БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ГЕНЕРАТОРНЫМ АГРЕГАТОМ GMM10

Блок управления генераторным агрегатом GMM10 разработан фирмой System Technic Nord. Этот блок применяется для контроля, защиты и управления дизельгенератором или валогенератором с частотным управлением. Блок GMM10 контролирует ток генератора, напряжение и частоту генератора и сети, обеспечивает защиту: от обрыва фазы; несимметрии тока в фазах; понижения/повышения напряжения; повышения/понижения частоты; обратной мощности; короткого замыкания. Для управления дизелем к блоку GMM10 с помощью специального интерфейса подключается блок ДМ 010. В этом случае блок GMM10 осуществляет распределение активной нагрузки и синхронизацию генератора с сетью.

Блок управления GMM10 состоит из нескольких плат, описание которых приводится ниже.

Для испытания плат блока GMM10 имеется панель моделирования, состоящая из набора выключателей, резисторов и ламп. При подключении платы моделирования к клеммам GMM10 можно провести испытания всех плат управляющего модуля. Программное обеспечение испытаний находится в микросхеме D2 платы ZKG 403.

Центральная плата ZKG–403

Основным устройством платы является 8–разрядный контроллер MC68HC11F1 фирмы Motorola – микросхема D1 (рис. 3.1).

Контроллер работает при напряжении питания 5 В, имеет максимальную тактовую частоту до 4 МГц. Контроллер содержит внутреннюю память программ ЭСППЗУ емкостью 512 байт, ОЗУ емкостью 1024 байт. Для контроллера предусмотрена возможность подключения внешней памяти 64 Кбайт. Потребляемая мощность составляет 300 мВт.

Контроллер содержит асинхронный и синхронный последовательные порты SCI, SPI, имеет 8–разрядный АЦП.

В состав контроллера входит 16–разрядный таймер. Диапазон рабочей температуры – 40 + 85 °С.

Микросхема D7 является регистром. При наличии сигнала на входе С1 в регистре происходит запись двоичного сигнала D0–D7, поступающего с шины данных.

В зависимости от кода этого двоичного сигнала на выходах регистра может появиться логическая «1» (логическая единица), что приводит к появлению сигнала на одном из выходов регистра.

Микросхема D8 представляет двунаправленный буферный усилитель, который соединяет выход контроллера платы ZKG–403 с платой управления и индикации ВАТ–407.

Микросхемы D6 (рис. 7.1–1), D10, Dll, D12 (рис. 3.2) являются буферными усилителями интерфейса.

На плате располагаются микросхемы памяти D2–EPROM64K и внешней памяти D3–RAM32K.

Рисунок 7.1 – Центральная плата ZKG–403

Рисунок 7.2 – Принципиальная схема микропроцессора ZKG–403

Микросхема D4 является универсальным асинхронным приемопередатчиком.

На плате имеется 10 входов, с которых цифровые (дискретные) сигналы через оптоэлектронные пары U5–U7 (рис. 7.3) поступают на микросхемы D1 и D4. Цифровые сигналы 1Р0 – 1Р5 подаются на микросхему D4, а цифровые сигналы РА0–РА2, РА7 – микросхему D1.

Шесть цифровых выходов через оптоэлектронные пары U4, U9.1, U9.2 (рис. 3.1) управляются регистром D7 и контроллером D1.

Два выхода с открытым коллектором служат для управления исполнительным двигателем дизеля («меньше», «больше»).

Рисунок 7.3 – Принципиальная схема микропроцессора ZKG–403

Другие выходы используются для управления электромагнитными реле Kl – К4:

К1 – реле неответственных потребителей второй ступени; К2 – реле обобщенной аварийной сигнализации; КЗ – реле неответственных потребителей первой ступени; К4 – реле цикла «Watch dog».

Состояние реле контролируется светодиодами Н 1.1 – HI.4, расположенными на фронтальной панели платы.

Плата имеет два аналоговых выхода. Токовый выход 0–20 мА на операционном усилителе N1.1 и выход напряжения 0 – 10 В на операционном усилителе N1.2.

Операционные усилители управляются контроллером D1.

На плате имеются шесть аналоговых входов, сигналы которых ANO–AN5 подаются на контроллер D1.

На плате также имеются входы S–передатчика и Е–приемника последовательного интерфейса.

Входы связаны с универсальным асинхронным приемопередатчиком D4 через буферные усилители D10 – D12 и оптоэлектронные пары Ul – U3.

6.2. Плата трансформаторов тока SLE–401

Плата имеет три трансформатора тока 11–13 (рис. 7.4), контроллер MC68HC11F1 – микросхема D1, микросхему памяти D2 –EPROM64K, счетчик D3 операционные усилители N1.1, N1.2, N2.1, N2.2, N3.1, N3.2, N4.1, N4.2.

Рисунок 7.4 – Принципиальная схема платы трансформаторов тока SLE–401

На плате имеются три входа для внешних трансформаторов напряжения: два входа для напряжения генератора и один – для напряжения сети.

Сигналы с трансформаторов тока подаются на операционные усилители N1.1, N1.2, N2.1, с которых сигналы поступают на контроллер D1.

Сигналы с внешних трансформаторов напряжения подаются на фильтры нижних частот ФНЧ на операционных усилителях N3.1 и N3.2. С ФНЧ сигналы подаются на компараторы на операционных усилителях N4.1, N4.2.

Операционный усилитель N2.2 и стабилизатор U1 используются для создания опорных напряжений 2,5 В; 5,0 В.

Из–за смещения выходных сигналов операционных усилителей N11.1, N1.2, N2.1 на половину измерительного диапазона (2,5 В) имеются только их положительные значения.

ФНЧ и компараторы служат для генерирования импульсов в точках перехода напряжений генератора через нулевые значения, что может быть использовано для измерения частоты.

В стандартной конфигурации частота определяется с помощью итерации мгновенных значений напряжения.

Контроллер D1 имеет АЦП на 8 каналов. Реализация 256 бит соответствует напряжению от 0 до 5 В. Контроллер D1 работает с внутренней памятью RAM емкостью 1К.

Программа находится в микросхеме памяти D2 емкостью 64К.

При сканировании мгновенных значений токов и напряжений контроллер D1 определяет следующие величины:

- действующие значения токов генератора – I1, I2, I3;

- действующие значения напряжений генератора – U1, U2, U3;

- действующие значения напряжения сети – Uc;

- активную мощность – Ра;

- полную мощность – Р;

- cos φ;

- сдвиг по фазе между напряжением сети и генератора – α;

- частоту генератора – fг и частоту сети – fс.

Точность преобразования вышеуказанных действующих значений –1,5 %.

Точность измерения частоты – 0,1 %.

Измеренные величины передаются в центральный контроллер на плате ZKG–403 синхронным последовательным интерфейсом.

Счетчик D3 генерирует частоту программирования f =3 МГц/n ( n = 2...255) от генератора контроллера (3 МГц).

6.3. Плата трансформаторов напряжения SWK–401

Плата имеет три трансформатора напряжения (рис. 7.5). Трансформаторы генератора Т1 и Т2 имеют общую точку на первичной стороне.

Рисунок 7.5 – Принципиальная схема платы трансформаторов напряжения SWK–401

Третий трансформатор ТЗ является трансформатором сети. Все три трансформатора имеют общую точку со вторичной стороны.

На плате имеются реле Kl – К4:

К1 – реле катушки пониженного напряжения;

К2 – реле цепи выключения автомата;

КЗ – реле неисправности цепи автомата;

К4 – реле включения генераторного автомата.

Напряжение питания реле 24 В. Реле управляются через оптопары Ul – U3, которые обеспечивают гальваническую развязку силовой и управляющей цепей.

Реле К4 управляется от двух последовательно соединенных оп–топар, обеспечивающих безопасную блокировку при включенном автомате генератора.

6.4. Панель управления и индикации ВАТ–407

Панель состоит из следующих органов управления и индикации (рис. 7.6):

12 буквенноцифровых дисплеев на трех устройствах отображения информации – D4, D5, D6;

2 светодиодов – HI, Н2;

8 кнопок:

SI – Parametr – ; S2 – Parametr + ; S3 – Display+; S4 – Display–; S5 – PI, S6 – P2; S7 – Test; S8 – Quit.

Рисунок 7.6 – Принципиальная схема платы управления и индикации ВАТ–407

Описание назначения кнопок приводится ниже.

Панель не имеет собственного вычислительного устройства. Дисплеи управляются двумя сдвиговыми регистрами D2 и D3.

Кнопки считываются через сдвиговый регистр D1. Сдвиговые регистры подсоединяются прямо к шине SPI через контроллер MC68CH11F1 центральной платы.

Панель управления и индикации служит для индикации рабочих величин, аварийных сигналов, изменения параметров величин судовой электроэнергетической установки и испытаний.

Измеряемые рабочие величины индицируются на дисплее.

Кнопки Display «+» и Display «–» используются для вызова на дисплей измеряемых величин.

На дисплей вызываются следующие рабочие величины: токи фаз генератора; напряжение генератора; напряжение сети; коэффициент мощности; активная, реактивная и полная мощности; частоты генератора и сети, частота вращения дизеля и т. д.