Титульный лист

 

Содержание 

Введение 3

Обзор готовых решений 5

Счетчики электроэнергии 5

Датчики тока 7

Системы контроля освещения производства 8

Системы контроля температуры и влажности 10

Выбор и обоснование структурной схемы 13

Интерфейс подключения модулей сбора информации 13

Модуль сбора данных 19

Контроллер сети 21

Методика  расчета мощности 22

Выбор элементной базы 25

Выбор микроконтроллера 25

Выбор аналогово-цифрового преобразователя 29

Описание используемых микросхем 30

Описание работы системы 35

Заключение 36

Список использованной литературы 37

 

Введение

     В последнее время активно развивается  ниша автоматизированных компьютерных систем контроля различных параметров внутри помещений, таких как температура, влажность, освещенность и др. Подобные системы обобщенно называют «умный дом», однако их в основно используют именно в жилых домах или квартирах  для повышения качества жизни.  С другой стороны подобные системы контроля можно эффективно применять и на производстве, например для экономии, как электроэнергии в общем виде, так и мощностей отопительных систем.

     Вопросы экономного потребления электроэнергии актуальны сегодня как никогда. С ростом экономики в крупных  городах все чаще ощущается нехватка энергии в периоды пикового потребления. Эта проблема наиболее актуальна  именно сейчас, так как цены на энергоносители неуклонно растут.

     Один  из путей снижения расходов - это  внедрение автоматизированных систем учета электроэнергии. Установка  АСКУЭ позволяет решить следующие  задачи: оперативный контроль  потребления  электроэнергии; снижение технических  потерь электроэнергии; автоматизация  составления балансов электроэнергии и мощности; защита данных от несанкционированного доступа и т. д. Внедрение системы  позволяет также оптимально использовать основное оборудование, сделает возможными анализ и планирование производства и потребления электроэнергии. Потери снижаются благодаря повышению  точности и достоверности учета  электроэнергии, сокращению времени  сбора и обработки данных.

     При эксплуатации технической системы  АСКУЭ экономический эффект достигается  за счет жесткого контроля за потреблением цехов, ограничения потребления  активной мощности в часы максимума  энергосистемы, а часто и просто воровства электроэнергии в сетях.

     Добавление  в систему учета электроэнергии функций контроля и управления освещением и климатом в помещении (температура  и влажность) позволит создать комплексную  систему учета затрат электроэнергии.

     В данном курсовом проекте стоит задача разработать подобную систему комплексного контроля, которая будет как отслеживать  потребление электроэнергии, так  и поддерживать оптимальный уровень  температуры влажности и освещенности в пределах рабочего места оператора.

 

Обзор готовых  решений

Счетчики  электроэнергии

     Специализированные  интегральные микросхемы измерения  мощности очень широко распространены на рынке и применяются во многих счетчиках мощности[15,12,10]. Выходная информация представлена в виде последовательности импульсов со средней частотой, пропорциональной произведению входных аналоговых напряжений. Рассмотрим более подробно работу таких счетчиков на примере ИС ADE7755, одной из наиболее популярных микросхем-счетчиков, предназначенной для работы в однофазной сети и имеющую импульсный выход для подключения электромеханического счетного устройства.

     Два имеющихся в ИС АЦП преобразуют  сигналы напряжения, поступающие  от преобразователей в цифровой код. Эти АЦП представляют собой 16-разрядные  дельта-сигма АЦП второго порядка  с частотой дискретизации 900 кГц. Такая  структура аналоговых входов обеспечивает высокую точность, линейность и динамический диапазон, а также упрощает устройство фильтра. Фильтр высокой частоты  в токовом канале устраняет составляющую постоянного тока из токового сигнала. Этим исключается погрешность при  подсчете активной мощности, связанная  с наличием постоянного смещения в сигналах напряжения или тока.

     Активная  мощность вычисляется из сигнала  мгновенной мощности. Сигнал мгновенной мощности вычисляется прямым перемножением  сигналов тока и напряжения. Для  того чтобы получить сигнал активной мощности (т.е. постоянную составляющую сигнала мгновенной мощности), сигнал мгновенной мощности пропускается через  низкочастотный фильтр . Эта схема позволяет корректно вычислять активную мощность при токе и напряжении несинусоидальной формы и при любом сдвиге фаз между ними (при любых коэффициентах мощности). Вся обработка сигналов осуществляется в цифровом виде, что обусловливает максимальную температурную и временную стабильность[17]. Функциональная схема счетчика представлена на рисунке 1.1.

     

       
 

     На  выходе ИС генерирует низкочастотные импульсы. Каждый импульс соответствует  некоторому накопленному количеству электроэнергии. Таким образом, выходная частота  пропорциональна средней активной мощности.

     Использование ИС  ADE7755, а также других подобных микросхем- счетчиков весьма эффективно, однако ограничивает возможности расширения и не позволяет связать несколько счетчиков в единую измерительную сеть.  Решить эту проблему можно, если использовать вместо специализированной микросхемы счетчика отдельный микроконтроллер, который будет выполнять все функции счетчика, а также даст возможность организовать передачу данных между датчиком мощности и контроллером сети для центролизированного учета потребляемой энергии.

     Если  в качестве датчиков напряжения на входе счетчика обычно используются простые резистивные делители, то с датчиками тока дело обстоит  сложнее, поэтому рассмотрим их отдельно.

Датчики тока

    Существует  несколько методов измерения тока, наиболее часто используемые в промышленности:

    Шунты;

    Датчики на основе эффекта Холла;

    Трансформаторы тока;

    Катушки Роговского;

    Магниторезистивные  датчики тока.

    Датчики тока, реализованные на базе указанных методов, имеют свои достоинства и недостатки, определяющие области их применения. В таблице 1.1 представлены основные характеристики перечисленных методов измерения. 

Таблица 1.1 –  Сравнение характеристик датчиков тока

    Анализ  особенностей датчиков различных типов  позволяет выделить датчики на основе эффекта Холла как оптимальные  для решения поставленной задачи. Все остальные датчики имеют  различные недостатки, делающие невозможным  их применение в данном проекте. Резистивные  датчики не обеспечивают гальваническую развязку измерительной цепи, а главное  не позволяют измерять большие токи (более 50 А) с необходимой точностью. Трансформаторы тока и катушки Роговского не имеют возможности измерять постоянный ток. Магниторезистивные датчики тока лишены описанных недостатков, однако их рыночная  стоимость достаточно высока. Датчики тока на основе эффекта Холла наиболее универсальны, поэтому рассмотрим их более детально.

Системы контроля освещения  производства

 

     Рассмотрим  в качестве примера готовую систему  для управления освещением на предприятии, производства «Связь инжиниринг М».

     Назначение  системы и её экономическая  эффективность.

     Система контроля освещения производства предназначена  для дистанционного контроля и управления освещением на удалённых или ответственных  объектах. С помощью данной Системы  можно:

     - удалённо включать/выключать освещение  автоматически или по команде  диспетчера,

     - использовать Систему как дублирующую  для систем включения/выключения  освещения по реле времени  или по фотоэлементам,

     - удалённо контролировать количество  вышедших из строя ламп (любых  однотипных) на каждой фазе подключения  для их оперативной замены;

     - отслеживать несанкционированное  подключение к системе электропитания  ламп;

 
- удалённо контролировать энергопотребление ламп освещения;

     - передавать данные об энергопотреблении  в энергоснабжающую организацию (по желанию Заказчика);

     - строить собственную систему  технического учёта потребления  электроэнергии (АСТУЭ) и/или систему  коммерческого учёта с сертификацией  (АИИС КУЭ).

     Экономическая эффективность системы определяется следующими факторами: 
- главное - позволяет обеспечивать постоянный контроль состояния освещения на ответственных объектах (мосты, населённые пункты, виадуки, режимные объекты) и тем самым помогает обеспечивать 100% выполнение задачи освещения регламентируемых законодательством объектов;