Модернизация электронной информационно-измерительной системы коммерческого учета электроэнергии

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время активно развивается ниша автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Данная тенденция является следствием постоянного развития и совершенствования элементной базы, в частности вычислительных средств, являющихся основой данных систем.
Автоматизация - это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.
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.
Целью данной магистерской работы является модернизация автоматизированной системы учета электроэнергии на предприятии. Основное преимущество данной системы перед счетчиками энергии других производителей – это центролизированный учет и возможность оперативного контроля энергоресурсов предприятия.

Содержание


РЕФЕРАТ 4
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 5
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 6
ВВЕДЕНИЕ 8
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 10
1.1 Обзор готовых систем измерения мощности 10
1.2 Обзор датчиков тока 15
1.3 Датчики тока на основе эффекта Холла 19
1.3.1 Принцип действия датчика Холла 19
1.3.2 Типы датчиков тока на основе эффекта Холла 20
2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 23
2.1 Датчик мощности 23
2.2 Контроллер сети 25
2.3 Методика расчета мощности 26
3. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ 28
3.1.Выбор микроконтроллера 28
3.2 Выбор аналогово-цифрового преобразователя 31
3.2.Описание используемых микросхем 33
4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 37
4.1 Расчет схемы датчика мощности 37
4.2 Расчет сетевого трансформатора 41
4.3 Моделирование работы устройства 43
4.4 Анализ полученных результатов 49
4.5 Описание алгоритма работы датчика мощности 55
4.6 Описание программы датчика мощности 59
5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ 62
5.1 Анализ основных требований к конструкции 62
5.2Разработка печатной платы в системе PCAD 63
5.3 Разработка маршрутной технологии сборки системы 74
5.4 Анализ технологичности системы контроля 75
6. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 77
6.1 Технико-экономическое обоснование 77
6.2 Расчёт экономического эффекта 77
6.2.1 Предпроизводственные затраты 78
6.3 Определение резервов снижения себестоимости 83
7. ОХРАНА ТРУДА И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 84
7.1 Введение 84
7.2 Оценка условий труда 84
7.2.1 Параметры микроклимата 84
7.2.2 Оценка эффективности воздухообмена в производственном помещении 85
7.2.3 Оценка необходимости шумозащиты 86
7.2.4 Проектирование и расчет искусственного освещения 87
7.2.5 Вибрация 90
7.3 Классификация помещения по электробезопасности и пожароозащищенности 91
7.3.1 Обеспечение электробезопасности 91
7.3.2 Обеспечение пожарной безопасности производственных процессов 91
7.4 Вывод 92
8. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ 94
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 98
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 99

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной магистерской работе была произведена модернизация автоматизированной системы, предназначенной для учета количества потребляемой электроэнергии. В проекте проведен анализ существующих АСКУЭ, проанализированы их недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция, ПО и приведены необходимые технико-экономические расчёты.
Отличительными чертами, разработанного устройства являются: возможность удаленного контроля и настройки, низкая , в сравнение с другими системами стоимость, применение датчиков тока на основе эффекта Холла, что позволило учитывать постоянную составляющую.
Система может устанавливаться на различных объектах и производственных предприятиях.
В проекте проведен анализ существующих систем подобного рода в данных областях, проанализированы их недостатки, разработаны принципиальные схемы, конструкция, ПО и приведены необходимые технико-экономические расчёты. При проектировании использовалась современная элементная база, а также применялись последние достижения проектирования систем контроля и учета электроэнергии.
Разработанное устройство полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.
В заключительной части проекта описываются возможное влияние используемого оборудования, энергии, и условий работы на человека и окружающую среду; техника безопасности при работе с оборудованием.
В качестве производственного помещения рассматривается аудитория, в которой установлен персональный компьютер.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Трамперт В. Измерение, управление и регулирование с помощью AVR–микроконтроллеров.: Пер. с нем.– Киев.: «МК-Пресс», 2006. – 208с.; ил.
2. Кравченко А.В. 10 Практических устройств на AVR-микроконтроллерах. Книга 1 – М.:Издательский дом «Додэка-XXI», Киев «МК-Пресс», 2008.–224с.; Ил.
3. Кестер У. Аналогово-цифровое преобразование: Под ред. У. Кестера М.: Техносфера, 2007. 1016 с.; ил.
4. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналогово-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 – М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с.
5. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналогово-цифровых электронных устройств.– М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005.–528 с.
6. ATMEL 8-разрядный AVR-микроконтроллер ATmega 48. datasheet.–atmel, june 2005.– режим доступа: http://atmel.ru.
7. Sentron CSA-1V Current Sensor. datasheet.– sentron, april 2005.– режим доступа: http://www.sentron.ch.
8. MAX 13410E. RS-485 Transceiver. datasheet.– maxim, october 2007.
9. ATMEL 8-разрядный AVR-микроконтроллер ATmega 164. datasheet.–atmel, june 2005.– режим доступа: http://atmel.ru.
10. LM317. 1.2V to 37V voltage regulator. datasheet.– stmicroelectronics, 1998.
11. TLP521. TOSHIBA Photocoupler.–datasheet.– toshiba, september 2002.
12. Никитинский В.З. Маломощные силовые трансформаторы.–М.: «Энергия», 1968.–47 с.
13. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. –240 с.
14. Курсовое и дипломное проектирование: Методические указания для студентов специальностей 190200 и 200700 / В. А. Аржанов, Ю. М. Вешкурцев, И.В. Никонов, М. Г. Семенов. ОмГТУ, Омск. 1997. –44 с.
15. ADM 222/ADM232A/ADM242. RS-232 Drivers/Receivers datasheet.– analog devices, october 2001.
16. Быстродействующие интегральные микросхемы ЦАП и АЦП и измерение их параметров/А.-Й. К Марцинкявичюс, Э.-А. К. Багданскис, Р.Л.Пошюнас и др.; Под. ред. А.-Й. К Марцинкявичюса, Э.-А. К. Багданскиса.– М.: Радио и связь, 1988.-224 с.; ил.
17. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. Издание второе, исправленное и дополненное – М. ДОДЭКА, 1998 г., 400 с.
18. Кирьянов Д.В. Самоучитель Mathcad 11. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003. – 560 с.; ил.
19. Типовые нормы времени на разработку конструкторской документации. – 2-е издание., доп. – М.: Экономика, 1991.– 44 с.
20. Мазель Б. Трансформаторы электропитания.– М.: Энергоиздат, 1982.– 78 с.
21. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя. – М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2007.– 592 с.: ил.
22. Хемминг Р. В. Цифровые фильтры. –М.: Недра, 1987. – 221 с.
23. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. –М.: Мир, 1978. –847 с.
24. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высшая школа, 1988. – 448 с.
25. Оздоровление воздушной среды Сост. А.И Насейкин.. Метод. Указания. Омск: ОмГТУ, 2000.–43 с.
26. Безопасность жизнедеятельности: Методические указания к самостоятельным работам / Сердюк В.С., Игнатович И.А., Кирьянова Е.Н., Стишенко Л.Г. – Омск: ОмГТУ, 2007.
27. Оздоровление воздушной среды Сост. А.И Насейкин.. Метод. Указания. Омск: ОмГТУ, 2000.–43 с.
28. Маргелов А. Датчики тока компании Honeywell// Электронные компоненты.– 2007. №3.– С. 121-126.
29. Козенков Д. Интегральные датчики тока// Электронные компоненты.– 2005. №9.– С. 59-63.
30. Иванов П. Микропроцессорный беспроводной измеритель расхода электроэнергии//Современная электроника.– 2006. №9.– С. 48-50.
31. Волович Г. Интегральные датчики Холла// Современная электроника.– 2004. №12.– С. 26-31.
32. Данилов А. Современные промышленные датчики тока// Современная электроника.– 2004. №11.– С. 26-35.
33. Уткин А. Датчики тока ACS750 фирмы Allegro: теория и практика// Современная электроника.– 2004. №12.– С. 18-20.
34. Эннс В. Измерительные микросхемы и модули для электронных счетчиков электроэнергии// Chip news.– 2002. №10.– С. 34-36.
35. Эннс В. Измерительные микросхемы для электронных счетчиков электроэнергии// Схемотехника.–2002. №3.–С. 6-9
36. Голуб В. Электронные счетсики электроэнергии// режим доступа: http://chipnews.gaw.ru/html.cgi/arhiv/02_06/9.htm
37. Analog Devices. Application Notes: AN-(AD7750); AN-559 (AD7755). Rev. A;AN-564 (ADE7756). Rev. PrC_R2; AN-578 (ADE7756). Rev. 0, 2001.
38. Аганичев А., Панфилов Д., Плавич М. Цифровые счетчики электрической энергии // Chip News. 2000. № 2. C. 18–22.
39. Описание шины CAN// режим доступа: http://www.itt-ltd.com/reference/ref_can.html
40. Солодянкин С. RS–485 против Ethernet в системах СКУД: попробуем разобраться?// Алгоритм безопасности.–2008. № 4.– С. 32-35
41. Бень Е.А. RS-485 для чайников//2003.– режим доступа: http://www.mayak-bit.narod.ru/index.html
42. Бирюков Н.И. Правильная разводка сетей RS-485// Maxim's Application Note 373.– пер. Бирюков Н.И. 2001
43. Локотков А. Интерфейсы последовательной передачи данных. Стандарты RS-422/RS-485// СТА.– 1997. № 3
44. Катцен С. PIC–микроконтроллеры. Все, что вам нужно знать/пер. с англ. Евстифеева А.В. –М.: Издательский дом «Додека-XXI», 2008.– 656 с. :ил
45. ГОСТ 12.2.003-91. Оборудование производственное: Общие требования. - Введ.01.01.92.- Москва: Изд-во стандартов,1992. - 16 с.
46. СНиП 23 – 05 – 95. Естественное и искусственное освещение. - Введ. 1996-01-96. - Москва: Межгосударственная научно-техническая комиссия по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве, 1996. – 6 с.
47. СНиП 2.2.4/2.1.8.562 - 96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки: Санитарные нормы. - Введ. 31.10.96.- Москва: Информ. - изд. Центр Минздрава России, 1997. - 8 с.
48. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. - Москва: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 13с.