Аналого-цифровий перетворювач інтегральних характеристик електричних величин

Аналого-цифровий перетворювач інтегральних характеристик електричних величин, який містить блоки проміжних трансформаторів, блоки комутації аналогових сигналів, блок аналогоцифрового перетворення, який складається з аналогового комутатора, джерела опорної напруги, першого аналого-цифрового перетворювача, першого буферного регістра, першого процесорного пристрою та дешифратора, другий процесорний пристрій, блок контролю телесигналів, який складається з другого буферного регістра та першої та другої лінійок оптронів, входи контрольованих сигналів, входи телесигналів, виходи опитування стану телесигналів та виводи лінії зовнішнього зв’язку, причому входи блоків проміжних трансформаторів під’єднані до входів контрольованих сигналів, а виходи - до входів блоків комутації аналогових сигналів, входи керування і виходи яких з’єднані відповідно з першими виходами керування і аналоговими входами блока аналогоцифрового перетворення, виводи портів даних, адреси та режиму роботи другого процесорного пристрою під’єднані до відповідних виводів шин даних, адреси та режиму роботи блока аналогоцифрового перетворення, аналогові входи якого з’єднані з першими входами аналогового комутатора, другий вхід якого під’єднаний до виходу джерела опорної напруги, а третій - до шини "нуля вольт", виводи порту даних першого процесорного пристрою з’єднані з виходами першого аналогоцифрового перетворювача, входами першого буферного регістра та шиною даних блока аналогоцифрового перетворення, виводи порту адреси - з першими входами дешифратора і шиною адреси блока аналого-цифрового перетворення, а виводи порту режиму роботи - з шиною режиму роботи блока аналого-цифрового перетворення та другими входами дешифратора, перший, другий та третій виходи якого під’єднані відповідно до входів 2 (19) 1 3 24097 4 лів додатково містить буферний формувач, привибірки буферного формувача, входи якого чому перший та другий входи керування блока під’єднані до виходів другої лінійки оптронів, а виконтролю телесигналів з’єднані відповідно з вхоходи - до входів другого буферного регістра. дом запису другого буферного регістра та входом Корисна модель відноситься до енергетики і може бути використана у автоматизованих системах моніторингу енергооб’єктів як пристрій збору даних по електроенергетичних параметрах (телевимірах) та стан у комутаційного обладнання (телесигналів). Відомий аналого-цифровий перетворювач інтегральних характеристик електричних величин, який має у своєму складі узгоджуючий пристрій, перший і другий аналогові комутатори, джерело опорної напруги, аналого-цифровий перетворювач, нуль-орган, перший і другий регістри, пристрій пам’яті програм, перший і другий дешифратори, процесорний пристрій, тригер, буферний регістр, входи контрольованих сигналів, вихід готовності інформації, виходи інформації та вхід запиту інформації [Патент України №33298, МКВ Н03М1/06, від 15.02.2001, Бюл. №1]. Однак у цього аналогоцифрового перетворювача є: відносно мала швидкодія, а отже, і продуктивність роботи, через обробку на протязі циклу роботи (два періоди контрольованої електромережі) сигналів тільки одного трифазного приєднання; малий діапазон змінювання вхідних сигналів та недостатні функціональні можливості через відсутність контролю телесигналів. Найближчим за технічною суттю до корисної моделі, що пропонується, є аналого-цифровий перетворювач інтегральних характеристик електричних величин [Патент України №54718 А, МКВ Н03М1/06, від 17.03.2003, Бюл. №3], що містить блоки проміжних трансформаторів, блоки комутації аналогових сигналів, блок аналого-цифрового перетворення, який складається з аналогового комутатора, джерела опорної напруги, першого аналого-цифрового перетворювача, першого буферного регістра, першого процесорного пристрою та дешифратора, другий процесорний пристрій, блок контролю телесигналів, який складається з другого буферного регістра та першої та др угої лінійок оптронів, входи контрольованих сигналів, входи телесигналів, ви ходи опитування стану телесигналів та виводи лінії зовнішнього зв’язку, причому входи блоків проміжних трансформаторів під’єднані до входів контрольованих сигналів, а ви ходи - до входів блоків комутації аналогових сигналів, входи управління і виходи яких з’єднані відповідно з першими виходами управління і аналоговими входами блока аналого-цифрового перетворення, виводи портів даних, адреси та режиму роботи другого процесорного пристрою під’єднані до відповідних виводів шин даних, адреси та режиму роботи блока аналого-цифрового перетворення, аналогові входи якого з’єднані з першими входами аналогового комутатора, другий вхід якого під’єднаний до виходу джерела опорної напруги, а третій - до шини „нуля вольт”, виводи порту даних першого процесорного пристрою з’єднані з виходами першого аналогоцифрового перетворювача, входами першого буферного регістра та шиною даних блока аналогоцифрового перетворення, виводи порту адреси - з першими входами дешифратора і шиною адреси блока аналого-цифрового перетворення, а виводи порту режиму роботи - з шиною режиму роботи блока аналого-цифрового перетворення та другими входами дешифратора, перший, другий та третій виходи якого під’єднані відповідно до входів запуску та вибірки першого аналого-цифрового перетворювача та входу запису першого буферного регістра, виходи якого з’єднані з першими виходами управління блока аналого-цифрового перетворення, входи другого буферного регістра під’єднані до шини даних блока аналогоцифрового перетворення, а виходи - до входів першої лінійки оптронів, ви ходи якої з’єднані з виходами опитування стану телесигналів, входи другої лінійки оптронів підключені до входів телесигналів, виводи мультипорту другого процесорного пристрою з’єднані з виводами лінії зовнішнього зв’язку. У відомому пристрої точність контролю електроенергетичних параметрів (інтегральних характеристик електричних величин) обмежується коефіцієнтом передачі проміжних трансформаторів і розрядною сіткою першого аналого-цифрового перетворювача, що приводить до неможливості забезпечення стабільно низької похибки перетворень при розширенні діапазону змінювання вхідних сигналів у результаті перехідних процесів, коли контрольовані сигнали у реальних енергооб’єктах можуть збільшуватися у десятки разів по відношенню до своїх номінальних значень, чи при зменшенні навантаження, коли контрольовані сигнали можуть складати долі відсотків від номінальних значень. Крім того, у відомому пристрої розподіл функцій між двома процесорами полягає в управлінні аналого-цифровим перетворенням вибірок миттєвих значень вхідних сигналів першим пристроєм і повній цифровій обробці результатів перетворення другим пристроєм. Причому обмін інформацією між пристроями виконується через робочі шини даних і адреси блока аналого-цифрового перетворення. Це приводить, по-перше, до ускладнення схеми перетворювача інтегральних характеристик через необхідність застосування окремого оперативного запам’ятовуючого пристрою і вузлів управління передачею інформації (тригерів, дешифраторів і буферних формувачів), і, по-друге, до обмеження функціональних можливостей другого процесора через його завантаження прийомом і цифровою обробкою великих масивів інформації від першого процесорного пристрою. 5 24097 6 Таким чином, відомий аналого-цифровий пегої лінійки оптронів підключені до входів телесигретворювач інтегральних характеристик електричналів, виводи мультипорту другого процесорного них величин не забезпечує достатньо високої точпристрою з’єднані з виводами лінії зовнішнього ності перетворень при широкому діапазоні зв’язку, згідно з корисною моделлю, додатково змінювання вхідних сигналів. Крім того, він має введена лінія послідовного зв’язку, причому вивопорівняно складну стр уктурну схему та недостатні ди лінії послідовного зв’язку під’єднані до відповідфункціональні можливості. них виводів послідовного порту другого процесорВ основу корисної моделі поставлено завданного пристрою та послідовної шини даних блока ня створити аналого-цифровий перетворювач інаналого-цифрового перетворення, другий і третій тегральних характеристик електричних величин, у виходи управління якого з’єднані відповідно з пеякому введення нових елементів та взаємозв’язків ршим і другим входами управління блока контродозволило б підвищити точність перетворень, а лю телесигналів. Блок аналого-цифрового перетакож спростити структурну схему та розширити творення додатково містить операційний функціональні можливості пристрою і, за рахунок підсилювач із програмованим коефіцієнтом підсицього, підвищити якість і зменшити вартість контлення та другий аналого-цифровий перетворювач, ролю за параметрами електроенергії у процесі її причому вхід операційного підсилювача з програвиробництва та споживання. мованим коефіцієнтом підсилення з’єднаний з виПоставлена задача вирішується тим, що в ходом аналогового комутатора, вихід - із входами аналого-цифровий перетворювач інтегральних першого та другого цифро-аналогових перетворюхарактеристик електричних величин, який містить вачів, а входи управління - з другими виходами блоки проміжних трансформаторів, блоки комутапорту прапорів першого процесорного пристрою, ції аналогових сигналів, блок аналого-цифрового перші виходи порту прапорів першого процесорноперетворення, який складається з аналогового го пристрою під’єднані до входів управління анакомутатора, джерела опорної напруги, першого логового комутатора, виводи порту даних - до вианалого-цифрового перетворювача, першого буходів друго го аналого-цифрового перетворювача, ферного регістра, першого процесорного приа виводи послідовного порту - до послідовної шистрою та дешифратора, другий процесорний прини даних блока аналого-цифрового перетворення, стрій, блок контролю телесигналів, який другий та третій виходи управління якого з’єднані складається з другого буферного регістра та первідповідно з четвертим та п’ятим виходами дешишої та др угої лінійок оптронів, входи контрольовафратора, шостий та сьомий виходи якого них сигналів, входи телесигналів, ви ходи опитупід’єднані до входів відповідно вибірки та запуску вання стану телесигналів та виводи лінії другого аналого-цифрового перетворювача. Блок зовнішнього зв’язку, причому входи блоків проміжконтролю телесигналів додатково містить буферних трансформаторів під’єднані до входів контроний формувач, почому перший та другий входи льованих сигналів, а ви ходи - до входів блоків коуправління блока контролю телесигналів з’єднані мутації аналогових сигналів, входи управління і відповідно з входом запису другого буферного виходи яких з’єднані відповідно з першими вихорегістра та входом вибірки буферного формувача, дами управління і аналоговими входами блока входи якого під’єднані до виходів другої лінійки аналого-цифрового перетворення, виводи портів оптронів, а виходи - до входів др угого буферного даних, адреси та режиму роботи другого процесорегістра. рного пристрою під’єднані до відповідних виводів За рахунок уведення нових елементів та взаєшин даних, адреси та режиму роботи блока аналомозв’язків одержана можливість, по-перше, підвиго-цифрового перетворення, аналогові входи якого щення точності перетворень інтегральних харакз’єднані з першими входами аналогового комутатеристик електричних величин при розширеному тора, другий вхід якого під’єднаний до виходу діапазоні змінювання вхідних сигналів і, по-друге, джерела опорної напруги, а третій - до шини "нуля спрощення структурної схеми та розширення фунвольт", виводи порту даних першого процесорного кціональних можливостей пристрою через уведенпристрою з’єднані з виходами першого аналогоня послідовного зв’язку і перерозподіл функцій між цифрового перетворювача, входами першого бупроцесорними пристроями, що забезпечує можлиферного регістра та шиною даних блока аналоговість підвищення якості при одночасному здешевцифрового перетворення, виводи порту адреси - з ленні контролю за параметрами електроенергії в першими входами дешифратора і шиною адреси процесі її виробництва і споживання. блока аналого-цифрового перетворення, а виводи На Фіг. представлена схема пропонованого порту режиму роботи - з шиною режиму роботи аналого-цифрового перетворювача. блока аналого-цифрового перетворення та другиАналого-цифровий перетворювач інтегральми входами дешифратора, перший, другий та трених характеристик електричних величин має у тій виходи якого під’єднані відповідно до входів своєму складі блоки проміжних трансформаторів запуску та вибірки першого аналого-цифрового 1, блоки комутації аналогових сигналів 2, блок перетворювача та входу запису першого буферноаналого-цифрового перетворення 3, процесорний го регістра, виходи якого з’єднані з першими вихопристрій 4, блок контролю телесигналів 5, входи дами управління блока аналого-цифрового переконтрольованих сигналів 6, входи телесигналів 7, творення, входи другого буферного регістра виходи опитування стану телесигналів 8, виводи під’єднані до шини даних блока аналоголінії зовнішнього зв’язку 9 та виводи лінії послідоцифрового перетворення, а виходи - до входів вного зв’язку 10. Блок аналого-цифрового перепершої лінійки оптронів, ви ходи якої з’єднані з витворення 3 складається з аналогового комутатора ходами опитування стану телесигналів, входи дру11, джерела опорної напруги 12, операційного під 7 24097 8 силювача з програмованим коефіцієнтом підсистрій 4 використовується одноплатний комп’ютер лення 13, аналого-цифрових перетворювачів 14 і класу Pentium MMX із мультипортом на основі 15, процесорного пристрою 16, дешифратора 17 стандартного пристрою типу С104Р фірми Моха та буферного регістра 18. Блок контролю телесигTechnologies. Аналоговий комутатор 11 побудованалів 5 складається з буферного регістра 19, буний на основі мікросхем ADG708; джерело опорної ферного формувача 20 та лінійок оптронів 21 і 22. напруги 12 - на основі мікросхеми AD780; операВходи блоків проміжних трансформаторів 1 ційний підсилювач 13 - на основі мікросхеми під’єднані до входів контрольованих сигналів 6, а AD628; аналого-цифрові перетворювачі 14 і 15 виходи - до входів блоків комутації аналогових на основі мікросхем відповідно AD7892 і AD670. Як сигналів 2, входи управління і виходи яких з’єднані процесорний пристрій 16 використовується цифвідповідно з першими виходами управління й анаровий сигнальний процесор ADSP2186. Дешифралоговими входами блока аналого-цифрового петор 17 виконаний на основі мікросхем КР1533ИД4; ретворення 3. Виводи портів даних, адреси та ререгістри 18 і 19 - на основі мікросхем КР1533ИР37. жиму роботи процесорного пристрою 4 під’єднані Буферний формувач 20 побудований на основі до відповідних виводів шин даних, адреси та ремікросхем КР1533АП5; оптронні лінійки - на основі жиму роботи блока аналого-цифрового перетвооптронних збірок ILQ621. рення 3, виводи послідовного порту - до відповідПропонований аналого-цифровий перетворюних виводів лінії послідовного зв’язку 10 та вач інтегральних характеристик електричних вепослідовної шини даних блока аналого-цифрового личин працює наступним чином. Процесорний перетворення 3, а виводи мультипорту - до лінії пристрій 16, в пам’ять якого на початку роботи з зовнішнього зв’язку 9. Другий та третій виходи процесорного пристрою 4 заноситься програма управління блока аналого-цифрового перетворенроботи і вхідні дані, виділяє цикли Тц збору даних ня 3 з’єднані відповідно з першим та другим вхопо k трифазних приєднаннях, рівні періодам колидами управління блока контролю телесигналів 5. вання вхідних сигналів. Тц програмне поділяється Входи аналогового комутатора 11 під’єднані відна такти tт обслуговування сигналів по черговим повідно до аналогових входів блока аналоготочкам їхньої вибірки, які, в свою чергу, поділяцифрового перетворення 3, виходу джерела опорються на (6k+2) підтактів tпт, у яких виконується ної напруги 12 та шини „нуля вольт”, входи управаналого-цифрове перетворення поточних миттєління - до перших виходів порту прапорів процевих значень вхідних сигналів, опорної напруги та сорного пристрою 16, а вихід - до входу рівня „нуля вольт” і цифрова обробка результатів операційного підсилювача 13, входи управління аналого-цифрового перетворення за попередні якого з’єднані з другими виходами порту прапорів підтакти. процесорного пристрою 16, а вихід - із входами Напруги та струми з контрольованих трифазаналого-цифрових перетворювачів 14 та 15. Виних приєднань контрольованого енергооб’єкта води порту даних процесорного пристрою 16 поступають на входи блоків проміжних трансфорпід’єднані до виходів аналого-цифрових перетвоматорів 1, якими виконується гальванічне рювачів 14 та 15, входів буферного регістра 18 та розв’язання електричної схеми аналого-цифрового шини даних блока аналого-цифрового перетвоперетворювача інтегральних характеристик електрення 3, виводи порту адреси - до перших входів ричних величин від вихідних кіл контрольованих дешифратора 17 і шини адреси блока аналоготрифазних приєднань і нормування вхідних сигнацифрового перетворення 3, виводи порту режиму лів. Нормовані сигнали з виходів блоків проміжних роботи - до шини режиму роботи блока аналоготрансформаторів 1 поступають на входи k блоків цифрового перетворення 3 та других входів декомутації 2, що управляються кодом із виходів шифратора 17, а виводи послідовного порту - до регістра 18 і підключають на протязі чергового послідовної шини даних блока аналого-цифрового циклу Тц сигнали по чергових k трифазних приєдперетворення 3. Виходи дешифратора 17 з’єднані наннях до входів аналогового комутатора 11. Ковідповідно з входами запуску та вибірки аналогомутатор 11 управляється кодом із перших ви ходів цифрових перетворювачів 14 і 15, входом запису порту прапорів процесорного пристрою 16 і на буферного регістра 18, другим та третім виходами протязі чергового такту tт послідовно підключає управління блока аналого-цифрового перетворенсигнали з виходів блоків комутації 2, а також наня 3. Входи буферного регістра 19 під’єднані до пругу з шини „нуля вольт” і опорну напругу через виходів буферного формувача 20 і шини даних операційний підсилювач 13 до входу аналогоблока аналого-цифрового перетворення 3, а вихоцифрового перетворювача 15. Останній упродовж ди - до входів лінійки оптронів 21, виходи якої tпт перетворює поточне миттєве значення хj відпоз’єднані з виходами опитування стану телесигнавідного сигналу x(t) у цифровий код Nxj, який обролів 8. Входи буферного формувача 20 під’єднані бляється процесорним пристроєм 16 на протязі до виходів лінійки оптронів 22, входи якої з’єднані наступного підтакту. з входами телесигналів 7. Для визначення коефіцієнта підсилення підсиПри реалізації даного аналого-цифрового пелювача 13 для хj перед його підключенням до вхоретворювача інтегральних характеристик електриду перетворювача 14 він обробляється швидкодічних величин блоки проміжних трансформаторів 1 ючим аналого-цифровим перетворювачем 15 при містять три двоканальні трансформаторні пристрої номінальному значенні коефіцієнта підсилення. гальванічної розв’язки, виконані за відомою схеРезультат обробки N’xj контролюється процесором мою [див. А.с. СРСР №978060, МКВ G01R21/06 від 16 на невихід з певного діапазону представлення, 30.11.82, Бюл. №4]. Блоки комутації 2 побудовані який обмежує Nxj знизу припустимою похибкою на основі мікросхем ADG706. Як процесорний приквантування, а зверху - розрядністю аналого 9 24097 10 цифрового перетворювача 15. При виході N’xj за єм 4 виконується обчислення: активних і реактивверхню чи нижню межі діапазону на других ви хоних потужностей трифазних приєднань як сум дах порту прапорів процесорного пристрою 16 фазних потужностей, активних і реактивних енерзмінюється код управління підсилювачем 13, що гій як сум потужностей; перевіряються баланси приводить до відповідного зменшення чи збільпотужностей і енергій по різницях сумарних по шення коефіцієнта підсилення для Nxj. контрольованому енергооб’єкту додатних та На протязі поточного циклу Тц процесорним від’ємних значень цих величин, формуються архіпристроєм 16 обробляються дані по чергових k ви даних у реальному часі і проводиться їхня статрифазних приєднаннях. Обчислюються: період тистична обробка. Через лінію зв’язку 9 виконується зв’язок анаколивань вхідних сигналів як кількість nх тактів tт лого-цифрового перетворювача інтегральних хаміж переходами через нуль в одному напрямку рактеристик електричних величин із зовнішніми цифрових кодів миттєвих значень одного із сигналів; суми: квадратів різниць кодів миттєви х знаінформаційними системами, які по сигналах переривання можуть як запрошувати й забирати інфочень вхідних сигналів і зміщень нуля NDx відповідрмацію з пам’яті процесорного пристрою 4, так і них вимірювальних каналів з урахуванням значень передавати туди дані. коефіцієнта підсилення - Sx2, квадратів різниць Як видно з опису роботи пропонованого анакодів вибірок опорної напруги і зміщення нуля NDUo лого-цифрового перетворювача інтегральних хаканалу опорної напруги – SUo, добутків миттєвих рактеристик електричних величин у ньому передзначень фазних напруг у поточних точках вибірки з бачено зниження похибки аналого-цифрового миттєвими значеннями фазних струмів відповідно перетворення при розширенні діапазонів змінюу поточних і попередніх точках вибірки, скореговавання контрольованих сигналів через уведення них на значення зміщень нуля з урахуванням коезмінного коефіцієнта підсилення, що дозволяє фіцієнтів підсилення, - відповідно Sp1 та Sp2; суми забезпечити стабільно високу точність визначення вибірок рівня «нуля вольт» - S0 чи одного з вхідних параметрів електроенергії як при виникненні перенормованих сигналів при постійному значенні кохідних процесів, так і при зменшенні навантаження ефіцієнта підсилення - Sxk - По закінченні Тц вина контрольований енергооб’єкт. значаються і заносяться до пам’яті процесорного Більшість функцій по обчисленню поточних пристрою 16: значення частоти коливань вхідних значень параметрів електроенергії у пропоновасигналів як величини, зворотної до nx, в залежносному перетворювачі передано процесорному приті від формування на протязі Тц сум S0 чи Sxk строю блока аналого-цифрового перетворювача, зміщення нуля каналу опорної напруги як S0/nx чи що приводить до зменшення потоку інформації зміщення нуля вимірювального каналу відповідноміж двома процесорними пристроями й завантаго вхідного сигналу як Sxk/n x, коефіцієнт Kx корекції ження другого процесорного пристрою обчисленяк відношення розрахункового значення квадрату ням параметрів електроенергії. Наслідком цього є, опорної напруги до SUo; діючі значення контрольопо-перше, можливість введення послідовного ваних напруг та стр умів як корені квадратні із зв’язку між процесорами й вилучення окремого KxS x2 , помножені на відповідні масштабні коефіціпристрою пам’яті для зберігання масивів інформаєнти; фазові активні та реактивні потужності як ції по поточних миттєвих значеннях сигналів, що відповідно (Sp1+Sp2) та (Sp1-Sp2), помножені на Кх і приводить до спрощення схеми аналоговідповідні масштабні коефіцієнти. цифрового перетворювача, а отже, і його здешевКрім того, на протязі Тц процесорним пристролення. По-друге, другий процесорний пристрій єм 16 виконується опитування стану телесигналів звільнюється для виконання додаткових функцій, (ТС). Для цього через певні проміжки часу у ретаких, як контроль балансів потужностей, формугістр 19 заноситься код опитування ТС, який через вання архівів, статистичної обробки даних, що лінійку оптронів 21 передається до кіл опитування приводить до розширення функціональних можлиТС і активізує певні з них, наслідком чого є поява востей перетворювача. на входах формувача 20 коду стану ТС, який пеТаким чином, порівняно з відомим приладом, у редається до пам’яті процесорного пристрою 16. запропонованому аналого-цифровому перетворюЗаписом інформації до регістрів 18 і 19, вибірвачі інтегральних характеристик електричних векою формувача 20, запуском та вибіркою аналоголичин підвищено точність перетворень, спрощено цифрових перетворювачів 14 та 15 управляє проструктурну схему й розширено функціональні моцесорний пристрій 16 через дешифратор 17, пожливості, що забезпечує підвищення якості при даючи на його входи адресу відповідного приодночасному здешевленні контролю за параметстрою і відповідний сигнал режиму роботи. рами електроенергії у процесі її виробництва і Дані по обчислених електроенергетичних паспоживання. раметрах і ТС із пам’яті процесорного пристрою 16 передаються через послідовний порт до процесорного пристрою 4 по його запитуваннях. Пристро 11 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 24097 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601