Лабораторный практикум к лабораторным работам по курсу «Автоматизация электрических сетей», страница 15

Контрольные вопросы

1.  Что такое микропроцессор?

2.  Что такое микропроцессорная система?

3.  Для чего нужна память в микропроцессорных системах?

4.  Что такое регистры микропроцессора?

5.  Что такое Ассемблер?

Литература[3], [4], [5]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Микропроцессорные реле

Цель работы: ознакомиться с основными принципами работы микропроцессорных реле.

Краткие теоретические сведения

Микропроцессорное реле – это функциональный элемент микропроцессорной техники, способный выполнять функции классических реле: измерение требуемой физической величины, сравнение её значения с уставкой и выдача управляющего воздействия.

Микропроцессорное реле сочетает в себе элементы аппаратной и программной части микропроцессорной системы. Функции измерения и выдачи управляющего воздействия реализует аппаратная часть, а функцию сравнения с уставкой – программная часть. Значение уставки задаётся пользователем с внешней клавиатуры, либо дистанционно через интерфейс связи.

 Микропроцессорное реле, в отличие от классических (электромеханических и микроэлектронных) реле, является многофункциональным. Так, например, оно способно одновременно выполнять функции реле тока, реле направления мощности, реле частоты,  реле времени и т.д. Кроме того микропроцессорное реле может осуществлять фукции устройств противоаварийной автоматики: АПВ, АВР и АЧР.

Структурная схема микропроцессорного реле приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1

Измеряемый параметр электрической сети (напряжение, ток или частота), через соответствующий измерительный трансформатор ИТ подаётся на вход вторичного измерительного преобразователя ИП, который формирует сигнал требуемого уровня. Этот сигнал поступает на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя АЦП, где преобразуется в двоичный код. Полученный двоичный код передаётся в микропроцессорную систему МПС, в памяти которой имеется требуемое программное обеспечение. Цифровой выход МПС воздействует на вход релейного органа РО, имеющего на выходе электромеханический или электронный ключ, соединяемый с цепями оперативного тока устройства  РЗА.

В качестве АЦП, как правило, используют АЦП последовательных приближений, выполненный на основе ЦАП. Его структурная схема приведена на рис. 6.2.

Рис. 6.2

Преобразование мгновенного значения входного аналогового напряжения  в пропорциональный двоичный код  осуществляется за  тактов, где  - разрядность АЦП.

Вначале микропроцессорная система МПС выдаёт логическую единицу в старший разряд цифро-аналогового преобразователя ЦАП, а в остальные разряды – логические нули. На выходе ЦАП формируется аналоговое напряжение , которое сравнивается с входным напряжением с помощью компаратора К.

Если , то на выходе компаратора появляется логический ноль, который передаётся и в МПС, где анализируется. В результате МПС оставляет в старшем разряде единицу и выдаёт логическую единицу в следующий разряд.

Если , то на выходе компаратора появляется логическая единица. В этом случае МПС меняет в старшем разряде единицу на логический ноль и выдаёт логическую единицу в следующий разряд.

Далее процесс повторяется ещё  раз. В результате на выходе ЦАП формируется напряжение , а полученный на цифровых входах ЦАП двоичный код  записывается в память МПС. Этот код в десятичной системе счисления связан с входным напряжением соотношением:

,                                                                (6.1)

где: int – операция извлечения целой части без округления;  - опорное напряжение для ЦАП.

Описание лабораторной установки

Рис. 6.3

Лабораторная установка состоит из учебного микропроцессорного комплекта (УМК) и дополнительной внешней платы, на которой размещены элементы исследуемого микропроцессорного реле.

Принципиальная схема исследуемого микропроцессорного реле построена на основе АЦП последовательных приближений и приведена на рис. 6.3.

Входное напряжение  формируется с помощью резистивного делителя ,  и через повторитель напряжения, собранный на операционном усилителе , подаётся на инвертирующий вход триггера Шмитта. Регулятор переменного резистора  выведен наружу в верхней части стенда.