Universitatea din Craiova -...

53
Universitatea din Craiova FACULTATEA DE ELECTROTEHNIC Rezumat al tezei de doctorat Virginia IVANOV CONTRIBUII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE I CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE Conductor !tiin"ific Prof.dr.ing. G.A. CIVIDJIAN CRAIOVA 2004

Transcript of Universitatea din Craiova -...

Page 1: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Universitatea din Craiova

FACULTATEA DE ELECTROTEHNICĂ

Rezumat al tezei de doctorat

Virginia IVANOV

CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR

DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A

ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Conducător ştiinţific Prof.dr.ing. G.A. CIVIDJIAN

CRAIOVA − 2004 −

Page 2: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

UNIVERSITATEA DIN CRAIOVA RECTORAT Nr………./……………..

Către, ...................................................................................

..................................................................................

Vă facem cunoscut că în ziua de 20.12.2004, ora 1100, în Sala de Consiliu a Facultăţii

de Electrotehnică, va avea loc susţinerea publică a tezei de doctorat intitulată

„CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL

A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE”, elaborată de ing. Virginia IVANOV, în vederea

conferirii titlului ştiinţific de DOCTOR, în domeniul fundamental „Ştiinţe inginereşti”,

domeniul „Inginerie electrică”.

COMISIA DE DOCTORAT: PREŞEDINTE: Conf.dr.ing. Eleonor STOENESCU

Universitatea din Craiova CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof.dr.ing. G.A. CIVIDJIAN

Universitatea din Craiova MEMBRI SPECIALIŞTI: Prof.dr.ing. CARMEN GOLOVANOV

Universitatea „Politehnica” Bucureşti Prof.dr.ing. Alexandru VASILIEVICI

Universitatea „Politehnica” din Timişoara Prof.dr.ing. Marian GHEORGHE

Universitatea din Craiova

În acest scop vă trimitem rezumatul tezei de doctorat şi vă invităm să participaţi la

susţinerea publică a tezei.

În cazul în care doriţi să faceţi eventuale aprecieri sau observaţii asupra conţinutului

lucrării, vă rugăm să le trimiteţi în scris la Facultatea de Electrotehnică, Bdul Decebal, nr. 107,

200440, Craiova, sau la adresa e-mail [email protected].

Page 3: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

2

CUPRINS

Cuprins ............................................................................................................................................. 2 (2)

Lista simbolurilor utilizate ............................................................................................................... 6

Introducere ....................................................................................................................................... 9 (4)

1. Sisteme de monitorizare. Stadiu actual ...................................................................................... 13 (7) 1.1. Importanţa sistemelor de monitorizare ................................................................................. 13 (7) 1.2. Principii de prelucrare numerică a mărimilor electrice ........................................................ 15 (9)

1.2.1. Principii de prelucrare numerică pentru o mărime de proces ......................................... 15 (9) 1.2.1.1. Supravegherea valorilor instantanee.......................................................................... 15 1.2.1.2. Supravegherea vitezei de variaţie a la trecerea prin zero .......................................... 16 1.2.1.3. Calculul valorii de vârf û, valorii medii redresate |ū| şi valorii efective U ................ 16 (9) 1.2.1.4. Calculul părţii reale Ux şi imaginare Uy, a mărimii de proces sinusoidale u(t) ........ 18 (11)

1.2.2. Principii de prelucrare pentru două mărimi de proces .................................................... 21 (12) 1.2.2.1. Determinarea impedanţei........................................................................................... 21 (12) 1.2.2.2. Calculul diferenţei de fază......................................................................................... 23

1.2.2.2.1. Algoritmi bazaţi pe anumite valori instantanee special alese .............................. 23 1.2.2.2.2. Algoritmi bazaţi pe mărimi de proces complexe ................................................. 23

1.3. Stadiul actual al instalaţiilor de monitorizare ....................................................................... 24 1.4. Concluzii şi contribuţii ......................................................................................................... 25

2. Sisteme de supraveghere şi control a instalaţiilor industriale .................................................... 27 (13) 2.1. SCADA, control supervizor şi achiziţii de date ................................................................... 27 (13)

2.1.1. Introducere ..................................................................................................................... 27 2.1.2. Elementele sistemelor SCADA ...................................................................................... 28 (13) 2.1.3. Sisteme în timp real ........................................................................................................ 29 2.1.4. Sisteme de securitate ...................................................................................................... 31 2.1.5. Comunicaţiile ................................................................................................................. 32

2.1.5.1. Componentele sistemului de comunicaţii .................................................................. 35 (14) 2.1.5.2. Protocoale de comunicaţii ......................................................................................... 35 (15) 2.1.5.3. Modem-uri................................................................................................................. 38 2.1.5.4. Mediul de comunicare ............................................................................................... 39

2.1.6. Comunicaţia radio .......................................................................................................... 40 2.1.6.1. Transmisie simplex şi duplex .................................................................................... 40 2.1.6.2. Timpul de pornire al echipamentelor de comunicaţie ............................................... 41 2.1.6.3. Frecvenţe disponibile ................................................................................................ 43 2.1.6.4. Elemente suplimentare pentru proiectarea comunicaţiilor sistemelor SCADA......... 43

2.1.7. Unităţile terminal depărtate (RTU) ................................................................................ 44 2.1.7.1. Interfaţa de comunicaţie ............................................................................................ 45 2.1.7.2. Protocolul utilizat de unităţile RTU........................................................................... 46 2.1.7.3. Tipuri de comenzi realizate de RTU.......................................................................... 47 2.1.7.4. Tipuri de monitorizări realizate de RTU ................................................................... 49

2.1.8. Unităţi master (MTU) ..................................................................................................... 51 2.1.8.1. Interfaţa de comunicaţie ............................................................................................ 51 2.1.8.2. Realizarea unei pictograme a procesului ................................................................... 52 2.1.8.3. Memorarea datelor .................................................................................................... 53

2.1.9. Senzori, elemente de acţionare şi cablare ....................................................................... 54 2.1.10. Interfaţa operator .......................................................................................................... 55 2.1.11. Tendinţe în evoluţia sistemelor SCADA ...................................................................... 57 (16)

2.2. Sisteme expert ...................................................................................................................... 57 (16) 2.2.1. Istoria inteligenţei artificiale .......................................................................................... 57 2.2.2. Sisteme expert. Generalităţi ........................................................................................... 58 2.2.3. Aplicaţiile şi domeniile sistemelor expert ...................................................................... 59 (16) 2.2.4. Dezvoltarea unui sistem expert ...................................................................................... 59 (17) 2.2.5. Reprezentarea cunoaşterii .............................................................................................. 60

2.2.5.1. Formalismul logicii predicatelor de ordinul întâi ...................................................... 61 2.2.5.2. Formalismul regulilor de producţie ........................................................................... 63

Page 4: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

3

2.2.5.2.1. Analiza condiţiei.................................................................................................. 64 2.2.5.2.2. Metode de rezolvare a conflictelor ...................................................................... 64 2.2.5.2.3. Transmiterea acţiunii ........................................................................................... 65 2.2.5.2.4. Sisteme de ordinul 0 ............................................................................................ 65 2.2.5.2.5. Sisteme de ordinul 1 ............................................................................................ 67 2.2.5.2.6. Măsuri pentru creşterea performanţelor sistemelor de producţie......................... 67

2.2.5.3. Formalismul cadrelor ................................................................................................ 69 2.2.5.3.1. Moştenirea simplă fără excepţii ........................................................................... 69 2.2.5.3.2. Moştenirea simplă cu excepţii ............................................................................. 70 2.2.5.3.3. Introducerea regulilor în cadre............................................................................. 70 2.2.5.3.4. Reprezentarea cunoştinţelor prin cadre................................................................ 71

2.2.6. Avantajele sistemelor expert .......................................................................................... 71 (19) 2.3. Concluzii şi contribuţii ......................................................................................................... 72

3. Tehnici de comutaţie controlată ................................................................................................. 73 (19) 3.1. Introducere ........................................................................................................................... 73 (19) 3.2. Condiţii şi proceduri de încercare impuse componentelor individuale şi

sistemelor integrate ............................................................................................................. 74 (20) 3.3. Aplicaţii ale comutaţiei controlate ....................................................................................... 77

3.3.1. Comutarea sarcinilor capacitive ..................................................................................... 77 3.3.2. Comutarea sarcinilor inductive ...................................................................................... 85 3.3.3. Comutarea transformatoarelor ........................................................................................ 87 3.3.4. Comutarea liniilor de transport şi distribuţie .................................................................. 93

3.3.4.1. Conectarea liniilor care funcţionează în gol .............................................................. 93 3.3.4.2. Deconectarea liniilor lungi care funcţionează în gol ................................................. 98

3.4. Concluzii şi contribuţii ....................................................................................................... 106 (23)

4. Micro-sistem de monitorizare .................................................................................................. 108 (24) 4.1. Modul de achiziţie şi transfer ............................................................................................. 108 (24)

4.1.1. Structura hardware a modulului de achiziţie şi transfer ............................................... 108 (24) 4.1.2. Structura software a modului de achiziţie şi transfer ................................................... 118 (28)

4.1.2.1. Programul principal ................................................................................................. 120 (30) 4.1.2.2. Rutina de achiziţie acq ............................................................................................ 125 4.1.2.3. Rutina de transmisie send ........................................................................................ 130 4.1.2.4. Rutina de întrerupere serială 0 irec.......................................................................... 131 4.1.2.5. Rutina de întreruperi externe iext ............................................................................ 131 4.1.2.6. Rutinele generale delay şi rw_rams......................................................................... 131 4.1.2.7. Rutina de calibrare calibru ...................................................................................... 131

4.2. Interfaţa utilizator ............................................................................................................... 133 (33) 4.3. Propunere de integrare a micro-sistemului experimental într-un sistem de monitorizare .. 136 (36) 4.4. Concluzii şi contribuţii ....................................................................................................... 137 (36)

5. Verificări experimentale .......................................................................................................... 139 (37) 5.1. Prezentare generală a condiţiilor de testare ........................................................................ 139 (37) 5.2. Determinări experimentale cu sarcină rezistivă ................................................................. 139 (38) 5.3. Determinări experimentale cu sarcină rezistiv-inductivă ................................................... 143 (41) 5.4. Concluzii şi contribuţii ....................................................................................................... 149 (43)

6. Concluzii şi contribuţii finale ................................................................................................... 151 (43)

Bibliografie .................................................................................................................................. 160 (46)

Anexa 1 Programul principal

Anexe 2-8 Rutinele în limbaj de asamblare

Anexa 9 Interfaţa utilizator

Page 5: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

4

INTRODUCERE

Dezvoltarea puternică a tehnologiei în domeniul microelectronicii, pe baza celor mai noi cuceriri ale ştiinţei, a determinat modificări importante şi în domeniul realizării de echipamente inteligente. Utilizarea micro controlerelor a devenit imperios necesară ţinând cont de performanţele acestora, ele oferind o soluţie single-chip, care nu necesită componente suplimentare, fiind ideale pentru foarte multe aplicaţii.

Lucrarea urmăreşte să abordeze dezvoltarea unui sistem de monitorizare a echipamentelor electrice, prin utilizarea micro controlerelor.

Importanţa sistemelor de monitorizare şi a facilităţilor asigurate de acestea, în contextul integrării complete a tuturor aparatelor într-o soluţie unică de automatizare, se prezintă în §1. Ţinând cont de caracteristica sistemelor de monitorizare de a supraveghea în mod continuu, aproape instantaneu, mărimile analogice de proces, se tratează principiile de prelucrare a mărimilor reprezentate prin valorile eşantionate, pentru o mărime de proces supravegheată, în §1.2.1., respectiv pentru două mărimi de proces supravegheate, în §1.2.2.

Se analizează algoritmii utilizaţi pentru realizarea interfeţei utilizator din cadrul micro sistemului experimental realizat în lucrare.

Descrierea, din punct de vedere constructiv şi funcţional, a două tipuri de sisteme de supraveghere şi control a instalaţiilor industriale, sisteme SCADA şi sisteme EXPERT, este realizată în §2. Pentru sistemele SCADA, în §2.1., se prezintă principalele componente, insistându-se asupra funcţiilor îndeplinite de fiecare dintre acestea - unitatea master, unităţile terminal depărtate (RTU), sistemul de comunicaţii, interfaţa operator şi echipamentele periferice.

Se propune integrarea sistemului experimental realizat, într-un sistem SCADA, îndeplinind funcţiile unei unităţi terminal depărtate (RTU). Această unitate se utilizeazăpentru achiziţionarea celor şase mărimi (trei curenţi şi trei tensiuni), corespunzătoare unui echipament electric şi a numărului de comutaţii.

Sistemele EXPERT, produse ale Inteligenţei Artificiale aflate în continuă dezvoltare, fac obiectul §2.2. După prezentarea domeniilor de aplicabilitate ale sistemelor EXPERT, în §2.2.3., detalierea elementelor componente, structurate pe trei module principale: baza de cunoştinţe, maşina de inferenţă, baza de fapte, la care se adaugă modulele ce asigurăcomunicarea cu operatorul şi expertul uman, se realizează în §2.2.4. Deoarece, un avantaj important al sistemelor expert este determinat de modul de reprezentare şi folosire a cunoştinţelor, au fost prezentate detaliat, în §2.2.5., trei formalisme de reprezentare a cunoaşterii: formalismul logicii predicatelor, formalismul regulilor de producţie şiformalismul cadrelor, cu precizarea domeniilor de aplicare ale fiecăruia dintre ele.

În finalul capitolului se evidenţiază posibilitatea integrării micro sistemului experimental, realizat şi detaliat în §4, în structura unui sistem expert de reglare şi control a unui proces, care să cuprindă interpretare, diagnoză, monitorizare, prognoză şi remediere, prin achiziţia şi supravegherea a şase semnale caracteristice unui sistem electric trifazat (trei tensiuni şi trei curenţi) şi a numărului de manevre.

În capitolul 3, intitulat „Tehnici de comutaţie controlată” se dezvoltă comutaţia controlată, care a devenit o soluţie economică aplicată în mod curent pentru reducerea solicitărilor la comutaţie. În prezent, au apărut controlere care sunt utilizate, din ce în ce mai mult, pentru întreruperea sarcinilor mici inductive, a bateriilor de condensatoare, a liniilor de transport şi distribuţie şi pentru punerea sub tensiune a transformatoarelor de putere în gol.

Page 6: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

5

Este analizat stadiul actual al comutaţiei controlate pe baza informaţiilor furnizate de la cinci producători ce au participat la CIGRE WG13.07.

Pentru sistemele moderne care utilizează microcontrolerele, funcţiile comutaţiei controlate sunt: determinarea precisă a momentelor de timp pentru comanda întreruptoarelor, în scopul reducerii solicitărilor la comutaţie şi compensarea controlată.

Funcţiile impuse a se realiza prin intermediul microcontrolerelor pentru compensarea controlată, cu referire la caracteristicile determinante ale întreruptoarelor cu poli independenţi, sunt: compensarea creşterii timpului de închidere datorită timpului de repaus; compensarea condiţională a variaţiei timpului de închidere /deschidere în funcţie de temperatura mediului ambiant, tensiunea de comandă şi presiunea hidraulică; compensarea adaptivă a abaterii timpilor de închidere /deschidere, ca urmare a îmbătrânirii pe termen lung.

Se propune soluţia integrării micro sistemului experimental, realizat şi detaliat în §4, în cadrul unui sistem modern, care poate realiza comutaţia controlată, prin adaptarea corespunzătoare a structurii software, pentru determinarea precisă a momentelor de timp pentru comanda întreruptoarelor, în scopul reducerii solicitărilor la comutaţie, în funcţie de mărimile de proces supravegheate (tensiunea şi curentul) şi de tipul de comutaţie respectiv.

În Capitolul 4 se prezintă micro sistemul conceput, proiectat şi realizat în totalitate de autoare, în cadrul Laboratorului de Aparate şi Tehnologii electrice al Facultăţii de Electrotehnică. Acesta este constituit dintr-un modul de achiziţie şi transfer, având la bazăcontrolerul Dallas DS87C550 şi o interfaţă utilizator dezvoltată folosind facilităţile Graphic User Interface ale Matlab.

Micro sistemul asigură monitorizarea celor şase mărimi specifice unui sistem electric trifazat, trei tensiuni şi trei curenţi, cu o rată de eşantionare constantă, adaptată dinamic numărului de canale monitorizate, precum şi informaţii privind istoria funcţionării instalaţiei. Întreaga funcţionare a micro sistemului poate fi controlată atât prin comenzi „on-line” furnizate de interfaţa utilizator cât şi prin comenzi locale asigurate de o interfaţă simplă.

Modulul de achiziţie şi transfer realizat este descris în §4.1. Structura hardware a acestuia se prezintă în §4.1.1. şi cuprinde detalierea elementelor componente cu precizarea facilităţilor şi performanţele specifice fiecăruia dintre ele. Având ca obiective utilizarea optimă a resurselor hardware, precum şi minimizarea timpului de răspuns la funcţiile solicitate de utilizator, modulul de achiziţie şi transfer a fost programat în limbaj de asamblare, folosind sistemul de întreruperi al controlerului.

În §4.1.2. se prezintă structura software a modulului de achiziţie şi transfer. Pentru a compensa limitările impuse de capacitatea memoriei RAM internă a controlerului, achiziţia se realizează pe perioade de 20ms, totdeauna fiind achiziţionate 120 de eşantioane. În funcţie de opţiunea utilizatorului, se pot eşantiona şi achiziţiona semnale de pe un canal (un curent de fază sau o tensiune de fază) cu perioada de eşantionare de 175µs, două canale (un curent şi otensiune de fază) având rata de eşantionare de 350µs, trei canale (trei curenţi de fază sau trei tensiuni de fază) cu perioada de eşantionare de 500µs sau toate cele şase canale (trei curenţi şitrei tensiuni de fază) având rata de eşantionare de 1000µs. În consecinţă, numărul de eşantioane de pe fiecare canal depinde de numărul de canale monitorizate.

Ultimul capitol, §5., prezintă verificările experimentale aferente temei studiate. Este constituit din două părţi importante ce reflectă rezultatele obţinute, pentru două tipuri de sarcini ale instalaţiei monitorizate, în comparaţie cu indicaţiile furnizate de un echipament de măsură industrial, osciloscopul Fluke 196. În §5.1. se prezintă rezultatele testărilor micro sistemului experimental, pentru alimentarea unei sarcini rezistive, verificându-se comportarea modelului experimental pentru toate funcţiile permise de acesta, prin intermediul interfeţei utilizator. Rezultatele experimentale referitoare la alimentarea unei sarcini cu caracter rezistiv-inductiv (un motor asincron), fac obiectul §5.2. Corectitudinea semnalelor

Page 7: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

6

achiziţionate se verifică prin compararea formelor de undă vizualizate prin cele două metode. În vederea verificării corectitudinii algoritmilor numerici de calcul a valorilor sintetice, implementaţi în cadrul lucrării, a fost selectat modul corespunzător de vizualizare a mărimilor măsurate, prin intermediul interfeţei utilizator şi comparate cu valorile măsurate cu echipamentul industrial Fluke. Pentru ambele tipuri de sarcini analizate se observăsimilitudinea dintre formele de undă vizualizate, cât şi deosebita apropiere dintre valorile sintetice calculate, prin cele două metode de măsurare. Toate rezultatele experimentale au caracter de originalitate, fiind în totalitate obţinute de autoare pe baza realizărilor proprii ale activităţii de cercetare, desfăşurată pe parcursul mai multor ani.

În final sunt prezentate concluziile generale privitoare la lucrare, cu sublinierea contribuţiilor originale ale autoarei.

De asemenea este prezentată bibliografia consultată în elaborarea lucrării de faţă incluzând şi studiile publicate în legătură cu teza.

** *

Ţin să mulţumesc pe această cale conducătorului ştiinţific, domnului prof.dr.ing. Grigore Cividjian, pentru sprijinul constant, competent şi eficient, manifestat pe toate planurile, pe care l-am resimţit în întreaga evoluţie a stagiului de pregătire şi în perioada elaborării lucrării.

Totodată îmi exprim recunoştinţa doamnei prof.dr.ing. Carmen GOLOVANOV,domnului prof.dr.ing. Alexandru VASILIEVICI şi domnului prof.dr.ing. Gheorghe MARIAN, pentru spijinul în conturarea mai precisă a ideilor şi pentru cinstea pe care mi-au făcut-o acceptând invitaţia de a fi membri ai comisiei de susţinere.

Doresc să exprim mulţumiri întregului colectiv al Catedrei de Aparate şi Tehnologii electrice pentru sprijinul acordat, pentru atmosfera colegială, pentru încurajările şi sfaturile primite, în special doamnei prof.dr.ing. Maria BROJBOIU, discuţiile tehnice cu domnia sa având ca rezultat cristalizarea ideilor şi efectul infuziei de energie pentru o activitate susţinută.

Nu în ultimul rând doresc să-mi exprim mulţumirile şi recunoştinţa, familiei mele, soţului şi fiului meu, pentru înţelegerea şi răbdarea de care au dat dovadă, pentru a putea finaliza această lucrare.

Page 8: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

7

1. SISTEME DE MONITORIZARE. STADIU ACTUAL

1.1. Importanţa sistemelor de monitorizare Dezvoltarea sistemelor de monitorizarea reprezintă un subiect de mare importanţă atât

pe plan intern cât şi internaţional. Odată cu apariţia şi perfecţionarea sistemelor de monitorizare au fost înlăturate barierele dintre operator şi sistemul de comandă, dintre lumea calculatoarelor şi cea a automatelor programabile, dintre tehnologie şi instalaţia de automatizare. În viitor, se urmăreşte realizarea unui sistem de monitorizare prin integrarea completă a tuturor aparatelor într-o soluţie unică de automatizare.

Un sistem de monitorizare reprezintă un sistem complex ce realizează o serie de funcţii: - achiziţionează informaţii din procesul supravegheat; - transmite datele culese din proces către nivelul central; - prelucrează informaţiile la nivelul central şi prezintă aceste informaţii operatorului

uman prin intermediul unei interfeţe grafice, în timp real; - memorează succesiunea evenimentelor, în timp, ceea ce permite o analiză post-avarie; - prelucrează statistic evenimentele apărute în proces. Pentru siguranţa informaţiilor vehiculate, necesară atât pentru supraveghere, reglaj şi

comandă, cât şi pentru efectuarea calculelor se impune transmiterea şi prelucrarea datelor cu respectarea anumitor condiţii. În acest sens, rezoluţii de timp satisfăcătoare pentru memorarea evenimentelor, protocoale sigure pentru schimbul de informaţie şi coduri de eroare care săasigure protecţia la transmiterea informaţiilor prin linii de comunicaţii, verificarea informaţiilor recepţionate, sunt numai câteva dintre cerinţe.

Dezvoltarea electronicii şi a informaticii a influenţat puternic dezvoltarea măsurărilor în sensul creşterii continue a numărului parametrilor măsuraţi şi a calităţii măsurărilor şi odatăcu acestea, apariţia de noi echipamente, având funcţii noi şi complexe, realizate sub formămodulară, uşor de instalat şi de pus în funcţiune.

În acelaşi timp, dezvoltarea calculatoarelor personale, progresul spectaculos în ceea ce priveşte viteza de operare ca şi capacitatea de stocare, asociate cu sisteme de operare şisoftware din ce în ce mai performante, cu posibilităţi de prelucrare numerică ridicate, constituie un suport important pentru realizarea de sisteme de monitorizare tot mai performante.

În paralel, s-au dezvoltat circuite specializate, asociate microprocesoarelor, ce permit realizarea de sisteme de măsurare şi prelucrare numerică complexă a semnalelor, pentru lucrul în timp real. Avantajele acestor aparate constau atât în uşurinţa şi flexibilitatea în prelucrarea diferitelor semnalelor cât şi în posibilitatea de dezvoltare a unor sisteme de monitorizare eficiente şi complexe, necesare azi în domeniul industrial.

În domeniul echipamentelor, încorporarea prin construcţie a unei inteligenţe proprii, conferă acestora posibilitatea de a se monitoriza şi autoevalua, putând lua decizii în sensul optimizării funcţionării sau al protecţiei la avarii, apărând noţiunea de echipamente inteligente.

Tehnicile moderne de supraveghere a echipamentelor electrice presupun existenţa mai multor sisteme computerizate „dedicate” pentru fiecare echipament supravegheat şi cuplarea acestora la un calculator central cu rol de prelucrare, stocare şi transmitere a datelor către un server instalat într-un punct central (Figura 1.1).

Page 9: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

8

Programele software realizate permit prelucrarea complexă a informaţiilor despre proces şi realizarea unor studii ample ce evidenţiază direcţiile de evoluţie în timp ale parametrilor funcţionali caracteristici echipamentelor supravegheate. În acelaşi timp, programele care gestionează comunicaţiile întregului sistem de monitorizare trebuie săasigure anumite facilităţi, cum ar fi:

- comanda la distanţă a sistemelor de achiziţie printr-un protocol în care serverul va avea rolul de „master”;

- semnalizarea apariţiei unei defecţiuni în sistemele de achiziţie; - transferul la cerere a datelor stocate, într-un anumit interval de timp, în vederea

includerii acestora în baza de date unitară;- recepţionare, de la terminale, a semnalelor de alarmă generate în cazul apariţiei unei

depăşiri a valorilor parametrilor monitorizaţi sau apariţiei unei stări de avarie;

Figura 1.1 Schema bloc a unui sistem de monitorizare

Microcontroler

Traductoare

Temperaturi CurenţiTensiuni

Puteri Presiuni; Debite

Conectări Deconectări

Dilatări; Deplasări

Mărimi de proces

PC

Monitorizare date din proces

Modem

Modem

linie

comunicaţie

SERVER

Reţea internăde comunicaţie spre posturi de

lucru

Sistem de achiziţie de date din proces

Page 10: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

9

- lansarea unui semnal de alarmă pentru a se asigura intervenţia rapidă, în teritoriu, a personalului specializat;

- controlul periodic de la distanţă a valorilor parametrilor, setarea nivelelor de alarmă şiavarie;

- alarmarea personalului ce asigură supravegherea server-ului în momentul apariţiei în sistem a unei încercări de violare a codului de protecţie, de către utilizatori neautorizaţi, etc.

În plus, se mai pot adăuga avantajele oferite de realizarea unei baze de date, ce permite diagnosticarea obiectivelor supravegheate de către experţii în domeniu

1.2. Principii de prelucrare numerică a mărimilor electrice

1.2.1. Principii de prelucrare numerică pentru o mărime de proces Pentru a evidenţia principiul de bază al supravegherii valorilor caracteristice ale unei

mărimi de proces se consideră o variaţie sinusoidală a acesteia.

1.2.1.1. Supravegherea valorilor instantanee

1.2.1.2. Supravegherea vitezei de variaţie a la trecerea prin zero

1.2.1.3. Calculul valorii de vârf u , valorii medii redresate u şi valorii efective U

a) Calculul valorii medii redresate u

1 ( )t T

t

u u t dtT

+

= ∫ (1.1)

Utilizând formula dreptunghiurilor (Figura 1.2) se obţine:

1

1 0

N N

k k k k Nk k

u u u u−

−= =

= + −∑ ∑ (1.2)

în care: 2

21

( )t TN

kk t

u u t dt+

=

=∑ ∫ este suma actuală în ultimul punct de eşantionare (t1+T);

1

1

1

0

( )t TN

kk t

u u t dt+−

=

=∑ ∫ este vechea sumă în penultimul punct de eşantionare (t1+T-τ);

uk este valoarea eşantionată în ultimul punct de eşantionare (t1+T); uk-N este valoarea eşantionată situată cu N momente de eşantionare în trecut (t1).

b) Calculul valorii efective UPentru calculul valorii efective U se utilizează relaţia matematică:

( )21 t T

t

U u t dtT

+

= ∫ . (1.3)

Prin calculul recursiv al integralei, similar cu procedeul descris pentru calculul valorii medii redresate (Figura 1.2) se obţine:

1

2 2 2 2

1 0

N N

k k k k Nk k

u u u u−

−= =

= + −∑ ∑ . (1.4)

Page 11: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

10

c) Calculul valorii de vârf u1) Utilizând funcţiile trigonometrice sinus şi cosinus:

( )ˆ ˆ sin cos 0,5 sin cosu u t t t t= ⋅ ω + ω + ω − ω . (1.5)

Rezultă (Figura 1.3): / 4 / 4ˆ 0,5k k N k k Nu u u u u− −= + + − . (1.6)

2) Folosind valorile pătrate ale funcţiile trigonometrice sinus şi cosinus (Figura 1.3): Din relaţia: ( )2 2 2 2ˆ ˆ sin cosu u t t= ω + ω , (1.7)

se obţine:

Figura 1.2 Calculul valorii medii redresate şi valorii efective prin integrarea evoluţiei valorilor instantanee

Figura 1.3 Calculul valorii de vârf u prin utilizarea funcţiilor trigonometrice

uk-N

t

u

T=NτT=Nτt1

t2

t1+Tt2+T

τ

t0

uk

1

0

N

kk

u−

=∑

1

N

kk

u=∑

Uy

Ux

u|t=0

û

ωt

t

u

uk-N/4

N/4=π/2

uk

Page 12: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

11

2 2 2/ 4ˆ ˆ ˆk k Nu u u −= + (1.8)

1.2.1.4. Calculul părţii reale Ux şi imaginare Uy, a mărimii de proces sinusoidale u(t)

a) Prin utilizarea corelaţiei mărimilor sinusoidale cu funcţii trigonometrice (Figura 1.4).

Din relaţiile matematice:

1

1

2 ( ) cost T

xt

U u t tdtT

+

= ω∫ , (1.9)

1

1

2 ( )sint T

yt

U u t tdtT

+

= ω∫ . (1.10)

Se obţin expresiile părţii reale respectiv imaginare:

1

2 2cosN

x kk

kU uN N=

π = ⋅

∑ , (1.11)

1

2 2sinN

y kk

kU uN N=

π = ⋅

∑ . (1.12)

b) Prin utilizarea corelaţiei mărimilor sinusoidale cu funcţii dreptunghiulare pare (Figura 1.5).

Relaţiile matematice de bază pentru folosirea acestei metode sunt [3]:

34 4

31 1 14 4

N N N

x k k kNk k k N

U u u u= = + = +

= − + ∑ ∑ ∑ , (1.13)

Figura 1.4 Calculul părţii reale Ux folosind corelaţia cu funcţia trigonometrică cos

Figura 1.5 Calculul părţii reale Ux folosind corelaţia cu funcţii dreptunghiulare pare

uk

t

u

T=Nτ=2π

ωt

cos(2πk/N)

cosωt

t

1

-1

uk t

u

0 N/4 3N/4k

Page 13: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

12

respectiv:

2

1 12

NN

y k kNk k

U u u= = +

= − ∑ ∑ . (1.14)

Evaluând diferiţi algoritmi, în mod unitar, s-a concluzionat că nu există un algoritm universal, care să întrunească toate avantajele din punctul de vedere al preciziei, regimului tranzitoriu, insensibilităţii la armonici superioare şi componente aperiodice precum şinecesarului de calcule numerice. Un algoritm optimal, din punctul de vedere al procesului şiperformanţelor, se poate obţine pe baza analizei cerinţelor de fidelitate impuse cunoaşterii mărimilor de proces reale, precum şi ţinând cont, pe de o parte, de precizia şi timpul de acţionare, iar pe de altă parte, de echipamentele disponibile. Interesul pentru astfel de sisteme a fost demonstrat de realizările industriale ale unor firme de prestigiu, prezentate în încheierea capitolului.

1.2.2. Principii de prelucrare pentru două mărimi de proces Pentru două mărimi de proces, în literatura de specialitate [22] sunt cunoscuţi mai mulţi

algoritmi utilizaţi pentru calculul impedanţei şi a diferenţei de fază.

1.2.2.1. Determinarea impedanţei În literatura de specialitate [22] există patru algoritmi pentru calculul reactanţei (X) şi

rezistenţei (R) sau pentru calculul modulului impedanţei (|Z|) şi defazajului (ϕ) dintre cele două mărimi. Aceştia sunt:

1. Algoritmul Gilbert-Shovlin, ce utilizează trei valori eşantionate consecutive ale celor două mărimi sinusoidale pentru calculul reactanţei şi rezistenţei:

2 3 3 222 1 3

sinu i u iXi i i−= ωτ−

; (1.15)

( )2 2 1 3 3 122 1 3

0,5u i u i u iR

i i i− −

=−

. (1.16)

2. Algoritmul Lobos-T2, care utilizează două valori eşantionate consecutive ale tensiunii şi curentului pentru determinarea reactanţei şi rezistenţei:

( )( ) ( )

2 1 1 2

1 2 1 2 1 2

sincos cos

u i u iX

i i i i i i− ωτ

=ωτ− + ωτ−

; (1.17)

( ) ( )( ) ( )

1 2 1 2 1 2

1 2 1 2 1 2

cos coscos cos

u i i u i iR

i i i i i iωτ− + ωτ−

=ωτ− + ωτ−

. (1.18)

3. Algoritmul Mann-Morrison, exprimă modulul impedanţei şi defazajul dintre cele două mărimi prin intermediul a trei valori eşantionate consecutive (ale celor două mărimi), prin relaţiile:

22 3 12

22 3 12

2

2

u uuZ

i ii

− + ωτ =− + ωτ

; (1.19)

2 2

3 1 3 1

2 2arctg arctgu iu u i iωτ ωτ

ϕ = −− −

. (1.20)

Page 14: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

13

4. Algoritmul Gilcrest-Rockefeller, care permite calculul modulului impedanţei şidefazajului dintre cele două mărimi în funcţie de trei valori eşantionate consecutive:

2 23 1 3 2 1

2 23 1 3 2 1

22

22

u u u u u

Zi i i i i

− − + + ωτ =− − + + ωτ

; (1.21)

3 1 3 1

3 2 1 3 2 1

arctg arctg2 2 2 2

u u i iu u u i i i

− −ωτ ωτϕ = −

− + − +. (1.22)

2. SISTEME DE SUPRAVEGHERE ŞI CONTROL A INSTALAŢIILOR INDUSTRIALE

2.1. SCADA, control supervizor şi achiziţii de date

2.1.2. Elementele sistemelor SCADA Componentele sistemului SCADA se prezintă în Figura 2.1. În centru este un operator

care accesează sistemul prin intermediul unui echipament interfaţă numit "consola operator". Accesul operatorului în sistem se face prin MTU (Master Terminal Unit) care este

controlerul sistemului. Unele industrii folosesc termenul de „host computer”. Unitatea MTU este totdeauna bazată pe un calculator. Ea poate monitoriza şi comanda instalaţia chiar şi când operatorul nu este prezent. Aceasta se poate realiza prin intermediul unor agende ce pot fi programate să repete anumite instrucţiuni, la intervale prestabilite. De exemplu, se poate programa să se ceară informaţii periodice de la RTU (Remote Terminal Unit), ce sunt localizate departe de staţia centrală.

Un sistem SCADA poate avea de la câteva RTU la câteva sute. Comunicarea se poate face prin două modalităţi obişnuite: fie cu linii terestre( cabluri de fibre optice sau electrice), care pot fi proprietatea firmei care utilizează sistemul SCADA sau pot fi închiriate de la companii telefonice şi prin radio. Sistemele mari pot utiliza combinaţii de sisteme de comunicaţie radio şi telefonice. În ambele cazuri, este necesar un MODEM (MOdulează şiDEModulează semnale pe o purtătoare).

MTU poate comunica către nivele ierarhice superioare transmiţând informaţii despre starea sistemului prin intermediul unor linii speciale sau, mai nou, prin reţele LAN ( Local Area Network).

În cele mai multe sisteme SCADA, MTU poate primi informaţii de la alte calculatoare. În felul acesta, programe care rulează pe alte calculatoare pot asigura un control supervizor al sistemului SCADA. Deşi comenzile ce sunt date într-un sistem SCADA sunt, în general, limitate, această facilitate este caracteristica distinctivă a sistemelor SCADA .

SCADA este un sistem bidirecţional care permite nu numai să se monitorizeze o instalaţie dar să se şi acţioneze asupra ei. Partea de control supervizor a unui sistem SCADA are această funcţie.

Page 15: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

14

2.1.5.1. Componentele sistemului de comunicaţii Figura 2.2 evidenţiază un sistem SCADA simplu format dintr-un MTU şi un RTU şi

echipamentul de comunicaţie corespunzător. În domeniul telecomunicaţiilor MTU şi RTU se numesc echipamente terminale de date (DTE). Ele pot comunica între ele prin intermediul MODEM-urilor care sunt numite echipamente de comunicaţie de date (DCE). Acestea sunt capabile să adapteze informaţia primită de la DTE-uri şi să o transmită pe linia de comunicaţie. La celălalt capăt al liniei de comunicaţie DCE-ul reconstituie informaţia primităşi o transformă într-o forma compatibilă DTE-ului.

Figura 2.1 Principalele componente ale unui sistem SCADA

MODEM

RTU 1

MODEM

RTU 2

MODEM

MTU

MODEM RADIO

MODEM

RTU 3

RADIO

MODEM

RTU 4

RADIO

Consolăoperator

Operator

Page 16: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

15

2.1.5.2. Protocoale de comunicaţii Un protocol este un set de reguli care definesc înţelesul unei structuri de cuvinte binare.

Pe baza acestuia se realizează transmisia datelor pe linia staţiei receptoare utilizând aceleaşireguli pentru a decodifica informaţia.

Figura 2.3 indică forma unui mesaj trimis într-un protocol special bazat pe standardul IEEE C37.1.

Este definită semnificaţia fiecărui bit. Lungimea totală a transmisiei reprezintă suma dintre toţi biţii cu semnificaţie fixată, plus numărul de biţi trimişi ca date.

Pachetul "SINCRO" avertizează toţi potenţialii receptori că urmează un mesaj, furnizând şi o referinţă ce poate fi folosită de fiecare receptor pentru a sincroniza ceasul cu ceasul transmiţătorului.

Pachetul "Adresă" defineşte staţia căreia ii este destinat mesajul. Pe 8 biţi pot fi identificate până la 256 staţii.

Pachetul "Modificator" defineşte câte cuvinte de date sunt incluse în mesaj. Pachetul "Funcţie" defineşte căruia din cele 256 de tipuri de mesaje îi aparţine cel

prezent("Deschideţi următoarele întreruptoare").

Figura 2.2 Echipament cu interfaţă

Figura 2.3 Protocol special bazat pe standardul IEEE C37.1

MODEMMODEM RTUMTU

DTE DCE DCE

Echipamente distribuite

MEDIU

Echipamente de comunicaţie

de date

Echipamente de comunicaţie

de date

OPERATOR

DTE

SINCRO ADRESĂ FUNCŢIE ADRESĂINTERNĂ

MODIFICATOR

ORDINE SPECIALE

DATE CRC

Această dată este prima transmisă

8 biţi 8 biţi 8 biţi 8 biţi 8 biţi

8 biţi 16 biţi0-192 biţi

Page 17: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

16

Pachetul "Funcţie" defineşte căruia din cele 256 de tipuri de mesaje îi aparţine cel prezent("Deschideţi următoarele întreruptoare").

Pachetul "Adresă internă" specifică cărui set de registre, din staţia receptoare, îi va fi destinat mesajul.

Pachetul "Comenzi speciale" conţine mesaje scurte despre condiţiile de funcţionare ale RTU şi MTU. ( "Resetaţi toate contoarele de erori de comunicaţie").

Pachetul "Date" este de lungime variabila, între 0÷192 biţi. Pachetul "CRC" este codul de detectare a erorilor de transmisie obţinut pe baza formulei

Bose Chaudhuri Hocquenguem (BCH), pentru acest protocol.

2.1.11. Tendinţe în evoluţia sistemelor SCADA Tendinţele de evoluţie ale sistemelor SCADA se referă la cele trei componente

principale, comunicaţii, RTU şi MTU. În ceea ce priveşte comunicaţiile dezvoltările din domeniul electronicii vor permite

realizarea unor echipamente mai mici şi mai economice din punct de vedere al consumului de energie făcând posibilă integrarea lor, împreună cu modem-ul, chiar în RTU. Echipamentele radio pot fi completate cu subsisteme numerice care să realizeze auto calibrarea acestora rezultând o reducere a timpului de pornire a emiţătoarelor până la ordinul sec şi deci a perioadei de scanare.

Referitor la calea de comunicaţie două sunt tendinţele de evoluţie. Una se referă la utilizarea sateliţilor geostaţionari pentru sisteme SCADA care sunt extinse pe suprafeţe mari. Pot fi realizate staţii de emisie portabile al căror preţ va fi comparabil cu cel al telefoanelor mobile. A doua tendinţă se referă la utilizarea comunicaţiilor cu fibră optică, ce oferăavantajele unei viteze mari de transmisie, a securităţii şi confidenţialităţii sporite. Acest mediu de transmisie este bine adaptat necesităţilor de comunicaţii din domeniul energetic.

Evoluţia unităţilor RTU va permite creşterea flexibilităţii acestora, configurarea pentru o anumită cerinţă făcându-se pe bază software. Miniaturizarea şi reducerea preţurilor calculatoarelor personale au făcut ca acestea să devină comparabile cu staţii RTU dedicate simple. Aceasta determină realizarea de RTU bazate pe calculatoare personale cu funcţionalităţi variate, cum ar fi regulatoare, totalizatoare, strategii de control etc.

Dezvoltările ulterioare ale unităţilor MTU sunt focalizate pe trei planuri: îmbunătăţirea interfeţei operator (interfeţe grafice, mediu windows, obiecte orientate, reprezentări grafice); creşterea autonomiei de comandă automată (sisteme inteligente autoinstruite); îmbunătăţirea comunicaţiei maşină-maşină (dezvoltarea reţelelor LAN).

2.2. Sisteme expert

2.2.3. Aplicaţiile şi domeniile sistemelor expert Sistemele bazate pe cunoştinţe se pot aplica, practic, în orice domeniu al cunoaşterii.

Principalele domenii de aplicabilitate şi câteva exemple de sisteme expert se prezintă în continuare:

- Sisteme expert de diagnoză: efectuează operaţii de diagnosticare în domenii precum cel medical, industrial, financiar. Cel mai cunoscut este MYCIN, sistem expert de diagnoză pentru depistarea infecţiilor bacteriene ale sângelui şi pentru prescrierea tratamentului adecvat. - Sisteme expert de configurare: asamblează componente ale unui anumit sistem. Firma DEC foloseşte sistemul expert XCON pentru configurarea calculatoarelor firmei.

Page 18: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

17

- Sisteme expert de învăţare: sisteme de învăţare inteligentă, în care cei ce se instruiesc pot pune întrebări asemănătoare celor puse unui instructor uman. Ca exemplu, SEAMER ( instruire pentru operaţiile dintr-o uzină electrică), CADHELP (instruire pentru proiectarea asistată de calculator). - Sisteme expert de interpretare: sisteme care explică şi interpretează datele observate. Astfel de sisteme sunt folosite în special în domeniul chimiei: CRYSALYS (interpretează structura proteinelor), DENDRAL (interpretează structura moleculară). - Sisteme expert de planificare: planifică acţiunile pentru a produce anumite rezultate aşteptate. Exemplu: SPEX (planifică experimentări de biologie moleculară). - Sisteme expert de control: sisteme de reglare şi control a unui proces. În general sunt sisteme complexe ce cuprind interpretare, diagnoză, monitorizare, planificare, prognozăşi remediere. De cele mai multe ori se impune cerinţa de sisteme în timp real pentru a putea răspunde în timp util sistemului controlat. - Sisteme expert de monitorizare: compară datele observate cu cele aşteptate pentru a analiza performanţele unor sisteme. Exemplu: YES/MVS, sistem de monitorizare şicontrol pentru sistemul de operare IBM MVS. - Sisteme expert de prognoză: prognozează rezultatele într-o anumită situaţie. Exemplu:

PROSPECTOR ( specializat în prospecţiuni miniere).

2.2.4. Dezvoltarea unui sistem expert Dezvoltarea unui sistem expert necesită mai multe etape precum şi o echipă formată din

mai multe categorii de specialişti care trebuie să coopereze. Prima etapă a dezvoltării unui sistem expert constă în definirea domeniului sistemului

expert. În strânsă legătura cu aceasta, urmează găsirea unui expert din domeniul respectiv, care va fi folosit la construirea bazei de cunoştinţe a sistemului expert. Cunoştinţele din domeniul expertizat sunt captate şi codificate de către inginerul de cunoştinţe. Acesta este un specialist în ştiinţa calculatoarelor şi are sarcina de a intervieva expertul domeniului pentru a extrage cunoştinţele expert. Operaţia de achiziţie a cunoştinţelor se poate realiza atât de la experţi cât şi din cărţi, manuale de specialitate etc.

O altă operaţie importantă se referă la construirea maşinii de inferenţă. Maşina de inferenţă implementează algoritmii de raţionament, cu ajutorul cărora un sistem expert îşipoate realiza scopurile şi în acelaşi timp trebuie să ţină seama de structura internă a bazei de cunoştinţe, deci de modul cum vor fi organizate informaţiile, după operaţia de achiziţie de cunoştinţe.

Implementarea maşinii de inferenţă este realizată de către inginerii software. Etapa este complexă pentru că se realizează un mediu integrat de dezvoltare a unui sistem expert, mediu care conţine şi unelte software adaptate la cerinţele specifice sistemului expert.

Componentele sistemelor expert pot fi grupate în jurul a trei module principale: a) Baza de cunoştinţe este reprezentată ca o structură de date ce conţine ansamblul cunoştinţelor specializate, introduse de către expertul uman. b) Maşina (mecanismul) de inferenţă include o colecţie de algoritmi de inferenţă capabili să determine soluţiile unei probleme de expertiză într-un mod asemănător expertului uman. c) Baza de fapte (memorie de lucru) reprezintă o colecţie dinamică de informaţii care se modifică în timpul procesului de consultare al unui sistem expert, depinzând de problema concretă de expertiză.Pe lângă aceste module un sistem expert mai conţine o serie de module ce asigură

comunicarea cu operatorul şi expertul uman, şi anume:

Page 19: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

18

- Interfaţa utilizator este cea care asigură dialogul între utilizator şi sistem. Ea conţine în general sisteme de meniuri şi interfeţe grafice specifice comunicării om-maşină.- Modulul de achiziţie a cunoştinţelor preia cunoştinţele specializate, furnizate de expertul uman sau inginerul de cunoştinţe, verifică validitatea acestora şi generează obază de cunoştinţe specifică sistemului expert. - Modulul de explicaţii permite trasarea drumului urmat în raţionare, de către sistem şiemite justificări pentru soluţiile obţinute. În Figura 2.4 se prezintă structura generală a unui sistem expert.

În cadrul reprezentării cunoştinţelor şi a raţionamentului folosit în sistemele expert, un loc important îl ocupă structurile de cunoştinţe. Ele sunt folosite pentru a memora cunoştinţele şi a acţiona asupra acestora, aşa cum structurile de date sunt folosite pentru a memora datele în programe şi a efectua operaţii cu acestea. Astfel, ecuaţia unui sistem expert se poate descrie astfel:

Structuri de cunoştinţe + Metoda de inferenţă = Sistem expert Există mai multe formalisme de reprezentare a cunoştinţelor, cele mai importante fiind: - formalismul logicii predicatelor de ordinul întâi; - formalismul regulilor de producţie; - formalismul cadrelor. Formalismul logicii predicatelor a fost unul dintre primele formalisme folosite pentru

reprezentarea cunoştinţelor, în special, în cazul sistemelor expert scrise în PROLOG, un limbaj tipic de programare logică.

Formalismul regulilor de producţie este, în prezent, cea mai răspândită metodă dereprezentare a cunoştinţelor. Acest formalism se bazează pe faptul că cele mai multe informaţii expert au o structură asemănătoare unei reguli din limbajul natural, de forma: „dacăanumite premise sunt îndeplinite, atunci se pot deduce anumite concluzii”.

Formalismul cadrelor reprezintă un mod de structurare a informaţiilor, dintr-un anumit domeniu, în anumite clase sau categorii între care există anumite interdependenţe.

Figura 2.4 Structura generală a unui sistem expert

Expert uman

Inginer de cunoştinţe

Mod

ulde

achi

ziţie

acu

noşt

inţe

lor Baza de

cunoştinţe

Mecanism

de inferenţă

Baza

de fapte

Modul de explicare

Inte

rfaţ

aut

iliza

tor

Utilizator

Page 20: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

19

2.2.6. Avantajele sistemelor expert Sistemele expert îndeplinesc sarcini complexe dintre care putem enumera următoarele:

- funcţia de interpretare, care presupune traducerea semnalelor sau datelor brute în expresii simbolice care pot fi folosite în raţionamente;

- funcţia de diagnosticare, care constă în stabilirea unei corelaţii între caracteristici şisituaţii tip;

- funcţia de formare, când realizează transmiterea de cunoştinţe unui „elev”; - funcţia de supraveghere, dacă sistemul declanşează o alarmă în condiţii determinate

sau transmite rapoarte plecând de la semnale interpretate şi folosite într-un diagnostic; - funcţia de previziune, care constă în descrierea unei situaţii prin anticipare, prin

intermediul unui model construit pe o bază istorică sau prin învăţare; - funcţia de simulare, când sistemul execută deducţia plecând de la un model al

consecinţelor de acţiune; - funcţia de întreţinere, dacă sistemul indică planul de acţiune particular care decurge

dintr-un diagnostic ce pune în lumină punctele slabe ale unui sistem, indicând şicauzele;

- funcţia de concepţie, când sistemul furnizează decizii care permit, plecând de la performanţele eventual fixate, ca urmare a unui diagnostic, să se determine acţiunile pentru un scop ce trebuie îndeplinit, şi furnizarea unor mijloace pentru a atinge acest obiectiv. Avantajele care se obţin prin utilizarea unui sistem expert sunt evidenţiate dacă se

analizează productivitatea rezultată, care are mai multe dimensiuni: una se referă la termenul scurt, iar alta la termenul lung de gestionare a cunoştinţelor sau de expertize. O problemă de expertiză se pune dacă metodele de rezolvare a problemelor diferă şi depind de persoanele care le interpretează într-o manieră proprie, dacă sunt necesari mai mulţi experţi sau specialişti şi aceştia nu sunt obişnuiţi să-şi confrunte punctele de vedere, dacă specialistul este foarte ocupat şi nu se poate împărţi în mai multe locuri sau dacă este necesară extinderea expertizei umane într-o manieră care să beneficieze de un timp de reacţie mai scurt şi de omemorie şi capacitate de învăţare crescută.

Domeniile de aplicare ale sistemelor expert sunt foarte diferite, iar numărul de aplicaţii este în continuă creştere, mai ales în informatică şi în inginerie.

3. TEHNICI DE COMUTAŢIE CONTROLATĂ

3.1. Introducere În ultimul timp, pe plan mondial, comutaţia controlată a devenit o soluţie economică

aplicată în mod curent pentru reducerea solicitărilor la comutaţie. Numărul instalaţiilor utilizând comutaţia controlată a crescut rapid datorită performanţelor obţinute, începând cu 1990.

Comutaţia controlată se poate aplica în general, pentru toate cazurile de comutaţii. În prezent, au apărut controlere care sunt utilizate, din ce în ce mai mult, pentru întreruperea sarcinilor mici inductive, a bateriilor de condensatoare, a liniilor de transport şi distribuţie şipentru punerea sub tensiune a transformatoarelor de putere în gol.

Page 21: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

20

În Figura 3.1 se prezintă numărul de instalaţii cu comutaţie controlată în funcţiune. Aceste date se bazează pe informaţii furnizate de la cinci producători ce au participat la CIGRE WG13.07 [94]. Este posibil să existe mai multe instalaţii decât cele indicate, dar numărul lor reflectă tendinţa generală de instalare şi aprecierea utilizatorilor faţă de aplicaţiile de comutaţie controlată, bazate pe tehnologia curentă.

Se observă că sunt foarte puţine instalaţii pentru comutarea liniilor şi atransformatoarelor, chiar dacă majoritatea întreruptoarelor sunt instalate pentru aceste aplicaţii. De curând a fost dezvoltat şi testat în practică [60] un controler avansat care ţine cont de fluxul rezidual în miezul transformatorului [16]. Compensarea timpului de repaus este esenţială pentru comutarea controlată a liniilor deoarece performanţele urmărite sunt afectate în foarte mare măsură de dependenţa de timpul de repaus [96]. Mai departe este necesară oactivitate inginerească precisă pentru comutaţia liniilor deoarece supratensiunea depinde în foarte mare măsură de parametrii electrici ai liniei şi de configuraţia reţelei. Dezvoltările actuale vor duce la creşterea numărului instalaţiilor de comutaţie controlată, în special utilizate pentru comutarea liniilor şi transformatoarelor.

3.2. Condiţii şi proceduri de încercare impuse componentelor individuale şi sistemelor integrate

Caracteristicile determinante ale întreruptoarelor cu poli independenţi se referă la [96]: 1. Viteza de scădere (rata de descreştere) a rigidităţii dielectrice (RDDS); 2. Dispersia mecanică pentru timpii de închidere /deschidere ca funcţii de

diferite condiţii; 3. Dependenţa dintre timpii de repaus şi timpii de funcţionare.

Viteza de scădere a rigidităţii dielectrice şi dispersia mecanică pentru timpii de închidere/deschidere determină calificarea întreruptoarelor ca fiind apte sau nu pentru comutaţia controlată şi furnizează optimul pentru diferite aplicaţii de comutaţii. Compensarea timpului de aşteptare este esenţială în scopul obţinerii unor performanţe satisfăcătoare chiar şipentru întreruptoare cu funcţionare zilnică.

Figura 3.1 Instalaţii de comutaţie controlată, înregistrate, în funcţiune

Condensator

Inductanţă

Transformator

Linie

Anul 1993

Anul 2001

500 1000 1500 2000 2500 0

Page 22: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

21

Testele de tip, necesare pentru controlere şi senzori, pot fi împărţite în două mari categorii: teste de performanţe funcţionale şi teste de conformitate hardware. Aceste teste trebuie să se realizeze în conformitate cu IEC61000/ANSI C37.90 specificate pentru sistemele cu relee. Funcţiile de compensare necesare pentru controler [80] sunt:

1. compensarea timpului de aşteptare faţă de creşterea timpului de închidere datoratătimpului de repaus;

2. compensarea condiţională în ceea ce priveşte variaţia timpului de închidere /deschidere în funcţie de temperatura mediului ambiant, tensiunea de comandă şipresiunea hidraulică;

3. compensarea adaptivă datorată abaterii timpilor de închidere /deschidere ca urmare a îmbătrânirii pe termen lung.

În concordanţă cu procedurile de încercări CIGRE se obţin rezultate tipice pentru caracteristicile întreruptoarelor.

În Figura 3.2 se indică evoluţia tipică măsurată a tensiunii de amorsare a arcului, la conectare, în funcţie de momentul atingerii contactelor întreruptorului. Fiecare gradient, calculat ca un arctg al raportului dintre tensiunea de amorsare şi timpul de arc (din momentul amorsării până la închiderea contactelor) dă valoarea vitezei de scădere a rigidităţii dielectrice a întreruptorului.

Influenţa timpului de repaus asupra sistemului de acţionare este una din cauzele importante ale erorilor de comandă, deoarece majoritatea controlerelor nu aveau până acum o compensare a creşterii timpului de acţionare datorită timpului de repaus. Figura 3.3 indicăvariaţia timpului de acţionare, pentru mecanisme cu resort pentru sisteme de 145kV-362kV şipentru mecanisme hidraulice clasice pentru 300kV [45].

Majoritatea controlerelor au funcţii de compensare adaptivă care pot regla variaţia timpilor de închidere/deschidere în funcţie de temperatura mediului, tensiunea de comandă şipresiunea hidraulică. Au fost studiate variaţiile timpilor de închidere/deschidere, pentru diferite tensiuni de comandă şi diferite temperaturi ambiante, ale unui întreruptor cu gaz cu poli independenţi de 145kV acţionat de mecanism cu resort. Dependenţa de tensiune şitemperatură a timpilor de închidere/deschidere a fost măsurată pentru 40 de manevre, în Figura 3.4 fiind reprezentate abaterile faţă de valorile medii ale timpilor de închidere/deschidere [45].

Figura 3.2 Viteza de scădere a rigidităţii dielectrice măsuratăpentru încercarea de descărcare

0,5

1,0RDDS

tarc

tensiunea sursei

tensiunea de conectare

10 200

Udesc

Tens

iune

ade

cone

ctar

e[u

.r.]

t [ms]

Page 23: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

22

Figura 3.5 indică abaterile tipice ale timpului de închidere măsurat cu şi fără control adaptiv pentru 1500 manevre ale unui întreruptor cu gaz, de 145kV, cu mecanism cu resort [45]. Variaţia timpului de închidere este dată ca diferenţa dintre timpul de închidere preconizat şi cel rezultat. Deşi, de cele mai multe ori, timpul de închidere devine din ce în ce mai mare odată cu creşterea numărului de manevre, acesta poate fi efectiv compensat foarte

Figura 3.3 Variaţia timpului de acţionare al mecanismului întreruptorului pentru mecanisme cu arc şi mecanisme hidraulice

Figura 3.4 Variaţia timpilor de închidere şi deschidere, faţă de valoarea medie, la diferite temperaturi ambiante

2

2

999.10 1 t0.1 1 10 100 1 1032

1

0

1

2

Timp de repaus [h]

Var

iaţia

[ms]

Mecanisme cu resort (145kV-362kV)

3

5000 1 t0.1 1 10 100 1 1031

0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Timp de repaus

Var

iaţia

[ms]

Mecanisme hidraulice(300kV-550kV)

-40 -20 0 20 40 60 80-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Temperatura [oC]

Dev

iatia

timpu

luid

ein

chid

ere

[ms]

-40 -20 0 20 40 60 80-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Temperatura [oC]

Dev

iatia

timpu

luid

ede

schi

dere

[ms]

Page 24: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

23

precis prin control adaptiv. Când controlerul este capabil să detecteze momentul de închidere direct prin măsurarea curentului din circuitul principal, caracteristicile vitezei de scădere a rigidităţii dielectrice pot fi de asemenea compensate la valoarea reală cu acest control adaptiv.

3.4. Concluzii Compensaţia controlată a devenit o soluţie utilizată curent pentru reducerea solicitărilor

la comutaţie. Numărul instalaţiilor care utilizează compensaţia controlată, pe plan mondial, a crescut rapid datorită performanţelor satisfăcătoare în exploatare. Totuşi, utilizarea pentru comutarea liniilor şi a transformatoarelor este relativ limitată.

Cererile recente evidenţiază că unele mecanisme hidraulice generează o întârziere la închidere considerabilă după câteva ore de repaus. În consecinţă, este recomandat să se realizeze compensarea influenţei timpului de repaus al mecanismului asupra timpului de acţionare chiar dacă întreruptorul este utilizat într-un sistem ce funcţionează zilnic. În acelaşitimp trebuie să se ţină cont de influenţa temperaturii şi umidităţii mediului ambiant asupra mecanismului de acţionare şi implicit asupra timpului de acţionare. În cazul mecanismelor de acţionare pneumatice se impune compensarea dependenţei timpului de acţionare de variaţia presiunii gazului. La comutarea bateriilor de condensatoare controlul adaptiv poate realiza efectiv compensarea pentru orice abatere a timpului de închidere-deschidere, după un anumit număr de operaţii consecutive. Deconectarea controlată a transformatoarelor contribuie la reducerea fluxului rezidual şi prin urmare elimină şocurile de curent. Controlerele moderne, cu compensarea influenţei timpului de repaus asupra timpului de acţionare vor satisface cerinţele severe impuse comutaţiei liniilor.

Figura 3.5 Abaterea tipică a timpului de închidere măsurat cu şi fărăcontrol adaptiv

0 500 1000 15002

1

0

1

2

3

4

Număr de manevre

Var

iaţia

timpu

luid

eîn

chid

ere

[ms]

0 500 1000 15002

0.5

1

2.5

4

Număr de manevre

Var

iaţia

timpu

luid

eîn

chid

ere

[ms]

Fără control adaptiv

Cu control adaptiv

Page 25: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

24

4. MICRO-SISTEM DE MONITORIZARE

Un sistem de monitorizare este compus din cel puţin un subsistem de achiziţie şitransfer a datelor din proces şi o interfaţă utilizator. Micro sistemul conceput, proiectat şirealizat în lucrare este constituit dintr-un modul de achiziţie şi transfer, având la bazăcontrolerul Dallas DS87C550 şi o interfaţă utilizator dezvoltată folosind facilităţile Graphic User Interface ale Matlab.

Fiind un microsistem experimental, s-a urmărit asigurarea unei versatilităţi ridicate, funcţiile îndeplinite putând fi programate atât prin comenzi locale cât şi prin comenzi furnizate de interfaţa utilizator. Aceste funcţii asigură monitorizarea celor şase mărimi specifice unui sistem electric trifazat, trei tensiuni şi trei curenţi, cu o rată de eşantionare adaptată numărului de canale monitorizate, atât sub formă de valori instantanee cât şi sintetice (valori eficace, puteri, defazaje), precum şi informaţii privind istoria funcţionării instalaţiei.

4.1. Modul de achiziţie şi transfer Realizarea unui astfel de modul presupune conceperea şi proiectarea unei structuri

hardware care să răspundă funcţiilor propuse, într-o manieră versatilă, cât şi programarea controlerului, folosind facilităţile şi performanţele acestuia.

4.1.1. Structura hardware a modulului de achiziţie şi transfer Modulul de achiziţie şi transfer a fost realizat pe baza controlerului Dallas DS87C550.

Acesta este un controler din familia Intel 8051 având însă facilităţi deosebite atât faţă de familia de bază cât şi faţă de controlerele de tipul 550 ale altor producători (Philips).

Figura 4.1 prezintă schema bloc a modulului de achiziţie şi transfer care cuprinde blocurile Surse, Controler, Consolă locală, Intrări, Ieşiri şi Linia de transmisie serială.

Figura 4.1 Schema bloc a modulului de achiziţie şi transfer

RS 485

I I I U U U

MUX

RAMROM

DS87C550 A/D

RS 485/232

Switch

Display

Consolălocală

IN OUTSURSE

RAM Serial

220Vca=

~ +5VccD+5VccA-5VccA

Page 26: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

25

Folosind nucleul de bază al controlerelor Dallas, controlerul DS87C550 asigură pentru o aceeaşi frecvenţă a cristalului de cuarţ, execuţia codului cu viteză de 1,5÷2,5 ori mai mare decât toate celelalte controlere. Pentru o frecvenţă maximă a clock-ului de 33MHz performanţele acestui controler sunt echivalente unuia „clasic” funcţionând cu un clock de 99MHz ceea ce face ca puterea de calcul să fie comparabilă cu multe dintre procesoarele pe 16 biţi fără însă a atinge preţul acestora şi a necesita implementarea interfeţelor complexe pe 16 biţi [99].

În Figura 4.2 se prezintă realizarea practică a modulului de achiziţie şi transfer, iar în Figura 4.3 sunt detaliate imaginile aferente blocurilor Controler (a), respectiv Surse şi blocul Măsură (b).

Figura 4.2 Modulul de achiziţie şi transfer

Figura 4.3 Detalierea blocurilor Controler (a) şi Măsură (b)

a) b)

Page 27: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

26

Blocul Controler cuprinde: −−−− controlerul DS87C550 −−−− interfaţa de comunicaţie serială RS485 full duplex realizată cu circuitul Maxim

MAX491 (U5) ce utilizează portul serial 0 al microcontrolerului [104]; −−−− conector către un afişor cu 7 segmente; −−−− ieşire numerică „open colector” ce poate fi utilizată pentru comanda unui element de

putere (releu); −−−− memorie nevolatilă EEPROM serială de 32 de octeţi pentru memorarea unor

parametri de reglaj sau a unor evenimente esenţiale, realizată cu circuitul STMicroelectronics M93C06 [108];

−−−− opt microswitch-uri pentru posibilele modificări ale funcţionalităţii sistemului (configurarea sistemului);

−−−− un LED pentru semnalizarea stării sistemului . A fost ales protocolul RS485 pentru realizarea interfeţei seriale datorită avantajelor pe

care acest protocol le prezintă în comparaţie cu mult mai cunoscutul protocol RS232 sau RS422. Acest protocol permite conectarea pe o linie a maxim 32 de terminale (faţă de maxim 10 în cazul protocolului RS422), distanţa maximă 1200m (faţă de maxim 15m în cazul RS232), precum şi viteză ridicată de transmisie a datelor de 10Mbiţi/s (faţă de 20kbiţi/s în cazul RS232) [104].

Pentru asigurarea comunicaţiei cu interfaţa utilizator, dezvoltată pe un PC, este necesarărealizarea unei interfeţe full duplex RS485/RS232, realizată cu circuitele Maxim MAX 490 şiMAX 232.

Convertorului analog-numeric i se aplică şase semnale analogice, trei tensiuni de fazăşi trei curenţi din instalaţia monitorizată. Cele şase mărimi electrice sunt condiţionate prin intermediul circuitului Măsură, a cărui structură este descrisă în continuare.

Pentru măsurarea curenţilor, cu separare galvanică, se utilizează trei traductoare de curent de tip LEM, LTS 15-NP cu următoarele caracteristici principale:

− curent primar 5A – 7,5 A – 15 A (în cazul unor sisteme caracterizate de curenţinominali mai mari se vor utiliza transformatoare de curent IN/5A al căror secundar va fi conectat direct la traductorul LEM, configurat pentru curent primar de 5 A);

− precizie (la IPN) 0,2%; − liniaritate mai bună de 0,1%; − bandă de frecvenţă c.c. ÷ 200 kHz. Specific acestor traductoare de curent sunt două aspecte deosebit de importante din

perspectiva utilizării lor în structura unor sisteme numerice şi anume: − tensiunea de alimentare este de 5V şi nu o tensiune dublă (în general ±15V) ca în

cazul tuturor celorlalte tipuri de traductoare LEM; − ieşirea este unipolară, cu offset de 2,5 V şi excursie de ±0,625 V, special adaptată

convertoarelor analog-numerice de 8 biţi uzuale, inclusiv cel din componenţamicrocontrolerului DS87C550.

Măsurarea tensiunilor se realizează prin intermediul a trei divizoare de tensiune de precizie, realizate cu rezistenţe de toleranţă 1%, dimensionate astfel încât să se obţină, pentru tensiunea nominală, semnale de amplitudine ±0,5 V. Toleranţa de 1% este suficientă, mult mai importantă fiind stabilitatea acestora, din acest motiv fiind utilizate rezistenţe cu coeficient de stabilitate termică deosebit de bun.

Compensarea offset-ului atât a traductoarelor de curent cât şi a divizoarelor rezistive se realizează software, o singură dată, la punerea în funcţiune a sistemului, de către rutina de calibrare ce va fi descrisă odată cu celelalte componente software. Prin intermediul microswitch-urilor din componenţa blocului Controler se configurează sistemul pentru

Page 28: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

27

calibrare. În această fază, cu toate intrările de curent scurtcircuitate şi cele de tensiune conectate la masă, se măsoară toate cele şase semnale.

Valorile rezultate reprezintă offset-urile fiecărui canal de măsură‚ ele fiind memorate în memoria serială EEPROM (M93C06) din componenţa blocului Controler. La fiecare pornire a sistemului, valorile offset-urilor vor fi încărcate din memoria serială nevolatilă în memoria controlerului, fiind utilizate pentru corecţia valorilor măsurate achiziţionate.

În aceeaşi memorie nevolatilă sunt stocate informaţiile legate de numărul de manevre de conectare şi de deconectare ale instalaţiei, disponibile la cerere în interfaţa utilizator. Datorităimportanţei valorilor memorate în memoria serială nevolatilă, la fiecare pornire a sistemului, se face verificarea integrităţii acesteia, prin compararea sumei de control, memorată în ultima locaţie a memoriei seriale.

Atât pentru verificarea liniarităţii celor şase traductoare cât şi pentru calibrarea acestora au fost realizate determinări experimentale. S-au măsurat valorile eficace ale curenţilor şitensiunilor aplicate traductoarelor, respectiv valorile de vârf ale ieşirilor acestora.

Dependenţele valorilor de ieşire în funcţie de valorile de intrare sunt reprezentate în Figura 4.4.

Se observă buna liniaritate a tuturor celor şase traductoare. Compensarea erorilor iniţiale ale celor şase canale este absolut necesară ţinând cont că valorile măsurate ale acestora au fost de 2,48V, pentru traductoarele de tensiune, respectiv 2,24V pentru cele de curent, faţă de valoarea ideală de 2,5V. Ţinând cont de faptul că valorile vor fi transmise şi reprezentate cu o rezoluţie de 8 biţi cu semn, rezultă că din cei 10 biţi ai convertorului A/D, semnificativi sunt biţii 1..8. În consecinţă, excursia maximă a fiecărui semnal va fi de ±1,25V mai puţin diferenţa maximă dintre 2,5V şi valorile de zero măsurate. Cu aceste valori, rezultă valorile extreme, ca valori instantanee, ce pot fi măsurate. Acestea sunt de 830V, respectiv 8,216A. Se menţionează că valoarea maximă a curentului corespunde conectării traductoarelor de curent în montaj de 5A, domeniul putând fi extins la 12,32A sau 24,65A în cazul conexiunii primarului în montaj de 7,5A şi respectiv 15A.

Pentru vizualizarea stării microsistemului, atât în etapa de punere la punct, cât şi în exploatare, la portul 0 al controlerului se conectează o celulă de afişare cu 7 segmente.

Figura 4.4 Caracteristica experimentală de transfer a traductoarelor de tensiune (a) şi de curent (b)

a) b)

Page 29: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

28

4.1.2. Structura software a modului de achiziţie şi transfer Pentru a răspunde cât mai rapid şi eficient funcţiilor solicitate de utilizator, modulul de

achiziţie şi transfer a fost programat în limbaj de asamblare, folosind sistemul de întreruperi.

Datorită limitărilor impuse de dimensiunea memoriei RAM internă a controlerului, s-a ales ca achiziţia să se realizeze pe perioade de 20ms, totdeauna fiind achiziţionate 120 deeşantioane.

În funcţie de opţiunea utilizatorului, se pot eşantiona şi achiziţiona următoarele semnale: − un canal (un curent de fază sau o tensiune de fază), cu perioada de eşantionare de

175µs (frecvenţa de eşantionare 5700Hz); − două canale (un curent şi o tensiune de fază), cu rata de eşantionare de 350µs

(frecvenţa de eşantionare 2850Hz); − trei canale (trei curenţi de fază sau trei tensiuni de fază), cu rata de eşantionare de

500µs (frecvenţa de eşantionare 2000Hz); − şase canale (trei curenţi şi trei tensiuni de fază), cu perioada de eşantionare de

1000µs (frecvenţa de eşantionare 1000Hz). Rezultă că numărul de eşantioane de pe fiecare canal depinde de numărul de canale de

achiziţionat. Asigurarea echidistanţei între pachete se realizează prin programarea adecvată a Timer

2 al controlerului, ce va determina apariţia unei întreruperi la intervalele specificate. Aceastăîntrerupere va lansa achiziţia şi conversia primului canal din pachet, ce va dura aproximativ 16µs. La finalul conversiei, convertorul A/D va determina apariţia unei întreruperi de End Of Convertion (EOC), ce va lansa achiziţia şi conversia următorului canal al aceluiaşi pachet şiapoi prelucrarea şi salvarea eşantionului disponibil (al primului canal). Procedura determinatăde EOC se repetă pentru toate canalele selecţionate, la ultimul EOC al aceluiaşi pachet, testându-se dacă au fost achiziţionate sau nu 120 de puncte. În cazul în care s-au achiziţionat 120 de puncte, Timer 2 este oprit până la o nouă comandă. Dacă nu sunt achiziţionate toate punctele (120), Timer 2 va lansa încă o întrerupere, după perioada specificată. Se asigurăastfel, cvasi-simultaneitatea eşantionării tuturor canalelor programate precum şi echidistanţaîntre toate eşantioanele fiecărui canal.

Eşantioanele sunt memorate în memoria RAM a controlerului printr-o alocare dinamicăa acesteia în funcţie de numărul de canale achiziţionate. Imediat după achiziţia primului punct (din perioada de 20ms) este lansată rutina de transmisie a datelor, ce vor fi transmise în ordinea achiziţionării. Rutina de transmisie ce durează aproximativ 65ms, pentru o viteză de19200b/s, va fi întreruptă de semnalele prioritare furnizate de Timer 2 şi EOC, pentru tratarea întreruperii.

În Figura 4.5 este prezentată diagrama de funcţionare a modulului de achiziţie şitransfer, în întreruperi, pentru achiziţionarea a trei canale.

Activarea întreruperilor determină trecerea programului în rutinele de tratare a întreruperilor: i_rec, lansată de întreruperea serială S0 (primirea unei comenzi), acq, lansatăde Timer 2 şi fiecare EOC, respectiv send, apelată de programul principal după achiziţionarea primului punct şi întreruptă de Timer 2 şi EOC.

La primirea unei comenzi se inhibă portul serial până la finalizarea tratării comenzii primite. Aceasta este verificată, din punct de vedere al sintaxei şi executată. În cazul unei comenzi incorecte comanda este ignorată iar portul serial S0, reactivat.

În plus, întreruperile externe INT4 şi INT5 sunt active şi actualizează în memoria serialănevolatilă numărul de deconectări, respectiv numărul de conectări ale instalaţiei.

Page 30: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

29

Figura 4.5 Diagrama de funcţionare a modulului de achiziţie şi transfer

Page 31: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

30

Structura software a modulului de achiziţie şi transfer este organizată în programul principal numit init1 şi următoarele rutine:

− irec, rutina ce tratează întreruperile de recepţie şi transmisie ale portului serial 0; − acq, rutina ce lansează achiziţia eşantioanelor de pe primul canal, la fiecare întrerupere de Timer 2, cât şi achiziţia eşantioanelor de pe eventualele următoare canale, precum şi formatarea şi salvarea eşantionului curent, la fiecare întrerupere de EOC; − send, rutina apelată de programul principal, după achiziţia primului punct, ce transmite pe portul serial 0, la viteza de 19200b/s, toate cele 120 de eşantioane. Această rutină durează aproximativ 65ms şi este întreruptă de Timer 2 şi EOC, pânăla finalizarea achiziţiei a 120 de puncte; − iext, rutină activată de întreruperile externe INT5 şi INT4, ce incrementeazănumărul de conectări, respectiv de deconectări ale instalaţiei, salvându-le în memoria serială nevolatilă;− calibru, rutină lansată prin comandă locală la punerea în funcţiune a sistemului, ce măsoară şi salvează în memoria serială nevolatilă, zerourile tuturor celor şase canale şi resetează numărul de manevre ale instalaţiei; − rw_rams, rutină ce citeşte sau scrie un octet în memoria serială, la adresa genericăde apelare; − delay, rutină generală ce realizează diferite întârzieri utilizate de program.

4.1.2.1. Programul principal Programul principal, a cărui organigramă se prezintă în Figura 4.6, realizează definirea

vectorilor de întreruperi şi programarea perifericelor. Se poate sublinia faptul că, tipul de controler utilizat, deşi prezintă multe facilităţi şi periferice disponibile, necesită o atenţie deosebită în etapa de programare a acestora, proiectantul prevăzând multe facilităţi gestionate prin intermediul Registrelor de Funcţii Speciale (SFR [84]. Numărul mare de Registre de Funcţii Speciale este necesar pentru programarea versatilă a perifericelor „on-chip”.

În continuare, programul principal, citeşte portul P4, la care sunt conectate 8 micro switch-uri, cu ajutorul cărora se pot configura comenzi locale.

În cazul în care bitul 6 este setat 1, se lansează procedura de calibrare, ce va fi descrisăulterior. În orice altă situaţie, se începe lucrul propriu-zis, verificându-se, în primul rând integritatea memoriei seriale nevolatile prin verificarea sumei de control a acesteia, memoratăîn ultima locaţie.

Pentru situaţia în care informaţia din memoria serială nu a fost viciată, sunt citite zerourile celor şase canale şi numărul de manevre realizate anterior, valorile fiind afişate pe celula de afişare, în ordinea:

(ZrCA) (ZrCB) (ZrCC) (ZrTA) (ZrTB) (ZrTC) (NCON) (NDCON),după care, se intră într-un ciclu de verificare a portului P4. În cazul în care acesta este identic nul, sunt aşteptate comenzi de la portul serial 0, afişându-se ciclic S.|?.

Dacă portul P4 nu este identic nul sau s-a primit o comandă prin portul serial 0, se setează un bit (work) ce anunţă existenţa unei comenzi în lucru, iar dacă comanda a venit prin serială, se inhibă recepţia până la terminarea tratării comenzii (REN_0=0). Comanda primităeste verificată, din punct de vedere al sintaxei, execuţia continuând doar dacă comanda primită este una din combinaţiile:

Page 32: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

31

1

Declarare variabile

Definire variabile

Definire vectori de întreruperi

Iniţializări:RAM intern, stiva, TIMER1, TIMER2,

Seriala 0, convertor A/D

Activări întreruperi

P4.6=0

DA

NUCalibrare Scriere zerouri

RAM S Afişare r|d|y|.|

Citeşte şi verificăintegritatea RAM S

RAM S=OK

NU Afişare E|r|r|.|S|.|

Afişare zerouri canale,

NCON, NDCON

P4=0 work=1DA

NU DA

A=INBYTE

Verifică combinaţia corectă

Afişare S|.|?

NU

START

1

tstP4

DA

Page 33: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

32

Figura 4.6 Organigrama programului principal (init1)

NU

stratr

1

1 canalDA

NU

NCAN=1Setare T2 (175µs)

2 canaleDA

NU

3 canaleDA

NU

6 canaleDA

NU

NCAN=2Setare T2 (350µs)

NCAN=3Setare T2 (500µs)

NCAN=6Setare T2 (1ms)

NCON,NDCON

DA TrimiteNCON, NDCON

P4=0DA

NU

1

Afişare c|o|n.| d|c|o|n.

NU

Afişare ?|?|?|

work=0stpacq

P4.6=0DA

NU

1

Afişare s|t|o|p|.

Start T2

NPACQ=0

DA

SendNPEC=0, work=0

work=0DA

NU

Afişare STCAN

2

2

Page 34: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

33

00000001 – achiziţie 120 de puncte curent fază A00000010 – achiziţie 120 de puncte curent fază B00000100 – achiziţie 120 de puncte curent fază C00001000 – achiziţie 120 de puncte tensiune fază A00010000 – achiziţie 120 de puncte tensiune fază B00100000 – achiziţie 120 de puncte tensiune fază C00001001 – achiziţie câte 60 de puncte curent, tensiune fază A00010010 – achiziţie câte 60 de puncte curent, tensiune fază B00100100 – achiziţie câte 60 de puncte curent, tensiune fază C00000111 – achiziţie câte 40 de puncte curenţi faze A, B, C 00111000 – achiziţie câte 40 de puncte tensiuni faze A, B, C 00111111 – achiziţie câte 20 de puncte curenţi, tensiuni faze A, B, C 00000011 – transmitere pe seriala 0 către interfaţa utilizator a numărului de

manevre executate de la ultima calibrare. În cazul sintaxei corecte, se programează corespunzător şi se porneşte Timer 2,

aşteptând primul punct achiziţionat. La prima întrerupere de Timer 2 se va lansa prima achiziţie, la finalul căreia, va fi apelată rutina send de transmitere a celor 120 de eşantioane, către interfaţa utilizator. Dacă sintaxa este incorectă, se afişează ? şi se reia testarea portului P4.

În situaţia în care comanda a fost setată în mod local din portul P4, la finalul transmiterii pachetului de 120 de puncte se afişează r|d|y.|t|r.. Execuţia în continuare a aceleiaşi comenzi poate fi oprită prin trecerea pe poziţia 1 a bitului 6 al portului P4, situaţie în care se afişeazăciclic S|t|o|p., putându-se fie selecta o nouă comandă locală, fie renunţa la comanda locală (P4 identic zero).

După transmiterea pachetului de 120 de eşantioane se revine în bucla de aşteptare a unei noi comenzi (locale sau prin serială 0).

4.2. Interfaţa utilizator Interfaţa utilizator are rolul de a stabili o legătură „on-line” între modulul de achiziţie şi

transfer şi utilizator. Ea trebuie să realizeze atât generarea şi transmiterea comenzilor către modul cât şi recepţionarea, prelucrarea şi afişarea datelor solicitate, într-o manierăergonomică şi uşor de interpretat.

Ca mediu de dezvoltarea pentru interfaţa utilizator, s-a ales Graphic User Interface (GUI) din Matlab, pentru a putea beneficia ulterior de facilităţile de calcul ale acestui produs program cât şi de posibilitatea de a defini obiecte capabile să comunice pe porturi seriale, în protocoale de date programabile.

Interfaţa realizată a fost concepută astfel încât să fie intuitivă şi uşor de utilizat, realizându-se interblocaje care elimină posibilitatea emiterii unor comenzi eronate, păstrând versatilitatea programării modului.

Lansarea interfeţei utilizator se realizează în mediul Matlab, prin apelarea comenzii inter. Ca urmare, este lansată aplicaţia (Anexa 9), ce va deschide fereastra din Figura 4.7.

Ţinând cont de faptul că traductoarele de curent utilizate au curentul nominal primar de 5A, în cazul monitorizării unei instalaţii cu curent nominal IN mult superior, este necesarăutilizarea unor transformatoare de curent externe cu raport de transformare egal cu IN/5. Interfaţa utilizator are posibilitatea specificării raportului de transformare respectiv şi ţine cont apoi de valoarea acestuia în scalarea axelor.

Page 35: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

34

Pentru vizualizarea corectă a valorilor, la începutul rulării aplicaţiei trebuie specificatăvaloarea raportului de transformare al eventualelor transformatoare de curent externe (zona 7). Valoarea implicită a raportului de transformare este 1 (fără transformatoare externe).

Se selectează apoi tipul de vizualizare dorit, din zona butoanelor „Vizualizare”: valori instantanee sau valori sintetice (zona 2).

Dacă se doreşte achiziţionarea continuă, din zona butoanelor „Achiziţie” se modificăselecţia implicită de tip „Pachet”, ce corespunde achiziţiei pe o perioadă (zona 1).

Se selectează apoi canalele ce vor fi achiziţionate şi vizualizate. Totodată, se actualizează automat valoarea perioadei de eşantionare corespunzătoare numărului de canale selectate (zona 3).

În funcţie de dorinţa utilizatorului, se pot vizualiza valorile instantanee ale mărimilor (curenţi sau tensiuni) de pe unul, două, trei sau toate cele şase canale sau valori sintetice ale acestora (valori eficace, defazaje, puteri) pe o anumită fază sau pe toate trei (zona 4).

Interfaţa afişează, la cerere, numărul de manevre ale instalaţiei, memorate în memoria serială nevolatilă a modului de achiziţie şi transfer (zona 5).

În cazul selectării a două canale, în modul de vizualizare valori instantanee, devin active butoanele din care se poate selecta vizualizarea în sisteme de axe separate sau în acelaşisistem de axe (Figura 4.8). Pentru reprezentarea în sisteme de axe diferite devin active butoanele de selectare a scalelor celor două sisteme (zona 6).

În cazul vizualizării valorilor sintetice, odată cu selectarea canalelor apar şi casetele în care se vor afişa mărimile calculate (Figura 4.9).

Figura 4.7 Fereastra interfaţa utilizator

21

7

6

6

3

45

Page 36: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

35

Pentru calculul valorii eficace a tensiunii se utilizează relaţia matematică:

( )21 t T

t

U u t dtT

+

= ∫ , (4.1)

Integrarea pe baza valorilor eşantionate discret în timp se poate realiza prin mai multe metode de calcul (formula dreptunghiurilor, formula trapezelor, formula lui Simpson) [46].

Utilizând formula dreptunghiurilor se obţine:

1

2 2 2 2

1 0

N N

k k k k Nk k

u u u u−

−= =

= + −∑ ∑ , (4.2)

de unde rezultă valoarea eficace pentru tensiune:

Figura 4.8 Reprezentarea grafică cu un sistem de axe (a) sau sisteme de axe separate (b)

Figura 4.9 Fereastra de vizualizare a mărimilor sintetice

a) b)

Page 37: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

36

2

1

1 N

kk

U u tN t =

= ⋅ ⋅ ∆⋅∆ ∑ (4.3)

Pentru determinarea defazajului dintre tensiune şi curent, în interfaţa prezentată, se utilizează algoritmi bazaţi pe tensiuni şi curenţi sinusoidali, iar dintre aceştia algoritmul Gilcrest-Rockefeller, ce calculează defazajul în funcţie de trei valori eşantionate succesive [46]:

3 1 3 1

3 2 1 3 2 1

arctg arctg2 2 2 2

u u i it tu u u i i i

− −ω⋅∆ ω⋅∆ϕ = −

− + − +. (4.4)

Pentru calculul puterii active, respectiv reactive se utilizează relaţiile cunoscute: cosP U I= ⋅ ⋅ ϕ , (4.5)

respectiv, sinQ U I= ⋅ ⋅ ϕ . (4.6) Transmiterea comenzii către modulul de achiziţie şi transfer şi prelucrarea informaţiilor

recepţionate se realizează la apăsarea butonului „OK”. Interfaţa permite două tipuri de reiniţializări: � la acţionarea butonului „Reset” se anulează selecţia anterioară a canalelor, păstrându-

se tipurile de achiziţie şi de vizualizare selectate; � printr-un „click” al mouse-ului, în orice punct liber din fereastră, se reiniţializează

complet interfaţa utilizator şi se revine la fereastra de lansare.

4.3. Propunere de integrare a micro-sistemului experimental într-un sistem de monitorizare

Se propune integrarea micro sistemului experimental, conceput şi realizat în cadrul lucrării, în cadrul unui sistem care să monitorizeze un întreruptor de joasă tensiune OROMAX, cu parametri nominali: UN=500V şi IN=1000A.

În acest caz se impune utilizarea unor transformatoare de curent externe, care sărealizeze adaptarea domeniului de variaţie al curenţilor instalaţiei la domeniul de măsură al traductoarelor de curent (LEM), utilizate la realizarea micro-sistemului experimental.

Se vor putea monitoriza atât valorile instantanee pentru una, două, trei sau şase semnale, aferente curenţilor şi tensiunilor celor trei faze, valorile sintetice specificate în §4.2., precum şi numărul de manevre ale întreruptorului. Cu simple modificări ale structurii software, se vor putea memora şi transmite interfeţei utilizator valorile instantanee ale curenţilor, în momentul deconectării întreruptorului, datorată declanşării protecţiilor. Aceste facilităţi vor permite sintetizarea unor concluzii referitoare la solicitările întreruptorului, ale posibilelor cauze de defect, precum şi analiza fiabilităţii şi mentenabilităţii acestuia.

4.4. Concluzii În acest capitol a fost prezentat detaliat micro sistemul conceput şi realizat, ce este

constituit dintr-un modul de achiziţie şi transfer, bazat pe controlerul Dallas DS87C550, şiinterfaţa utilizator dezvoltată, folosind facilităţile Graphic User Interface ale Matlab. Conţinutul acestui capitol constituie în totalitate rezultate ale activităţii originale de cercetare ale autoarei, desfăşurată pe parcursul mai multor ani. Ţinând cont de faptul că, realizarea unui astfel de sistem presupune o structură hardware care să răspundă funcţiilor propuse, într-o manieră versatilă, iar programarea controlerului să folosească facilităţile acestuia, au fost detaliate blocurile componente, insistându-se asupra performanţelor fiecăruia dintre ele.

Page 38: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

37

5. VERIFICĂRI EXPERIMENTALE

Verificarea corectitudinii algoritmilor de achiziţie cât şi a celor de calcul a valorilor sintetice pe baza mărimilor achiziţionate prin intermediul micro-sistemului experimental, îşigăsesc confirmarea în acest capitol. Rezultatele obţinute prin intermediul micro-sistemului experimental sunt comparate cu cele furnizate de un echipament de măsură industrial, osciloscopul Fluke 196, pentru două tipuri de sarcini, o sarcină rezistivă şi o sarcină rezistiv - inductivă. Ansamblul rezultatelor experimentale au demonstrat fidelitatea reproducerii semnalelor monitorizate cât şi acurateţea valorilor sintetice calculate pe baza eşantioanelor obţinute cu micro sistemul realizat.

5.1. Prezentare generală a condiţiilor de testare În Figura 5.1 este prezentat montajul pentru efectuarea determinărilor experimentale ce

conţine micro sistemul conectat la un calculator PC, pentru execuţia interfeţei utilizator şiosciloscopul Fluke 196.

Au fost realizate măsurători pentru două tipuri de sarcină: o sarcină rezistivă (reostat cu lichid) şi o sarcină rezistiv - inductivă (un motor asincron cu puterea nominală PN=3,5kW).

În continuare, vor fi prezentate, comparativ, rezultatele obţinute prin achiziţionarea şiprelucrarea datelor cu micro sistemul experimental şi echipamentul de măsură, osciloscopul Fluke 196.

Figura 5.1 Montajul pentru testare

Page 39: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

38

5.2. Determinări experimentale cu sarcină rezistivăPentru cazul alimentării unei sarcini rezistive, au fost achiziţionate, prelucrate şi afişate

mărimile, prin intermediul micro sistemului şi a interfeţei utilizator, obţinându-se forma de undă a tensiunii de fază din Figura 5.2, pentru o perioadă (20ms). Se observă că, fiind achiziţionate semnalele de pe un singur canal, perioada de eşantionare corespunzătoare este de 175µs, ceea ce determină o rezoluţie foarte bună pentru semnalul achiziţionat.

Comparativ, în Figura 5.3 este prezentată oscilograma aceluiaşi semnal, obţinută cu echipamentul de măsură industrial Fluke 196. Se observă similitudinea dintre formele de undăvizualizate prin cele două metode.

Figura 5.2 Variaţia tensiunii de fază, vizualizată cu micro sistemul şi interfaţa utilizator

Figura 5.3 Oscilograma tensiunii de fază

Page 40: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

39

Obţinerea valorilor sintetice, a fost realizată prin achiziţionarea semnalele aferente unei faze, tensiunea şi curentul. Selectându-se, în fereastra grafică a interfeţei utilizator, modul de vizualizare al mărimilor în sisteme de coordonate separate, formele de undă obţinute sunt prezentate în Figura 5.4.

Pentru compararea mai precisă a semnalelor achiziţionate, cu indicaţiile osciloscopului Fluke 196, a fost selectat , în interfaţa utilizator, modul de vizualizare în acelaşi sistem de axe de coordonate („Suprapus”), rezultatul obţinut fiind ilustrat în Figura 5.5.

Figura 5.4 Curentul şi tensiunea pe o fază obţinute cu micro sistemul

Figura 5.5 Tensiunea şi curentul pe o fază, reprezentate în acelaşi sistem de axe de coordonate, obţinute cu micro sistemul

Page 41: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

40

Păstrând aceeaşi sarcină, indicaţiile obţinute cu osciloscopul Fluke sunt prezentate în Figura 5.6. Folosind facilităţile osciloscopului, au fost obţinute şi valorile sintetice determinate de acesta (valori eficace tensiune de fază, curent de fază, defazajul tensiune-curent).

În vederea verificării corectitudinii algoritmilor numerici de calcul a valorilor sintetice, implementaţi în cadrul lucrării, a fost selectat modul corespunzător de vizualizare al mărimilor măsurate, prin intermediul interfeţei utilizator şi afişate în fereastra grafică,prezentată în Figura 5.7. Se observă deosebita apropiere dintre valorile măsurate cu osciloscopul Fluke (valoare eficace tensiune: 185V, valoare eficace curent: 3A, defazaj:-10°)şi cele determinate cu algoritmii descrişi în §1., pe baza eşantioanelor obţinute cu micro sistemul (valoare eficace tensiune: 188V, valoare eficace curent: 3A, defazaj: -10°).

Figura 5.6 Oscilogramele pentru tensiunea şi curentul de pe o fază; valori sintetice

Figura 5.7 Valori sintetice determinate cu micro sistemul

Page 42: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

41

5.3. Determinări experimentale cu sarcină rezistiv-inductivăDeterminările experimentale au continuat pentru o sarcină cu caracter rezistiv-inductiv,

respectiv un motor asincron cu puterea nominală PN=3,5kW. Pentru o perioadă, au fost achiziţionate şi prelucrate semnalele aferente unei faze, tensiunea şi curentul, prin utilizarea micro sistemului şi vizualizate prin intermediul interfeţei utilizator.

În Figura 5.8 se prezintă rezultatele obţinute prin achiziţionarea semnalelor cu micro sistemul experimental, pentru sarcina rezistiv-inductivă. Comparativ, oscilogramele pentru tensiune şi curent, cât şi valorile sintetice folosind osciloscopul, sunt prezentate în Figura 5.9.

În plus, faţă de rezultatele determinărilor experimentale, folosind cele două sisteme de măsurare analizate, au fost realizate şi alte determinări experimentale, ce evidenţiazăposibilitatea extinderii facilităţilor micro sistemului dezvoltat pentru achiziţionarea semnalelor de pe trei sau şase canale.

Astfel, micro sistemul permite achiziţionarea şi prelucrarea simultană a celor şase mărimi de fază, de pe trei canale monitorizate, şi vizualizarea acestora în fereastra grafică ainterfeţei utilizator, ca în Figura 5.10.

Valorile sintetice calculate de interfaţa utilizator, pentru numărul maxim de canale achiziţionate, sunt redate în Figura 5.11. Se observă, modificarea ferestrei grafice, ce se

Figura 5.8 Rezultate obţinute cu micro sistemul experimental

Figura 5.9 Rezultate experimentale obţinute cu osciloscopul Fluke 196

Page 43: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

42

adaptează numărului de faze selectate pentru monitorizare, din interfaţa utilizator. De remarcat, coerenţa dintre valorile sintetice şi oscilogramele valorilor instantanee prezentate.

Figura 5.10 Formele de undă ale tensiunilor şi curenţilor de fază

Figura 5.11 Valorile sintetice calculate pentru toate fazele

Page 44: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

43

Mai mult decât atât, aşa cum s-a arătat în §4., micro sistemul permite analiza istoriei funcţionării instalaţiei monitorizate, prin memorarea, într-o memorie serială nevolatilă, anumărului de manevre a instalaţiei şi vizualizarea acesteia prin interfaţa grafică, la dorinţautilizatorului (Figura 5.10). Pentru a contribui la asigurarea mentenanţei instalaţiei, micro sistemul poate memora (în memoria serială nevolatilă) valorile instantanee ale curenţilor, la momentul ultimei deconectări.

5.4. Concluzii Analizând ansamblul rezultatelor obţinute experimental prin cele două metode de

măsurare, pe de o parte cu micro sistemul şi interfaţa grafică proiectate şi realizate de către autoare, iar pe de altă parte cu echipamentul industrial de măsură Fluke 196, rezultăurmătoarele concluzii:

� Fidelitatea reproducerii semnalelor monitorizate este similară;� Acurateţea valorilor sintetice calculate pe baza eşantioanelor obţinute cu micro

sistemul; � Interfaţa utilizator realizată este intuitivă şi „prietenoasă”; � Sistemul realizat este versatil şi uşor de adaptat la parametri nominali ai

instalaţiei de monitorizat; � Facilităţi superioare ale sistemului dezvoltat, prin posibilitatea monitorizării

simultane a trei faze, respectiv a trei sau şase semnale; � Posibilitatea cunoaşterii istoriei instalaţiei monitorizate; � Obţinerea de performanţe similare unui echipament industrial, folosind un

sistem avantajos din punct de vedere al preţului de cost.

6. CONCLUZII ŞI CONTRIBUŢII

Lucrarea de faţă se înscrie în eforturile de dezvoltare a sistemelor de monitorizare a echipamentelor electrice. În această direcţie, s-a urmărit realizarea unui studiu detaliat al sistemelor de supraveghere al instalaţiilor electrice, insistându-se asupra mijloacelor de creştere a performanţelor unor astfel de sisteme, prin utilizarea de circuite numerice care includ procesoare standard cu elemente periferice performante integrate.

Teza, structurată pe cinci capitole, a realizat o analiză sistematică a sistemelor de monitorizare a echipamentelor electrice, prezentând apoi un micro-sistem experimental, realizat şi testat în totalitate de autoare, ale cărui principale argumente favorabile sunt versatilitatea, precizia, interfaţa utilizator prietenoasă şi nu în ultimul rând, preţul de cost. Pentru realizarea acestui deziderat, primele trei capitole au tratat stadiul actual al sistemelor de monitorizare, sisteme de supraveghere şi control performante: SCADA şi EXPERT, respectiv fundamentarea teoretică şi stadiul actual al introducerii sistemelor de comutaţie controlată, ca o extindere a sistemelor de supraveghere şi control a instalaţiilor.

Lucrarea a continuat cu prezentarea amănunţită a structurii hardware şi software a modulului de achiziţie şi transfer, precum şi a interfeţei utilizator, ce asigură comunicaţia on-line între modulul de achiziţie şi transfer şi utilizator, permiţând atât transmiterea comenzilor către modul cât şi recepţionarea, prelucrarea şi afişarea datelor solicitate, într-o manierăergonomică şi uşor de interpretat. Modulul realizat, programarea acestuia, interfaţa utilizator

Page 45: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

44

cât şi rezultatele experimentale constituie rezultate originale ale activităţii autoarei, desfăşurată pe parcursul a mai mulţi ani.

Fiind un micro-sistem experimental, s-a urmărit asigurarea unei versatilităţi ridicate, funcţiile îndeplinite putând fi programate atât prin comenzi locale cât şi prin comenzi furnizate de interfaţa utilizator. Aceste funcţii asigură monitorizarea celor şase mărimi specifice unui sistem electric trifazat, trei tensiuni şi trei curenţi, cu o frecvenţă de eşantionare variabilă, adaptată numărului de canale monitorizate.

Pe lângă monitorizarea mărimilor electrice instantanee sau sintetice, în vederea realizării unei mentenanţe preventive, micro sistemul asigură memorarea numărului de manevre ale instalaţiei, contorizate folosind sistemul de întreruperi externe ale controlerului.

Prezentarea grafică, atât a valorilor instantanee cât şi a celor sintetice, precum şiinformaţiile privind istoria funcţionării instalaţiei pot fi programate şi afişate într-o manierăprietenoasă şi decelabilă.

Verificarea corectitudinii algoritmilor de achiziţie cât şi a celor de calcul a valorilor sintetice pe baza mărimilor achiziţionate prin intermediul micro-sistemului experimental şi al interfeţei utilizator realizată, îşi găsesc confirmarea în Capitolul 5, în care se realizează ocomparaţie între rezultatele obţinute, cu cele furnizate de un echipament de măsură industrial, osciloscopul Fluke 196, pentru două tipuri de sarcini, o sarcină rezistivă şi o sarcină rezistiv – inductivă.

Ansamblul rezultatelor experimentale au demonstrat fidelitatea reproducerii semnalelor monitorizate cât şi acurateţea valorilor sintetice calculate pe baza eşantioanelor obţinute cu micro sistemul realizat. Totodată, au fost evidenţiate versatilitatea şi adaptabilitatea micro sistemului la parametri nominali ai instalaţiei de monitorizat, avantajele introduse prin realizarea unei interfeţe utilizator intuitivă şi „prietenoasă” şi nu în ultimul rând, obţinerea unor performanţe similare unui echipament industrial, prin folosirea unui sistem avantajos din punct de vedere al preţului de cost.

Ca principale contribuţii ale autoarei la realizarea lucrării, pot fi menţionate: ♦ prezentarea importanţei sistemelor de monitorizare a instalaţiilor electrice, cu

evidenţierea blocurilor componente şi a funcţiilor îndeplinite de acestea; ♦ sistematizarea celor mai utilizate metode de prelucrare numerică a mărimilor

electrice eşantionate, preluate din instalaţiile monitorizate; ♦ analiza critică a metodelor, pe baza criteriilor evidenţiate şi selectarea acelora ce vor

fi implementate în structura algoritmilor de calcul al valorilor sintetice, concepuţi şi realizaţiîn cadrul interfeţei utilizator descrise §4;

♦ se propune structura unui sistem de monitorizare care să includă ca sistem de achiziţie de date din proces, un micro-sistem experimental, descris în §4.1. şi o interfaţă utilizator, prezentată în §4.2., concepute şi realizate în lucrare;

♦ descrierea sistematizată a două tipuri de sisteme de supraveghere şi control, SCADA şi EXPERT, cu evidenţierea elementelor componente, insistându-se asupra funcţiilor îndeplinite de acestea cât şi a avantajelor acestor sisteme;

♦ studiul analitic detaliat pentru comutarea sarcinilor capacitive, sarcinilor inductive, transformatoarelor în gol, liniilor lungi, cu evidenţierea avantajelor utilizării controlului adaptiv pentru reducerea şocurilor de curent şi a supratensiunilor asociate;

♦ analiza detaliată a funcţiilor de compensare necesare pentru controlerele utilizate în sistemele de comutaţie controlată, cu evidenţierea rezultatelor obţinute pentru caracteristicile întreruptoarelor;

Page 46: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

45

♦ se propune soluţia integrării micro sistemului experimental, realizat şi detaliat în §4, în realizarea unui sistem modern, care poate realiza comutaţia controlată, prin determinarea precisă a momentelor de timp pentru comanda întreruptoarelor;

♦ analizând caracteristicile determinante ale întreruptoarelor cu poli independenţi, se evidenţiază posibilitatea utilizării micro sistemului experimental, conceput şi realizat în lucrare, prin programare adecvată, pentru: compensarea creşterii timpului de închidere, datorată timpului de repaus; variaţia timpului de închidere /deschidere în funcţie de temperatura mediului ambiant, tensiunea de comandă şi presiunea hidraulică; compensarea adaptivă datorată abaterii timpilor de închidere /deschidere ca urmare a îmbătrânirii pe termen lung;

♦ conceperea, realizarea şi testarea unui modul economic şi versatil de achiziţie şitransfer, atât pentru monitorizarea celor şase mărimi instantanee specifice unui sistem electric trifazat, cât şi pentru memorarea istoriei funcţionării instalaţiei;

♦ argumentarea eficienţei utilizării unei arhitecturi hardware moderne, extensibile şieficiente pentru modulul de achiziţie şi transfer;

♦ elaborarea algoritmului de funcţionare a modului de achiziţie şi transfer, cu evidenţierea posibilităţii alegerii variantei de lucru, în funcţie de opţiunea utilizatorului acestuia;

♦ conceperea structurii software a modului de achiziţie şi transfer, prin programare în limbaj de asamblare, folosind sistemul de întreruperi al controlerului;

♦ elaborarea şi testarea unui pachet original de programe, în limbaj de asamblare, care cuprinde programul principal şi şapte rutine;

♦ conceperea, realizarea şi testarea interfeţei utilizator, folosind pachetul Matlab Graphic User Interface (GUI), care realizează comunicarea on-line cu modulul de achiziţie şitransfer, într-o manieră ergonomică şi uşor de interpretat;

♦ elaborarea şi testarea programelor de calcul a valorilor sintetice (valori eficace, defazaj, putere activă, putere reactivă), pentru mărimile achiziţionate, utilizând algoritmi numerici cunoscuţi din literatura de specialitate;

♦ testarea micro-sistemului realizat şi a interfeţei utilizator pentru diferite tipuri de sarcini ale instalaţiei monitorizate;

♦ evaluarea comparativă a rezultatelor experimentale obţinute prin intermediul micro-sistemului realizat în lucrare, cu cele furnizate de un sistem de măsură, numeric, performant;

♦ concordanţa informaţiilor furnizate de micro-sistemul realizat în lucrare, cu cele obţinute cu echipament industrial de măsurare;

♦ realizarea unui echipament de monitorizare a instalaţiilor industriale, original, caracterizat prin mentenanţă ridicată, determinată de utilizarea unor componente modulizate, care să determine raportul performanţe/cost cât mai ridicat.

Realizările descrise în lucrare reprezintă o dezvoltare a domeniului studiat, deschizând în acelaşi timp noi orizonturi de cercetare în vederea perfecţionării tehnologice a sistemelor de monitorizare. Micro-sistemul de monitorizare, propus prin prezenta lucrare, poate constitui una din soluţiile care să conducă la creşterea siguranţei în funcţionare, fără creşterea semnificativă a preţului echipamentului.

Page 47: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

46

BIBLIOGRAFIE

[1] Albu, Mihaela, „Prelucrarea numerică a semnalelor din sistemele de măsurare”, Editura Printech, Bucureşti, 2000.

[2] Antoniu, I. S., „Bazele electrotehnicii”, vol. I şi II, Editura Didactică şi Pedagogică,Bucureşti, 1974.

[3] Antoniu, M., Baltag, O., David, V., „Măsurări electronice. Măsurări de joasă ţi înaltăfrecvenţă”, vol.III, Editura Satya, Iaşi, 1999.

[4] Asandei, D., „Protecţia sistemelor electrice”, Editura Matrix Rom, Bucureşti, 1999.

[5] Avent, B. L., „Application of 500kV Circuit Breakers on Transmission Line with MOV Protected Series Capacitor Bank”,2002 CIGRE Session Paper, 13-107, 2002.

[6] Badea, I., „Protecţia prin relee şi automatizarea sistemelor electrice”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1973.

[7] Bădică, C., „Elemente de inteligenţă artificială. Aplicaţii în Prolog”, Editura Radical, Craiova, 1998.

[8] Bălă, C., „Bobine de reactanţă pentru sisteme energetice”, Editura Tehnică,Bucureşti, 1984.

[9] Bellido, R. C., Gomez, T., „Identification and Modelling of a Three Phase Arc Furnace for Voltage Disturbance Simulation”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 4, October 1997.

[10] Benchimol, G., Levine, P., Pomerol, J.C., „Sisteme expert în întreprindere”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1993.

[11] Benmouyal, G., „Some Aspects of the Digital Implementation of Protection Time Functions”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 5, No. 4, November 1990.

[12] Benmouyal, G., „Design of a Digital Multi-curve Time-overccurent Relay”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 6, No. 2, April 1991.

[13] Biran, A., Breiner, M., „Matlab for Engineers”, Addison – Wesley Publishing Company, Great Britain, 1996.

[14] Boyer, S. A., „SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition”, Instrument Society of America, 1999.

[15] Brezovan, M., „Sisteme expert”, Editura Certi, Craiova, 2001.

[16] Brojboiu, Maria; Ivanov, Virginia, „Trends in the implementation of the monitoring systems of SF6 switching Equipments for reduction of the environment pollution”, Acta Electrotehnica, ISSN 1224-2497, vol.45, nr.3, 2004, p 247-250.

[17] Britton, J., „An Open, Object-Based Model as the Basis of an Architecture for Distribution Control Centers”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 7, No. 4, November 1992.

Page 48: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

47

[18] Brunke, J. H., Fröhlich, K. J., „Elimination of Transformer Inrush Currents by Controlled Switching”, Part 1:IEEE Trans. Power Delivery, vol.16, No.2, pp.276-280, Part 2:IEEE Trans. Power Delivery, vol.16, No. 2, pp. 281-285, April 2001.

[19] Cartina, Gh., ş.a., „Reţele neuronale artificiale şi sisteme expert în energetică”, Editura Gh. Asachi, Iaşi, 1994.

[20] Călin, S., Marcu, S., „Protecţia prin relee a sistemelor electrice”, Editura Tehnică,Bucureşti, 1975.

[21] Cârstoiu, D.I., „Sisteme expert”, Editura All, Bucureşti, 1994.

[22] Cârţină, G. ş.a., „Reţele neuronale artificiale şi sisteme expert în energetică”, Editura Gh.Asachi, Iaşi, 1994.

[23] Chan, W. L., Chan, T. M., Pang, S. L., So, A. T. P., „A Distributed On-Line HV Transmission Condition Monitoring Information System”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 2, April 1997.

[24] Chindriş, M., Andreu A.S.I., „Poluarea armonică a reţelelor electrice”, Editura Mediamira, Cluj-Napoca, 1999.

[25] Cividjian, G. A., „Aparate electrice”, Reprografia Universităţii din Craiova, 1979.

[26] Cividjian, G. A., „Aparate electrice – Izolaţie şi arc”, Editura Avrămeanca, Craiova, 1996.

[27] Cividjian, G. A., Cividjian, A.G., „Modèles statistiques et fiabilité”, Reprografia Universităţii din Craiova, 2003.

[28] Cividjian, G. A., Călin, Ghe., Popa, D., Ivanov, Virginia, „Simplified theory of free oscillations in two magnetically coupled windings”, International Conference of Applied and Theoretical Electricity ICATE 2004, ISBN 973-8043-554-4, p.281-284

[29] Comşa, D., ş.a., „Proiectarea instalaţiilor electrice industriale”, Editura Didactică şiPedagogică, Bucureşti, 1983.

[30] Cristescu, D., Pantelimon, L., Darie, S., „Centrale şi reţele electrice”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982.

[31] Cristescu, D., Olah, R., „Supratensiuni şi izolaţia reţelelor electrice”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1983.

[32] Drăgan, G., ş.a., „Supratensiuni interne în sistemele electroenergetice”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1975.

[33] Ermine, J. L., „Systèmes experts. Théorie et pratique”, Technique et Documentation, Lavoisier, 1989.

[34] Florea, A. M., „Elemente de inteligenţă artificială. Principii şi modele”, Univ. „Politehnica” Bucureşti, 1993.

[35] Florea, A. M., Boangiu, A. G., „Bazele logice ale inteligenţei artificiale”, Univ. „Politehnica” Bucureşti, 1994.

[36] Foley, M., Bose, A., Mitchell, W., Faustini A., „An Object Based Graphical User Interface for Power Systems”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 7, No. 2, February 1993.

[37] Gal, S., „Scheme de relee complexe în energetică”, Editura Tehnică, Bucureşti, 1984.

Page 49: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

48

[38] Ghinea, M., Fireţeanu, V., „Matlab – Calcul numeric. Grafică. Aplicaţii”, Editura Teora, Bucureşti, 1999.

[39] Golovanov, Carmen.; Albu, Mihaela ş.a., „Probleme moderne de măsurare în electroenergetică”, Editura Tehnică, Bucureşti, 2001.

[40] Guo, Y., Lee, H. C., Wang, X., „A Multiprocessor Digital Signal Processing System for Real-time Converter Applications”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 7, No. 2, May 1992.

[41] Guşă, M. D., „Regimuri tranzitorii în reţelele electrice”, Editura Gh. Asachi, Iaşi, 2002.

[42] Hakavik, B., Holen, A. T., „Power System Modelling and Sparse Matrix Operations Using Object-Oriented Programming”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 9, No. 2, May 1994.

[43] Hortopan, Gh., „Aparate electrice”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1980.

[44] Ionescu, V., „Teoria sistemelor”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1985.

[45] Ito, H., „Controlled Switching Technologies, State-of-the-Art”, IEEE, pp.1455-1460, 2002.

[46] Ivanov, Virginia, „Protecţii numerice cu microprocesoare”, Referat de doctorat, 2002.

[47] Ivanov, Virginia, „SCADA – Control supervizor şi achiziţii de date”, Referat de doctorat, 2001.

[48] Ivanov, Virginia, „Sisteme expert”, Referat de doctorat, 2001.

[49] Ivanov, Virginia; Brojboiu, Maria, „SCADA – Control de supervizare şi achiziţie de date”, Simpozion Naţional de Tehnica Tensiunilor Înalte, Craiova octombrie 2001.

[50] Ivanov, Virginia; Brojboiu, Maria, „Sisteme expert pentru analiza fiabilităţii reţelelor electrice”, Conferinţa naţională a energiei FOREN 2002, România, CD-S2_P14.

[51] Ivanov, Virginia; Cividjian, G. A.; Brojboiu, Maria; Ivanov, S., „Experimental monitoring system for electrical equipments”, International Conference of Applied and Theoretical Electricity ICATE 2004, ISBN 973-8043-554-4, p.244-247.

[52] Ivanov, S.; Bitoleanu, A.; Ivanov, Virginia; Popescu, Mihaela, „Comanda vectorialăsimplificată a acţionării cu motor sincron cu magneţi permanenţi: de la simulare la comanda în timp real cu sistem DSP”, International Conference of Applied and Theoretical Electricity ICATE 1998, Craiova, p. 206-211.

[53] Jiali, H., Shanshan, L., Kezunovic, M., „Implementation of a Distributed Digital Bus Protection System”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 4, October 1997.

[54] Kezunovic, M., Chen, Q., „A Novel Approach Interactive Protection System Simulation”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 2, 1997.

[55] Khan, U. A., Leeb, S. B., Lee, M. C., „A Multiprocessor for Transient Event Detection”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 1, January 1997.

Page 50: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

49

[56] Kuglarz, J., Kuntze, T., Olszewski, W., „High-voltage Circuit-breaker with Electronic Control System – Result from recent field tests”, CIGRE, Session 1998, Paris.

[57] Lesieutre, B. C., Hagman, W. H., Kirtley, J. L., „An Improved Transformer Top Oil Temperature Model for Use in An On-Line Monitoring and Diagnostic System”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 1, January 1997.

[58] Le, L. T., Negnevitsky, M., Piekutowski, M., „Network Equivalents and Expert System Application for Voltage and VAR Control in Large-Scale Power-System”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 4, November 1997.

[59] Lu, C. N., Chen, K. T., Lin, M. C., Lin, Y. T., „Performance Assessment of An Integrated Distribution SCADA-AM/FM System”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 2, April 1997.

[60] Mahseredjian, J., Alvarado, F., „Creating an Electromagnetic Transient Program în Matlab: MatEMTP”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 12, No. 1, January 1997.

[61] Martire, G. S., Nuttal, D. J. H., „Open Systems and Databases”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 7, No. 2, May 1993.

[62] Mercier A., „Transformer Controlled Switching Taking into Account the Core Residual Flux”, CIGRE 2002 Session Paper, 13-201, 2002.

[63] Mondon, E., Heilbronn, B., Harmand, Y., Paillet, O., Fargier, H., „Mars: an Aid for Network Restoration After a Local Disturbance”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 7, No. 2, 1992.

[64] Морозкина, В. П., „Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты”, Энергоатомиздат, Mocква, 1988.

[65] Naik, B. R., „Field Verification of Controlled Switching GCB”, IEEE Power Engineering Society, Summer Meeting, 2002.

[66] Neiman, L. R., Kalantarov, P. L., „Bazele fizice ale electrotehnicii”, Editura Energetică de stat, 1955.

[67] Oono, H., Kawaharasaki, M., Kawai, M., Nishi, A., Morishita, T., Katsuyama, M., „ A New Large Scale DAS in CEPCO ”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 7, No. 2, May 1992.

[68] Patterson, D. W., „Introduction to Artificial Intelligence and Expert Systems”, Prentice-Hall International, 1999.

[69] Pop, E., „Tehnici moderne de măsurare”, Editura Facla, Timişoara, 1983.

[70] Preda, M., Cristea, P., Manea F., „Bazele electrotehnicii”, Editura Didactică şiPedagogică, Bucureşti, 1980.

[71] Prévé, Ch., „Protection des réseaux électriques”, Edition Hermes, Paris, 1998.

[72] Rumpel, D., Liu, C. C.,Nagdy, N. M., „Real-Time Database for Power Systems using Language Oriented Data Structure”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 5, No. 3, August 1990.

Page 51: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

50

[73] Sharma, B. P., Agarwal, R. P., Bajpai, S. A., Gujba, L. K., „Microprocessor Based Integrated Substation Control, Monitoring and Protection System for Developing Countries”, Rap. 23-11 CIGRE, 1982.

[74] Suciu, I. „Aparate electrice”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1968.

[75] Şora, C., „Bazele electrotehnicii”, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982.

[76] Teo, C. Y., „A Comprehensive Fault Diagnostic System Using Artificial Intelligence for Sub-transmission and Urban Distribution Networks”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 12, No. 4, November 1997.

[77] Thuries, E., Lefort, H., Ebersohl, G., Dupraz, J.P., „Digital Control and Condition Monitoring: Integration and Application”, CIGRE, Session 1998, Paris.

[78] Timotin, Al., ş.a., „Lecţii de bazele electrotehnicii”, Editura Didactică şi Pedagogică,Bucureşti, 1964.

[79] Toma, L., „Sisteme de achiziţie şi prelucrare numerică a semnalelor”, Editura de Vest, Timişoara, 1996.

[80] Tsudata, H., „Controlled Switching System for Capacitor Bank and Transformer Switching”, Electrical Engineering, vol.5, pp.2125-2130,2002.

[81] Tylavsky, D. J., Bose, A., „Parallel Processing in Power Systems Computation”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 7, No. 2, May 1992.

[82] Ungrad, H., Brand, K. P., „Interaction of Machine and Line Protection Within a Coordinated Substation Control System”, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 7, No. 2, May 1992.

[83] Vasilievici, Al., ş.a., „Implementarea echipamentelor digitale de protecţie şi comandăpentru reţele electrice”, Editura Tehnică, Bucureşti 1996.

[84] Vlaicu, C., „Magistrale de comunicaţii pentru sistemele de măsurare”, Editura Electra, Bucureşti, 2003.

[85] Vlaicu, C., „Sisteme de măsurare informatizate”, Editura ICPE, Bucureşti, 2000

[86] Wei, X. G., Sumic, Z., Venkata, S. S., „ADSM-An Automated Distribution System Modelling Tool for Engineering Analyses”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 10, No. 1, February 1995.

[87] Wood, A. J., Wollenberg, B. F., „Power Generation, Operation, and Control”, John Wiley&Sons, Inc., 1998.

[88] Zhou, E. Z., „Object –oriented Programming, C++ and Power System”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 11, No. 1, February 1996.

[89] *** ABB, „Feeder Protection Relay SPAA 341 C”, 1994.

[90] *** ABB Relays, „PYRAMID™ Das koordinierte Schutz – und Steuerkonzept”, 1989.

[91] *** ABB Relays, „Type RADSS Busbar protection”.

[92] *** Analizor pentru reţele electrice trifazate, ICMET Craiova.

[93] *** B&B Electronics, RS422 and RS485 Application Note.

Page 52: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

51

[94] *** CIGRE TF13.00, „Controlled Switching, A state-of-the-art Survey”, Part 1: ELECTRA No. 162, pp.65-96, Part 2: ELECTRA No.164, pp.39-61, 1995.

[95] *** CIGRE WG13.07, „Controlled Switching of HVAC Circuit Breakers: Guide for Application”, Part 1: ELECTRA No. 183, pp.43-73, Part 2: ELECTRA No.185, pp.37-57, 1999.

[96] *** CIGRE WG13.07, „Controlled Switching of HVAC Circuit Breakers: Planning, Specification and Testing of controlled switching systems”, ELECTRA No. 197, pp.23-33, 2001.

[97] *** DALLAS Semiconductor, „DS87C550 EPROM High-Speed Micro with A/D and PWM”.

[98] *** DALLAS Semiconductor, „Fundamentals of RS232 Serial Communications”.

[99] *** DALLAS Semiconductor, „High-Speed Microcontroller User Guide”.

[100] *** FAIRCHILD Semiconductor, „Transient Voltage Supressors SA 12A”, 1998.

[101] *** FLUKE, „Fluke 196 User’s Manual”.

[102] *** LEM Components, „Current Transducer LTS 15-NP”, 1999.

[103] *** Intel, „MCS®51 Microcontroller Family user’s manual”.

[104] *** MAXIM Integrated Products, „Low-Power RS-485”, 1999.

[105] *** MOTOROLA Semiconductor Components, „Rail-to-Rail Operational Amplifiers MC33201”, 1999.

[106] *** NUOVA MAGRINI GALILEO, „Programmable Operating System of Protection, Automation Measurement and Remote Transmission for Medium Voltage Cubicles SEPAM”.

[107] *** SIEMENS, „Line Protection Relay 7SA511”, 1993.

[108] *** STMicroelectronics, „16K/8K/4K/2K/1K/256 (x8/x16) Serial Microwire Bus EEPROM”.

*** STMicroelectronics, „Serial Microwire Bus EEPROM M93C06”, 1999.

Page 53: Universitatea din Craiova - ucv.roaparate.elth.ucv.ro/web/Arhiva/doctorat/Rezumat_VIvanov.pdfUniversitatea din Craiova În acest scop v trimitem rezumatul tezei de doctorat 5iv invit

Virginia IVANOV CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMELOR DE MONITORIZARE ŞI CONTROL A ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Rezumat

52

CURRICULUM VITAE Nume: IVANOV Prenume: Virginia Locul de muncă: Universitatea din Craiova,

Facultatea de Electrotehnică,Catedra Aparate şi Tehnologii electrice

Funcţia: Şef lucrări titular Adresa: Bdul 1 Mai, Bl. 21, Sc. 1, Ap. 7, Craiova, România Tel.: 0251 418 379 (personal), 0251 436 447(facultate) Fax: 0251 436 447 E-mail: [email protected] Data de nastere: 21 februarie 1963 Starea civilă: căsătorită, 1 copil Naţionalitatea: Română

Pregătirea:Inginer, Universitatea din Craiova, Facultatea de Electrotehnică, 1986 Limbi străine:Franceza - citit, scris Engleza - noţiuni, traducere tehnică

Experienţă profesională

• 1986-1998: inginer cercetător la I.C.M.E.T. Craiova • 01.10.1998-28.02.1999: Asistent universitar suplinitor la Catedra de Aparate Electrice • 01.03.1999-28.02.2001: Asistent universitar titular la Catedra de Aparate Electrice • 01.03.2001 – prezent: Şef lucrări titular la Catedra de Aparate Electrice

Experienţă ştiinţifică• 2 cărţi; • 22 lucrări ştiinţifice; • 17 contracte de cercetare ştiinţifică;

Discipline predate• Diagnoza echipamentelor electrice • Probleme speciale de aparate electrice • Aplicaţii în Mathcad şi Matlab • Ingineria sistemelor industriale • Aplicaţii la disciplinele: Echipamente electrice, Aparate electrice, Tehnologia de

fabricaţie a maşinilor şi aparatelor electrice, Electrotehnologii

Semnătura,