6.2. Алгоритм роботи мікроконтролера для управління n кмеу

Розглянемо алгоритм роботи мікроконтролера по управлінню n комплектів малопотужних енергетичних установок (рис.7.2.1). Блок-схема алгоритма складається із 22 основних блоків. Спочатку в блоці 1 заповнюється лічильник на n циклів , при чому кожний цикл забезпечує управління одним КМЕУ , а усього їх n , і усі вони розташовані на даху однієї або декількох високих будівель.

В блоці 2 забезпечується введення початкових даних:

1. Стан пожежно-охоронної сигналізації;

2. Технічний стан обладнання;

3. Швидкість вітру;

4. Швидкість обертання вітротурбіни ;

5. Яскравість сонячного випромінювання;

6. Нахил сонячних панелей та значення температури їх нагрівання;

7. Стан акумуляторної батареї.

Блок 3 забезпечує підключення програми пожежно-охоронної сигналізації. В блоках 4 та 5 контролюється наявність сигналів про пожежу або охорону і видача цих сигналів на ЦПУ, якщо вони з’явились.

Рис. 6.2.1 Блок-схема алгоритма управління n КМЕУ.

В блоках 6, 7 та 8 здійснюється програма дистанційної технічної діагностики обладнання,контроль конкретних пристроїв та видача визначених сигналів на ЦПУ , якщо вони з’явились.

В блоках 9, 10, 11 та 12 здійснюється контроль швидкості вітру та підключення споживача і акумуляторних батарей до ВУ в залежності від інтенсивності вітру.

В блоках 13,14,15,16 та 17 здійснюється контроль і установка оптимального нахилу сонячних батарей , контроль інтенсивності сонячного випромінювання та підключення споживача і акумуляторних батарей до сонячних панелей в залежності від інтенсивності сонячного випромінювання.

В блоках 18, 19 і 20 виконується контроль ступенів заряженності акумуляторних батарей та підключення споживача до акумуляторних батарей або до центральної енергосистеми в залежності від стану акумуляторів.

В блоках 21, 22 контролюється лічильник числа циклів роботи всієї програми, оскільки в кожному циклі програми виконується контроль і управління тільки одним із n КМЕУ. Якщо усі n КМЕУ перевірені і працюють, то в лічильнику числа циклів буде записаний 0, і в нього потрібно заново ввести число n і повторити процес контролю та управління усіма n КМЕУ в режимі реального часу з необхідним темпом контролю та управління.

6.3. Алгоритм дистанційної технічної діагностики

Як було показано вище, контроль швидкості вітрових потоків в комбінованих конфузорних трубопроводах здійснюється за допомогою принципа Піто або трубки Прандля [5]. Ця швидкість повітряного потоку порівнюється зі швидкістю обертання лопастів вітродвигуна, яку неважко визначити за допомогою імпульсного потоку створюємого за допомогою пари світлодіод-фотодіод, які розташовані по обидва боки відносно обертаючого вітроколеса. Такий контроль легко здійснити за допомогою мікроконтролера. Якщо співвідношення між швидкістю вітру та швидкістю обертання вітроколеса не відповідає установленому значенню, то видається сигнал на ЦПУ про те, що в системі вітродвигуна мають місце механічні неполадки.

Більша частина апаратури КМЕУ являє електричну апаратуру, і це означає, що більшість неполадків буде мати електричний характер. Можна вважати, що більша частина електричних схем КМЕУ має ряд характерних вузлів, контроль електричних параметрів в яких дасть змогу швидко і ефективно локалізувати неполадки.

Розглянемо функціональну схему (рис. 6.3.1) [10] вузла A, як одного із багаточисленних вузлів складної електричної схеми. До вузла A підключені 2 опори, один із них Z_i являється реальним (якій існує в даній схемі), другий невеликий опір R_oi являється активним еталонним, спеціально підключеним послідовно до опору Z_i.

Рис. 6.3.1 Функціональна схема контролю електричних

параметрів у вузлі .

Із вказаних двох опорів Z_i та R_oi, розташованих в одному із m вузлів складної електричної або електронної апаратури можна зняти три напруги U_1i, U_2i та U_3i. Якщо напруги мають змінний характер, то їх необхідно знімати через випрямлячі B₁, B₂ та B₃. Виходи вказаних випрямлячів через мультиплексор МХ послідовно у вигляді аналогових значень подаються на аналого-цифровий перетворювач (АЦП), з цифрового виходу якого дані через порт P₁ подаються на мікропроцесор МК. Послідовність подачи цих трьох напруг U_1i, U_2i та U_3i забезпечується послідовним переключенням каналів мультиплексора MX за допомогою управляючого трьохрозрядного цифрового кода, якій подається із мікроконтролера через порт P₂.

Оскільки таких характерних вузлів типу А в складній електричній системі буде декілька, то можна організовувати послідовне введення з кожного і-го вузла по 3 напруги U_1i, U_2i та U_3i через розширену систему мультиплексорів MX.

Рис.7.3.2 Векторна діаграма напруг U_1i, U_2i та U_3i

в контролюючому вузлі A.

Якщо напруги U_1i, U_2i, U_3i являються напругами змінного струму, то можна побудувати векторну діаграму, як це показано на рис. 6.3.2. Напруга U_2аi на векторній діаграмі рис. 6.3.2 являє собою активну складову від напруги U_2i і виражається за формулою:

U_2ai = U_2i · cos φ (6.3.1)

На рис. 6.3.2 можна визначити 2 прямокутних трикутника: один із них має гіпотенузу U_1i та два катети h і U_3i + U_2а; другий прямокутний трикутник має гіпотенузу U_2i та два катети U_2аi та h. Якщо поставити задачу визначити квадрат катета h² за допомогою теореми Піфагора із двох вказаних прямокутних трикутників, то неважко отримати рівняння:

U_1i² – (U_2ai + U_3i)² = U_2i² – U_2ai² (6.3.2)

Після нескладних перетворень із рівняння (6.3.2) можна отримати залежності:

U_1i² – 2U_2ai · U_3i – U_3i² = U_2i² (6.3.2а)

2U_3i · U_2ai = U_1i² – U_2i² – U_3i² (6.3.2b)

Оскільки U_3i = I_zi · R₀ (де I_zi – струм який проходить через опір Z_i ), а U_2ai = U_2i·cos φ, то можна формулу (6.3.2b) записати в наступному вигляді:

2R₀ · I_zi · U_2i · cos φ = U_1i ² – U_2i ² – U_3i² (6.3.2c)

Відомо, що активна потужність P_i в узлі А може бути визначена залежністю:

P = I_zi · U_2i · cos φ (6.3.2d)

На основі виразів (6.3.2с) та (6.3.2d) можна записати:

(6.3.3)

Таким чином, активна потужність P_i , яка виділяється на опорі Z_i вузла A, може бути визначена відповідно до формули (6.3.3).

Якщо в мікроконтролер МК ввести реальні виміряні значення напруг U_1i, U_2i, U_3i та відповідно до формули (6.3.3) підрахувати активну потужність P_i , то це буде означати ,що за допомогою мікроконтролера МК виміряна активна потужність P_i , яка виділяється на опорі Z_i у вузлі А складної електричної системи.

Якщо опір Z_i є вхідний опір системи навантаження споживача, то можна вважати, що визначена за формулою (6.3.3) активна потужність Р_i є потужність електроенергії, яку добуває КМЕУ та віддає споживачу.

Якщо для вимірювання поточного часу до мікроконтролера підключити таймер (рис. 6.3.1), із якого в мікроконтролер вводяться імпульси з періодом 1хв., то використовуючи формулу (6.3.3) можна отримати кількість електроенергії Ex_i, яка виробляється за допомогою КМЕУ і споживається користувачем за 1хв.

(6.3.4)

Енергію E_t ,отриману споживачем на протязі m годин (за добу, за місяць і т.п.)неважко підрахувати в мікроконтролері відповідно до формули :

(6.3.5)

Таким чином, за допомогою мікроконтролера на основі запропонованого алгоритму можна сконструювати простий і ефективний лічильник електроенергії, дані з якого можна передавати на відстань за допомогою лінії радіозв’язку . Більше того, враховуючи вартість електроенергії за 1кВт∙год можна отримувати і передавати дані відносно отриманого прибутку за вироблену електроенергію за допомогою даного конкретного КМЕУ.

Але вернімось до алгоритму технічної дистанційної діагностики. Крім визначення виміряної активної потужності Р відповідно до формули (6.3.3) мікроконтролер може легко визначити , тобто виміряти усі інші електричні показники на опорі Z_i відповідно наступних виразів:

1. Струм I_zi , який протікає через опір Z_i

_(6.3.6)

2) Значення опору Z_i відповідно до формули:

_(6.3.7)

3) Значення повної потужності S_і, яка має місце на опору Z_і

_(6.3.8)

4) Коефіцієнт потужності cosφ відповідно до формули:

_(6.3.9)

5) Активну складову R_zі повного опору Z_і

_(6.3.10)

6) Значення sin(φ_і) можна визначити відповідно до формули:

_(6.3.11)

7) Реактивну складову Х_і повного опору Z_і:

(6.3.12)

Якщо послідовно з відомим опором R_oi підключити невелику індуктивність L, яка в процесі роботи повинна бути закорочена за допомогою ключа К, то для визначення характеру ланцюга (індуктивний чи ємкісний характер має опір Z_і) необхідно підключити вказану індуктивність L і при цьому визначити заново опір Х_і за допомогою вище приведеної формули. Якщо реактивний опір Х_і збільшиться при підключенні додаткової індуктивності L, то це буде означати що опір Х_і має індуктивний характер. Якщо ж опір Х_і зменшується при підключенні індуктивності L, то це означає, що опір Х_і має ємнісний характер.

Після цього можна визначити індуктивність L_і або ємність С_і, які містить реактивна складова Х_і, відповідно до формул:

(6.3.13)

де f_i – частота змінного струму, який протікає через опір Z_і. До речі частота f_i може бути підрахована в МК відповідно до параметрів електрогенератора. Обчисленні в мікро контролері МК вище приведені електричні параметри для вузла А на опорі Z_і можна вважати реальними виміряними параметрами для вузла А, оскільки вони обчислені на основі виміряних даних відповідно до трьох напруг U_1i, U_2i, U_3i.

Вказані реальні електричні параметри у вузлі А, тобто: U_2і, I_zі, R_zі, C_і, L_і в мікроконтролері МК порівнюється з допустимими реальними їх значеннями U_2дi, I_zдi, R_2дi, C_дi або L_дi з врахуванням можливих режимів роботи контролюємої електричної системи.

При цьому перевіряються умови:

(6.3.14)

Якщо рівності (6.3.14) виконуються в допустимих межах з врахуванням похибок вимірювань, то це буде означати, що контролюєма електрична система відносно вузла А справна. Якщо ж всі або даже не всі рівняння (6.3.13) не виконуються, то таким чином локалізується несправність в даному конкретному вузлі А контролюємої електричної системи.

Аналогічним способом в мікроконтролері перевіряються електричні параметри в інших основних вузлах контролюємої системи. Дані відносно таких перевірок можуть бути передані на відстань по радіолінії зв’язку.

Крім того, мікроконтролер затний скласти діагностичну матрицю (рис. 6.3.3) в строчках якої указується відхилення кожного і-го виміряного параметра від його допустимого значення, а в колонках помічаються можливі пошкодження Н_і в пристрої в залежності від даних відхилень . Таким способом заповнюється матриця діагностування і відповідно до мажоритарного принципу більшості відхилень в j-й колонці матриці визначається можлива несправність, а результати видаються на індикацію головного пульта управління.

Пошкодження Відхилення	H1	H2	…..	Hm
	x			x
		x		x
…..	…..	…..	…..	…..
	x			x

Рис. 6.3.3 Матриця діагностики пошкоджень в складному

електричному пристрої

Крім того, мікроконтролер може додатково вимірювати та контролювати швидкість V_i зміни відхилень обчислених електричних параметрів від їх допустимих значень у відповідності до режиму роботи . Якщо така швидкість стабільно збільшується, то за допомогою діагностичної матриці (рис.6.3.3) можна прогнозувати можливі очікувані пошкодження контролюємого пристрою. Запропонований спосіб діагностики складних систем може бути здійсненим на великих відстанях від контролюємого об’єкту.

Так можна реалізувати систему дистанційної технічної діагностики за допомогою мікроконтролера.