KONCEPCJA SYSTEMU OCENY PRACY URZĄDZEŃ ODLEWNICZYCH W CZASIE RZECZYWISTYM

Podobne dokumenty
Eugeniusz ZIÓŁKOWSKI 1 Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków

ANALIZA WYBRANYCH SYSTEMÓW CIĄGŁEGO POMIARU POBORU MOCY W URZĄDZENIACH ODLEWNICZYCH

MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA MONITORINGU POBORU MOCY W MASZYNACH ODLEWNICZYCH Z NAPĘDEM ELEKTRYCZNYM E. ZIÓŁKOWSKI 1 R. WRONA 2

CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH SYSTEMÓW POMIARU PARAMETRÓW SIECI ELEKTRYCZNYCH W ASPEKCIE OCENY ENERGOCHŁONNOŚCI MASZYN I URZĄDZEŃ ODLEWNICZYCH

REJESTRACJA WARTOŚCI CHWILOWYCH NAPIĘĆ I PRĄDÓW W UKŁADACH ZASILANIA WYBRANYCH MIESZAREK ODLEWNICZYCH

ZASTOSOWANIA WYBRANYCH UKŁADÓW SCALONYCH W POMIARACH POBORU MOCY MASZYN I URZĄDZEŃ ODLEWNICZYCH

CHARAKTERYSTYKA STEROWANIA GRUPOWEGO W ZASILANIU ELEKTRYCZNYCH PIECÓW OPOROWYCH

EMDX 3 system nadzoru

Wyjścia analogowe w sterownikach, regulatorach

E-TRONIX Sterownik Uniwersalny SU 1.2

Zastosowanie procesorów AVR firmy ATMEL w cyfrowych pomiarach częstotliwości

CHARAKTERYSTYKA I ZASTOSOWANIA ALGORYTMÓW OPTYMALIZACJI ROZMYTEJ. E. ZIÓŁKOWSKI 1 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, Kraków

X-Meter. EnergyTeam PRZYKŁADOWE SCHEMATY SYSTEMU X-METER. 1 punkt pomiarowy. System nr 1. 2 punkty pomiarowe. System nr 2

POBÓR MOCY MASZYN I URZDZE ODLEWNICZYCH

PRZETWORNIKI POMIAROWE

ZL28ARM. Zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów AT91SAM7XC

Wykład 2. Przegląd mikrokontrolerów 8-bit: -AVR -PIC

Wejścia logiczne w regulatorach, sterownikach przemysłowych

Panelowe przyrządy cyfrowe. Ogólne cechy techniczne

Systemy wbudowane. Paweł Pełczyński

Sterownik PLC ELP11R32-BASIC Dokumentacja techniczna (ver. 1.0)

Wejścia analogowe w sterownikach, regulatorach, układach automatyki

Wizualizacja stanu czujników robota mobilnego. Sprawozdanie z wykonania projektu.

LABORATORYJNY FALOWNIK NAPIĘCIA

Sterownik PLC ELP10T32-VH Dokumentacja techniczna

WPROWADZENIE Mikrosterownik mikrokontrolery

LABORATORIUM - ELEKTRONIKA Układy mikroprocesorowe cz.2

MCAR Robot mobilny z procesorem AVR Atmega32

Generator przebiegów pomiarowych Ex-GPP2

Sterownik PLC ELP11R32-MOD Dokumentacja techniczna (ver. 1.1)

trójfazowy licznik energii dla wszystkich wielkości elektrycznych

BEZPRZEWODOWE PRZESYŁANIE DANYCH W SYSTEMACH MONITOROWANIA I DIAGNOSTYKI NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH

trójfazowy licznik energii dla wszystkich wielkości elektrycznych

STM32Butterfly2. Zestaw uruchomieniowy dla mikrokontrolerów STM32F107

Szczegółowy opis techniczny przedmiotu zamówienia

trójfazowy licznik energii dla wszystkich wielkości elektrycznych

POMIARY PARAMETRÓW SIECI ENERGETYCZNYCH

oznaczenie sprawy: CRZP/231/009/D/17, ZP/66/WETI/17 Załącznik nr 6 I-III do SIWZ Szczegółowy opis przedmiotu zamówienia dla części I-III

X-METER. Kontrola i monitoring energii. OPIS POŁĄCZEŃ ETHERNET Rs485 Wyjścia cyfrowe Ethernet M6 M5 M4 POŁĄCZENIA WEJŚĆ / WYJŚĆ SZEREGOWYCH

DZT Licznik energii elektrycznej Sieć trójfazowa 4-przewodowa Połączenie bezpośrednie 100A Wyjście impulsowe oraz RS485/Modbus.

nd20ct - MiERNik PaRaMETRÓW SiEci PRzykłady zastosowania sm61 RS-485 Internet RS

DZT WEJŚCIE Napięcie znamionowe: (U n

Wykład 4. Przegląd mikrokontrolerów 16-bit: - PIC24 - dspic - MSP430

T 1000 PLUS Tester zabezpieczeń obwodów wtórnych

Programowanie Układów Logicznych kod kursu: ETD6203. Szczegóły realizacji projektu indywidualnego W dr inż.

Opracował: Jan Front

System czasu rzeczywistego

Kontrola i monitoring energii. Wielofunkcyjne urządzenie pomiarowe

M-1TI. PRECYZYJNY PRZETWORNIK RTD, TC, R, U NA SYGNAŁ ANALOGOWY 4-20mA Z SEPARACJĄ GALWANICZNĄ. 2

Biomonitoring system kontroli jakości wody

Sprawdzian test egzaminacyjny 2 GRUPA I

trójfazowy licznik energii dla wszystkich wielkości elektrycznych

PRODUKTY FIRMY ELECTREX HARDWARE I SOFTWARE SĄ PRZEZNACZONE

WZORCOWANIE URZĄDZEŃ DO SPRAWDZANIA LICZNIKÓW ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

Kod produktu: MP01105T

mgr inż. Wojciech Wójcicki Lumel-Śląsk Sp. z o.o. Analizatory parametrów sieci 3-fazowej Inwestycja dla oszczędności

Mikroprocesory i Mikrosterowniki

Laboratorium Komputerowe Systemy Pomiarowe

APARATURA DO BADAŃ ZNACZNIKOWYCH

Przykład zastosowania. x12. Pomiar, wizualizacja i rejestracja ponad 300 parametrów 3-fazowej symetrycznej i niesymetrycznej sieci energetycznej

STEROWNIK SI OWNI RPB-7

Karta produktu. EH-P/15/01.xx. Zintegrowany sterownik zabezpieczeń

XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej. XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

APPLICATION OF ADUC MICROCONTROLLER MANUFACTURED BY ANALOG DEVICES FOR PRECISION TENSOMETER MEASUREMENT

N miernik ParametrÓW Sieci. Przykład zastosowania. Ethernet www/ ftp. Ethernet TCP IP RS x 3x 3x 1x ma.

Kompaktowy miernik mocy KEW 6305

2. Zawartość dokumentacji. 1. Strona tytułowa. 2. Zawartość dokumentacji. 3. Spis rysunków. 4. Opis instalacji kontroli dostępu. 3.

ND40. - analizator jakości sieci energetycznej. a * PrzykŁad zastosowania

Systemy wbudowane Mikrokontrolery

REGULATORY MOCY BIERNEJ DLA SYMETRYCZNYCH I ASYMETRYCZNYCH OBCIĄŻEŃ

DZT WEJŚCIE Napięcie znamionowe: (U n

Rozproszony system zbierania danych.

DZT Licznik energii elektrycznej Sieć trójfazowa 4-przewodowa Połączenie bezpośrednie 100A Wyjście impulsowe oraz RS485/Modbus.

Ćwiczenie 2a. Pomiar napięcia z izolacją galwaniczną Doświadczalne badania charakterystyk układów pomiarowych CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

Mikroprocesory i Mikrosterowniki

Spis treści. Wykaz ważniejszych skrótów Wprowadzenie Rdzeń Cortex-M Rodzina mikrokontrolerów XMC

TRANSMISJA BEZPRZEWODOWA W ZDALNYCH KOMPUTEROWYCH SYSTEMACH POMIAROWO-STERUJĄCYCH

KONTROLNY LICZNIK ENERGII ELEKTRYCZNEJ Z ANALIZĄ HARMONICZNYCH

PL B1 PRZEDSIĘBIORSTWO BADAWCZO- -PRODUKCYJNE I USŁUGOWO-HANDLOWE MICON SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, KATOWICE, PL

Systemy Wbudowane. Założenia i cele przedmiotu: Określenie przedmiotów wprowadzających wraz z wymaganiami wstępnymi: Opis form zajęć

POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Elektryczny Instytut Elektroenergetyki Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej

T 2000 Tester transformatorów i przekładników

ND25 MIERNIK PARAMETRÓW SIECI.

Technika Mikroprocesorowa

Układy zegarowe w systemie mikroprocesorowym

CVM-A1500. Analizator sieci z pomiarem jakości zasilania. Jakość pod każdym względem. Pomiar i kontrola

INSTRUKCJA UŻYTKOWNIKA / INSTRUCTION MANUAL

WIZUALIZACJA DANYCH SENSORYCZNYCH Sprawozdanie z wykonanego projektu. Jakub Stanisz

Przykład 2. Przykład 3. Spoina pomiarowa

Przetworniki AC i CA

PL B1. Sposób i układ sterowania przemiennika częstotliwości z falownikiem prądu zasilającego silnik indukcyjny

projekt przetwornika inteligentnego do pomiaru wysokości i prędkości pionowej BSP podczas fazy lądowania;

Statyczne badanie wzmacniacza operacyjnego - ćwiczenie 7

Badanie właściwości wysokorozdzielczych przetworników analogowo-cyfrowych w systemie programowalnym FPGA. Autor: Daniel Słowik

DigiPoint Karta katalogowa DS 5.00

Pracownia Transmisji Danych, Instytut Fizyki UMK, Toruń. Instrukcja do ćwiczenia nr 10. Transmisja szeregowa sieciami energetycznymi

DTR PICIO v Przeznaczenie. 2. Gabaryty. 3. Układ złącz

Systemy Wbudowane. Arduino - rozszerzanie. Podłączanie wyświetlacza LCD. Podłączanie wyświetlacza LCD. Podłączanie wyświetlacza LCD

Nowe sterowniki SZR 12/2016

Transkrypt:

55/19 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 19 Archives of Foundry Year 2006, Volume 6, Book 19 PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308 KONCEPCJA SYSTEMU OCENY PRACY URZĄDZEŃ ODLEWNICZYCH W CZASIE RZECZYWISTYM R. WRONA 1, E. ZIÓŁKOWSKI 2 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków STRESZCZENIE W artykule przedstawiono koncepcję mikroprocesorowego systemu ciągłego pomiaru poboru mocy przez maszyny i urządzenia odlewnicze w celu bieżącej (w czasie rzeczywistym) analizy i oceny efektów ich pracy. Przedstawiono założenia funkcjo - nalne oraz zdefiniowano poszczególne etapy pracy takiego systemu. Przeprowadzono skróconą analizę wybranych, specjalizowanych układów scalonych, które mogą posłu - żyć do budowy modułów elektronicznych prototypowego stanowiska badawczego. Key words: power consumption, computer monitoring 1. WPROWADZENIE Szczegółowa analiza poboru mocy przez badaną maszynę czy urządzenie odlewnicze, zarówno w aspekcie technologicznym jak i ekonomicznym, jest możliwa wówczas, gdy dysponuje się systemem ciągłego monitoringu poboru mocy czynnej, biernej i całkowitej. Monitorowanie to można zrealizować za pomocą specjalizowanych przyrządów pomiarowych, które stanowią samodzielną jednostkę rejestrującą pobór mocy i/lub energii elektrycznej, albo za pomocą układów pomiarowych połączonych z komputerem. W pracy zostanie przedstawiona koncepcja systemu oceny pracy urządzeń odlewniczych, wykorzystującego dane z analizy w czasie rzeczywistym poboru mocy maszyn i urządzeń odlewniczych. 1 Prof. dr hab. inż., rwrona@agh.edu.pl 2 Dr inż., ez@agh.edu.pl 431

2. KONCEPCJA OCENY PRACY URZĄDZEŃ ODLEWNICZYCH Jednym z najważniejszych wskaźników oceny efektywnej pracy maszyny lub urządzenia odlewniczego, zasilanego z sieci energetycznej, jest zużycie energii elektrycznej. W przypadku wielu urządzeń przemysłowych istotna jest także dynamika poboru mocy pozornej (całkowitej) oraz poszczególnych składników tej mocy (moc czynna i moc bierna indukcyjna lub pojemnościowa). W celu pełnej analizy efektywnej pracy badanego urządzenia, jest celowe wykonanie systemu monitorującego chwilowe wartości poboru wszystkich składników mocy w czasie rzeczywistym,. Wyniki pomiaru poboru mocy w funkcji czasu, z uwzględnieniem kolejnych etapów procesu technologicznego, umożliwią na pełniejszą ocenę, zarówno technologiczną, jak również ekono - miczną i ekologiczną funkcjonowania badanego urządzenia odlewniczego. Urządzenia odlewnicze zasilane z sieci energetycznej mogą pracować w różnych układach zasilania jedno- lub trójfazowego. W układach trójfazowych wyróżnia się kilka wersji połączeń z siecią energetyczną i dlatego projektowany system musi być na tyle uniwersalny, aby mógł realizować pomiar dla każdego z tych układów. W pracy [1] przedstawiono różne rozwiązania urządzeń pomiarowych służących do pomiaru poboru mocy i zużycia energii elektrycznej, którymi dysponuje Katedra M e- chanizacji, Automatyzacji i Projektowania Odlewni Wydziału Odlewnictwa AGH. Urządzenia te nie umożliwiają rejestracji poboru mocy urządzeń o dużej dynamice, dlatego z tych względów wykonano projekt nowego układu pomiarowego do monit o- rowania chwilowych wartości poboru mocy. Układ ten realizuje następujące zadania: pomiar chwilowych wartości poboru składników mocy czynnej, biernej i pozornej, zarówno w układach zasilania jednofazowego, jak i trójfazowego 3- i 4-przewodowego, oddzielenie galwaniczne torów pomiarowych od portów komunikacyjnych ko m- putera, przesyłanie wyników do komputera, w którym zainstalowany będzie program do gromadzenia, przetwarzania i wizualizacji tych wyników, realizację dużej liczby pomiarów w jednostce czasu o wysokiej dokładności. W projekcie systemu niezbędne jest zastosowanie odpowiednich podzespołów elektronicznych i elektroenergetycznych. Wstępnie założono, iż system będzie się składał z następujących modułów: modułu wejściowych obwodów pomiarowych, zawierającego przetworniki n a- pięciowe i prądowe, galwanicznie odprzężone od dalszej części układu pomiarowego i komputera, mikroprocesorowego modułu przetwarzania mierzonych wielkości, modułu transmisji szeregowej (w wybranym standardzie), którego zadaniem jest przesłanie wyników pomiarów do komputera, komputera klasy IBM PC wyposażonego w odpowiedni interfejs komunikacyjny wraz z programem komputerowym sterującym całością systemu łącznie z gromadzeniem, przetwarzaniem i wizualizacją wyników pomiarów. 432

ARCHIWUM ODLEWNICTWA 3. PRZEGLĄD SPECJALIZOWANYCH UKŁADÓW SCALONYCH DO POMIARU CHWILOWYCH WARTOŚCI POBORU MOCY Przed dokonaniem wyboru specjalizowanego układu scalonego, realizującego pomiar mocy pobieranej przez urządzenia odlewnicze należało dobrać elementy we j- ściowego układu pomiarowego. Po przeprowadzeniu analizy danych technicznych zawartych w katalogach i notach aplikacyjnych oraz uwzględnieniu dostępności i ceny poszczególnych przetworników wielkości elektrycznych wybrano przetworniki napięciowe i prądowe amerykańskiej firmy LEM [2]. Przetworniki napięcia LV-25P umożliwiają pomiar napięcia stałego, przemiennego lub impulsowego w zakresie 10 500 V, z izolacją galwaniczną. Przetwornik ten pracuje w układzie z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego z analogowym wyjściem prądowym. Do pomiaru chwilowych wartości prądu wybrano przetwornik prądowy typu LA-25-NP. Przetwornik ten realizuje pomiar prądu stałego, przemiennego i impulsowego w zakresach pomiarowych do 5, 6, 8, 12 i 25 A z izolacją galwaniczną. System wejściowych obwodów pomiarowych w projektowanej wersji posiada trzy tory pomiarowe (dla układów trójfazowych), składające się z jednego przetwornika napięciowego LV-25P oraz jednego przetwornika LA-25NP w każdym torze. Wymienione przetworniki wraz z dodatkowymi elementami elektronicznymi są zasilane napięciem stałym ±15V. Do realizacji pomiaru wartości chwilowych napięcia i prądu w układach jednoi trójfazowych wybrano specjalizowany układ scalony CS5451A firmy Cirrus Logic [3]. Układ CS5451A jest sześciokanałowym przetwornikiem, którego schemat blokowy przedstawiono na rysunku 1. Układ ten posiada wbudowany interfejs szeregowy pozwalający na transmisję danych do mikroprocesora odpowiedzialnego za dalsze przetwarzanie wyników pomiarów. Szczegółowe dane techniczne tego układu są dostępne na stronie internetowej producenta [3]. Na podstawie noty aplikacyjnej [3] przedstawiono typowy schemat jednego t o- ru połączeń tego układu z obwodami wejściowymi (przetworniki napięcia i prądu) z zaznaczonym źródłem napięcia referencyjnego i określonymi napięciami zasilania. Interfejs szeregowy układu CS5451A jest połączony z odpowiednimi portami wybranego mikroprocesora AVR firmy ATMEL. Prace nad rozwiązaniem prototypowym są prowadzone z zastosowaniem mikroprocesora ATMega32 [4], którego podstawowe cechy są następujące: 131 rozkazów mikroprocesora, maksymalna częstotliwość zegara taktującego 16 MHz, 32 KB pamięci Flash (gwarantowane 10000 cykli zapisu/kasowania), 1 KB pamięci EEPROM (gwarantowane 100000 cykli zapisu/kasowania), 433

Rys. 1. Schemat blokowy układu CS5451A firmy Cirrus Logic [3] Fig. 1. Block diagram of CS5451A (Cirrus Logic) [3] 2 KB wewnętrznej pamięci SRAM, interfejsy programowania: JTAG (IEEE std. 1149.1) oraz SPI Master/Slave, liczniki: dwa 8-bitowe i jeden 16-bitowy, licznik czasu rzeczywistego, 4 kanały PWM, ośmiokanałowy 10-bitowy przetwornik ADC, programowalny port USART, 32 programowalne wejścia/wyjścia, 6 trybów oszczędzania energii. Zadaniem mikroprocesora AVR w systemie będzie odbieranie informacji z układu CS5451A, a następnie ich przetwarzanie w celu dalszego przesłania poprzez interfejs szeregowy do komputera. W mikroprocesorze przewiduje się także możliwość wprowadzenia wstępnych obliczeń numerycznych oraz przesyłania do podłączonego wyświetlacza LCD wyników tych obliczeń i ewentualnych dodatkowych informacji. 434

ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rys. 2. Typowy schemat połączeń układu CS5451A [3] Fig. 2. Typical application diagram of CS5451A [3] Przesłanie z mikroprocesora do komputera wyników pomiarów i ewentualnych wyników obliczeń numerycznych realizuje się poprzez transmisję w wybranym sta n- dardzie komunikacyjnym. W opracowywanym systemie monitoringu poboru mocy położono nacisk na jego mobilność. Osiągnąć ją można poprzez zastosowanie komputera typu notebook oraz odpowiednio obudowanego układu z przetwornikami i układem mikroprocesorowym. Etap pierwszy realizacji takiego rozwiązania zakłada wykorzystanie portów USB do komunikacji układu mikroprocesorowego z komputerem. Jeżeli podczas testów rozwiązanie to okaże się mało funkcjonalne, to zostanie zrealizowana transmisja w standardzie RS422. Realizacja komunikacji mikroprocesora ATMega32 z komputerem będzie p o- legała na zastosowaniu układu FT245BM firmy Future Technology Devices Intl. Ltd. [5]. Układ ten pozwala na pracę w trybie emulacji portu COM albo na pracę jako typ o- wy port USB. W pierwszym przypadku transmisja może się odbywać z prędkością 300 435

KB/s, natomiast w drugim z prędkością 1 MB/s. Niezbędne sterowniki do współpracy tego układu scalonego z portem USB komputera są bezpłatne i można je pobrać ze strony producenta układu FT245BM. 4. WNIOSKI Koncepcja oceny efektywności pracy urządzenia odlewniczego jest oparta na analizie w czasie rzeczywistym chwilowego poboru mocy przez maszyny i urządzenia odlewnicze. Głównym elementem tego systemu jest specjalizowany układ scalony CS5451A firmy Cirrus Logic. Zastosowane w tym projekcie przetworniki napięciowe i prądowe firmy LEM umożliwiają uzyskanie wysokiej dokładności pomiarowej wraz z galwanicznym odprzężeniem układu mikroprocesorowego i komputera od linii zasilającej badane urządzenie. Szczególnie duży nacisk w realizacji projektu będzie położony na mobilność systemu, aby możliwe było sprawne wykonywanie badań w warunkach odlewni, z uwzględnieniem różnych standardów trójfazowego układu zasilania badanego urządzenia, z jednoczesnym zapewnieniem bezpiecznej obsługi tego systemu. LITERATURA [1] Wrona R., Ziółkowski E.: Koncepcja systemu monitoringu chwilowego poboru mocy przez maszyny i urządzenia odlewnicze. Mat. XXIX Konferencji Naukowej z okazji Święta Odlewnika 2005. Wydział Odlewnictwa AGH, Kraków, 2005, s. 119 124. [2] www.lemusa.com [3] www.cirrus.com [4] www.atmel.com [5] www.ftdichip.com SUMMARY 436 A CONCEPTION OF ASSESSMENT SYSTEM OF FOUNDRY DEVICES WORKING IN REAL-TIME The paper presents a conception of a microprocessor system of continuous measurement of the power consumption by foundry machines and devices in order to analyze and assess the work effectiveness in the real-time. The functional assumptions have been presented as well as the selected stages of the working system have been defined. The short analysis of the chosen specialize microchips, which can be used for building electronic modules of the research post prototype, has been conducted. Praca statutowa realizowana w ramach umowy nr 11.11.170.252. Recenzował: prof. zw. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski