Мобильная измерительно-вычислительная система для измерений и анализа показателей качества электрических сетей автономных транспортных средств

Предложенная мобильная измерительно-вычислительная система предназначена для измерения, расчета, хранения и документирования показателей качества электроэнергии электрических сетей переменного и постоянного тока автономных транспортных средств (самолетов, вертолетов, судов, подводных лодок). Она базируется на защищенном от пыли, влаги, вибрации индустриальном ноутбуке нового поколения в стандартной комплектации, внутри которого дополнительно встроена входная многоканальная плата АЦП. Также добавлен блок резисторов делителей и фильтрации входных сигналов. Измерительно-вычислительная система снабжена набором датчиков тока и напряжения и измерительными кабелями. Соответствующее программное обеспечение позволяет получать и выводить расчетную информацию в графической или иной форме. Система реализована в виде приборов двух серий - МИВС-1 и МИВС-3. 2 з.п. ф-лы.

Предлагаемая измерительно-вычислительная система (МИВС) предназначена для измерения, расчета, хранения и документирования показателей качества электроэнергии (ПКЭ) сетей переменного и постоянного тока систем электроснабжения автономных транспортных средств (самолетов, вертолетов, судов, подводных лодок) с целью контроля их технического состояния и диагностики на всех рабочих режимах при эксплуатации и ремонте эксплуатирующими организациями и ремонтными предприятиями. Она выполняет следующие функции:

- первичное преобразование входных токов и напряжений с последующим аналого-цифровым преобразованием полученных нормированных сигналов;

- вычисление текущих значений ПКЭ электросистемы по существующим стандартам;

- накопление и статистическую обработку полученной информации;

- вывод полученной информации в графической форме на дисплей;

- документирование полученной информации в виде протокола.

Область применения рассматриваемой МИВС - системы электроснабжения автономных транспортных средств.

Существующие приборы ПКЭ не в полной мере удовлетворяют зачастую противоречивым требованиям большого объема измерений, вычислений и хранения результатов, точности измерений, обработки информации в режиме реального времени, малогабаритности и легкости, надежности и небольшой стоимости, вывода результатов в удобной для пользователя форме и др.

Прогресс в развитии таких приборов определяется постоянным совершенствованием микропроцессорной и компьютерной техники, а также программного обеспечения. Появившиеся впервые в начале 90-х годов 20 века приборы ПКЭ промышленных сетей производили расчеты лишь сравнительно небольшого числа показателей, связанных только с измерением напряжения [1, 2]. Такой прибор представляет собой, по сути, микропроцессорную систему, основу которой составляет быстродействующий сигнальный процессор [2], предназначенный для вычислений и обработки данных с аналого-цифровым преобразованием в реальном времени. Использование микропроцессора позволило управлять выходными устройствами прибора (ЖК-дисплеем, параллельными и последовательными каналами передачи данных и др.), обеспечить дополнительное подключение флэш-памяти и вести распечатку протокола измерений.

Более поздние разработки приборов ПКЭ резко увеличили количество обрабатываемых данных за счет показателей, характеризующих токи и мощности, что связано с измерением не только напряжений, но и токов [2, 3].

Недостатками программируемых приборов с сигнальным процессором является недостаточный объем внешней памяти, невозможность контроля одним прибором нескольких точек в системе. Последнее особенно важно для бортовых систем электроснабжения.

Некоторые из недостатков устраняются выполнением прибора на базе персонального компьютера [4], но, в свою очередь, в этом случае добавляются новые: увеличиваются стоимость, вес, появляются некоторые проблемы с монтажем и эксплуатацией пробора и т.д.

Указанные недостатки в существенной мере устраняются, если программируемый прибор ПКЭ [5] выполнить на базе малогабаритного дешевого промышленного компьютера [6], принципиально не имеющего дисплея и обладающего большими вычислительными и коммуникационными ресурсами. На корпусе компьютера дополнительно устанавливаются входные разъемы для контроля напряжений и токов, кнопки управления и светодиоды индикации, а внутрь корпуса встраиваются платы многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и преобразования входных сигналов до необходимого уровня. Прибор выполняет текущие измерения и вычисления необходимых ПКЭ в течение длительных интервалов времени, определяемые соответствующим программным обеспечением, а также их хранение на съемных носителях и периодическую передачу на другие компьютеры, имеющие дисплеи.

Этот прибор [5], предназначенный для промышленных сетей, не является показывающим, работая в режиме постоянного накопления данных, поэтому не может обеспечить оперативные измерения и анализ большого количества участков, бортовых сетей. Он принят за прототип заявленной МИВС.

Указанные недостатки устраняются, если МИВС выполнить на базе пыле-, влагозащищенного и ударопрочного ноутбука в стандартной комплектации - с дисплеем, клавиатурой и необходимым программным обеспечением.

Она состоит из пыле-, влагозащищенного, ударопрочного и имеющего независимый источник питания ноутбука нового поколения в стандартной комплектации (в том числе с дисплеем и клавиатурой), внутри которого дополнительно встроена входная многоканальная плата АЦП, блока резисторов делителей и фильтрации для согласования аналоговых измерительных сигналов со входами АЦП и фильтрации высокочастотных помех, датчиков-тока (токовые клещи и/или шунты) и напряжения (наконечники проводов типа «крокодил» для съема измеряемого напряжения), измерительных кабелей, соединяющих датчики с блоком резисторов делителей и фильтрации, энергонезависимых носителей (флэшки, CD-диски и др.) для накопления информации с целью ее последующего анализа и хранения, и системного и прикладного программного обеспечения сбора, обработки и получения информации в графической или иной заранее задокументированной форме.

Блок резисторов делителей и фильтрации встраивается внутрь ноутбука или располагается вне его.

Необходимое число каналов платы АЦП зависит от количества одновременно включаемых датчиков тока и напряжения.

Работа рассматриваемой системы начинается после подключения питания и датчиков напряжения и тока в измеряемую линию, аналоговые сигналы от которых непрерывно поступают в блок резисторов делителей и фильтрации. Там они очищаются от возможных высокочастотных помех и приводятся резисторами делителей к допустимым для АЦП значениям, а затем подаются на входы АЦП. Цифровые сигналы с выходов АЦП поступают к процессору ноутбука, который производит необходимые вычисления, выводя результаты в нужной форме на дисплей и внешние носители.

Предложенное устройство реализовано в виде приборов двух серий - МИВС-1 и МИВС-3. Например, в измерительной системе МИВС-3 используется индустриальный ноутбук Getac серии А [7], защищенный от вибраций, ударов, пыли и влаги и предназначенный для работы в мобильных и военных приложениях, а также в условиях неблагоприятных внешних воздействий окружающей среды. Этот ноутбук сочетает в себе новейшие технологии: процессор Pentium M1,4/1,6 ГГц компании Intel, большой ЖК-дисплей (12,1-14,1), водонепроницаемая клавиатура, различные порты, в том числе USB, привод CD-дисков. Размеры: 315·260·70 мм, вес 6,5 кг, поддержка Windous 2000/ Windous XP. Ноутбук выполнен в виде переносного кэйса с ручкой, 87-клавишная водонепроницаемая клавиатура, внешние ребра прорезинены, координатное сенсорное устройство, имеется внутренний отсек для размещения дополнительных блоков.

В МИВС-3 в ноутбук дополнительно встраивается 16 или 32-канальная плата АЦП [8].

Система МИВС-3 выполняет выполняет расчеты установившихся значений токов и напряжений постоянного тока и четырехпроводных линий трехфазного переменного тока в диапазоне частот 300-500 Гц, мощностей, небаланса напряжений по фазам, коэффициетов искажения, амплитуды, пульсаций, модуляции, сдвигов фаз, отклонения частоты и других показателей с высокой точностью.

Программное обеспечение МИВС-3 позволяет производить настройку параметров наблюдения, запись и обработку измеренных данных с фиксацией времени, построение осциллограмм, кривых максимумов, минимумов и средних токов и напряжений на различных периодах усреднения.

Применение этой системы для самолетов на полетных режимах и при предполетной подготовке позволило выявить электроприемники, вызывающие недопустимое снижение напряжения в некоторых узлах бортовой электросистемы.

Список литературы.

1. Патент RU 2024877 C1.

2. Показатели качества электроэнергии. Приборы и программные средства контроля. М., изд. МГОУ, 1966.

3. Ресурс UF2. Руководство по эксплуатации. ЭТ422252.007РЭ. Пенза, НПП «Энерготехника», 2006.

4. IWK.-8-500. Руководство по эксплуатации, Омск, «ENETECH», 2003.

5. Патент RU 65655 U1.

6. IPC-644. User's. Manual. Напеч. в Тайване, май 1999.

7. Getac A-790. Руководство по эксплуатации. Напеч. в Тайване, 2008.

8. ЛА-2м5РСI. Универсальная плата аналого-цифрового преобразования для IBM PC/AT на шину PCI. Руководство по эксплуатации. М., ЗАО «Руднев-Шиляев», 2001.

1. Мобильная измерительно-вычислительная система, предназначенная для измерения, расчета, хранения и документирования показателей качества электроэнергии электрических сетей переменного и постоянного тока автономных транспортных средств, состоит из пыле-, влагозащищенного, ударопрочного и имеющего независимый источник питания ноутбука, внутри которого дополнительно встроена входная многоканальная плата АЦП, блока резисторов делителей и фильтрации для согласования аналоговых измерительных сигналов со входами АЦП и фильтрации высокочастотных помех, датчиков-тока (токовые клещи и/или шунты) и напряжения (наконечники проводов типа «крокодил» для съема измеряемого напряжения), измерительных кабелей, соединяющих датчик с блоком резисторов делителей и фильтрации, энергонезависимых носителей (флэшки, CD-диски) для накопления информации с целью ее последующего анализа и хранения.

2. В системе по п.1 блок резисторов делителей и фильтрации встраивается внутрь ноутбука или располагается вне его.

3. В системе по п.1 или 2 необходимое число каналов платы АЦП зависит от количества одновременно включаемых датчиков тока и напряжения.