| ДонНТУ | На главную | Индивидуальное задание | Электронная библиотека | Ссылки | Магистры ДонНТУ |
Актуальность работы. В настоящее время в энергетике существуют большой спрос на цифровые регистраторы различных параметров работы объектов электрических систем. Обычные осциллографы уходят в прошлое, уступая место системам сбора данных на основе аналогово-цифровых преобразователей (АЦП), которым для работы необходимо конкретное программное обеспечение. Задаче разработки такого программного обеспечения и посвящена магистерская диссертация.
Обзор существующих разработок. Сейчас большое распространение получают мощные цифровые регистраторы РЕКОН, которые не нуждаются в дополнительном оборудовании (компьютер, гальваническая развязка и др.) и обеспечивают высокую точность измерений, использую сложные алгоритмы отчистки сигнала от помех. Однако они обладают слишком большой стоимостью, поэтому в качестве объекта исследования был взят 12-разрядный АЦП, стоимость которого на порядок меньше систем РЕКОН.
Практическая ценность работы. Разработанное программное обеспечение позволит АЦП обрабатывать различное число сигналов с задаваемой частотой дискретизации, что даст возможность использовать эту систему сбора данных при различных опытах над электрическими объектами.
Апробация работы. Основные положения работы были представлены на конференции кафедры "Электрические системы и сети", посвящённой дню науки (24 мая 2005 г. Донецк, ДонНТУ).
Внедрение работы. Разработанное программное обеспечение будет использоваться для проведения различных опытов на кафедре "Электрические системы и сети".
Объектом исследования является устройство WAD-AD12-128H, которое представляет собой многоканальный многоопределенный быстродействующий 12-разрядный аналогово-цифровой преобразователь с гальванической изоляцией канала измерения от шины питания компьютера, предназначенный для работы в ПЭВМ типа IBM PC/AT. АЦП имеет 64 канала, время преобразования 1.4 мкс, диапазон входного напряжения +/-5 В. Функциональная схема АЦП приведена на рисунке 1, где ИПН – импульсный преобразователь напряжения; БГР – блоки гальванических развязок; ВМ – входной мультиплексор; ДУ – блок дифференциального усилителя; АЦП – аналого-цифровой преобразователь со встроенным устройством выборки-хранения. Более подробно АЦП представлен в техническом описании.
+-----+ +-----------+ +------------+
канал 0 -- | | | ДУ x1 | | |
канал 1 -- | +- |вх+ x10 +- | Блок |
: | ВМ +- |вх- x100 | | развязки |
канал 128-- | | | x1000| | |
+-+-+-+ +----+-+----+ +-----+------+
++-+---------+-++ +-----+------+
| БГР | | IN |
++-+---------+-++ | АЦП |
+--+-+-+-+---+
| | | | | | | |
+-+-+---------+-+----------+-+-+-+------------+
| схема управления |
+-----------------+--------+------------------+
+ /-12,+5В |........|
| |
++-+-++ | |
| ИПН | ........
+-+-+-+ | |
| | |........|
+-+-+--------------+--------+----------------+
| и н т е р ф е й с |
+--------------+---------------+-------------+
| ............. |
IBM PC/AT
Рисунок 1 – Функциональная схема АЦП
Структура системы сбора данных приведена на рисунке 2. Сигналы с исследуемого объекта поступают на блок гальванической развязки, где они уменьшаются до уровня не превышающего +/-5 В. Далее сигналы поступают на АЦП, где с заданной дискретностью преобразуются в цифровые сигналы, которые подаются в компьютер, где происходит их запись на жесткий диск. После этого исследователь имеет возможность их обработать.
Рисунок 2 – Структура системы сбора данных
При выборе количества задействованных каналов исходили из следующей предпосылки – для проведения опыта, например, над таким объектом как асинхронный двигатель (АД) необходимо знать напряжения и токи во всех трех фазах статора, напряжение и ток ротора. Таким образом, получается 8 значения, которым соответствуют по 4 канала для напряжений и для токов, а также один канал с 10-кратным усилением в блоке гальванической развязки и один канал с 100-кратным усилением для регистрации слабых токов.
Программное обеспечение представляет собой программу для работы в режиме MS-DOS или под управлением операционной системы MS-DOS, в которой можно задать файл, куда будут записываться данные, получаемые с АЦП и частоту опроса АЦП. Задание частоты опроса осуществляется с помощью встроенного таймера АЦП. На выбор дается 4 значения частоты опроса: 1 кГц, 2 кГц, 5 кГц, 10 кГц.
В первом опыте на блок гальванической развязки был подан сигнал с напряжением 60,5 В (действующее значение), частотой 50 Гц и после обработки полученных данных построена кривая напряжения (рисунок 3).
Рисунок 3 – Кривая напряжения на выходе АЦП
С учетом сдвига напряжения и коэффициента, учитывающего уменьшения сигнала в блоке гальванической развязки получена реальная кривая напряжения (рисунок 4).
Рисунок 4 – Реальная кривая напряжения (анимированный рисунок)
Во втором опыте сигналы одновременно подавались на входы блока гальванической развязки и на входы цифрового регистратора РЕКОН. Это было сделано для сравнения значений получаемых исследуемым АЦП и РЕКОН-ом. В результате были получены кривые напряжения и тока (рис. 5 и рис. 6).
Рисунок 5 – Напряжения, получаемые с помощью АЦП (красная кривая) и РЕКОН (синяя кривая)
Рисунок 6 – Токи, получаемые с помощью АЦП (красная кривая) и РЕКОН (синяя кривая)
Из приведенных рисунков видно, что исследуемый АЦП дает похожие результаты с РЕКОН-ом, за исключением того, что при подаче токового сигнала имеются помехи. Дальнейшие исследования показали, что эти помехи вызваны блоком гальванической развязки и в будущем причина их появления будет устранена.
На данный момент разработанная программа позволяет выбирать дискретность опроса каналов АЦП. В дальнейшем планируется перевести программу на дружественный visual интерфейс для работы под управлением операционных систем Microsoft Windows, добавить возможность выбора количества опрашиваемых каналов и провести испытания на мощных объектах (асинхронный двигатель и др.).