О В Журавков, О О Мазуренко - Інформаційно-обчислювальний комплекс для дослідження електротехнічних процесів - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.3:004

О.В. Журавков, ст.викладач О. Zhuravkov

О.О. Мазуренко, магістрант О. Mazurenko

 

ІНФОРМАЦІЙНО-ОБЧИСЛЮВАЛЬНИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОТЕХНІЧНИХ ПРОЦЕСІВ DATA-PROCESSING COMPLEX FOR ELECTRICAL PROCESSES

RESEARCHES

 

 

Наведені результати розробки та випробовування інформаційно-обчислювального комплексу, створеного на базі ЕОМ, для дослідження електротехнічних процесів. Комплекс використовується при виконанні науково-дослідних робіт, а також в навчальному процесі.

Ключові слова: вимірювання, аналого-цифровий перетворювач (АЦП), електричні величини, вимірювальний трансформатор, потік, середовище програмування, двійковий семафор.

The results of elaboration and probation of the information-calculating complex, which was created on the PC base for the investigation of electrical processes, are presented. This complex is used for researches and education.

Key words: measurement, analog-to-digital converter (ADC), electrical values, measuring transformer, thread, programming environment, mutex.

 

 

При дослідженні динаміки електротехнічних та електротехнологічних процесів постає проблема вимірювання ряду електричних і неелектричних величин, як функції стадії або умов ведення процесу. Характер перебігу таких процесів, як правило,

© ОБ. Журавков, О.О. Мазуренко, 2009визначають кількома (серією) дискретними вимірюваннями величин з використанням відповідних приладів з подальшою апроксимацією та математичною обробкою результатів вимірювань. Такий методичний підхід до проведення дослідження має власні переваги та недоліки. До основних недоліків можна віднести складність узгодження в часі результатів вимірювання параметрів процесу та засобів вимірювань [4]. Наприклад, дослідження омічного нагрівання харчових продуктів передбачає контроль провідності (за струмом) та температури. Щоб отримати детальну картину теплового поля, необхідно виконати кілька вимірювань по об'єму, що в умовах різко динамічного перебігу процесу надзвичайно складно.

Метою даної статті є пошук шляхів проведення вимірювань при дослідженнях динамічних процесів в харчових технологіях. Частково вирішити дану проблему можна за допомогою самописців та осцилографів. Але тут є певні ускладнення, пов'язані з чутливістю приладів та подальшою обробкою результатів вимірювань.

Найбільш результативним при дослідженні динаміки процесів є використання засобів вимірювання та реєстрації на базі ЕОМ. Переваги використання ЕОМ для дослідження електротехнічних процесів обумовлені наступним.

По-перше, вимірювання виконуються чітко, за заздалегідь спланованим алгоритмом. По-друге, сучасні контролери дозволяють опитувати первинні датчики з частотою до 200 МГц. По-третє, значення вимірюваної величини є дискретними і квантованими [2], а результати вимірювання отримуються в цифровому форматі, що дозволяє легко виконувати їх обробку за допомогою відповідного програмного забезпечення.

Разом з тим застосування ЕОМ для дослідження електротехнічних процесів також має і недоліки. Так, вартість сучасних зарубіжних систем вимірювання сягає десятків, а подекуди і сотень тисяч доларів. Крімцього, оскільки застосування таких засобів вимірювання та специфічне програмне забезпечення потребують спеціальних знань, гостро постає питання підготовки обслуговуючого персоналу.

Зазначені вище недоліки стали визначальними при виборі виробників відповідного обладнання.

Одним з таких виробників на вітчизняному ринку обладнання, продукція якого відповідає висуненим вимогам, є компанія «Акон» (м. Київ). Продукція цієї компанії має відносно низьку вартість та не суворі апаратні вимоги до комп'ютера (модулі успішно працюють на комп'ютерах IBM PC/AT з процесорами 66 МГц). Крім цього, компанія пропонує широку лінійку різноманітних модулів АЦП, АЦП-ЦАП, всі канали яких мають гальванічну розв'язку.

Для побудови інформаційно-обчислювального комплексу (ЮК) був використаний ПК на базі процесора з частотою 333 мГц, 32 Мб ОЗП і жорстким диском об'ємом 3 Гб. В якості оболонки використовується операційна система Windows NT 4.0 SP6. Програмне забезпечення створене у середовищах masm та Object Pascal. Оскільки операційні системи сімейства NT не дають можливості безпосередньо звертатись до регістрів пам'яті АЦП, був написаний WDM-драйвер. І хоча платформа 9х дозволяє програмам прямо взаємодіяти з апаратною частиною ЕОМ, перевага була надана стабільності NT.

Прецизійний модуль WAD-ADC 16-32F містить 32 недиференційних канали. Мінімальний інтервал опитування дорівнює 12 мкс. Базовий діапазон вхідної напруги для однополярного режиму складає 0...5 В, а для двополярного - -5...+5. Також вхідний сигнал може підсилюватися у 10, 100 та 1000 разів. При цьому діапазон напруги ділиться на відповідний коефіцієнт підсилення. Нелінійність в базовому діапазоні складає не більше 0,003%. Похибка зміщення нуля в базовому діапазоні не перевищує 0,006%. Зміщення нуля становить не більше 50 мкВ. Похибка коефіцієнта перетворення - не більше 0,005%.

 

з

Як видно з технічних характеристик модуля, на його базі може бути створений багатофункціональний ЮК, похибки вимірювань із застосуванням якого можуть бути скориговані програмним забезпеченням.

Суттєвою проблемою при створенні ЮК є забезпечення інформаційної сумісності вимірюваних величин [4], тобто необхідність приведення значень вимірюваних величин до базового діапазону. Це потрібно для підвищення точності вимірювання, оскільки швидке перемикання між каналами зі зміною коефіцієнта підсилення призводить до виникнення шумів і вносить суттєві похибки. Вирішити вказану проблему вдалося шляхом виготовлення спеціальних трансформаторів для вимірювання величин змінного струму та підбору резистивних дільників напруги для вимірювання величин постійного струму.

При виготовленні вимірювальних трансформаторів довелося врахувати такий фактор, як індукція трансформатора, значення якої повинно бути якомога меншим. За такої умови залізо осердя трансформатора працює в діапазоні ненасичення кривих намагнічування і є можливість отримати лінійну залежність коефіцієнта трансформації пристрою від напруги первинної обмотки [1].

Оскільки базовий діапазон напруги двополярного режиму складає -5...+5 В, то амплітудні значення напруги вторинних обмоток вимірювального трансформатора не повинні перевищувати 5 В. Коефіцієнт трансформації вимірювального трансформатора при вимірюваннях напруги 380 В визначають як:

 

 

W2       U2 5

де И/і, W2 - кількість витків відповідно первинної та вторинної обмотки вимірювального трансформатора.

Для вимірювання значень сили струму застосовані нормовані шунти, спад напруги на яких при проходженні номінального струмустановить 75 мВ. Передача сигналу струму нормованого шунта на плату АЦП здійснюється через підвищувальні трансформатори з коефіцієнтом трансформації Ј = s/(V2-0,075), первинні обмотки яких ввімкнені на клеми шунта.

Технічне завдання на розробку програмного забезпечення обумовлено рядом вимог. По-перше, програма повинна забезпечувати ведення опитування визначеної кількості каналів, задаючи при цьому відповідне слово для кожного з них та інтервал опитування. По-друге, після зчитування даних з регістрів АЦП, необхідно виконати відповідні обчислення і записати результати в файл або базу даних. Також була б бажаною візуалізація процесу вимірювання, наприклад, індикація значень вимірюваних величин, побудова кривих процесу. Для виконання вказаних вимог робота програми була організована в декілька потоків. Управління взаємодією потоків (синхронізацію) реалізовано за допомогою двійкових семафорів, так званих м'ютексів [3].

Після підготовки програмного забезпечення та налаштування первинних датчиків був проведений етап лабораторних випробувань. На цьому етапі значення, отримані при вимірюваннях ЮК, порівнювалися із значеннями вимірювань аналоговими приладами. При цьому використовувалися лабораторні прилади ВЗ-57, М2044 класу точності 0,2. Результати лабораторних випробувань підтвердили заявлені виробником параметри точності і в цілому відповідали показам аналогових приладів. Також була приділена увага відтворенню форми сигналу, який сприймає первинний датчик, оскільки перерахунок у діюче значення здійснюється за результатами, отриманими в процесі опитування датчика, які фактично є точками миттєвого значення. Формування кривої сигналу було перевірено за допомогою осцилографа С1-69 на трьох видах сигналів: синусоїдного, пилоподібного та імпульсного трапецієподібного. Для всіх форм сигналів відображені на екрані ЕОМ криві відповідали кривим на екрані осцилографа як заперіодом, так і за амплітудою. Але для коректного перерахунку змінної величини в середньоквадратичне значення необхідне узгодження частоти вхідного сигналу та періоду, за який відбувається перерахунок.

Висновки. Використання прецизійного модуля WAD-ADC 16-32F дозволяє, при певних навичках програмування та розумінні основ роботи апаратної частини сучасного персонального комп'ютера, отримати бюджетний, але разом з тим багатофункціональний вимірювальний комплекс, який за характеристиками не поступається дорогим зарубіжним аналогам.

Розроблений інформаційно-обчислювальний комплекс дозволяє проводити вимірювання електричних величин і може бути використаний у наукових дослідженнях та навчальному процесі. За наявності відповідних первинних перетворювачів з використанням цього комплексу можна також здійснювати вимірювання неелектричних величин (температури, частоти обертання, тиску тощо).

 

 

ЛІТЕРАТУРА

1.     Трансформаторы тока. В. В. Афанасьев и др. - 2-е изд., перераб. и доп.-П.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1989.-416 с.

2.     ТС. Ратхор Цифровые измерения. Методы и схемотехника. Москва: Техносфера, 2004. - 376с.

3.     Turbo Pascal for Windows в 2-х томах. Нейл Рубенкинг Пер. с англ. - М.:Мир, 1993. 536 с, ил.

4.     Электрические измерения электрических и неэлектрических величин //Под ред. Е.С. Полищука. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984. - 359 с.

Надійшла до редколегії 09.09.09.

Страницы:
1 


Похожие статьи

О В Журавков, О О Мазуренко - Інформаційно-обчислювальний комплекс для дослідження електротехнічних процесів