Управляющий модуль устройства проверки автоматических выключателей первичным током

Управляющий модуль устройства проверки автоматических выключателей первичным током

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Факультет информатики и вычислительной техники

Специальность 230101

Дипломник: Фамилия Клокова

Имя Екатерина

Отчество Александровна

Тема дипломного проекта: Управляющий модуль устройства проверки автоматических выключателей первичным током

Кафедра: Информационно-вычислительных систем

Заведующий кафедрой: Галанина Н.А., к.т.н., доцент

Руководитель: Буланкина Е.Ю., ст. пр.

Консультанты: Буланкина Е.Ю., ст. пр.

Блохинцев А.А., к.т.н., доцент

Рецензент:

№ приказа о допуске к дипломному проектированию: ______________

Проект начат ____________________________________

Проект закончен _________________________________

№ приказа о допуске к защите ______________________

Оценка экзаменационной комиссии по защите: _____________________

Декан факультета

Секретарь экзаменационной комиссии

“_______”_________________2007

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Факультет информатики и вычислительной техники

УТВЕРЖДАЮ

Декан факультета

_______________/Калмыков Б.М.

“___” ______ 2007

ЗАДАНИЕ

НА ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Тема проекта: Управляющий модуль устройства проверки автоматических выключателей первичным током.

Студент: Клокова Екатерина Александровна

Группа: ИВТ-13-02

СОДЕРЖАНИЕ ЗАДАНИЯ

Исходные данные к проекту. Устройство проверки первичным током автоматических выключателей: РЕТОМ-30КА. Выключатель питания 380В, 50Гц, автоматический с тепловым и электромагнитным расцепителем. Род тока: переменный, предел измерения первичного тока до 30 кА. Двустрочный семисегментный индикатор. Индикатор в режиме измерения одновременно отображает два параметра. Контроллер LPC2148. Среды разработки: IAR Embedded Workbench, P-CAD 2001. Интерфейс USB - для подключения к персональному компьютеру. Минимальные требования к ПК: Windows 2000; процессор 1000 МГц; ОЗУ 128 МБ.

Теоретическая часть. Устройство РЕТОМ-30КА. Анализ и выбор элементной базы. Обзор аналогов устройства и управляющего модуля.

Схемотехническая часть. Разработка структурной, функциональной и принципиальной схем модуля.

Программная часть. Разработка программы управления контроллером.

Конструкторская часть. Разработка печатной платы модуля.

Экономическая часть. Технико-экономическое обоснование дипломного проекта.

Экологическая часть. Анализ условий труда и безопасности при разработке проекта.

Содержание расчетно-пояснительной записки. Введение. 1. Теоретическая часть. 2. Структурная схема модуля. 3. Функциональная схема модуля. 4. Принципиальная схема модуля. 5. Программная часть. 6. Конструкторская часть. 7. Экономическая часть. 8. Экологическая часть. Заключение.

Содержание графической части проекта. 1. Структурная схема устройства РЕТОМ-30КА; 2. Структурная схема управляющего модуля; 3. Функциональная схема управляющего модуля; 4. Принципиальная схема управляющего модуля; 5. Блок-схема алгоритма управляющей программы. 6. Печатная плата модуля; 7. Сборочный чертеж.

Консультанты:

по схемотехнической части: ст. пр. Буланкина Е.Ю.

по программной части: ст. пр. Буланкина Е.Ю.

по конструкторской части: ст. пр. Буланкина Е.Ю.

по экономической части: ст. пр. Буланкина Е.Ю.

по безопасности и экологичности

проекта: к.т.н., доцент Блохинцев А.А.

Руководитель проекта: ст. пр. Буланкина Е.Ю.

Задание принял к исполнению студент Клокова Е.А.

Задание зарегистрировано

Заведующий кафедрой к.т.н., доцент Галанина Н.А.

Аннотация

В данном дипломном проекте рассмотрено устройство для проверки автоматических выключателей РЕТОМ-30КА. Разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы управляющего модуля устройства. С помощью САПР PCAD-2001 разработана его печатная плата. Кроме того, был разработан алгоритм программы, реализующей управление микроконтроллером, и написана программа, реализующая разработанный алгоритм. В работе рассмотрены условия безопасности и экологичности проекта, рассчитана полная себестоимость разработанного модуля управления. Материалы пояснительной записки выполнены в соответствии с требованиями единой системы конструкторской документации и единой системы программной документации.

Annotation

In given degree project device for checking the automatic breakers RETOM-30KA is considered. Structured, functional and principle scheme controlling module device is designed. By means of CAD PCAD-2001 its printed charge is designed. Besides, algorithm of the program, realizing microcontroller control, was designed and program, realizing designed algorithm is written. In this project condition to safety and ecological capacities of the project are considered, full prime cost of the designed module of control is calculated. The material of the explanatory note are executed in accordance with requirements of the united system to design documentation and united system to programme documentation.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 Теоретическая часть

1.1 Устройство РЕТОМ-30КА

1.2 Обзор аналогов устройства и управляющего модуля

1.3 Анализ и выбор элементной базы

1.3.1 Микроконтроллер

1.3.2 АЦП

1.3.3 Конвертер RS232 <-> USB

1.3.4 Флэш-память EEPROM

1.3.5 Мультиплексор

1.3.6 Дешифратор

1.3.7 Развязка

1.4 Выводы по главе

2 Структурная схема управляющего модуля

2.1 Состав и назначение блоков структурной схемы

2.2 Выводы по главе

3 Функциональная схема управляющего модуля

3.1 Разработка функциональной схемы

3.2 Выводы по главе

4 Принципиальная схема управляющего модуля

4.1 Описание компонентов

4.2 Выводы по главе

5 Программная часть

5.1 Общие сведения

5.1.1 Назначение и условия применения программы

5.1.2 Технические характеристики

5.2 Блок-схема алгоритма программы управления микроконтроллером

5.4 Выводы по главе

6 Конструкторская часть

6.1 Требования к печатным платам

6.2 Конструкции и параметры печатных плат

6.3 Разработка печатной платы

6.4 Выводы по главе

7 Экономическая часть

7.1 Определение себестоимости изделия

7.1.1 Расчет стоимости покупных компонентов

7.1.2 Расчет транспортно-заготовительных расходов

7.1.3 Расчет стоимости материальных затрат

7.1.4 Расчет основной заработной платы производственных рабочих

7.1.5 Расчет дополнительной заработной платы

7.1.6 Отчисления на социальное страхование

7.1.7 Цеховые расходы

7.1.8 Общезаводские расходы

7.1.9 Заводская стоимость изготовления

7.1.10 Внепроизводственные расходы

7.1.11 Себестоимость разработки

7.2 Расчет затрат на разработку программы

7.2.1 Расчет трудоемкости

7.2.2 Основная заработная плата

7.2.3 Дополнительная заработная плата

7.2.4 Отчисления на социальное страхование

7.2.5 Накладные расходы

7.3 Выводы по главе

8 Безопасность и экологичность проекта

8.2 Выбор средств защиты, обеспечивающих безопасность и комфортность труда

8.2.1 Организация рабочих мест

8.2.2 Требования к видеотерминальному устройству

8.2.3 Требования к планировке и размещению оборудования

8.2.4 Требования к освещению

8.2.5 Расчет освещения рабочего места пользователя ПЭВМ

8.2.6 Обеспечение электробезопасности

8.2.7 Требования к вентиляции, отоплению и кондиционированию воздуха

8.2.8 Требования к уровням шума

8.2.9 Пожарная безопасность

8.3 Экологичность разработки

8.4 Выводы по главе

Заключение

Список аббревиатур

Литература

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

Введение

Одной из основных отраслей, оказывающих влияние на жизнь современного общества, является электроэнергетика. Релейная защита - один из видов автоматики энергосистем. Важность этого направления определяется тем, что без него невозможна бесперебойная работа электроэнергетических установок.

Основным назначением релейной защиты является автоматическое отключение повреждённого элемента от остальной, неповреждённой части системы при помощи выключателей.

В процессе эксплуатации энергетических систем имеется возможность возникновения в них повреждений или режимов работы, приводящих к возникновению аварий в системе, под которыми обычно понимаются вынужденные нарушения нормальной работы всей системы или её части, сопровождающиеся определённых недоотпуском энергии потребителям, недопустимым ухудшением её качества или разрушением основного оборудования. Предотвращение возникновения аварий и их развития при повреждениях в электрической части энергосистемы часто может быть обеспечено путём быстрого отключения повреждённого элемента или своевременно переданной информацией об опасных режимах работы энергосистемы.

Одним из основных видов таких режимов работы энергосистемы являются перегрузки. В элементе, в котором возникла перегрузка, появляются токи, превосходящие длительно допустимые для этого элемента значения. При этом температура токоведущих частей может недопустимо повышаться, сами элементы могут деформироваться, а их изоляция ускоренно изнашиваться или даже разрушаться.

В настоящее время в области электроэнергетики также актуальна проблема обновления устаревшего парка электроизмерительного оборудования. В связи с этим государство уделяет большое внимание инвестициям в область электроэнергетики. В 2008 году на развитие электроэнергетики России предполагается направить около 900 миллиардов рублей.

В последнее десятилетие идет активное внедрение цифровых устройств релейной защиты, разработанных отечественными и транснациональными фирмами SIEMENS, ABB, ALSTON. Цифровые устройства релейной защиты имеют системы диагностики и самодиагностики, внутренние регистраторы событий с метками времени 1 мс, аварийные осциллографы, устройства определения места повреждения, надежные средства задания уставок и параметрирования. Цифровые устройства объединяются в вычислительные сети для сбора информации и дистанционного управления.

Основное направление работ в этой отрасли на данный момент - создание новых микропроцессорных защит. С развитием микропроцессорной техники стало возможным создание измерительных комплексов, в основе которых находится микропроцессор или микроконтроллер. Использование таких комплексов позволяет увеличить точность и уменьшить время измерений. Кроме того, подобные комплексы могут вести статистику измерений и выдавать результаты в удобном для пользователя виде. По измеренным значениям можно дать оценку состоянию устройства и предсказать или даже предотвратить аварийную ситуацию.

Особое направление - проектирование устройств адаптивной релейной защиты на базе микропроцессорной техники. Разработаны и начинают внедряться устройства регистрации (широко известные как цифровые регистраторы), на базе которых планируется создание таких защит. Производятся микропроцессорные устройства защиты электроустановок среднего напряжения, испытательные системы. Основными разработчиками-производителями микропроцессорной релейной защиты являются: НПП «Бреслер», ВНИИР, СП «АББ Реле - Чебоксары», НПП «ЭКРА», НТЦ «Механотроника», НПП «Динамика». НПП «Динамика» разрабатывает и производит универсальные испытательные системы релейной защиты.

Очередной продукт, разработанный предприятием, - РЕТОМ-30КА. Это устройство предназначено для крупных промышленных предприятий и тепловых электростанций. Оно применяется для проверки электромагнитных, тепловых и электронных расцепителей автоматических выключателей переменного тока, а также для проверки токовых трансформаторов первичным током.

Принцип его работы такой: сетевое напряжение поступает на регулировочный блок, в котором происходит его регулировка и измерение параметров испытываемого оборудования. Регулируемое напряжение подается на трансформаторные блоки, которые преобразуют его в ток большой величины.

В настоящем дипломном проекте будет рассмотрено измерительное устройство РЕТОМ-30КА и разработан его управляющий модуль.

Разрабатываемый управляющий модуль должен максимально автоматизировать процесс проверки оборудования. Автоматическая подача кратковременных импульсов на силовую схему должна осуществляться за счет управления симмисторным ключом. Необходимо предусмотреть следующие функции: цифровая индикация измеряемых величин, хранение измеренных значений в памяти устройства, защита от перегрузки и перегрева, измерение внешнего напряжения для поиска потерь мощности во внешних цепях, измерение вторичного тока при проверке трансформаторов тока. Требуется обеспечить высокую точность измерения испытательного тока и времени срабатывания (не хуже 5%).

1. Теоретическая часть

1.1 Устройство РЕТОМ-30КА

Измерительное устройство для прогрузки первичным током РЕТОМ-30КА предназначено для проверки электронных расцепителей автоматических выключателей переменного тока, а также для проверки токовых трансформаторов первичным током.

Устройство обеспечивает:

измерение выдаваемого испытательного тока (до 30 кА) и времени срабатывания расцепителей;

измерение выдаваемых и внешних напряжений с помощью встроенного цифрового вольтметра;

измерение вторичного тока и угла сдвига фаз при проверке трансформаторов.

Страницы: 1, 2, 3