Д.т.н. Утегулов Б.Б., к.т.н. Жумадирова А.К.
Павлодарский государственный университет им. С.
Торайгырова
Разработка
программного обеспечения устройства автоматического определения параметров
изоляции в электрических сетях напряжением 6-10 кВ
Для повышения уровня
электробезопасности обслуживающего персонала при эксплуатации электроустановок и
определении параметров изоляции под рабочим напряжением разработано устройство
автоматического определения параметров изоляции в электрических сетях
напряжением 6-10 кВ [1]. В качестве элементной базы для технической
реализации разработанного устройства принят класс микроконтроллеров. Наиболее
оптимальными являются AVR-микроконтроллеры
фирмы Atmel, так как микроконтроллеры семейства AVR отличаются большой скоростью работы, большой
универсальностью, быстродействием [2]. Функциональная схема устройства с
микроконтроллером фирмы Atmel
Corporation Atmega8535
приведена на рисунке 1.
Порт А сконфигурирован на вход. Порт В подключен к жидкокристаллическому
индикатору ЖКИ. Порт С сконфигурирован на выход. Порт D подключен
к таймеру реального времени ТРВ. Микроконтроллер
Atmega8535 имеет 10-разрядный 8-канальный аналого-цифровой
преобразователь ADC. Используются три канала ADC: канал напряжения нулевой последовательности, канал
линейного напряжения и канал напряжения фазы А относительно земли.
Устройство работает
следующим образом. К сети подключаются: трансформатор напряжения TV,
дополнительная активная проводимость g0. Центральный процессор AVR CPU посылает
в блок управляемого ключа БУК сигнал
подключения дополнительной активной проводимости, который усиливается и
поступает на исполнительный орган ИО выключателя
QF. К
фазе А электрической сети
подключается дополнительная активная проводимость.
Рисунок 1. Функциональная
схема устройства автоматического
определения параметров
изоляции на основе Atmega8535
С выводов вторичных
обмоток трансформатора напряжения TV снимаются
сигналы модулей линейного напряжения сети Uл,
напряжения фазы А относительно земли Uф0, напряжения нулевой последовательности
U0, которые через клеммные
колодки поступают на блок согласующих трансформаторов ТС1 ¸ ТС3. В блоке согласующих трансформаторов производится
гальваническое разделение цепей устройства от цепей измерительных
трансформаторов и преобразование уровней входных сигналов до уровней,
необходимых для работы аналого-цифрового преобразователя ADC. ADC
преобразовывает сигналы от согласующих трансформаторов в последовательность
двоичных кодов, поступающих на центральный процессор AVR CPU. Центральный процессор считывает цифровые коды из ADC и
вычисляет значения параметров изоляции по выражениям [3]:
· полная проводимость изоляции сети
,
· активная проводимость изоляции сети
,
· емкостная проводимость изоляции сети
,
где Uф0 –
напряжение фазы относительно земли;
U0 – напряжение нулевой последовательности;
Uл – линейное напряжение;
g0 – дополнительная активная проводимость.
Центральный процессор
считывает с энергонезависимого таймера реального времени текущее время, вычисленные
значения параметров изоляции и время текущего измерения записывает в оперативное
запоминающее устройство EEPROM, а также посылает на ЖКИ. Центральный процессор посылает сигнал отключения
дополнительной активной проводимости, и дополнительная активная проводимость
исполнительным органом выключателя QF отключается от фазы А электрической сети. Через интервал времени, равный заданному
периоду определения параметров изоляции, CPU повторяет
программу обработки данных.
Среди современных
языков программирования язык Си является одним из наиболее распространенных.
Язык Си хорошо зарекомендовал себя эффективностью, лаконичностью записи
алгоритмов, логической стройностью программ [4]. Архитектура микроконтроллеров AVR была разработана совместно с экспертами языка Си,
чтобы гарантировать, что аппаратные средства и программное обеспечение
обеспечивают получение высокоэффективного кода.
Составлена программа определения параметров
изоляции и обработки результатов измерения на языке Си:
#include
<mega8535.h>
#include
<math.h>
#include
<delay.h>
#include
<stdio.h>
#asm
.equ
__i2c_port=0x12 ;PORTD
.equ
__sda_bit=0
.equ
__scl_bit=1
#endasm
#include
<ds1307.h>
#asm
.equ
__lcd_port=0x18 ;PORTB
#endasm
#include
<lcd4x40.h>
#define
ADC_VREF_TYPE 0x00
unsigned
int read_adc(unsigned char adc_input)
{
ADMUX=adc_input|ADC_VREF_TYPE;
ADCSRA|=0x40;
while
((ADCSRA & 0x10)==0);
ADCSRA|=0x10;
return
ADCW;
}
void
main(void)
{
float go=
.001;
unsigned
short ku=2500;
float
Uo, Ulin, Uph, b, g, u, u1, u2;
unsigned
char time, hour, min, sec;
unsigned
char day, date, month, year;
char buffer[255];
PORTA=0x00;
DDRA=0x00;
PORTC=0x00;
DDRC=0xFF;
ADMUX=ADC_VREF_TYPE;
ADCSRA=0x85;
SFIOR&=0xEF;
i2c_init();
rtc_init(0,0,0);
lcd_init();
while
(1)
{
PORTC.7=1;
delay_ms(50);
Uo=read_adc(7);
Ulin=read_adc(6);
Uph=read_adc(5);
PORTC.7=0;
u=((Ulin*Ulin)-(3*Uph*Uph)-(Uo*Uo));
g=
.5*u*go*ku/(Uo*Uo);
u1=4*(Uph*Uph)*(Uo*Uo)-(((Ulin*Ulin)-(3*Uph*Uph)-
-(3*Uo*Uo))*((Ulin*Ulin)-(3*Uph*Uph)-(3*Uo*Uo)));
u2=sqrt(u1);
b=(go*u2*ku)/(Uo*Uo);
day=rtc_get_date(&date,
&month, &year);
time=rtc_get_time(&hour,
&min, &sec);
_lcd_ready();
sprintf(buffer,
“g: %fCm”, g);
lcd_puts(buffer);
sprintf(buffer,
“b: %fCm”, b);
lcd_gotoxy(0,1);
lcd_puts(buffer);
lcd_gotoxy(0,2);
lcd_puts(day);
lcd_gotoxy(0,3);
lcd_puts(time);
delay_ms(1000);
return;
};
}
Полученная программа,
представленная в виде инструкций языка Си, называется исходной программой. Для
того чтобы центральный процессор смог выполнить работу в соответствии с
инструкциями исходной программы, исходная программа должна быть переведена на
машинный язык – язык команд процессора. Задачу преобразования исходной
программы в машинный код выполняет специальная программа – компилятор.
Отладка полученной
исходной программы определения параметров изоляции произведена с помощью
компилятора языка Си – CodeVision AVR. После компиляции исходной
программы определения параметров изоляции на языке Си полученный код может быть
непосредственно запрограммирован в микроконтроллер с помощью программатора STK500 и отладчика AVR Studio.
Разработанное
программное обеспечение устройства автоматического определения параметров
изоляции на основе применения микроконтроллера Atmega8535 позволяет реализовать устройство согласно заданному
алгоритму определения параметров изоляции и обеспечивает безопасность
обслуживающего персонала при производстве измерений в электрических сетях с
изолированной нейтралью напряжением 6-10 кВ.
Литература:
1. Утегулов Б.Б.,
Жумадирова А.К. Микропроцессорные средства контроля состояния изоляции и защиты
от однофазного замыкания на землю в электрических сетях 6-10 кВ. – Павлодар:
ПГУ имени С. Торайгырова, 2005. –
154 с.
2. Голубцов М.С.,
Кириченкова А.В. Микроконтроллеры AVR: от
простого к сложному. Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 304 с.
3. Утегулов Б.Б.,
Утегулов А.Б., Жумадирова А.К. Способ
автоматического определения параметров изоляции в карьерной электрической сети
с изолированной нейтралью напряжением 6 кВ // Сборник трудов 2 МНПК
“Современное состояние и перспектива развития горнодобывающих отраслей
промышленности”. Научное издание Института горного дела им. Д.А. Кунаева. –
Рудный, 2004. – C. 248-249.
4. Громов Ю.Ю.,
Татаренко С.И. Программирование на языке Си: Учебное пособие. – Тамбов, 1995. –
169 с.