Статьи / Пример разработки проекта в среде EAT-Eclipse для PC-контроллера

  Программно-аппаратные средства промышленной автоматизации предприятия "МИКОНТ" позволяют реализовать решения для различных задач управления и мониторинга производственных процессов. Основу аппаратной части составляют промышленные PC-контроллеры и контроллеры на базе процессоров Atmel AVR. Программная поддержка осуществляется при помощи среды разработки встраиваемых приложений EAT-Eclipse.

    В данной статье описывается процесс создания реального проекта для анализатора качества электроснабжения, необходимого для обследования электросети с целью оптимального выбора устройств компенсации реактивной мощности и фильтрации токов высших гармоник, а также определения точек их размещения в системе электроснабжения предприятия.

 

    Анализатор электросети должен выполнять следующие функции:

• Измерение напряжения и тока для двух фаз сети.
• Вычисление активной и полной мощностей.
• Вычисление гармонического состава напряжения для двух фаз сети.
• Накопление и сохранение истории измеряемых и вычисляемых величин параметров электросети для заданного периода времени.

    Итак, для создания анализатора электросети нам понадобится:

• Промышленный PC-контроллер MIK-08 - процессорный модуль C1101.
• Модули датчика тока/напряжения S0501.
• Шунты.
• Источник питания для контроллера и модулей датчика с выходным напряжением 24 В.
• Автоматические выключатели и клемники.

    Для настройки анализатора  понадобиться пультовый терминал T0601. Программное обеспечение для контроллера создадим с помощью среды разработки встраиваемых приложений EAT-Eclipse.

 

 

    Процесс создания программного проекта анализатора в среде разработки EAT-Eclipse состоит из формирования схемы взаимосвязанных функциональных блоков в графическом редакторе, реализующей логику работы контроллера, описание привязок элементов схемы блоков к аппаратным средствам контроллера и к коммуникационному протоколу связи и выполнить настройку системы мониторинга. Система мониторинга будет выполнять функции накопления и сохранения данных анализатора для дальнейшего анализа качества электроснабжения.

 

 

    Из библиотеки функциональных блоков выбираются необходимые элементы, переносятся на диаграмму и соединяются между собой. На иллюстрации показаны схемы нормализации входных сигналов датчиков напряжений и токов (блоки Ain3, Ain1_2), где вводятся смещение и масштабирующий коэффициент (блоки Ain3_shift, Ain3_koef). В точках U_1 и I_1 будут формироваться соответственно мгновенные значения напряжения и тока для первой фазы.

 

 

    Здесь показана схема вычисления активной мощности по мгновенным значениям напряжений и токов двух фаз, и добавлен масштабирующий коэффициент на выходе.

 

 

    На данной иллюстрации показан фрагмент схемы вычисления полной мощности, на основании промежуточных результатов, полученных в других участках диаграммы. Также изображены блоки дискретного преобразования Фурье - DTF, взятые из библиотеки блоков обработки сигналов (Signal Processing / Discrete Fourier Transforms F4). Эти блоки используются для вычисления гармонического состава входного сигнала и выдают значения для нечетных гармоник от третьей до двадцать первой в долях первой гармоники.

 

    После прорисовки диаграммы блоков необходимо указать в проекте связь созданной схемы с аппаратными средствами контроллера.

 

 

    На этом рисунке показан процесс создание связи элемента схемы – блока переменной типа float (F4) с именем Ain3 к каналу номер 3 аналого-цифрового преобразователя (АЦП/ADC) платы сопряжения контроллера ПСК3 (плата ПСК3 входит в состав модуля контроллера C1101). Этот канал АЦП выделен для измерения напряжения первой фазы. Создание этой привязки приведет к тому, что данные АЦП будут поступать в схему блоков через указанный элемент - Ain3. Аналогичным образом создаются привязки для остальных задействованных каналов АЦП к соответствующим элементам схемы анализатора.

 

 

     Далее выполняется настройка системы мониторинга След (Trace), которая будет использоваться для накопления данных анализатора. Указываем место хранения файлов данных (Path – диск С), начальный момент фиксации данных мониторинга (Snapshot Begin – 1 минута), период выполнения фиксации данных (Snapshot Period – 1 минута), количество фиксаций (Snapshot Count - 5)  и, собственно, разрешение работы системы мониторинга в режиме периодической фиксации данных (Snapshot Enable - true). Этот режим используется для непрерывного и безусловного мониторинга данных контроллера, что и требуется для анализатора сети или подобных систем регистраторов сигналов. В другом случае схема функциональных блоков контроллера может формировать логические сигналы для системы мониторинга как условие для выполнения фиксации данных, и такой режим обычно используется для сохранения данных по состоянию системы при аварийных ситуациях.

 

   Создадим три группы для данных различного характера:

• Группа Raw для сохранения мгновенных значений токов и напряжений для двух фаз.
• Группа Power для сохранения значений активной и полной мощностей.
• Группа Spectr для сохранения данных по гармоническому составу напряжений двух фаз.

    Различные группы создаются не только для структурированности проекта, но и для того чтобы иметь возможность задать различные параметры мониторинга (объем и частота выборок) для каждой группы в зависимости от характера данных. В созданные группы добавляем привязки к соответствующим выходам функциональных блоков – например выход блока A036 (напряжение первой фазы) добавляем в группу Raw, и т.д.

 

 

    Последний этап в создании проекта – описание коммуникационной части функционирования контроллера. Здесь необходимо указать к каким элементам схемы будет доступ по протоколу Modbus в режиме подчиненного устройства (контроллер выступает как Modus-slave устройство) для взаимодействия с контроллером с помощью устройств ввода-вывода, например, пультовый терминал T0601. В нашем проекте надо обеспечить доступ к блокам величины смещения и масштабирования напряжения и токов, а также для вывода значений тока и напряжения электросети по двум фазам. Используя пультовый терминал мы сможем выполнить настройку работы схемы нормализации сигналов напряжения и тока.

    Проект завершен. Осталось выполнить автоматическую генерацию исходных файлов на языке C и их компиляцию. Полученный в итоге исполняемый файл копируется в контроллер.

После монтажа и включения испытательного стенда для анализатора были получены файлы данных системы мониторинга. Для визуализации информации анализатора электросети используется программа TraceViewer.

 

 

    На иллюстрации графики напряжения и тока первой фазы (U1, I1). Видны искажения по току (зеленый график), и очень незначительное присутствие искажений по напряжению (красный график). Интересно, какой уровень гармоник покажет блок преобразования Фурье.

 

 

    Здесь мы видим графики активной (красный) и полной (зеленый) мощности. На стенде мы использовали активную нагрузку, поэтому активная мощность практически полностью определяет полную мощность, реактивная мощность очень незначительна.

 

 

    И, наконец, гармонический состав напряжения сети. Как видим наибольшее значение имеет пятая гармоника (зеленый) – около 0,8 % от основной гармоники, далее по величине третья гармоника (красный) – около 0,4 %, седьмая (синий) и девятая (голубой) гармоники на уровне приблизительно 0,3 ÷ 0,2 %.

 

    Подобно изложенному примеру возможна реализация проектов широкого спектра задач промышленной автоматизации: системы автоматики, системы управления технологическими процессами, регистраторы сигналов и событий. Кроме того, средой разработки предоставляются решения для управления преобразовательными устройствами различных областей применения. При этом инструментальные средства ориентированы на специалистов предметной области – инженеров АСУТП, специалистов в области преобразовательной техники и пр., не имеющих навыков в программировании.