Спосіб виробництва реєстраторів аналогових та дискретних сигналів для електроенергетичних об’єктів

Реферат: Спосіб виробництва реєстраторів аналогових та дискретних сигналів для електроенергетичних об'єктів належить до вимірювальної техніки. Виготовлення, регулювання та перевірку параметрів реєстраторів виконують послідовно в часі в кілька етапів. На першому етапі проводять попередній вхідний контроль комплектуючих елементів та стандартних складових частин. На другому з етапів проводять виготовлення та контроль технічних параметрів оригінальних складових частин в обсязі функціонування. На третьому етапі із складових частин проводять збирання реєстраторів та створюють робоче місце регулювальника на основі стандартних складових частин реєстратора. Далі проводять контроль коефіцієнта передачі модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму за допомогою високостабільних програмно-керованих генераторів еталонних сигналів і технологічної програми, тимчасово завантаженої до пам'яті реєстратора. Технічний результат: зменшення часових витрат під час виготовлення, регулювання та перевірки параметрів реєстраторів аналогових та дискретних сигналів, зменшення похибок вимірювання під час експлуатації реєстраторів. UA 103302 C2 (12) UA 103302 C2 UA 103302 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до вимірювальної техніки, зокрема до виробництва засобів технологічного моніторингу електроенергетичних об'єктів. Розвиток електроенергетичних систем супроводжується ускладненням їх режимів роботи, а тому, відповідно, значно зросли навантаження на персонал оперативно-диспетчерських служб та служб релейного захисту та автоматики. Організація вірогідного аналізу ситуацій на електроенергетичних об'єктах (перед аварійних та аварійних) значно полегшується при застосуванні сучасних реєстраторів параметрів електричної енергії та сигналів стану електротехнічного обладнання об'єктів електроенергетики, що стимулює збільшення об'ємів виробництва реєстраторів та розширення їх функціональних можливостей. Спосіб виробництва реєстраторів аналогових та дискретних сигналів, їх регулювання та перевірка на відповідність технічним вимогам в об'ємі приймально-здавальних випробувань, що дозволяє збільшити обсяги випуску реєстраторів та поліпшити їх технічні характеристики, залежить від можливостей підприємства-виробника. Відомий приклад застосування способу підвищення точності і надійності прогнозування якості будь-якого процесу для поліпшення характеристик схеми керування якістю (див. патент №2280270 RU "Спосіб оперативного калібрування"), за яким для підвищення точності вимірювань обробку заміряних даних здійснюють із застосуванням математичної моделі процесу для прогнозування релевантних величин процесу. До позитиву такого способу оперативного калібрування можна віднести можливість забезпечення керування зі зворотним зв'язком будь-якого процесу, що змінюється за складним динамічним законом, поліпшення моделі процесу за допомогою статистичних вимірювальних даних процесу, а до недоліків - великі часові затрати, що недопустимо при великому серійному виробництві, складність створення математичної моделі процесу, високі вимоги до кваліфікації кадрів. Сучасні підприємства-виробники використовують різні технічні, технологічні прийоми для підвищення експлуатаційних характеристик продукції та зменшення часових затрат на виготовлення, регулювання і перевірку її параметрів. Найбільш близьким по своїй технічній суті до пропонованого технічного рішення є спосіб регулювання та перевірки параметрів лічильників електричної енергії під час їх виробництва (див. патент №38329 UA), за яким лічильники електричної енергії поділяють на функціонально закінчені складові частини, регулювання та перевірку параметрів лічильників електричної енергії виконують послідовно в часі в кілька етапів, на першому етапі проводять попередній вхідний контроль складових частин, який доповнюють запуском пробної партії лічильників електричної енергії із складовими частинами, виготовленими з комплектуючих виробів вибірково вибраних з партії, при цьому виявляють систематичні похибки параметрів застосованих комплектуючих виробів, на основі яких визначають величини необхідних змін підборних елементів, на одному з етапів проводять контроль технічних параметрів складових частин за допомогою відповідних спеціалізованих контрольно-вимірювальних стендів (наборів стендів), на наступному етапі за результатами перевірки технічних параметрів складові частини поділяють на (2m+1) підкласів точності з індексами від мінус m до плюс m, величину m визначають за формулою m=(  Х/2  Х-1), де  Х-нормована величина допускової зони основного параметру складової частини,  Х - ширина допускової зони основного параметру складової частини кожного підкласу точності, на черговому етапі проводять збирання лічильників електричної енергії, комплектуючи їх складовими частинами таким чином, щоб сума підкласів точності всіх складових частин була близькою до нуля, та проводять перевірку їх параметрів за допомогою відповідних спеціалізованих контрольно-вимірювальних стендів (наборів стендів), у випадку відповідності параметрів лічильників електричної енергії нормованим в документації значенням переходять до наступного етапу, в іншому випадку проводять регулювальні операції відповідно до настанов документації і проводять повторну перевірку параметрів складових частин лічильників електричної енергії, на останньому етапі проводять кліматичні випробовування лічильників електричної енергії в діапазоні нормованих робочих температур, за результатами яких приймають рішення про відповідність лічильників електричної енергії вимогам технічних умов. Вказаний спосіб регулювання та перевірки параметрів дозволяє прискорити як процеси виявлення відхилень характеристик параметрів апаратури від нормованих, так і процеси регулювання та перевірки параметрів продукції, але в той же час, він потребує наявності великої кількості контрольно-вимірювальних стендів, не в повній мірі використовує потенційні можливості сучасної продукції, що виготовляється. В основу створення винаходу поставлена задача зменшення часових витрат під час виготовлення, регулювання та перевірки параметрів реєстраторів аналогових та дискретних 1 UA 103302 C2 5 10 15 20 25 30 35 сигналів, зниження кількості висококваліфікованого виробничого персоналу, зменшення похибок вимірювання під час експлуатації реєстраторів. Зазначена задача вирішується тим, що в спосіб виробництва реєстраторів аналогових та дискретних сигналів для електроенергетичних об'єктів за яким реєстратори поділяють на функціонально закінчені складові частини як стандартні, так і оригінальної побудови, а саме, модулі перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, модулі надчутливих перетворювачів для реєстрації спеціальних сигналів спрацювань контактів релейного захисту, модулі потенційних сигналів дискретної логіки, модуль багатоканального аналого-цифрового перетворення, модулі вводу/виводу для обміну із споживачами даних реєстрації, модуль процесора з пам'яттю і встановленими операційною системою та спеціалізованою програмою обробки заміряних даних, модуль прив'язки до системи єдиного часу, модуль електроживлення та об'єдну вальний корпус з міжмодульними кросами, виготовлення реєстраторів, їх регулювання та перевірку параметрів виконують послідовно в часі в кілька етапів, на першому етапі проводять попередній вхідний контроль комплектуючих елементів та стандартних складових частин, на другому з етапів проводять виготовлення та контроль технічних параметрів оригінальних складових частин, на черговому етапі із складових частин проводять збирання реєстраторів та перевірку їх параметрів, на останньому етапі за результатами перевірки параметрів приймають рішення про відповідність реєстраторів вимогам технічних умов, згідно з винаходом на другому етапі контроль технічних параметрів оригінальних складових частин проводять в обсязі функціонування, після збирання реєстраторів на основі стандартних складових частин реєстратора, а саме, модуля процесора з пам'яттю і встановленими операційною системою та спеціалізованою програмою обробки виміряних даних, модуля електроживлення та об'єднувального корпуса з міжмодульними кросами, а також тимчасово під'єднаних стандартним чином до модуля процесора клавіатури, відеокарти та монітора створюють робоче місце регулювальника, на якому за допомогою спеціалізованої програми обробки виміряних даних в діалоговому режимі проводять адаптацію цієї програми до наявної комплектності реєстратора, на наступному етапі проводять контроль коефіцієнта передачі модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму за допомогою високостабільних програмно-керованих генераторів еталонних сигналів і технологічної програми, тимчасово завантаженої до пам'яті модуля процесора, в N точках діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів, включаючи границі діапазону, за результатами контролю коефіцієнтів передачі за визначеним замовником критерієм за допомогою технологічної програми обчислюють і заносять до відповідного файлу в пам'яті модуля процесора коефіцієнти корекції для кожного з модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, який використовують за допомогою спеціалізованої програми обробки заміряних даних як корегуючі множники для оцифрованих модулем багатоканального аналого-цифрового перетворення відповідних даних при роботі реєстратора, причому коефіцієнт корекції kKi для кожного і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму визначають або за формулою: N 40 kKi  N /  kПij , j1 або як величину, що мінімізує функціонал: N F  (  (kKikПij  1)2 )0,5 / kKi , j1 45 де j - порядковий номер точки діапазону можливих значень вхідних сигналів, що належить 50 ряду цілих чисел від 1 до N, а k Пij - коефіцієнт передачі і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму визначений в кожній з точок діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів. До відмінних від прототипу ознак запропонованого способу виробництва реєстраторів аналогових та дискретних сигналів для електроенергетичних об'єктів належить: - проведення на другому етапі контролю технічних параметрів оригінальних складових частин тільки в обсязі функціонування; - створення після збирання реєстраторів на основі стандартних складових частин реєстратора, а саме модуля процесора з пам'яттю і встановленими операційною системою та спеціалізованою програмою обробки виміряних даних, модуля електроживлення та 55 2 UA 103302 C2 5 10 15 20 об'єднувального корпуса з міжмодульними кросами, а також тимчасово під'єднаних стандартним чином до модуля процесора клавіатури, відеокарти та монітора робочого місця регулювальника; - проведення на робочому місці регулювальника за допомогою спеціалізованої програми обробки виміряних даних в діалоговому режимі адаптації цієї програми до наявної комплектності реєстратора; - проведення на наступному етапі контролю коефіцієнта передачі модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму за допомогою високостабільних програмно-керованих генераторів еталонних сигналів і технологічної програми, тимчасово завантаженої до пам'яті модуля процесора, в N точках діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів, включаючи границі діапазону; - обчислення за результатами контролю коефіцієнтів передачі за визначеним замовником критерієм за допомогою технологічної програми коефіцієнтів корекції для кожного з модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, занесення їх до відповідного файлу в пам'яті модуля і використання їх за допомогою спеціалізованої програми обробки заміряних даних як корегуючих множників для оцифрованих модулем багатоканального аналого-цифрового перетворення відповідних даних при роботі реєстратора; - визначення коефіцієнтів корекції kKi для кожного і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму або за формулою: N kKi  N /  kПij , j1 або як величину, що мінімізує функціонал: N F  (  (kKikПij  1)2 )0,5 / kKi , j1 25 30 35 40 45 50 55 де j - порядковий номер точки діапазону можливих значень вхідних сигналів, що належить ряду цілих чисел від 1 до N, а k Пij - коефіцієнт передачі і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, визначений в кожній з точок діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів. Винахід пояснюється фіг. 1, на якій зображено можливий варіант поділу реєстратора аналогових та дискретних сигналів на складові частини, та фіг. 2 і фіг. 3, на яких пояснений принцип корекції коефіцієнта передачі і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму. Реєстратор 1 може бути поділений на функціонально закінчені складові частини: модулі перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 2 1 22, … 2p (тут і надалі нижні індекси визначають порядкові номери однотипних складових частин), модулі надчутливих перетворювачів для реєстрації спеціальних сигналів спрацювань контактів релейного захисту 31 32, … 3m, модулі потенційних сигналів дискретної логіки 41, 42, … 4n, модуль багатоканального аналого-цифрового перетворення 5, модулі вводу/виводу для обміну із споживачами даних реєстрації 6 1 62, 63 (показано варіант з трьома модулями), модуль процесора 7 з пам'яттю і встановленими операційною системою та спеціалізованою програмою обробки заміряних даних, модуль прив'язки до системи єдиного часу 8, модуль електроживлення 9, об'єднувальний корпус 10 з міжмодульними кросами 11. Всі складові частини, що з'єднані між собою міжмодульними кросами 11, взаємодіючи між собою забезпечують виконання переліку функцій, визначених технічною документацією на реєстратор 1. За допомогою деяких допоміжних елементів, а саме відеокарти 12, монітора 13, клавіатури 14 та програмно-керованого генератора еталонних сигналів 15 на базі реєстратора 1 створюють робоче місце регулювальника, на якому можуть бути проведені основні регулювальні операції та проведена перевірка параметрів реєстратора 1 на відповідність вимогам технічних умов. На першому етапі виготовлення реєстраторів 1 проводять попередній вхідний контроль стандартних складових частин та комплектуючих елементів для складових частин оригінальної побудови (перевірка наявності експлуатаційної супроводжувальної документації, сертифікатів, комплектності тощо). Для проведення та перевірки параметрів складових частин оригінальної побудови реєстратора 1 після їх виготовлення в об'ємі частини приймально-здавальних випробувань, що 3 UA 103302 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 визначені технічними умовами, можуть бути використані прості контрольно-вимірювальні стенди (на фіг. 1 не показано), за допомогою яких перевіряються параметри, що не вимагають високої кваліфікації виробничого персоналу, наприклад, зовнішній вигляд, таблиця опорів, таблиця напруг, перевірка на функціонування. Це дозволяє, по-перше, значно скоротити час від виготовлення складових частин оригінальної побудови до надходження на збиральну дільницю підприємства-виробника, по-друге, використати потенційні можливості апаратури та програмного забезпечення самого реєстратора 1 для прискорення процесів регулювання та перевірки параметрів як цих складових частин, так і реєстратора 1 в цілому. Після збирання реєстратора 1 тої модифікації і в тій комплектності, що визначені в картізамовленні, до модуля процесора 7 з пам'яттю і встановленими операційною системою та спеціалізованою програмою обробки виміряних даних тимчасово під'єднують стандартним чином клавіатуру 14, відеокарту 12 та монітор 13 і створюють таким чином робоче місце регулювальника, а не використовують складні контрольно-вимірювальні стенди. За допомогою спеціалізованої програми обробки виміряних даних модуля процесора 7 регулювальник проводить адаптацію цієї програми до наявної комплектності реєстратора, відповідаючи в діалоговому режимі на запити цієї програми, створюючи тим самим конфігураційний файл, який буде збережений в пам'яті модуля процесора 7. Для завершення регулювальних робіт модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 21, 22, … 2p до модуля процесора 7 завантажують технологічну програму, що забезпечує взаємодію з програмно-керованим генератором еталонних сигналів 15, вихід якого послідовно під'єднують до входів модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 2 1, 22, … 2p, а крім, того за результатами проходження тестових сигналів через модулі перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 21, 22, … 2p та модуль багатоканального аналого-цифрового перетворення 5 формує в відповідному файлі в пам'яті модуля процесора 7 набір з р коефіцієнтів корекції k K. Процес проходить в діалоговому режимі з регулювальником, оскільки в його функції входить підключення виходу програмно керованого генератора еталонних сигналів 15 до входу пропонованого технологічною програмою одного з модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 2 1, 22, … 2p та підтвердження цього у відповідному полі інтерфейсу технологічної програми на екрані монітора 13. Принцип формування коефіцієнта корекції для деякого і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 2 1, 22, … 2p пояснюється фіг. 2 та фіг. 3. Технологічною програмою після підключення виходу програмно-керованого генератора еталонних сигналів 15 до входу модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 2i та підтвердження цього у відповідному полі інтерфейсу технологічної програми на екрані монітора 13, визначається діапазон можливих значень вхідних сигналів X (за даними конфігураційного файлу від X min до Хmах) та число точок перевірки N (задається регулювальником відповідно до інструкції з налагодження). Формуючи відповідні команди для програмно-керованого генератора еталонних сигналів 15 та фіксуючи відповідні дані з виходу модуля багатоканального аналого-цифрового перетворення 5 технологічною програмою визначаються нормовані коефіцієнти передачі k Пij в кожній з N точок перевірки (нормовані відносно номінальних значень комплектуючих елементів та еталонної напруги для інтегральної схеми аналого-цифрового перетворення). На фіг. 2 представлено випадок, коли в силу відповідних відхилень номіналів елементів чи еталонної напруги у всьому діапазоні вхідних сигналів модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 2i коефіцієнти передачі k Пij в кожній з N точок перевірки занижені (менші 1,0). Для виправлення такої ситуації дані з виходу модуля багатоканального аналого-цифрового перетворення 5 у випадку оцифровки ним сигналу з виходу модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму 2i, очевидно, необхідно збільшити, помноживши програмним чином на деякий коефіцієнт корекції kKi , що більший 1,0. Можливий найпростіший спосіб обчислення коефіцієнта корекції як величини, оберненої середньому значенню коефіцієнтів передачі k Пij для N точок перевірки, що визначається формулою: N kKi  N /  kПij , j 1 4 UA 103302 C2 де j - порядковий номер точки діапазону можливих значень вхідних сигналів, що належить ряду цілих чисел від 1 до N, а k Пij - коефіцієнт передачі і-того модуля перетворювачів вхідних 5 сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму визначений в кожній з точок діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів. Однак при наявності однієї або декількох точок перевірки, в яких коефіцієнт або коефіцієнти передачі k Пij достатньо відрізняються від решти, більш прийнятним є критерій найменшої середньоквадратичної похибки, коли kKi є величина, що мінімізує функціонал: N F  (  (kKikПij  1)2 )0,5 / kKi . j1 10 Це випливає з того, що kКі є величина, обернена деякому kПi0 , оптимальному з точки зору найменшої середньоквадратичної похибки. На фіг. 3 використано дані, наведені на фіг. 2, але з урахуванням операції корекції даних (вісь ординат відповідає kKi k Пij ). З порівняння гістограм на фіг. 2 та фіг. 3 видно значне 15 20 25 зменшення похибки вимірювань. За допомогою технологічної програми аналогічним чином може бути проведений контроль параметрів реєстратора 1 в об'ємі приймально-здавальних випробувань (доповнивши робоче місце регулювальника додатковою персональною електронно-обчислювальною машиною з програмним забезпеченням, яке дозволяє здійснювати обмін даними з реєстратором 1), що у разі позитивних результатів означатиме і відповідність всіх складових частин вимогам своїх технічних умов. Отже, запропонований винахід дозволяє значно зменшити часові витрати під час виготовлення, регулювання та перевірки параметрів реєстраторів аналогових та дискретних сигналів, зменшити похибки вимірювання під час експлуатації реєстраторів, знизити кількість висококваліфікованого виробничого персоналу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб виробництва реєстраторів аналогових та дискретних сигналів для електроенергетичних об'єктів, за яким реєстратори поділяють на функціонально закінчені складові частини як стандартні, так і оригінальної побудови, а саме модулі перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, модуль багатоканального аналого-цифрового перетворення, модулі надчутливих перетворювачів для реєстрації спеціальних сигналів спрацювань контактів релейного захисту, модулі потенційних сигналів дискретної логіки, модуль багатоканального аналого-цифрового перетворення, модулі вводу/виводу для обміну із споживачами даних реєстрації, модуль процесора з пам'яттю і встановленими операційною системою та спеціалізованою програмою обробки заміряних даних, модуль прив'язки до системи єдиного часу, модуль електроживлення та об'єднувальний корпус з міжмодульними кросами, виготовлення реєстраторів, їх регулювання та перевірку параметрів виконують послідовно в часі в кілька етапів, на першому етапі проводять попередній вхідний контроль комплектуючих елементів та стандартних складових частин, на другому з етапів проводять виготовлення та контроль технічних параметрів оригінальних складових частин, на третьому етапі із складових частин проводять збирання реєстраторів та перевірку їх параметрів, на четвертому етапі за результатами перевірки параметрів приймають рішення про відповідність реєстраторів вимогам технічних умов, який відрізняється тим, що на другому етапі контроль технічних параметрів оригінальних складових частин проводять в обсязі функціонування, після збирання реєстраторів на основі стандартних складових частин реєстратора, а саме модуля процесора з пам'яттю і встановленими операційною системою та спеціалізованою програмою обробки виміряних даних, модуля електроживлення та об'єднувального корпуса з міжмодульними кросами, а також тимчасово під'єднаних стандартним чином до модуля процесора клавіатури, відеокарти та монітора створюють робоче місце регулювальника, на якому за допомогою спеціалізованої програми обробки виміряних даних в діалоговому режимі проводять адаптацію цієї програми до наявної комплектності реєстратора, на третьому етапі проводять контроль коефіцієнта передачі модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму за допомогою високостабільних програмно-керованих генераторів еталонних сигналів і технологічної 5 UA 103302 C2 5 10 програми, тимчасово завантаженої до пам'яті модуля процесора, в N точках діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів перетворювачів вхідних сигналів та напруг змінного та постійного струму, включаючи границі діапазону, за результатами контролю коефіцієнтів передачі за визначеним критерієм за допомогою технологічної програми обчислюють і заносять до відповідного файлу в пам'яті модуля процесора коефіцієнти корекції для кожного з модулів перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, який використовують за допомогою спеціалізованої програми обробки заміряних даних як корегуючі множники для оцифрованих модулем багатоканального аналого-цифрового перетворення відповідних даних при роботі реєстратора. 2. Спосіб виробництва реєстраторів за п. 1, який відрізняється тим, що коефіцієнт корекції k Ki для кожного і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму визначають за формулою: N k Ki  N / k j 1 Пij , 15 де j - порядковий номер точки діапазону можливих значень вхідних сигналів, що належить ряду цілих чисел від 1 до N, а k Пij - коефіцієнт передачі і-того модуля перетворювачів вхідних 20 сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, визначений в кожній з точок діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів. 3. Спосіб виробництва реєстраторів за п. 1, який відрізняється тим, що коефіцієнт корекції k Ki для кожного і-того модуля перетворювачів вхідних сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму визначають як величину, що мінімізує функціонал: N F(  (k 2 0,5 Kik Пij  1) ) / kKi , j1 де j - порядковий номер точки діапазону можливих значень вхідних сигналів, що належить ряду цілих чисел від 1 до N, а k Пij - коефіцієнт передачі і-того модуля перетворювачів вхідних 25 сигналів струмів та напруг змінного та постійного струму, визначений в кожній з точок діапазону можливих значень вхідних сигналів цих модулів. 6 UA 103302 C2 7 UA 103302 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8