АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра инженерной кибернетики

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Программа, методические указания и контрольные задания

(для студентов заочной формы обучения специальности

050718 – Электроэнергетика)

Алматы 2005

Составители: Н.М.Айтжанов, А.А.Копесбаева. Микропроцессорные системы в электроэнергетике. Программа, методические указания и контрольные задания (для студентов специальности 050718 – Электроэнергетика заочной формы обучения). – Алматы: АИЭС,2005. – 16 с.

В методических указаниях рассматриваются программа, контрольные задания и методические указания к контрольным работам для студентов заочной формы обучения специальности 050718. Приводятся примеры решения задач.

Ил.3, табл. 5, библиогр. 5 - назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент каф. ИК Ю.В.Шевяков.

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2005 г.

Ó Алматинский институт энергетики и связи, 2005 г.

Введение

Курс «Микропроцессорные системы в электроэнергетике» является дисциплиной по выбору студентов высших учебных заведений специальности 050718 - Электроэнергетика.

Цель курса – формирование у студентов знаний и умений по проектированию и использованию цифровой техники, микропроцессоров и микроконтроллеров.

Задачи курса – освоение принципов конструирования и функционирования микропроцессорных систем (МПС) в релейной защите и автоматике (РЗ и А) электроэнергетических установок, привитие навыков построения структуры микропроцессорных контроллеров, привитие умения использования и конструирования информационного, технического и программного обеспечения МПС РЗ и А.

Изучение дисциплины базируется на курсе «Теоретические основы электротехники ».

Объем курса – 90 часов, аудиторных – 22 часа, лекций – 10 часов, лабораторных – 12 часов, самостоятельная работа студентов – 68 часов, 1 контрольная работа, экзамен.

1 Программа и контрольные вопросы курса

1.1. Вторичные системы в электроэнергетике и возможности их реализации на основе микропроцессорной техники [1, c.7-22 ].

Особенности и функциональное назначение вторичных систем. Требования к вторичным системам. Современное состояние микропроцессорной техники и возможности ее использования для устройств РЗ и А. Преимущества устройств РЗ и А на микропроцессорах.

Контрольные вопросы.

1. Дайте краткое описание обобщенной схемы вторичной системы.

2. Поясните функциональное назначение информационно-измерительной системы.

3. Объясните назначение устройств управления основным и вспомогательным оборудованием.

4. Какова задача наиболее ответственных вторичных систем РЗ и А?

5. Каковы требования к надежности вторичных систем?

6. Опишите требования к точности работы РЗ и А.

7. Что понимается под помехоустойчивостью вторичных систем?

8. Охарактеризуйте современное состояние МПС.

9. Приведите преимущества МПС РЗ и А на уровне подстанции.

10. Каковы экономические преимущества МПС РЗ и А?

1.2. Преобразование первичных сигналов в цифровую форму [1, c.23-47].

Основные виды сигналов. Математические модели тракта передачи. Техническая реализация аналоговой части тракта передачи. Техническая реализация дискретной части тракта передачи.

Контрольные вопросы.

1. Основные виды входных сигналов измерительных преобразователей.

2. Построение математической модели аналоговых сигналов – тока и напряжения.

3. Объясните общую функциональную схему тракта передачи.

4. Процесс преобразования аналогового сигнала в дискретный – квантование по уровню и дискретизация по времени.

5. Какова погрешность тракта передачи?

6. Приведите алгоритм усреднения.

7. Опишите алгоритм корреляционной обработки сигналов.

8. Дайте краткое описание технической реализации аналоговой части тракта передачи.

9. Охарактеризуйте методы последовательного счета и поразрядного кодирования.

10.Объясните метод считывания.

1.3. Построение, структура и информационное обеспечение микропроцессорных вторичных систем [1, c.48-70]. Техническое обеспечение микропроцессорных вторичных систем[1, c.71-101], [2, c.192-233].

Принципы построения систем. Информационное обеспечение микропроцессорных систем РЗ и А. Центральный процессор. Внутренние и внешние магистрали. Элементы памяти. Интерфейсные модули. Система гарантированного электропитания.

Контрольные вопросы.

1. Опишите принцип модульности МПС.

2. Охарактеризуйте ядро информационного обеспечения МПС РЗ и А.

3. Информационная модель многопроцессорной структуры МПС.

4. Информационная модель системы защиты блока генератор трансформатор.

5. Основные блоки процессора МПС.

6. Промышленные интерфейсы МПС – основные понятия.

7. Характеристики и параметры элементов памяти.

8. Разновидности модулей ввода – вывода информации.

9. Опишите режим прямого доступа к памяти.

10. Схемы вариантов построения систем гарантированного питания.

1.4. Практическая реализация микропроцессорных систем релейной защиты и автоматики [1, c.167-216], [3, c.99-168].

Система защиты мощного блока генератор – трансформатор. Система защиты линий электропередачи (ЛЭП). Система регистрации аварийных событий на подстанции. Система регистрации и обработка информации при испытаниях трансформатора тока (ТТ) в переходных режимах.

Контрольные вопросы.

1.Микропроцессорная продольная дифференциальная защита генератора.

2. Микропроцессорная поперечная дифференциальная защита генератора.

3.Микропроцессорная система токовой защиты нулевой последовательности ЛЭП.

4. Микропроцессорная дистанционная защита ЛЭП.

5. Система микропроцессорной релейной защиты блока генератор – трансформатор.

6. Система регистрации аварийных событий на подстанции.

7.Микропроцессорный контроллер предварительной обработки информации.

8. Анализ работы схем защиты и противоаварийной автоматики ЛЭП.

9. Система регистрации и обработка информации при испытаниях ТТ.

10.Многоканальная система для испытаний электротехнического оборудования.

1.5. Свободно программируемые логические контроллеры (ПЛК). Инструменты программирования ПЛК. Программное обеспечение ПЛК. Язык контактного плана LAD. Типы данных. Основные разновидности языков программирования. Стандартные операторы программирования. [3, c.11-48].

Контрольные вопросы.

1. Приведите определение ПЛК.

2. Какие виды сигналов могут присутствовать на входе и выходе ПЛК?

3. Что такое режим реального времени?

4. Как происходит интеграция ПЛК в автоматизированные системы управления предприятием?

5. Что такое рабочий цикл ПЛК?

6. Какие виды исполнения ПЛК Вы знаете?

7. Назовите компоненты инструментального комплекса программирования ПЛК.

8. Каковы функции программ управления проектом ПЛК?

9. Перечислите функции средств отладки ПЛК.

10. Приведите описание инструмента программирования любого ПЛК.

2 Перечень лабораторных работ

2.1 Знакомство с программным обеспечением ПЛК.

2.2 Основные операторы языка контактного плана.

2.3 Программирование системы логического контроля и управления

2.4 Программирование информационной системы.

3 Методические указания к изучению курса

Общие указания

В соответствии с учебным планом курса «Микропроцессорные системы в электроэнергетике» студент обязан выполнить контрольную работу, ответить на контрольные вопросы, выполнить лабораторный практикум и сдать экзамен. К сдаче экзамена студент допускается при предъявлении преподавателю выполненных и зачтенных контрольных работ.

Основной формой изучения курса является самостоятельное изучение рекомендованной литературы. Очные виды занятий являются дополнительной формой в помощь самостоятельной работе студентов.

Кафедра рекомендует вести краткий конспект изучаемого учебного материала. После изучения каждого раздела необходимо ответить на контрольные вопросы.

Контрольное задание 1.

По одному вопросу из каждого раздела, согласно шифру, ответы следует дать в письменной форме. Выбор вариантов осуществляется согласно первой букве фамилии студента и последней цифре номера зачетной книжки по таблицам 1 и 2. При этом по таблице 1 выбираются вопросы по нечетным разделам, а по таблице 2 – по четным разделам.

Таблица 1-Задание 1

Разделы	Первая буква фамилии студента
	А,Д	Б,Е	В,Г,Я	Ж,З,И	Л,К	М,О	Н,П	С,Ч,Ф	Р,Т,У	Х,Ц,Ш, Щ,Э,Ю
	Номер вопросов
1	1	6	2	7	3	8	4	9	5	10
3	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
5	2	10	3	1	4	7	5	8	6	9

Таблица 2-Задание 1

Разделы	Последняя цифра зачетной книжки студента
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Номера вопросов
2	6	7	8	9	10	5	4	3	2	1
4	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

Контрольное задание 2.

Решить задачу из главы 5 «Контрольное задание 2», которое выбирается по двум последним цифрам номера зачетной книжки согласно формуле:

Номер варианта = Две последние цифры зачетной книжки – К х 25.

Здесь К = 1 при номере от 26 до 50, К=2 при номере от 51 до 75, К=3 при номере от 76 до 99. Например, если последняя цифра 89, то вариант определяется:

89 – 3х25=89-75=14. Примеры выполнения задания 2 смотрите в главе 6.

4 Указания к выполнению контрольных заданий

4.1 Перед выполнением контрольной работы необходимо проработать соответствующий теоретический материал и ознакомиться с методическими указаниями к соответствующей контрольной работе.

4.2 Письменная контрольная работа включает в себя два вида заданий: ответ на контрольный вопрос и решение задачи из главы 5. Решение задач выполняется подобно примерам в главе 6 [4,5], а также в приложении А. В случае затруднения, возникшего при решении задач, студент может обратиться на кафедру за устной или письменной консультацией непосредственно.

4.3 Письменные ответы на контрольные вопросы должны быть четкими и ясными, по возможности краткими.

4.4 Контрольные работы должны быть аккуратно оформлены: пронумерованы страницы, указаны номера рисунков и таблиц, оставлены поля для заметок преподавателя.

4.5 Работа может быть представлена в электронном виде (на дискете, по электронной почте). Небрежно оформленная работа может быть возвращена без рецензирования.

4.6 Все графические построения (рисунки, схемы, графики, диаграммы) выполняются в любом графическом редакторе или в текстовом редакторе.

4.7 В конце работы следует привести список использованной литературы и расписаться, указав дату выполнения.

4.8 Исправления незачтенной работы производится на чистых листах контрольной работы, или новая тетрадь подшивается к старой. При электронном редактировании внесенные изменения должны быть отмечены другим цветом. Замечания преподавателя рекомендуется выделить красным цветом, а исправления студента – синим. Рекомендуется также использовать режимы исправления и рецензирования Microsoft Word.

Передача контрольной работы в электронном виде может осуществляться по электронной почте заочного факультета (fzo @aipet) или непосредственно на кафедру «Инженерная кибернетика» по электронной почте ik @aipet. kz.

5 Контрольное задание 2

1. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: пресс включается кнопкой «пуск», остается включенным при отпускании кнопки «пуск» и отключается кнопкой «стоп». При срабатывании датчиков конечного положения пресса, пресс отключается.

2. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: трансформатор включается кнопкой «пуск», при отсутствии сигнала с аварийной катушки. Трансформатор остается включенным при отпускании кнопки «пуск» и отключается кнопкой «стоп». При превышении напряжения на обмотках трансформатора заданного значения, трансформатор отключается от сети.

3. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: катушка электромагнита пневматического устройства включается кнопкой «пуск» с самофиксацией и отключается кнопкой «стоп». На вход контроллера поступают сигналы с трех датчиков. При срабатывании всех трех датчиков одновременно катушка теряет питание.

4. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: насос включается кнопкой «пуск», остается включенным при отпускании кнопки «пуск» и отключается кнопкой «стоп». При срабатывании контактных датчиков верхнего или нижнего предельного уровня жидкости насос отключается .

5. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: пресс срабатывает только в том случае, если нажата кнопка «пуск» и опущен защитный экран, остается включенным при отпускании кнопки «пуск» и отключается кнопкой «стоп».

6. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: сигнализация включается, если поступил сигнал с пульта оператора или сработали одновременно два датчика из четырех.

7. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: сигнальная лампа и звуковая сигнализация включаются, если сработал хотя бы один из двух конечных датчиков уровня жидкости и отключается с панели оператора.

8. Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: двигатель включается кнопкой «пуск», если не сработали конечные датчики положения двигателя, остается включенным при отпускании кнопки «пуск» и отключается кнопкой «стоп».

9. С помощью блока таймеров реализовать последовательное управление во времени по 10 секунде каждой из четырех фаз сигналов на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

10. С помощью блока таймеров реализовать последовательное управление во времени по 5 секунде каждой из пяти фаз сигналов на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

11. С помощью блока таймеров реализовать последовательное управление во времени по 3 секунде каждой из шести фаз сигналов на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

12. С помощью блока таймеров реализовать последовательное управление во времени по 7 секунде каждой из четырех фаз сигналов на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

13. С помощью блока таймеров реализовать отключение двигателя вентилятора через 3 секунды после отключения основного двигателя на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

14. С помощью блока таймеров реализовать включение сигнализации через 3 секунды после срабатывания датчика на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

15. С помощью блока таймеров реализовать последовательное управление во времени по 10 секунде каждой из четырех фаз сигналов на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

16. С помощью блока таймеров реализовать срабатывание катушки реле управления двигателем через 7 секунд после отключения двигателя на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

17. При срабатывании любых из трех контактов больше 5 раз вывести сигнальную информацию на табло на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

18. При срабатывании одновременно двух контактов больше 6 раз вывести сигнальную информацию на табло на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

19. При срабатывании любых из трех контактов больше 4 раз вывести сигнальную информацию на табло на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

20. При срабатывании данного контакта больше 10 раз вывести сигнальную информацию на «Красную лампу», а меньше 5 на «Зеленую лампу», написав программу на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

21. При срабатывании контакта датчика больше 10 вывести информацию на первую лампу, больше 50 на вторую лампу, а больше 100 раз вывести звуковую сигнализацию на панели оператора, написав прикладную программу на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

22. При срабатывании одновременно двух контактных датчиков больше 5 раз вывести сигнальную информацию на табло на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

23. При срабатывании любого из трех контактов больше 10 раз вывести сигнальную информацию на табло на языке контактных плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

24. При срабатывании контакта датчика меньше 10 раз зажечь зеленую лампу. При срабатывании датчика больше 10 раз зажечь красную лампу на табло. Реализовать прикладную программу на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

25. При срабатывании одновременно двух контактных датчиков меньше 50 раз зажечь зеленую лампу. При срабатывании одного из датчиков больше 10 раз зажечь красную лампу на табло. Реализовать прикладную программу на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

6 Примеры выполнения задания 2

В программном обеспечении любого свободно программируемого контроллера существует язык контактного плана, приближенный в своих обозначениях к обозначениям релейно-контакторной аппаратуры. Обозначения программных элементов (операторов) аналогично обозначениям релейно-контакторных элементов (катушки реле, нормально закрытые и нормально открытые контакты, блоки таймеров и другое). В данных примерах использована библиотека операторов языка контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens. При желании можно использовать подобный язык другого контроллера.

ВНИМАНИЕ: при выполнении задач используется приложение А.

Пример 1.

Реализовать следующую схему РЗА на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens: двигатель включается кнопкой «пуск», остается включенным при отпускании кнопки «пуск» и отключается кнопкой «стоп».

Решение. Примем следующие обозначения S1-кнопка «Пуск», S2- кнопка «Стоп», Y1- катушка реле управления электродвигателем. Необходимые элементы для реализации задачи: ПЛК, нормально открытая кнопка без фиксации, нормально закрытая кнопка без фиксации, катушка реле управления электродвигателем. Схема электрических соединений приведена на рисунке 1.

Рисунок 1

Таблица символов:

SYMBOL

ADDRESS

DATA TYPE

COMMENT

I 0.0

I 0.1

Q 0.0

BOOL

PUSC

STOP

Программа на языке контактного плана:

‘’S1’’ ‘‘S2’’ ‘’Y1’’

‘’Y1’’

Пример 2.

С помощью блока таймеров реализовать последовательное управление во времени по 1 секунде каждой из трех фаз сигналов на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

Решение. Примем следующие обозначения G0 – кнопка первоначального запуска таймера, Y1 – катушка включения первой фазы сигналов, Y2 – катушка включения второй фазы сигналов, Y3– катушка включения третьей фазы сигналов, Т1,Т2,Т3 – таймеры. Необходимые элементы для реализации задачи: ПЛК, кнопка первоначального запуска таймера, три сигнальные лампы. Схема электрических соединений приведена на рисунке 2.

Рисунок 2

Таблица символов:

SYMBOL	ADDRESS	DATA TYPE	COMMENT
GO	I 0.0	BOOL		PUSC
Y1	Q 0.0	BOOL		FASA1
Y2	Q 0.1	BOOL		FASA2
Y3	Q 0.2	BOOL		FASA3
T1	T1	TIME		TIMER1
T2	T2	TIME		TIMER2
T3	T3	TIME		TIMER3
X1	M 0.0	BOOL		FISK TIM1
X2	M 0.1	BOOL		FISK TIM1
X3	M 0.2	BOOL		FISK TIM1

Программа на языке контактного плана:

Сеть 1.запуск первого таймера

‘’X1’’

S.. Puls

“GO”

S5T#1S

Сеть 2.запуск второго таймера

‘’X2’’

S.. Puls

“GO”

S5T#2S

Сеть 3.запуск третьего таймера

‘’X3’’

S.. Puls

“GO”

S5Т#3S

Сеть 4. Управление первой фазой

“GO” ‘’Y1’’

Сеть 5. Управление второй фазой

“X2” “X1” ‘’Y2’’

Сеть 6. Управление третьей фазой

“Xі” “X1” ‘’Y3’’

Пример 3.

При срабатывания данного контакта больше 10 раз вывести сигнальную информацию на табло на языке контактного плана LAD контроллеров Simatic фирмы Siemens.

Решение. Примем следующие обозначения Х1 – контакт датчика, L1 – сигнальная лампа на табло. Необходимые элементы для реализации задачи : ПЛК, датчик контакторный и сигнальная лампа. Схема электрических соединений приведена на рисунке 3.

Рисунок 3

Таблица символов:

SYMBOL

ADDRESS

DATA TYPE

COMMENT

I 0.0

Q 0.0

BOOL

CONTER

PUSC

STOP

SCHET

Программа на языке контактного плана:

Сеть 1. Прибавить единицу, если сработал X1

“X1” ‘’Y1’’

Сеть 2. Переписать данные по адресу Mw100

MOVE

En end

MW100

Сеть 3.Сравнить больше ли 10,если “Да” зажечь L1.

“L1”

Cmp >I

MW100

Список литературы

1. Микропроцессорные системы в электроэнергетике./ Стогний Б.С., Рогоза В.В., Кириленко А.В. и др.; отв. ред. Годлевский В.С.; АН УССР. Ин-т электродинамики.- Киев: Наук. Думка, 1988.- 232 с.

2. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы.

- М.: Горячая линия – Телеком, 2000. – 336 с.

3. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования /Под ред. проф. В.П. Дьяконова. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 256 с.:ил.- (Серия «Библиотека инженера»)

4. Преснухин Л.Н., Нестеров П.В. Цифровые вычислительные машины, 3-е изд. –М.: Высшая школа, 1981.-511 с.

5. Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты./ В.В. Михайлов, Е.В. Кириевский, Е.М.Ульяницкий и др.; под ред. В.П.Морозкина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 240 с.: ил.

Дополнительный план 2005 г., поз. 27

Нургали Мухамбетсагиевич Айтжанов

Акшолпан Ауелбековна Копесбаева

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Программа, методические указания и контрольные задания

(для студентов специальности 050718 - Электроэнергетика

заочной формы обучения)

Редактор Ж.М.Сыздыкова

Подписано в печать __. __. __. Формат 60х84 1/ 16

Тираж 150 экз. Бумага типографская №1

Объем 1,6 уч.-изд. л. Заказ _____. Цена 30 тг.

Копировально-множительное бюро

Алматинского института энергетики и связи

050013 Алматы, Байтурсынова, 126