Лабораторна робота № 1 Автоматизоване робоче місце контролю параметрів промислової електричної мережі

Мета роботи. Ознайомлення зі стандартними методами вимірювання напруги і частоти промислової електричної мережі; ознайомлення із застосовуваними для цього апаратними і програмними засобами.

Завдання:

1. Вивчити будову і правила роботи з вимірювачем частоти і напруги промислової мережі живлення ВЧНПМ-1М.

2. Підключити устаткування автоматизованого робочого місця контролю параметрів промислової електричної мережі.

3. Запустити програмне забезпечення і провести вимірювання частоти і напруги в мережі. Роздрукувати графік залежності параметрів промислової електричної мережі від часу.

4. Розрахувати середні значення частоти і напруги в мережі за інтервал часу 30 хв.

5. Оформити звіт по роботі.

ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ

Цифровий метод вимірювання частоти полягає в підрахунку числа періодів досліджуваного коливання за визначений інтервал часу.

Розрізняють два цифрових методи вимірювання частоти електричних коливань: метод частотоміра і метод періодоміра.

Метод частотоміра полягає в тому, що за відомий інтервал часу Тинт підраховується число періодів N коливання U(t) невідомої вимірюваної частоти Fx (див. рис.1), а значення вимірюваної частоти визначають за допомогою співвідношень:

, ,

де Tx – період коливань невідомої частоти.

Метод періодоміра полягає в тому, що рахункові імпульси частоти Fсч підраховуються за час, який дорівнює одному чи декільком періодам Tx вимірюваної частоти Fx (див. рис.2), а значення вимірюваної частоти визначають за допомогою співвідношень:

T_х = N ×T_сч, ,

де Tсч – період рахункових імпульсів.

Необхідність застосування кожного методу визначається для конкретних умов з оцінки припустимої похибки вимірювань.

На рис.3 приведені частотні залежності похибок обох цифрових методів визначення частоти.

З аналізу рис.3 видно, що для вимірювання низьких частот найбільш оптимальним буде метод періодоміра, а для виміру високих частот перевагу варто віддати методу частотоміра.

Поняття «висока» і «низька» частота відносні, тобто залежать від параметрів приладу, застосовуваного для виміру частоти, і визначаються щодо граничної частоти.

Гранична частота Fгр, для якої похибки обох методів порівнювані між собою, визначається з виразу:

,

де Fкв – частота кварцового генератора; N – кількість періодів вимірюваної частоти.

У випадку вимірювання частоти приладом ВЧНПМ-1М Fгр = 4кГц, тому частота промисло­вої електричної мережі 50 Гц є низькою і, отже, вимірювання проводиться за методом періодоміра.

Вимірювання напруги цифро­вими приладами зводиться до аналого-цифрового перетво­рення вхідного сигналу (АЦП).

З переваг АЦП головною є висока точність, а серед недоліків відзначимо інерційність і необхідність застосування нормуючих перетворювачів.

ВИМІРЮВАЧ ЧАСТОТИ І НАПРУГИ
ПРОМИСЛОВОЇ МЕРЕЖІ ВЧНПМ-1М

Вимірювач частоти і напруги в промисловій мережі ВЧНПМ-1М (далі по тексту ВЧНПМ-1М) призначений для вимірювання й індикації частоти і напруги електричної мережі перемінного струму.

Конструктивно вимірювач виконаний у настільному пластмасовому корпусі і складається з наступних основних елементів:

а) базова плата;

б) плата аналого-цифрового перетворювача;

в) плата індикатора;

г) передня панель з вимикачем живлення (рис.4);

д) задня панель (рис.4) із з'єднувачем «~220V», запобіжником, перемикачем вимірюваного сигналу «ВХІД fx,Ux», входом тестового сигналу «~2V», клемами вхідного сигналу «~100/220V» і вихідним інтерфейсом RS-232С.

На базовій платі встановлено однокристальний мікропроцесор із кварцом і буферними елементами, вхідний фільтр, формувач, поділювач частоти, плата аналого-цифрового перетворювача, елементи блоку живлення і гальванічної розв'язки інтерфейсу RS-232С.

На платі індикатора розташовані світлодіодні знакосинтезуючі десяткові матриці і одиничні індикатори вимірюваного параметра (Hz і V).

Принцип дії ВЧНПМ-1М засновано на вимірюванні тривалості декількох періодів частоти напруги мережі живлення шляхом підрахунку за цей час числа коливань кварцового генератора.

Структурну схему приладу приведено на рис.5. Вхідний сигнал fx (частота напруги електричної мережі або перевірочний сигнал ~2В) через комутатор К надходить на смуговий фільтр-формувач СФФ, призначений для підвищення точності вимірювання шляхом погашення 3-ої і більш високих гармонік напруги мережі та формування прямокутних імпульсів з періодом повторення пропорційним періоду частоти напруги. Поділювач частоти ДЧ множить тривалість періоду в N разів, що надає можливість проведення більш точних вимірювань і знижує вплив імпульсних завад.

Мікропроцесор МП здійснює підрахунок частоти за обмірюваним значенням часового інтервалу, підрахунок середнього значення частоти, підготовку даних для індикатора, виконання допоміжних і тестуючих функцій.

Вимірювання напруги в мережі провадиться з використанням аналого-цифрового перетворювача АЦП.

Індикатор І забезпечує відображення обмірюваних значень. Блок живлення БЖ виробляє напруги +5 В, ±12 В, необхідні для роботи елементів вимірювача.

Результати вимірювання видаються через послідовний інтерфейс RS‑232 у канал зв'язку до ПЕОМ (ПК).

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРЮВАНЬ

Підключіть устаткування автоматизованого робочого місця відповідно до структурної схеми (див. рис.6).

УВАГА! Підключення шнура живлення до приладу ВЧНПМ-1М і сигнальних кабелів тестової частоти і напруги проводити тільки при вимкненій з мережі вилці шнура живлення.

Ввімкніть ВЧНПМ-1М, для чого переведіть вимикач «СЕТЬ» на передній панелі приладу у верхнє положення.

При цьому ВЧНПМ-1М спочатку здійснює самотестування. На індикаторі відображаються символи 8 8.8.8.8, через 2 секунди - 00000, потім числа, які змінюються від 1 до 9. Після завершення тесту індикації ВЧНПМ-1М виконує почергове вимірювання частоти і напруги в мережі. ВЧНПМ-1М забезпечує прямий відлік результатів вимірів з фіксованою комою. При частоті мережі 50 Гц на індикаторі відображається «50.000», при напрузі мережі 220 В на індикаторі відображається «220.0». При відсутності сигналу частоти на індикаторі відображається повідомлення «F-0», при частоті сигналу нижче 44 Гц на індикаторі відображається повідомлення «—44», при частоті вище 56 Гц (робочий діапазон) або 66 Гц (розширений діапазон) на індикаторі відображаються повідомлення «56—» або відповідно «66—».

Вимкніть ВЧНПМ-1М, для чого перемикач «СЕТЬ» переведіть у нижнє положення.

Підключіть ВЧНПМ-1М сполучним кабелем до вільного СОМ порту ПК.

Ввімкніть ВЧНПМ-1М і персональний комп'ютер.

З меню «ПУСК» або іншим способом запустіть програму Freg.exe. На екрані монітора приблизно через 1 хвилину буде відображено робоче вікно програми.

В меню «НАСТРОЙКА» програми Freg виберіть номер використовуваного СОМ порту (автоматично встановлюється – СОМ-2).

В процесі роботи програми в правих верхніх вікнах відображаються поточні значення частоти і напруги (для приладів, що не виконують функцію вимірювання напруги значення = 000).

У лівій частині вікна відображається список дат, коли проводилися вимірювання. Вибір дати проводиться однократним натисканням лівої кнопки маніпулятора MOUSE.

В правій частині вікна відображається таблиця результатів вимірювань, кількість і час проведення вимірювань.

Унизу вікна відображається графік обраного параметра (частота або напруга).

Графік масштабується автоматично. При ручному збільшенні масштабу необхідно виділити ділянку для масштабування натисканням лівої кнопки маніпулятора MOUSE і переміщенням останнього зліва направо і зверху вниз.

Для зменшення масштабу виділеної ділянки варто здійснювати переміщення маніпулятором MOUSE знизу нагору.

Для відображення на графіку точок і граничних значень (за 1 хвилину), варто встановити «прапорець» біля відповідного параметра.

ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

Копіювання даних для подальшої обробки (друку) проводиться натисканням клавіш Alt+Print Screen.

Копію даних з екрана можна вставити в будь-яку програму Windows (наприклад, Microsoft Word).

За даними програми Freg. exe розраховують середні значення напруги і частоти мережі за інтервал часу 30 хв.

Оформляють звіт про виконану роботу.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. У чому полягає метод частотоміра визначення частоти коливань?

2. У чому полягає метод періодоміра визначення частоти коливань?

3. Опишіть алгоритм визначення частоти приладом ВЧНПМ-1М.

4. Який критерій використовують для вибору методу вимірювання частоти?

5. Який принцип роботи аналого-цифрового перетворювача?

Дата добавления: 2014-12-23