POBÓR MOCY MASZYN I URZDZE ODLEWNICZYCH

Transkrypt

1 Eugeniusz ZIÓŁKOWSKI, 1 Roman WRONA 2 Wydział Odlewnictwa AGH 1. Wprowadzenie. Monitorowanie poboru mocy maszyn i urzdze odlewniczych moe w istotny sposób przyczyni si do oceny technicznej i ekonomicznej procesu technologicznego w odlewni. W publikacji [1] przedstawiono wybrane moliwoci zastosowania cigłego pomiaru poboru wszystkich składników mocy w maszynach i urzdzeniach napdzanych silnikami prdu przemiennego. W opracowaniu [3] omówiono podstawowe trójfazowe układy pomiarowe oraz podzespoły, za pomoc, których mona zrealizowa komputerowy system monitoringu poboru mocy. W niniejszym opracowaniu przedstawiono koncepcj funkcjonaln oprogramowania sterujcego komputerowym systemem wykonanym w Katedrze Mechanizacji i Automatyzacji Odlewni na Wydziale Odlewnictwa AGH. 2. Realizacja techniczna systemu pomiarowego. Komputerowy system pomiaru mocy zrealizowano w oparciu o moduł rozwojowy EVAL-ADE7754EB firmy Analog Devices [5]. Na rysunku 1 przedstawiono schemat funkcjonalny tego modułu, natomiast na rysunku 2 pokazano schemat aplikacyjny tego modułu. Rys. 1. Schemat modułu rozwojowego EVAL-ADE7754EB [5]. 1 dr in. 2 prof. dr hab. in 45

2 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze Widok modułu EVAL-ADE7754EB oraz widok przekładników prdowych koreaskiej firmy TAEHWATRANS Co., zastosowanych w wykonanym systemie przedstawiono na rysunkach 3 i 4. Moduł rozwojowy wraz z niezbdnymi elementami przyłczeniowymi, dedykowanymi zarówno do pomiaru mocy w układach jednofazowych i trójfazowych zmontowano we współpracy z pracownikami Katedry Maszyn i Urzdze Odlewniczych. Rys. 2. Schemat aplikacyjny układu pomiaru mocy [5]. 3. Koncepcja oprogramowania systemu. Firma Analog Devices wraz z modułem rozwojowym dostarcza oprogramowanie umoliwiajce wykonanie kalibracji systemu pomiarowego oraz program komputerowy, którym mona przetestowa poprawno funkcjonowania modułu. Oba te programy bazuj na silniku LABVIEW firmy National Instruments. Naley tutaj podkreli, i program testowy nie wywietla na ekranie komputera wartoci zmierzonych składników mocy w odpowiadajcych im jednostkach (kw, kvar, kva), lecz wywietla stan zawartoci wewntrznych rejestrów przechowujcych wyniki pomiarów w postaci 16-bitowych liczb. 46 Nowa Sól r.

3 Rys. 3. Widok modułu rozwojowego EVAL_ADE7754EB firmy Analog [5]. Rys. 4. Widok zmontowanego urzdzenia zawierajcego moduł rozwojowy i niezbdne gniazda przyłczeniowe. Rys. 5. Widok przekładnika prdowego firmy TAEHWATRANS Co., Ltd. [2]. Program komputerowy, który umoliwia pomiar i wywietlanie rzeczywistych wartoci zmierzonej mocy pozornej, biernej lub czynnej musi charakteryzowa si nastpujcymi cechami: - umoliwia pomiar mocy pozornej, biernej lub czynnej dla kadej fazy oddzielnie, - przesyła dwukierunkowo sygnały sterujce i dane w układzie moduł rozwojowy komputer, z wykorzystaniem portu równoległego LPT, - raportowa status układu pomiarowego, 47

4 Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze - gromadzi uzyskane wyniki pomiarów we wskazanym pliku dyskowym, - wywietla w postaci wykresów graficznych na ekranie monitora zmiany poboru poszczególnych składników mocy, - umoliwia realizacj pomiaru poboru energii elektrycznej. Specjalizowany układ scalony ADE7754 posiada wewntrzne rejestry, które słu do sterowania pomiarem oraz odczytywania wyników pomiaru. Szczegółowy opis tych rejestrów mona znale w nocie aplikacyjnej tego układu [5]. Program do obsługi modułu rozwojowego został napisany za pomoc kompilatora DELPHI firmy Inprise (dawniej Borland Int.). Pierwszym zadaniem było stworzenie procedur dwukierunkowej obsługi portu równoległego LPT. W rodowisku Windows mona tutaj zastosowa dołczan dynamicznie bibliotek INPOUT32.DLL, która posiada zaimplementowane uniwersalne procedury INP32() i OUT32(). Po odpowiednim skonfigurowaniu parametrów wywołania tych procedur, moliwa jest transmisja sygnałów z portu LPT komputera do portu równoległego modułu EVAL-ADE7754EB i odwrotnie. Poniewa rejestry wewntrzne układu ADE7754 zawieraj informacje w postaci liczb o rónym rozmiarze bitowym (niektóre liczby s 8-bitowe, 15-bitowe, 24-bitowe), naleało stworzy odpowiednie procedury pozwalajce wysła lub odebra takie liczby poprzez port równoległy. W tabeli 1 przedstawiono nazwy i przeznaczenie wybranych procedur, które umieszczono w programie obsługi systemu monitoringu. Tabela 1. Opis wybranych procedur obsługi systemu. Nazwa procedury Przeznaczenie initiate_ade7754 Inicjalizacja komunikacji komputera z układem scalonym ADE7754 poprzez port równoległy setup_opmode Ustawienie parametrów rejestru OPMODE, odpowiedzialnego midzy innymi za włczanie i wyłczanie filtrów dolnoi górnoprzepustowych we wszystkich kanałach pomiarowych setup_mmode Ustawienie parametrów rejestru MMODE, okrelajcego, w której fazie ma by realizowany pomiar czstotliwoci setup_watmode Ustawienie parametrów rejestru WATMODE okrelajcego midzy innymi posta wzoru do obliczania mocy całkowitej czynnej w układzie trójfazowym setup_vamode Ustawienie parametrów rejestru VAMODE okrelajcego midzy innymi posta wzoru do obliczania mocy całkowitej pozornej w układzie trójfazowym read_period Odczyt wartoci rejestru PERIOD, po przeliczeniu, której uzyskuje si warto czstotliwoci read_raenergy Odczyt rejestru RAENERGY, zawierajcego warto pomiar mocy czynnej. Warto t naley po przeprowadzonej kalibracji odpowiednio przeliczy do jednostek mocy czynnej (W) read_rvaenergy Odczyt rejestru RVAENERGY, zawierajcego warto pomiaru mocy pozornej. Warto t naley po przeprowadzonej kalibracji odpowiednio przeliczy do jednostek mocy pozornej (VA) read_temperature Odczyt wartoci rejestru TEMPERATURE, informujcego o temperaturze struktury układu scalonego Układ scalony ADE7754 umoliwia take pomiar i odczyt wartoci True RMS napi i prdów dla poszczególnych faz, dlatego w programie zaimplementowano take procedury odczytu wartoci tych wielkoci. 48 Nowa Sól r.

5 Napisany w Katedrze Mechanizacji i Automatyzacji program komputerowy sterujcy prac modułu rozwojowego realizuje wszystkie stawiane przed nim zadania zwizane z realizacj pomiarów. Obecnie prace programistyczne koncentruj si na stworzeniu funkcjonalnego interfejsu programu komputerowego. W zasadniczym okienku programu powinny by wywietlane wykresy zmian wartoci poszczególnych składników mocy, wartoci True RMS napi i prdów w poszczególnych fazach oraz warto współczynnika cosφ i ewentualnie tgφ. Tak dua liczba wywietlanych informacji wymaga właciwego rozmieszczenia w oknie programu. 4. Podsumowanie. Wykonany przenony system pomiarowy pozwala na realizacj pomiaru poboru mocy przez maszyny i urzdzenia odlewnicze zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i przemysłowych. Realizacja cigłego pomiaru poboru mocy za pomoc opracowanego programu komputerowego stwarza moliwo precyzyjnej analizy technicznej, technologicznej i ekonomicznej badanego procesu technologicznego w odlewni. Niektóre aspekty ekonomiczne i ekologiczne nieprawidłowej kompensacji poboru mocy przez maszyny lub urzdzenia odlewnicze szerzej omówiono w pracy [4]. Praca naukowa realizowana w ramach umowy z KBN nr Literatura. 1. Wrona R., Ziółkowski E.: Moliwoci zastosowania monitoringu poboru mocy w maszynach odlewniczych. Biuletyn Konferencyjny VI Konferencji Odlewniczej TECHNICAL 2003, Nowa Sól 2003, s Ziółkowski E., Wrona R.: Komputerowy system monitoringu poboru mocy w maszynach i urzdzeniach odlewniczych. Archiwum Odlewnictwa. PAN O/Katowice, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 11, Tom II, s Ziółkowski E.: Zastosowania wybranych układów scalonych w pomiarach poboru mocy maszyn i urzdze odlewniczych. Biuletyn VII Konferencji Odlewniczej TECHNICAL 2004 n.t. Odlewnictwo XXI wieku technologie, maszyny i urzdzenia odlewnicze. Nowa Sól, 2004, s Ziółkowski E., Wrona R., Smyksy K.: Ekonomiczne i ekologiczne skutki nieprawidłowej kompensacji poboru mocy w maszynach i urzdzeniach odlewniczych. Archiwum Odlewnictwa, PAN O/Katowice, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 13, s strona WWW firmy Analog Devices strona WWW firmy National Instruments. 49