП и МК определяют 3 основные функции их использования: контроль, измерение и управление. Перечисленные функции являются базовыми, на основе которых строятся все без исключения технические системы, в том числе общепромышленные, судовые и транспортные.

В судовых электроэнергетических системах, электроустановках и других технических средствах МП и МК находят все более широкое применение и, выполняя указанные основные функции, помогают осуществлять конечную цель – обеспечение требуемого качества электроэнергии потребителей в процессе эксплуатации технических средств.

    

                

На рисунке упрощенно и условно представлены конкретизированные функции и системы на основе применения микроконтроллеров и МПС в электроэнергетических системах.

 

Схема расположения сис­тем с использованием МП и МК условно показывает возрастающую их сложность и поглощение простых систем бо­лее сложными (по вертикали). Кроме этого существуют и дру­гие взаимосвязи – по горизон­тали и перекрестные. На прак­тике, в условиях программно-ап­паратной реализации четких гра­ниц между указанными систе­мами может не существовать, часто одна система поглощает другую, поскольку не может быть реализована без нее. Например, функция отображения состояния объекта может быть реализована простейшими средствами типа светодиодных инди­каторов для построения цветных мнемосхем на лицевых панелях щитов и в то же время может быть реализована сложнейшими средствами, включая цифровую обработку сигналов, для получения аналогичных мнемосхем на экранах мониторов систем управления электростанциями. Точно также возможны различные реализации приборов и индикаторов для отображения режимных параметров работы энергообъектов. Поэтому представленная схема является одним из возможных вариантов классификации МПС в электроэнергетике по функциональному признаку.

Широкое внедрение микропроцессорных средств измерений для получения объективной информации об объекте является основой для всего последующего развития электроэнергетических систем (ЭЭС). Поэтому, в первую очередь, следует обратить внимание на функции измерения и контроля параметров объекта – токов, напряжений, температуры, давления и т. д. Это позволяет рассматривать возможность реализации нового поколения систем предупредительной сигнализации, регистрации и осциллографирования режимных параметров, без которых немыслима эксплуатация большинства современных энергообъектов.

 

 

Последующие направления использования МП связаны с различной степенью развития аппаратной или программной части МПС.

Так на основе функций измерений и контроля путем добавления исполнительных устройств (дискретного типа) управления коммутационной аппаратурой реализуются функции защитной автоматики.

Дальнейшее совершенствование алгоритмов (регулирование в замкнутых системах с обратными связями) и исполнительных устройств (уже аналогового типа) позволяет получить новые системы управления качеством электроэнергии. В рамках этих систем может быть рассмотрен огромный класс систем регулирования и управления, в том числе хорошо знакомые регуляторы частоты и активной мощности, напряжения и реактивной мощности генераторных агрегатов ЭЭС, регуляторы электроприводов, источники и системы бесперебойного электропитания, включая СИФУ тиристорных агрегатов и инверторы на полупроводниковых IGBT-структурах.

Развитие в МПС математических способностей, т. е. программного обеспечения и методов моделирования, позволяет реализовать системы диагностики, предсказывающие поведение систем по накопленным к текущему моменту данным.

Промежуточное положение по сложности реализации алгоритмов и устройств занимают автоматизированные системы различного назначения: системы настройки и поиска неисправностей, системы функционального контроля и др.

Рассмотрим пример комплексной системы управления техническими средствами корабля, из которого видно, что развитие микропроцессорных систем оказывает влияние не только на бортовую аппаратуру ЭЭС, но и других систем строящихся и проектируемых судов.

Тех­нологии цифровой обработки дан­ных успешно внедрены во многих проектах судовых систем электро­энергетики (ЭЭС), систем беспере­бойного электропитания (СБЭ) и в аппаратуре управления об­щекорабельных систем гидравлики, сжатого воздуха, вентиляции и кондиционирования, пресной и забортной воды, систем контроля запасов масел и топлива, систем предупреждения и борьбы с пожарами и затоплением и многих дру­гих. Предприятия-разработчики выводят на рынок аппара­туру КСУ ТС на основе импортных и отечественных компонентов, предла­гают типовые и оригинальные алгоритмы цифровой обработки данных, как в классе промышленных персональных ЭВМ - для организации автоматизиро­ванных рабочих мест операторов (АРМ), так и в классе микроконтроллеров (МК) – для локальной обработки данных в распределенных системах. Многоуровневые распределенные системы управления с локальными вычислительными сетями и магистралями для обмена данными и командами управления, подобные представленной на рис.18, с успехом используются во многих текущих проектах и разрабатываются в новых, то есть становятся неотъемлемой частью КСУ ТС.

       

Типовая структура КСУ ТС с межприборной магистралью: 1- центральный пост управления; 2- линия связи (проводная или оптоволоконная); 3 – магистральные приемо-передатчики; 4- удаленные приборы ОКС; 5- приборы ЭЭС; 6- прибор ГЭУ; Д – датчики; ИО – исполнительные органы.

6. Типовая схема микропроцессорной системы. Состав и назначение компонентов.

 

Применение микропроцессорных систем практически во всех электрических устройствах - важнейшая черта технической инфраструктуры современного общества. Электроэнергетика, промышленность, транспорт, системы связи существенно зависят от компьютерных систем управления. Микропроцессорные системы встраиваются в измерительные приборы, электрические аппараты, осветительные установки и д.р.

Микропроцессорные системы предназначены для автоматизации обработки информации и управления различными процессами.

Понятие «Микропроцессорная система» очень широко и объединяет такие понятия как «Электронно-вычислительная машина (ЭВМ)», «управляющая ЭВМ», «Компьютер» и т.п.

Микропроцессорная система включает в себя аппаратное обеспечение или по-английски – hardware и программное обеспечение (ПО) - software.

Цифровая информация

Микропроцессорная система работает с цифровой информацией, которая представляет собой последовательность цифровых кодов.

В основе любой микропроцессорной системы лежит микропроцессор, который способен воспринимать только двоичные числа (составленные из 0 и 1). Двоичные числа записываются посредством двоичной системы счисления. Например, в повседневной жизни мы пользуемся десятичной системой счисления, в которой для записи чисел используются десять символов или цифр 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Соответственно в двоичной системе таких символов (или цифр) всего два – 0 и 1.

Необходимо понимать, что система счисления – это всего лишь правила записи чисел, и выбор типа системы определятся удобством применения. Выбор двоичной системы обусловлен её простотой, а значит надёжностью работы цифровых устройств и лёгкостью их технической реализации.

Рассмотрим единицы измерения цифровой информации:

Бит (от английского "BInary digiT" - двоичная цифра) принимает только два значения: 0 или 1. Можно закодировать логическое значение «да»» или «нет», состояние «включено» или «выключено», состояние «открыто» или «закрыто» и т.п.

Группа из восьми бит называется байтом, например 10010111. Один байт позволяет кодировать 256 значений: 00000000 – 0, 11111111 - 255.

Бит – наименьшая единица представления информации.

Байт - наименьшая единица обработки информации. Байт— часть машинного слова, состоящая обычно из 8 бит и используемая как единица количества информации при её хранении, передаче и обработке на ЭВМ. Байт служит для представления букв, слогов и специальных символов (занимающих обычно все 8 бит) или десятичных цифр (по 2 цифры в 1 байт).

Два взаимосвязанных байта называется словом, 4 байта – двойное слово, 8 байт – учетверённое слово.

Почти вся информация, которая нас окружает, является аналоговой. Поэтому, прежде чем информация попадёт на обработку в процессор, она подвергается преобразованию посредством АЦП (аналого-цифровой преобразователь). Кроме того, информация кодируется в определённом формате и может быть числовой, логической, текстовой (символьной), графической, видео и д.р.

Например, для кодирования текстовой информации используется таблица кодов ASCII (от англ. American Standard Code for Information Interchange - Американский стандартный код для обмена информацией). Запись одного символа осуществляется одним байтом, который может принимать 256 значений. Графическая информация разбивается на точки (пиксели) и производится кодирование цвета и положение каждой точки по горизонтали и вертикали.

Кроме двоичной и десятичной системы в МС используют шестнадцатеричную систему, в которой для записи чисел используются символы 0...9 и A...F. Её применение обуславливается тем, что один байт описывается двухразрядным шестнадцатеричным числом, что значительно сокращает запись цифрового кода и делает его более читаемым (11111111 – FF).

 

                

Запись чисел в различных системах счисления.