Лабораторная работа 7 Исследование возможностей микроконтроллерных имитаторов генераторных агрегатов

Цель работы: знакомство с конструкцией, составом и схемой контроллера-имитатора генераторного агрегата (ГА); знакомство с технологией программно-физического моделирования электрооборудования.

Общие сведения

Функциональные возможности микроконтроллеров, а именно – способность работать в соответствии с заложенной программой, позволяют использовать их в качестве автоматических генераторов периодических сигналов как дискретной, так и аналоговой формы.

Самыми простыми в реализации являются генераторы дискретных сигналов. Например, генераторы импульсных последовательностей с различными, возможно изменяющимися, длительностями импульсов и/или их периодичностью широко используются в качестве задающих устройств эталонных частот, формирователей команд и имитаторов устройств релейной защиты. Такие генераторы, даже многоканальные, легко реализуются с помощью одной микросхемы и программы генерации выходных сигналов, могут дополнительно снабжаться только выходными буферными каскадами для увеличения нагрузочной способности.

Генераторы аналоговых сигналов на основе микроконтроллеров более сложны в реализации. По сравнению с генераторами дискретных сигналов в них необходимо дополнительно осуществлять функцию цифро-аналогового преобразования для получения на выходе гладких сигналов, по форме близких, например, к синусоиде или более сложной формы, с содержанием гармонических составляющих и "вырезов" в синусоиде, как при работе управляемых тиристорных установок. Некоторые микроконтроллеры имеют в своем составе встроенные ЦАП (на один или два канала) и поэтому способны генерировать сигналы любой сложности, используя лишь собственные ресурсы. Но в многоканальных генераторах требуется использовать внешние ЦАПы, что несколько усложняет схему устройства.

В данной лабораторной работе можно ознакомиться с многоканальными генераторами на основе микроконтроллеров, способными изменять параметры выходных сигналов в зависимости от сигналов или команд, поступающих на входы микроконтроллера. Такие генераторы могут очень эффективно использоваться при настройке и испытании электрооборудования, в частности систем управления (регулирования), так как способны заменить собой (имитировать) трехфазные генераторные агрегаты или узлы электросети. По числу выходных сигналов они способны вырабатывать сигналы синусоидальной формы, соответствующие как фазным напряжениям, так и фазным токам, а также сигналы нулевой фазы (для общепромышленных электросетей). Выходные сигналы контроллера, усиленные специальными выходными преобразователями, физически полностью соответствуют реальным сигналам от имитируемых энергообъектов. Если эти выходные сигналы подавать на информационные или силовые входы электрооборудования, которое требуется настроить или испытать в отсутствие части электроустановки или энергообъекта, то испытываемое электрооборудование будет подвергаться "реальному воздействию", точно так же, как это происходит в процессе эксплуатации. Изложенная технология получила название программно-физического моделирования и вобрала в себя положительные стороны как чисто математического моделирования, так и чисто физического моделирования электрооборудования.

Управление имитаторами осуществляется от персонального компьютера с помощью специального программного обеспечения и последовательного канала связи через COM-порт. Протокол последовательного канала связи содержит список разрешенных команд и адресов устройств, участвующих в обмене.