Nghiên cứu chế tạo hệ thống kích thích cho máy phát điện, ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trung bình và nhỏ, thay thế hàng nhập khẩu

ấu trúc hệ điều khiển hai kênh: Hình IV.3: Cấu trúc hệ điều khiển hai kênh Trên cơ sở hệ thống làm việc có dự phòng bộ điều khiển. Trường hợp có một kênh lỗi thì hệ thống sẽ tự động chuyển sang kênh còn lại để đảm bảo tính làm việc ổn định của hệ thống. Khối điều chỉnh điện áp tự động (AVR) và khối điều chỉnh dòng điện kích thích tại một kênh luôn đồng bộ với nhau đảm bảo không bị quá độ khi chuyển trạng thái. AVR: Bộ tự động điều chỉnh điện áp FCR: Bộ điều chỉnh kích từ đặt trước. COB: Khối điều khiển MUB: Khối đo lường Cấu trúc khối diệt từ (Crowbar) - Bao gồm các van bán dẫn mắc song song ngược rồi nối nối tiếp với RE. - Khối này làm việc tự động, khi năng lượng điện áp trên hai đầu dây quấn cuộn kích thích vượt quá giới hạn cho phép, các van sẽ tự động mở thông nối kín mạch xả qua điện trở RE. Hình: IV.4. Khối diệt từ trang 33 IV.1.5. Nguyên lý điện của hệ thống điều khiển kích thích tĩnh Hình IV.5: Sơ đồ nguyên lý điện hệ thống điều khiển kích thích tĩnh máy phát trang 34 IV.2. Nghiên cứu xây dựng phần mềm hệ thống kích thích Để xây dựng phần mềm cho hệ thống, chúng ta có các quy trình như sau: Quy trình khởi động và dừng máy phát: Hình: IV.6 Giản đồ trình tự khởi động/dừng máy phát trang 35 Quy trình khởi động và dừng kích từ: Hình IV.7: Giản đồ trình tự khởi động/dừng kích từ trang 36 Các chế độ làm việc của máy phát: Máy phát có ba chế độ làm việc như sau: - Máy phát làm việc không tải - Máy phát làm việc có tải và có hòa lưới - Máy phát làm việc có tải độc lập. Khi làm việc, quan hệ năng lượng trong máy phát nói riêng và máy đồng bộ nói chung được thể hiện như trong hình IV.8. Tất cả những thông số làm việc phải nằm trong phạm vi giới hạn cho phép. Trên cơ sở các giới hạn, việc triển khai viết chương trình cho điều khiển, bảo vệ là rất cần thiết. Hình IV.8 : Đồ thị quan hệ năng lượng trong máy đồng bộ Trên cơ sở đáp ứng việc trình tự hoạt động của phần điều khiển, và theo yêu cầu công nghệ chúng tôi đưa ra hệ thống sơ đồ logic như sau: trang 37 Hình IV.9: Định nghĩa các tên địa chỉ đầu vào và đầu ra trang 38 Hình IV.10: Mã hóa tín hiệu, đối tượng trang 39 HìnhI IV.11: Lệnh điều khiển máy cắt kích từ trang 40 Hình IV.12: Hàm giới hạn trang 41 Hình IV.13: Hàm lựa chọn chế độ làm việc trang 42 Hình IV.14: Sơ đồ điều khiển AVR trang 43 Hình IV.15: Điều khiển công suất P, Q trang 44 Hình IV.16: Điều khiển bằng tay trang 45 Hình IV.17: điều khiển dừng kích thích trang 46 Hình IV.18: Dừng hệ thống trang 47 Hình IV.19: Sơ đồ điều khiển bộ gia nhiệt Heater trang 48 Hình IV.20: Sơ đồ điều khiển cảnh báo trang 49 Hình IV.21: Sơ đồ điều khiển cảnh báo trang 50 Hình IV.22: Cấu trúc điều khiển của RCP và LCP trang 51 Hình IV.23: Cấu trúc Menu điều khiển của COB. trang 52 IV.3. Thiết kế chế tạo phần cứng hệ thống kích thích IV.3.1. Thiết kế chế tạo hệ thống tủ điều khiển Quan điểm thiết kế: 9 Theo tiêu chuẩn IEC về thiết kế lắp đặt tủ điện điều khiển. 9 Chắc chắn, có khả năng làm việc ở môi trường công nghiệp như rung động, chống ăn mòn hóa học nhất định. 9 Bố trí thiết bị hiển thị, thao tác thuận tiện cho người vận hành. 9 Sử dụng phần mềm điều khiển loại phổ biến, thuận lợi cho người viết chương trình. 9 Các giao diện truyền thông theo chuẩn công nghiệp quốc tế. 9 Có khả năng nâng cấp phần cứng và phần mềm giúp cho việc mở rộng công suất dễ dàng. Hệ tủ điện dạng môđun, hình 19. 9 Đầy đủ các tính năng bảo vệ đáp ứng hệ thống làm việc ổn định, tin cậy. 9 Các thiết bị vật tư là loại có sẵn, phổ biến trên thị trường đảm bảo rút ngắn thời gian phải dừng hệ thống khi sự cố hoặc khi đại tu sửa chữa. Mô tả thiết kế phần tủ: Hình IV.24: Bố cục, kích thước tủ điều khiển trang 53 Hình IV.25. Cấu trúc ngăn điều khiển trang 54 Hình IV.26. Cấu trúc ngăn cấp nguồn trang 55 Hình IV.27. Cấu trúc ngăn điều khiển công suất trang 56 Hình IV.28. Cấu trúc ngăn mồi từ và diệt từ trang 57 IV.3.2. Chế tạo card (board) đo lường IV.3.2.1. Đặc điểm của board đo lường: - Đo dòng điện và điện áp 3 phase ở đầu ra của máy phát. - Đo dòng điện và điện áp một pha tại thanh cái. - Tần số làm việc bình thường 16 2/3Hz, 50Hz, 60Hz. - Đầu vào điện áp có trở kháng cao và không cách li. - Xử lý tín hiệu số với bộ DSP (Digital Signal Processor). - Có chức năng giám sát diode chỉnh lưu. - Điều khiển công suất hệ thống (PSS- Power System Stabilizer). - Phát hiện lỗi biến thế (PT) và các chức năng giám sát khác. - Có mạch cấp nguồn trên board và có thể cấp nguồn cho COB. IV.3.2.2. Mô tả: Card đo (MUB) thực hiện các phép đo với DSP. Tất cả các tín hiệu đo sẽ đựoc lấy mẫu bới ADC và được xử lý bởi DSP. Các thông số sau sẽ được tính toán từ các tín hiệu đo: - Điện áp máy phát Ug. - Dòng điện máy phát Ig - Công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. - I*sinϕ và I*cosϕ. - cosϕ. - Tần số f, f(Ep). - Upss. Các giá trị sau được giám sát thêm: - Điện áp máy phát Ug. - Kiểm tra Diode của kích từ quay. Tất cả các thông số trên được trao đổi với COB qua Dual-port RAM. Hình IV.29. Sơ đồ khối tổng quát của board đo lường trang 58 IV.3.2.3. Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường: Hình IV.30: Sơ đồ cấu trúc chung của board đo lường trang 59 IV.3.2.4. Mô tả chức năng của các khối: a) Cấp nguồn: MUB được cấp nguồn 24 VDC và biến đổi ra thành tất cả các điện áp ra cần thiết như +5V, +3.3V, ±15V cho tất cả các mạch đo lường và cho board điều khiển. Tổng công suất các nguồn 45W. b) Đầu vào tương tự: Cho phép đo dòng điện và điện áp của mày phát và thanh cái. Đầu vào điện áp: * Điện áp máy phát: - Vào điện áp 3 phase. 100...110...120VAC - Điện áp vào danh định Un: 0....180 VAC - Dải điện áp vào: 0...163% - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 3 kênh - Điện trở vào: 5 MΩ * Điện áp thanh cái US-T: - Vào điện áp 3 phase. 100...110...120VAC - Điện áp vào danh định Un: 0....180 VAC - Dải điện áp vào: 0...163% - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 1 kênh - Điện trở vào: 5 MΩ * Độ chính xác: - Độ chính xác (ở điện áp danh định) < 0.5% - Độ phân giải < 0.1% - Độ tuyến tính < 0.5% * Đầu vào áp có trở kháng cao, qua mạch chia áp và khuyếch đại vi sai. UG-R, UG-S, UG-T được đo. Điện áp được đưa qua mạch lọc trước khi đi vào ADC và được xử lý bằng DSP. Điện áp có thể được đo theo hai cách. Hình IV.31: Nguyên lý đo điện áp trang 60 Khi đo một pha hệ thống 3 pha có thể được tính toán bằng phương pháp vector. Bộ lọc thông thấp có đáp ứng tần 3dB ở 130Hz. Đầu vào dòng điện: * Dòng điện máy phát: - Dòng điện định mức 1/5 AAC - Dải đo dòng điện 0...1.5/7.5 AAC - Dải dòng điện vào 0...150% - Quá tải < 1s 25 AAC - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 3 kênh * Dòng điện thanh cai IR: - Dòng điện định mức 1/5 AAC - Dải đo dòng điện 0...1.5/7.5 AAC - Dải dòng điện vào 0...150% - Quá tải < 1s 25 AAC - Tần số danh định fn: 16 2/3, 50, 60 Hz - Dải tần số đầu vào: 10...120 Hz - Số kênh: 1 kênh * Độ chính xác: - Biến dòng kiểu T60404-N4644-X300 1..5:1000 - Độ chính xác ( tại giá trị dòng danh định) < 0.5% - Độ phân giải < 0.1% - Độ tuyến tính < 0.5% - Sai pha tại 50Hz 0.4o tại 60Hz 0.5o tại 120Hz 1.0o * Dòng máy phát và dòng thanh cái được đo bằng biến dòng tỉ lệ 5:1000. Khoảng đo có thể chọn là 1A và 5A. Tín hiệu đo được đưa qua bộ lọc sau đó đưa vào ADC và xử lý bằng DSP. Hình IV.32: Nguyên lý đo dòng điện trang 61 Khi đo một pha hệ thống 3 pha có thể được tính toán bằng phương pháp vector. Bộ lọc thông thấp có đáp ứng tần 3dB ở 130Hz. c) Bộ biến đổi ADC: Bộ biến đổi ADC xử dụng MAX125 của hãng Maxim có độ phân giải 14 bít, 2x4 kênh được lấy mẫu đồng thời và được biến đổi lần lượt sau đó. Vì vậy dữ liệu đo là phù hợp. MAX125 có các đặc điểm chính sau: - 4 kênh lấy mẫu đồng thời với 2 nhóm đầu vào có thể chọn ( 8 đầu vào đơn). - Thời gian biến đổi 3µs cho một kênh. - Tốc độ lấy mẫu: 250 ksps ( 1 kênh) 142 ksps ( 2 kênh) 100 ksps ( 3 kênh) 76 ksps ( 4 kênh). - Dải điện áp đầu vào: ±5V - Bảo vệ cho các đầu vào: ±17V - Nguồn cung cấp: ±5V - Điện áp chuẩn bên trong 2.5V hay sử dụng điện áp chuẩn ngoài. - Giao tiếp với DSP qua giao diện song song tốc độ cao. Sơ đồ chức năng của ADC như sau: trang 62 Hình IV.33: Sơ đồ chức năng của ADC d) Đo tần số: Tần số được đo bằng mạch logic khả trình (PLD). Có 2 bộ so sánh sẽ phát hiện điểm Zero của điện áp. Tín hiệu sẽ được truyền tới PLD và nó đếm thời gian giữa các điểm Zero. 6 giá trị sẽ được truyền tới DSP theo chu kỳ. DSP sẽ lấy giá trị trung bình của 6 giá trị cuối cùng. trang 63 Hình IV.34: Nguyên lý đo tần số e) Giao diện với board điều khiển (COB): Giao tiêp với COB được thực hiện thông qua dual-port RAM đặt trên MUB. Việc truỵ nhập dữ liệu được thực hiện bởi các tín hiệu điều khiển. Dual-port RAM sử dụng chip DS1609 của Dallas semiconductor, nó có các đặc điểm sau: - Có 256 byte bộ nhớ dual-port. - Bus địa chỉ và dữ liệu multiplexed cho phép số chân ít. - Bộ nhớ dual-port cho phép truy nhập mà không bị xung đột. - Mỗi một cổng có các tín hiệu điều khiển RAM chuẩn. - Thời gian truy nhập nhanh. - Công nghệ CMOS giúp tiết kiệm điện. - 24 chân DIP hay SOIC. - Tương thích với cả tín hiệu TTL và CMOS. - Hoạt động trong dải nhiệt độ cho thiết bị công nghiệp -400C - +850C. Sơ đồ khối của DS1609 như sau: Hình IV.35: Sơ đồ khối của DS1609 trang 64 Sơ đồ chân của IC DS1609: Hình IV.36: Sơ đồ chân của IC DS1609 f) Cổng lập trình: JTAG/OnCE cho phép phát triển và kiểm tra trên board. g) Giám sát lỗi: Các mức điện áp sau sẽ được giám sát: Mạch watchdog sẽ phát ra tín hiệu ngắt nếu nó không được reset bởi DSP trong khoảng 1,4 s. trang 65 h) Nguyên lý của PSS 2B theo tiêu chuẩn IEEE Std.421-5: Hình IV.37: Sơ đồ nguyên lý của PSS 2B theo tiêu chuẩn IEEE Std.421-5 trang 66 i) Nguyên lý của giám sát diode trong kích từ quay: Hình IV.38: Nguyên lý của giám sát diode trong kích từ quay trang 67 j) Nguyên lý của việc giám sát PT: Hình IV.39: Nguyên lý của việc giám sát PT trang 68 IV.3.2.5. Mô tả DSP TMS320VC5510: a) Đặc điểm chung của DSP TMS320VC5510: - Tính năng cao, công suất tiêu thụ nhỏ, xử lý dữ liệu dấu phảy tĩnh. + Thời gian thực hiện lệnh 6.5/5 ns. + Tần số Clock 160/200 MHz. + 1/2 lệnh thực hiện trên một chu kỳ. + Hai bộ nhân ( tới 400 triệu lệnh nhân trên 1s). + Có hai khối toán học/logic (ALU). + Một Bus bộ nhớ chương trình bên trong chip. + Có 3 Bus dữ liệu trong cho thao tác đọc toán hạng. + Có 2 Bus dữ liệu trong cho tháo tác ghi toán hạng. - Bộ nhớ Cache cho lệnh 24Kbyte. - 160K *16 bit RAM trên chip bao gồm: + 8 khối 4K*16 bit Dual access RAM (DARAM)(64Kbyte). + 32 khối 4K*16bit Single access RAM(SARAM)(256Kbyte). - 16K*16bit ROM trên chip (32Kbyte). - 8M*16 bit không gian địa chỉ bộ nhớ ngoài. - Giao diện 32 bit với bộ nhớ ngoài: + Asynchronous Static RAM (SRAM). + Asynchronous EPROM. + Synchronous DRAM (SDRAM) + Synchronous burst SRAM (SBSRAM) - Ngoại vi trên chip bao gồm: + 2 bộ thời gian 20 bit. + 6 kênh điều khiển truy nhập trực tiếp bộ nhớ (DMA). + 3 cổng truyền thông nối tiếp. + Cổng giao diện song song 16 bit. + Mạch vòng khoá pha số (DPLL) có thể lập trình được để phát Clock. + 8 chân vào ra đa mục đích. - Cổng JTAG. - IC 240 chân BGA. - 3.3 V cho tín hiệu vào ra. - 1.6 V cho lõi xử lý. trang 69 b) Sơ đồ tổng quan các chức năng của DSP: Hình IV.40: Sơ đồ tổng quan các chức năng của DSP Tổ chức bộ nhớ: 5510 có tổng 352 Kbyte bộ nhớ trên chip. Bộ nhớ chương trình và dữ liệu có thể thực hiện trên cùng một địa chỉ vật lý. * Dual Access RAM (DARAM) trên chip: DARAM trên chip được đặt trong dải địa chỉ 000000h-00FFFFh chia thành 8 khối 8K. Mỗi một khối DARAM có thể thực hiện 2 truy nhập trong một chu kỳ ( 2 đọc, 2 ghi, 1 đọc và 1 ghi). DARAM có thể truy nhập bởi Bus chương trình, dữ liệu hay DMA. trang 70 Bảng IV3: Mã địa chỉ ô nhớ của DARAM * Single Access RAM (SARAM) trên chip: SARAM được đặt trong dải địa chỉ 010000h - 04FFFFh chia thành 32 khối 8K.Mỗi một khối DARAM có thể thực hiện 1 truy nhập trong một chu kỳ. DARAM có thể truy nhập bởi Bus chương trình, dữ liệu hay DMA. Bảng IV4: Mã địa chỉ ô nhớ của SARAM * ROM trên chip: ROM được đặt trong dải địa chỉ FF8000h - FFFFFFh khi MPNMC=0 trong quá trình RESET. Nó được đặt trong một khối 32K. Khi MPNMC=1 trong quá trình RESET thì ROM không cho phép và không tồn tại trong không gian nhớ của DSP và vùng nhớ trên được dành cho bộ nhớ ngoài. trang 71 Bảng IV5: Mã địa chỉ ô nhớ của ROM * Cache lệnh: 24kbyte Cache lệnh được sử dụng theo 3 cấu hình: - Chỉ một khối cache 2 đường. - Một khối cache 2 đường và một khối RAMSET. - Một khối cache 2 đường và hai khối RAMSET. * Sơ đồ bộ nhớ của DSP: DSP được tổ chức như sau. Hình IV.41: Sơ đồ bộ nhớ của DSP trang 72 * Bootloader: Bootloader trên chip cung cấp cách để truyền mã lệnh từ bên ngoài tới RAM trên chip khi bật nguồn. 5510 cung cấp một vài cách nạp chương trình tới hệ thống. Bảng IV6: Tổ chức Bootloader trên DSP trang 73 IV.3.3. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển V1000SE (COB) ™ COB được thực hiện bằng máy tính công nghiệp PC104. ™ Card COB thực hiện toàn bộ các chức năng điều khiển của hệ thống kích từ. ™ COB sẽ nhận tín hiệu đo lường từ board MUB thông qua bus ISA 104 chân tín hiệu. Các thông số đo được sẽ lưu trong dual port RAM và được đọc bởi card PC104. Máy tính sẽ thực hiện các thuật toán AVR và PSS cùng với các chức năng điều khiển khác. ™ Ngoài việc nhận tín hiệu từ MUB, PC104 còn giám sát các tín hiệu đầu vào số (tín hiệu đóng cắt, báo lỗi liên động) và điều khiển các thiết bị khác bằng đầu ra số. Ngoài các tín hiệu số COB còn giám sát một số tín hiệu tương tự như nhiệt độ, điện áp và dòng kích từ thông qua các đầu vào tương tự. Đầu ra áp tương tự được gửi tới Firring Card để điều khiển thyristor và hiển thị trên các đồng hồ. ™ Cấu trúc hệ COB bao gồm:Module PC104 PPM-GX: Đây là module xử lý chính của cả hệ thống: 9 PCM-DOC: Solid disk đây là ổ cứng ở thể rắn chứa hệ điều hành và các chương trình ứng dụng của hệ thống. 9 PCM-UIO96B: Card mở rộng đầu vào ra, có 96 đầu vào và ra có thể định nghĩa được. 9 PCM-D/A12: có 8 đầu ra điện áp tương tự cho các tín hiệu điều khiển. Đặc biệt tín hiệu cho Firing card. 9 PCM-A/D12: Có 16 đầu vào tương tự cho các tín hiệu giám sát như là nhiệt độ, áp và dòng kích từ. 9 PS-50W-1: module cấp nguồn 50W cho toàn bộ hệ thống. PPM-GX sẽ được nối với Các modulle khác thông qua bus PC104 và nó cũng nối với MUB thông qua bus này. ™ Yêu cầu đáp ứng kỹ thuật: Để đáp ứng các tính năng của hệ thống điều khiển kích thích tĩnh, yêu cầu cấu hình phần cứng tối thiểu phải đáp ứng các thông số như sau: • Nguồn cấp: 24VDC ±5% • Phím chức năng: 04 phím • Vào tương tự: 8 kênh/ 0-:-5VDC • Kênh xuất ra màn hình: 01 chuẩn VGA • Vào số: 8 kênh - max 5VDC • /LCD / 01 chuẩn 232/485 • Ra tương tự: 3 kênh - 0-:-5VDC • • Ra số: 4 kênh 1colecor hở/ 3 rơle • ` Truyền thông: Giao diện RS485 trang 74 ™ Cấu trúc phần cứng: Hình IV41: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển V1000SE (COB) IV.3.2.1. Giới thiệu hệ thống môdul PC104 và các card I/O PC104 là một hệ mô đun tính toán nhỏ có hệ số kích thước được tiêu chuẩn hóa được dùng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp hoặc các ngành phương tiện xe chuyên chở (có khả năng chịu sự rung động). PC104 đã có tên tuổi qua các máy vi tính cá nhân để bàn ban đầu được thiết kế bởi hãng IBM được gọi là PC, và từ các số lượng chân được dùng để kết nối với những card với nhau (104). Các card PC104 nhỏ hơn nhiều so với các card có bus ASA thấy trong các PC và các nhóm với nhau nó loại bỏ sự cần thiết phần main chính, panel gá, và/ hoặc phần khung card. Yêu cầu nguồn và điều khiển tín hiệu được giảm thiểu để phù hợp gắn vào hệ thống. Bởi vì PC104 bản chất một PC với hệ số hình dáng khác nhau, hầu hết các công cụ phát triển chương trình và cũng giảm tối đa tính phức tạp cho người lập trình và thiết kế phần cứng. trang 75 Hình IV42. Môdul PC104 a) Ứng dụng Các hệ thống PC104 được dùng trong môi trường rung động bao gồm các nhà máy, phòng thí nghiệm, các xí nghiệp chế biến, phương tiện xe chuyên chở, và hầu hết các thiết bị mọi nơi phải được điều khiển bởi máy tính có thể lập chương trình. Các hệ thống PC104 nhỏ và thường yêu cầu công suất thấp như là chúng có các ứng dụng cao để đơn giản hóa không mất nhiều không gian chiếm chỗ như máy tính để bàn. Hơn nữa, hệ thống PC104 được thiết kế khắt khe hơn là hệ thống để bàn. Xây dựng một hệ thống sủ dụng các modul PC104 thường có giá thành đắt hơn là máy tính thương mại, nhưng rẻ hơn hệ thống loại lắp trên giá (rack-mounted). b) Các môđun Hầu hết mọi thứ chúng ta có thể nghĩ đều dùng được như một modul PC104. Nó bao gồm những chức năng chung giống như các CPU, các cổng vào/ra nối tiếp, và các bộ điều khiển màn hình. Một khối của các modul PC104 có thể gắn kèm như là một bảng mạch mở rộng, hoặc đơn giản đặt trong tủ nhỏ làm việc độc lập. c) Nguồn gốc Hệ số hình dáng của PC104 được phát triển bởi hãng Ampro tại California vào cuối năm 1980. Thông số kỹ thuật được phổ biến năm 1992 trong xếp hạng phổ biến nổi trội hơn cả. Đến nay có hơn 150 nhà cung cấp sản xuất các sản phẩm tích hợp PC104 bao gồm các card điều khiển, phần mềm, và phụ kiện. IV.3.2.2. Mô tả Môdul PPM-GX500 - PC104 module Đặc điểm - Bộ xử lý AMD Geode™ GX500@1W - Module PC/104-Plus, 3,6" x 3,8" (90mm x 96mm) - Bộ nhớ hệ thống 512MB hỗ trợ DDR SDRAM trong ổ cắm SODIMM 200 pin SODIMM - Card CompactFlash (CF) Loại I và II - PC-compatible supports Linux, Windows® CE and XP embedded, plus other x 86- compatible RTOS - Bộ điều khiển video phân giải cao / Vận hành CRT or LCD operation - Màn hình Splash tùy chỉnh khi khởi động trang 76 - Độ phận giải CRT tới 1600 x 1200 - Độ phân giải bảng điều khiển tới 1024 x 768 - Bảng điều khiển màn hình màu hỗ trợ tới 18 bit/pixel - Nguồn Backlight Hình IV43: Môdul PPM-GX500 - Bộ thích nghi LVDS tùy chọn - 10/100 Mbps Intel 82551ER PCI Ethernet controller. - 4 cổng COM nối tiếp chỉ 2 RS-232 và 2 với các mức RS-232/422/485 - Cổng TTL nối tiếp cho bộ nhận GPS tùy chọn bên ngoài - Cổng 2 chiều LPT hỗ trợ cho EPP/ECP - 2 cổng USB 1.1 - Bộ điều khiển tương thích ATA-5 với tốc độ truyền 33MB/giây ở chế độ UDMA - Bộ điều khiển đĩa mềm hỗ trợ 1 hoặc 2 ổ đĩa - Bộ nối mở rộng PC/104 và PC/104- Plus - Bộ điều khiển bàn phím AT và chuột PS/2 - AC97 Audio có MIC, Line In, và Line Out - Đồng hồ thời gian thực - Các đèn LED hoạt động trên bo mạch hiển thị trạng thái Thông số kỹ thuật: Về điện Đồng hồ PPM-GX CPU: thực 367MHz, tương đương 500MHz Giao diện PC/104: 16 bit, qua ngăn xếp / - Giao diện PC/104-Plus: PCI 32 bit, qua ngăn xếp Ethernet: 10/100 MB/giây / USB 1.1: 2 cổng Giao diện nối tiếp: 4 kênh nối tiếp bằng các mức RS-232 cộng với các kênh của RS- 422/485 trên cổng COM1 & 2 CRT: Độ phân giải tới 1600 x 1200 Bảng điều khiển màn hình phẳng: Độ phân giải tới 1024 x 768 Audio: AC97 có MIC vào, Line ra, và dây CD vào Giao diện LPT: LPT 2 chiều với ECP/EPP/ Giao diện IDE: hỗ trợ 2 ổ đĩa (UDMA66) Giao diện Đĩa mềm: BIOS hỗ trợ ổ 1,44M Bàn phím: giao diện Chuẩn USB hoặc PS/2 / Chuột: giao diện Chuẩn USB hoặc 5 pin Vcc = +5V ±5% tại 1,5A điển hình trang 77 Bộ nhớ Hệ thống Dung lượng: 512MB với SDRAM 200-pin trong bộ nối SODIMM (do người dùng tự cung cấp và lắp đặt) Đĩa cứng Dung lượng: Ổ cắm hỗ trợ Card Flash Compact Loại I hoặc Loại II Về cơ Kích thước: 3,6" x 3,8" (90mm x 96mm) Cầu nối: 2 mm2 Các bộ nối COM1-4, LPT, Chuột, Bàn phím, ENET, Reset: 80 pin Đĩa mềm và IDE: 80 pin, 2mm CRT: 14 pin trên lưới 2mm Bảng điều khiển màn hình phẳng: Hirose 31 pin Nguồn Backlight: Molex nội tuyến 5 pin Mô tả Môdul PC104 – Họ DiskOnChip®2000 Hình IV44: Môdul PC104 – Họ DiskOnChip®2000 GIỚI THIỆU CHUNG Họ sản phẩm DiskOnChip®2000 bao gồm một đĩa Flash thể đặc, chip đơn trong gói DIP tiêu chuẩn 32 pin. Có thể dùng những sản phẩm này làm đĩa Flash độc lập với dung lượng lưu trữ tới 144 MB cho các ứng dụng với yêu cầu bộ nhớ hạn chế và dung lượng đĩa cứng vừa phải. Hướng đối tượng cho máy tính tương thích với máy tính xách tay, các sản phẩm họ DiskOnChip®2000 giúp đem lại độ tin cậy cao hơn. Là một đĩa thể đặc, DiskOnChip®2000 không có thành phần chuyển động; đặc điểm này giúp giảm tiêu thụ năng lương đáng kể và làm tăng tính tin cậy. DiskOnChip®2000 được trang bị sẵn công nghệ TrueFFS (Công nghệ Hệ thống True Flash File cung cấp chức năng mô phỏng đĩa đọc/ ghi đầy đủ. TrueFFS có sự tương trang 78 thích đĩa cứng ở cả hai cấp sector và tệp. Nó làm việc ở các môi trường hệ điều hành đa dạng, như DOS, Win95/98, WinCE, WinNT, VxWorks, pSOS+ và QNX. Các sản phẩm họ DiskOnChip®2000 có dung lượng từ 2 - 144MB. Có 3 dải nhiệt độ cho các loại đĩa này: Thương mại (0ºC ÷ +70ºC), Tăng cường (-25ºC ÷ +75ºC), và Mở rộng (-45ºC ÷ +85ºC). Hiện tại, các mật độ 24MB không phù hợp với phiên bản nhiệt độ mở rộng. 9 Đặc tính 9 Đĩa Flash đơn 9 Dung lượng từ 2 MB - 288 MB 9 Giao diện đơn giản, dễ sử dụng 9 Gói chuẩn PIP JEDEC 32 pin 9 High performance - superior Read/Write speeds 9 ECC/EDC for high data reliability 9 TrueFFS có sẵn tạo ra nhiều môi trường tương thích Đọc/Ghi đĩa cứng đầy đủ 9 Vận hành với FLite (FAT-FLC-Lite) trong O/S-less 9 Tương thích với DOS, Windows95/NT/CE và hỗ trợ bổ sung: pSOS+, QNX, Linux, VxWorks và các Hệ điều hành khách 9 Sử dụng cửa sổ bộ nhớ 8Kb 9 Chỉ có +5V 9 Công suất thấp 9 Vận hành ở nhiệt độ Mở rộng IV.3.2.3. Mô tả Môdul PC104 - PCM-A/D16 Hình IV45: Môdul PC104 - PCM-A/D16 Đặc tính 9 Hệ thống con 12-bit A/D hoàn chỉnh: PCM-A/D12 9 Hệ thống con 16-bit A/D: PCM-A/D16 9 16 kênh vào đầu đơn hoặc 8 đầu vào vi sai 9 Hỗ trợ Sample and hold 9 Dải điện áp đầu vào: 0÷5V, ±10V trang 79 9 Tất cả các kênh đầu vào đều được bảo vệ ở ±30V 9 33 KHz throughput 9 Vận hành ở Chế độ Polled (thăm dò) hoặc Interrupt (gián đoạn) tại đầu chuyển đổi 9 Địa chỉ I/O lập trình được 9 Công suất và chi phí thấp 9 Có thể tương thích PC/104 9 Kích thước nhỏ: 3,6" x 3,8" (90 mm x 96 mm) 9 Dải nhiệt độ vận hành mở rộng: -40oC ÷ +85oC 9 Bộ chuyển đổi DC/DC tùy chọn để vận hành với nguồn điện đơn +5V 9 Panel điều khiển Bộ thích nghi Analog để nối dây từ trường, 4-20 mA, và quy định tín hiệu. 9 PCM-A/D12 và PCM-A/D16 là các bộ chuyển đổi AD gần như là kế nghiệp, chi phí thấp, mục tiêu sử dụng phổ biến, và có chi phí rẻ. Chúng hoạt động làm các module thu nhận dữ liệu để sử dụng với các hệ thống nhúng có thể tương thích PC/104. 9 PCM-A/D12 là một bộ chuyển đổi A/D 12-bit, còn PCMA/ D16 là bộ chuyển A/D 16- bit. Khi cả hai bo mạch có cùng đặc tính, chúng sẽ tương ứng với PCM-A/D trong bảng số liệu này. TÍNH NĂNG Giao diện PC/104 - PCM-A/D được sắp xếp cổng I/O và cần có 4 địa chỉ kế tiếp nhau trên bất kỳ ranh giới 4 cổng nào. Bộ chuyển đổi Tương tự - Số - PCM-A/D12 sử dụng chip 7806 có thể cấu hình được bằng phần mềm với chip 7807 và có cùng tốc độ chuyển đổi. PCM-A/D16 dùng bộ chuyển đổi tương tự – số 16 bit, Burr-Brown 7807, công suất thấp. Thiết bị có thể lấy mẫu và số hóa thành trong 25 micro giây. Hỗ trợ hai dải đầu vào: 0 ÷ +5V và ±10V. Bo mạch được chọn bằng một tùy chọn cầu nối để cấu hình cho hoặc là vận hành đơn cực hoặc là vận hành lưỡng cực. Mã hóa là các phần bù của 2 đối với số nhị phân và nhị phân thẳng đối với vận hành đơn cực. Bộ đo điện thế nằm trên Card cho phép điều chỉnh cả thu nhận và offset. Bắt đầu chuyển đổi - Quá trình chuyển đổi bắt đầu bằng cách ghi một từ vào thanh ghi điều khiển để lựa chọn kênh. Dữ liệu đầu ra bị khóa và PCM-AIO thiết lập một cờ báo ‘Bận’ cho biết quá trình chuyển đổi hoàn thành. Các gián đoạn – Quá trình chuyển đổi Tương tự – Số bắt đầu mỗi khi số kênh được ghi vào bo mạch. Cuối quá trình sẽ sinh ra một gián đoạn là cầu nối trường có thể lựa chọn cho 1 trong 11 dây yêu cầu gián đoạn (IRQ 2 - 7, 10 - 12, 14, và 15) trên Bus PC/104. Bộ đa thành phần – Module PCM-A/D bao gồm 2 bộ đa thành phần tương tự 508ACMOS chống lỗi 8 kênh có bảo vệ điện. Hai bộ đa thành phần này có thể chịu trang 80 được điện áp đầu vào tương tự liên tục ±30V có thể loại trừ khả năng gây hư hại thiết bị khi cắt nguồn cấp. Quan trọng tương tự, chúng có thể chịu được các xung tạm thời đầu vào mà nếu không thì cần có lưới bảo vệ bên ngoài phức tạp. Cấu hình đầu vào - Mỗi kênh A/D đi vào từ một bộ nối 26 pin đơn. WinSystems giới thiệu CBL-120-3 là một cáp nhựa dài 3 foot, số 28 AWG được thiết kế nhằm đáp ứng truy cập tới các tín hiệu từ bộ nói 26-pin, lưới 0,100” trên PCM-A/D. Ở chế độ vi sai, IN+ và IN- được lựa chọn từ các cặp CH0/CH8, CH1/CH9, CH2/CH10, CH3/CH11, CH4/CH12, CH5/CH13, CH6/CH14, và CH7/CH15. Đồng thời cũng có sẵn là CBL-130-4, một cáp nhựa dài 4 foot sẽ nối PCM-AIO với ADP-Tương tự. ADP-Tương tự là một bộ quy định tín hiệu không cách ly và bảng đấu nối các tín hiệu tương tự để sử dụng với các bộ chuyển đổi A/D của WinSystems. Hình IV46: Sơ đồ khối cấu trúc môdul PC104 - PCM-A/D16 trang 81 Bảng IV8: Các chân đầu vào tương tự Nối điện trường – Có sẵn bo mạch đấu nối ADP-Tương tự để đấu nối điện trường. Bảng điều khiển quy định tín hiệu này được dùng với các module PCM-A/D của WinSystems. Nó cung cấp vô số các tùy chọn đấu nối bao gồm chức năng bảo vệ tín hiệu cho các tín hiệu đầu vào tương tự; thêm vào đó, nó còn đóng vai trò nối dây tới bộ thích nghi cáp nhựa. PCM-A/D và ADP-Tương tự được nối bằng bộ nối cáp nhựa CBL-130-4, 26 pin. Các đầu vào hoặc từ 0 ÷ +5V hoặc từ 0 ÷ ±10V mới được nhận trên 16 kênh. Đối với các sensor 4-20 mA, có thể lắp các điện trở cầu đấu 25Ω dung sai kín trên bảng đấu nối ADP-Tương tự. Tín hiệu tỉ lệ thuận +1÷+5V sẽ sinh ra trên điện trở sun. THÔNG SỐ KỸ THUẬT Về điện Phần A/D Số kênh: 16 đơn hoặc 8 vi sai Độ phân giải A/D: 16-bit (PCM-A/D16) 12-bit (PCM-A/D12) Dải đầu vào: 0 ÷ +5 V; -10 ÷ +10 V; đầu đơn hoặc vi sai Mã hóa: nhị phân tự nhiên (đơn cực) Phần bù của 2 (lưỡng cực) Phi tuyến tính: ±1,5 LSB (PCM-A/D16) ±0,5 LSB (PCM-A/D12) Lỗi thu nhận: điều chỉnh được về 0 Tổng thời gian chuyển đổi: 30 micro giây Yêu cầu công suất PCM-A/D16: Có lắp đặt bộ chuyển đổi DC/DC +5 VDC +5% tại 200mA (điển hình) Không lắp bộ chuyển đổi DC/DC +5 VDC +5% tại 150mA (điển hình) +12VDC +5% tại 5mA (điển hình) -12VDC +5% tại 5mA (điển hình) Về cơ Kích thước: 3,6" x 3.8" (90 mm x 96 mm) Bộ nối Đầu vào: số đôi 26-pin trên lưới 0,100" Về môi trường Nhiệt độ vận hành: -40oC ÷ +85oC trang 82 Hình IV47: Môdul PC104 - PCM-AIO TÍNH NĂNG Chi phí thấp, A/D và D/A 12 bit Có tới 8 kênh đầu vào: • Mỗi kênh có thể cấu hình được cho điện áp Đơn cực (0 ÷ +5V) hoặc Lưỡng cực (-2,5 ÷ +2,5V) • Có sẵn Sample-and-Hold • Tốc độ chuyển đổi 10 micro giây • Có sẵn A/D chỉ đối với bo mạch chi phí thấp nhất Hai kênh đầu ra điện áp tương tự độc lập • Các dải điện áp ra bao gồm 0 ÷ +5V và ±5V I/O được bố trí trên Bus PC/104 Kích thước nhỏ: 3,6” x 3,8” Công suất rất thấp Dải nhiệt độ Mở rộng: 0oC ÷ +65oC PCM-AIO là một module đầu ra tương tự và đầu vào tương tự 12 bit đa mục đích; có thể đóng vai trò làm bo mạch điều khiển và thu nhận dữ liệu sử dụng với các hệ thống nhúng tương thích PC/104. Đầu vào tương tự có thể cấu hình phần mềm được với hoặc các đầu vào đầu đơn hoặc các đầu vào vi sai. Mỗi kênh bất kỳ đều có thể cấu hình được thành đơn hoặc lưỡng cực cho tính linh hoạt cao nhất. Có thể sắp đặt thứ tự cho module PCM-AIO mà không cần mạch điện D/A nhằm tạo ra chức năng A/D chi phí thấp nhất. Module PCM-AIO cũng cung cấp 2 kênh đầu ra điện áp tương tự 12 bit độc lập; có thể trang 83 cấu tạo từng kênh cho 1 trong 2 dải. Cả 2 kênh đều được đệm kép và vận hành ở chế độ cập nhật đồng thời. TÍNH NĂNG TỔNG HỢP Giao diện PC/104 - PCM-AIO được bố trí cổng I/O và yêu cầu 12 địa chỉ kế tiếp. Bộ chuyển đổi Tương tự - Số - PCM-AIO sử dụng chip thu nhận dữ liệu 12 bit Maxim MAX180, kết hợp một bộ đa thành phần đầu vào 8 kênh, Track-and-Hold băng tần cao, tham chiếu low-drift zener, và giao diện vi xử lý với bộ chuyển đổi tương tự – số tương đối có tốc độ chuyển đổi cao. Thiết bị có thể lấy mẫu và số hóa trong 10 micro giây. MAX180 có thể cấu hình được phần mềm cho vận hành đơn hoặc lưỡng cực và cho các đầu vào đơn hoặc vi sai trên cơ sở mỗi kênh. Mã hóa đầu ra bao gồm nhị phân tự nhiên đối với vận hành đơn cực có 1 LSB = 1,22mV (5V/4096). Mã hóa là các phần bù của 2 đối với số nhị phân. Bộ đo điện thế nằm trên Card cho phép điều chỉnh cả thu nhận và offset. Bắt đầu chuyển đổi – Quá trình chuyển đổi bắt đầu bằng cách ghi một từ vào thanh ghi điều khiển để lựa chọn kênh và xác định xem đó là đầu đơn/vi sai và đơn cực/lưỡng cực. Dữ liệu đầu ra bị khóa và PCM-AIO thiết lập một cờ báo ‘Bận’ cho biết quá trình chuyển đổi hoàn thành. Yêu cầu gián đoạn đồng thời phát sinh sau mỗi chuyển đổi hoàn thành. Một cầu nối sẽ lựa chọn IRQ2 thông qua IRQ7 trên Bus PC/104. Cấu hình đầu vào – Mỗi kênh A/D đi vào từ một bộ nối 26 pin đơn. WinSystems giới thiệu CBL-120-3 là một cáp nhựa dài 3 foot, số 28 AWG được thiết kế nhằm đáp ứng truy cập tới các tín hiệu từ bộ nói 26-pin, lưới 0,100” trên PCM-AIO. Đồng thời cũng có sẵn là CBL-130-4, một cáp nhựa dài 4 foot sẽ nối PCM-AIO với ADP-Tương tự. ADP-Tương tự là một bộ quy định tín hiệu không cách ly và bảng đấu nối các tín hiệu tương tự để sử dụng với các bộ chuyển đổi A/D của WinSystems. Bộ chuyển đổi Số – Tương tự - PCM-AIO bao gồm một AD7537 của các thiết bị tương tự. Hai DAC 12 bit độc lập nằm trên một chip nguyên khối và được cấu hình nhằm tạo tín hiệu ra hoặc đơn cực hoặc lưỡng cực. Các dải tín hiệu ra bao gồm 0 ÷ +5 hoặc ±5V. Để cập nhận D/A 12 bit, cần phải ghi I/O 2 byte I/O. Phần đầu vào tín hiệu số được đệm kép cho phép nâng cấp đồng thời cả hai DAC. Những thanh ghi này sẽ cài từ khóa số 12 bit và giữ cho đầu ra của bộ chuyển đổi D/A là hằng số cho đến khi nó được cập nhật thành giá trị mới trong một giai đoạn. Cấu hình đầu ra – Các kênh đầu ra D/A được nối dây với bộ nối 26 pin. Các dây nối đất qua lại, đi đôi với dây tín hiệu của mỗi một kênh đầu ra sẽ cải thiện khả năng chống nhiễu và làm giảm cross talk. trang 84 Hình IV48: Sơ đồ khối PCM-AIO THÔNG SỐ KỸ THUẬT Về điện Phần A/D Số kênh: 8 Độ phân giải A/D: 12-bit Dải đầu vào: 0 ÷ +5 V; single-ended -2,5 ÷ +2,5 V đầu đơn; vi sai Mã hóa: nhị phân tự nhiên (đơn cực) Phần bù của 2 (lưỡng cực) Phi tuyến tính: ±1 LSB Lỗi tiếp nhận: điều chỉnh được về 0 Tốc độ chuyển đổi: 10 micro giây Phần D/A Số kênh: 2 Độ phân giải D/A: 12-bit Mã hóa: Nhị phân thẳng (đơn cực) Nhị phân Offset (lưỡng cực) Dải điện áp ra: 0 ÷ +5V; ±5V tại 5 mA Phi tuyến tính: ±1 LSB Độ chính xác tương đối: ±1 LSB Thời gian ổn định đầu ra: 5 micro giây Yêu cầu điện áp: +5 VDC ±5% tại 30 mA (điển hình) -12VDC ±10% tại 25 mA (điển hình) Về cơ Kích thước: 3,6” x 3,8” (90mm x 96mm) Bộ nối Đầu vào A/D: Số đôi 26-pin trên lưới 0,100” Đầu ra D/A: Số đôi 26-pin trên lưới 0,100” Về môi trường Nhiệt độ vận hành: 0oC ÷ +65oC trang 85 IV.3.2.4. Mô tả phần màn hình hiển thị LK204-25 của hãng MATRIX ORBITAL Hình IV49: Màn hình hiển thị loại LK204-25 Thông số kỹ thuật: • Nguồn cấp: 24VDC • Giao diện: RS232 hoặc I2C • Phân giải: 20cột x4 dòng ký tự • Có giao diện bàn phím • Kiểu hiển thị: có sẵn font theo mã • Kích thước: 60x98x27.5 • Màn hình có nền sáng • • Độ tương phản có thể thay đổi • ` Bảng mã đặt hiển thị cho LK204-25 Bảng IV9: Bảng mã đặt hiển thị cho LK204-25 IV.3.2.5. Thiết kế tổng thể phần cứng hộp bộ điều khiển trang 86 Hình IV50: Mô tả cấu trúc, kích thước bộ điều khiển Hình IV51: Mô tả chức năng bộ điều khiển IV.3.2.6. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều khiển loại V1000SE (COB) Bảng điều khiển có 4 phím, một màn hình tinh thể lỏng LCD với 4x20 kí tự và được gắn ngay trên mặt của bộ điều khiển. Đặc điểm là kết cấu gọn, mỏng kết cấu kiểu dán. 80 Các phím chức năng Cổng truyền thông 232/485 Cáp tín hiệu vào ra Màn hình hiển thị trang 87 Hình IV52: Bảng phím chức năng trên bộ điều khiển V1000SE Bảng dịch vụ (SPA) được kết nối với các thiết bị của loại máy V1000SE thông qua đường truyền nối tiếp. Tốc độ truyền dữ liệu là 9600 bit/s.Việc cấp nguồn cho bảng cũng được thực hiện thông qua cáp truyền nối tiếp và trong bản thân các thiết bị thì không có pin nguồn. Các phím chức năng: Bàn phím được dùng để chuyển các chế độ hiển thị khác nhau và thực hiện các chức năng khác nhau trên bảng. Chức năng của các phím riêng biệt được tóm tắt trong bảng sau. Các chức năng khác nhau sẽ được khảo sát cụ thể hơn ở các trang sau. Phím Kí tự tham chiếu Chức năng OK Chọn / vào ESC Thoát / không vào [Mũi tên lên] Phím có chức năng khác nhau tùy theo chế độ hiển thị: election of a parameter or signal - Chọn một thông số / tín hiệu - Thay đổi chậm giá trị một thông số - Dịch chuyển con trỏ theo dòng Us _______________________________ VAC Is ________________________________AAC Uf _______________________________ VDC If _______________________________ ADC trang 88 Phím Kí tự tham chiếu Chức năng [Mũi tên xuống] Phím có chức năng khác nhau tùy theo chế độ hiển thị: - Chọn một thông số / tín hiệu - Thay đổi chậm giá trị một thông số - Dịch chuyển con trỏ theo dòng Dạng thức hiển thị Màn hình hiển thị LCD của bảng dịch vụ thay đổi tùy thuộc vào chế độ vận hành đang được sử dụng. Chế độ vận hành hiển thị được quyết định bằng cách nhấn các phím sau: Giám sát tất cả các giá trị, nhấn phím mũi tên lên. Hiển thị cấu hình hệ thống, nhấn phím mũi tên xuống. Hiển thị chế độ cài đặt, nhấn phím mũi tên xuống. Lưu thông số, nhấn phím mũi tên xuống. Để quay trở về màn hình ban đầu nhấn phím mũi tên lên. Chế độ giám sát Hoạt động điều khiển Phím Kết quả hiển thị 1. Kích hoạt chế độ giám sát Chọn chức năng giám sát. Sau đó nhấn phím OK để đăng nhập. 2. Chọn thông số Để xem tất cả các giá trị nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống. Chế độ cấu hình hệ thống Hoạt động điều khiển Phím Kết qủa hiển thị 1. Kích hoạt chế độ cấu hình hệ thống Chọn chức năng cấu hình hệ thống. Sau đó nhấn phím OK để đăng nhập. 2. Chọn thông số Để thay đổi các thông số của tất cả các giá trị, nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống. trang 89 Chế độ cấu hình hệ thống Hoạt động điều khiển Phím Kết quả hiển thị 1. Kích hoạt chế độ cài đặt Chọn chế độ chức năng.Sau đó nhấn phím OK để đăng nhập. 2. Chọn chế độ Nhấn phím OK để chọn ba chế độ AVR, PF và VAR. 3. Chọn Bộ giới hạn Nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống để chọn chức năng bộ giới hạn. Nhấn phím OK hoặc ESC để xem và thay đổi giá trị cài đặt. (dòng kích từ max, dòng kích từ min, thời gian khởi động, thời gian cường hành). 4. Chọn Điểm đặt Nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống để chọn chức năng điểm đặt. Nhấn OK hoặc ESC để xem và thay đổi giá trị điểm đặt. (AVR, PF, VAR, Ie). 5. Chọn Dò tìm Nhấn phím mũi tên lên xuống để chọn chức năng dò tìm. Nhấn phím OK hoặc ESC để thay đổi giá trị dò tìm. (AVR tune,PF tune, Var tune, Manual tune). 6. Chọn Mặc định Nhấn phím mũi tên lên hoặc xuống để chọn chức năng mặc định. trang 90 Ghi lại thông số: Hoạt động điều khiển Phím Kết quả hiển thị 1. Chọn chức năng cài đặt. Sau đó nhấn OK để đăng nhập. 2. Chọn Có/Không ghi lại Nhấn phím mũi tên lên xuống để chọn Có/không ghi lại. Sau đó nhấn OK để xác nhận. IV.3.4. Chế tạo panel hiển thị tại chỗ và từ xa Trên cơ sở tích hợp các bộ điều khiển chúng tôi sử dụng bộ điều khiển PC104 kết hợp các mô đun chức năng để đáp ứng yêu cầu. Panel điều khiển tại chỗ và từ xa là giống nhau, chi khác nhau về địa chỉ khi cài đặt. Việc hiển thị và các phím lệnh chúng tôi trình bày như sau: IV.3.4.1. Mô tả phần màn hình hiển thị của hãng MATRIX ORBITAL Hình IV53: Màn hình hiển thị loại GLK24064-25 Thông số kỹ thuật: • Nguồn cấp: 24VDC • Giao diện: RS232 hoặc I2C • Phân giải: 240x64pixel • Có giao diện bàn phím • Kiểu hiển thị: có sẵn font hoặc có thể nạp vào. • Kích thước: 65x180x29.1 • Màn hình có nền sáng • • Độ tương phản có thể thay đổi • ` trang 91 IV.3.4.2. Mô tả cấu trúc, kích thước bộ điều khiển tại chỗ và từ xa Hình IV54: Panel điều khiển tại chỗ và từ xa. Hình IV55: Kích thước Panel điều khiển tại chỗ và từ xa. IV.3.4.3. Thuyết minh chức năng đáp ứng về giao diện và phím lệnh của bộ điều khiển tại chỗ và từ xa loại V1000SE LCP và RCP Chế độ vận hành a) Liên động Nhấn phím này rồi nhấn các phím khác để kích hoạt các phím chức năng. b) Kiểm tra đèn tín hiệu Nhấn phím này để kiểm tra các đèn tín hiệu. Vùng hiển thị Vùng phím giám sát Đèn báo trạng thái Vùng phím điều khiển trang 92 c) Hiển thị tín hiệu số Nhấn phím này, 8 tín hiệu số cùng các số kênh của chúng xuất hiện trên màn hình và đèn LED vàng sáng. Các tín hiệu số khác nũa cũng có thể được hiển thị khi nhấn phím vòng. d) Thanh hiển thị Nhấn phím này, 4 tín hiệu số cùng các số kênh của chúng và các thanh tương ứng xuất hiện trên màn hình. Đồng thời, đèn LED vàng cũng sáng. Các tín hiệu khác nữa có thể được hiển thị khi nhấn phím vòng. e) Các dòng báo lỗi Khi nhấn phím này ,có tới 8 dòng báo lỗi xuất hiện trên màn hình khi có bất kì một lỗi nào xảy ra (đèn LED đỏ sáng). Lỗi đầu tiên thường xuất hiện ở dòng đầu tiên và các lỗi tiếp theo được sắp xếp theo thứ tự từ trên xuống. Các dòng báo lỗi khác có thể được hiển thị khi nhấn phím vòng. Khi dòng báo lỗi đầu tiên xuất hiện, bộ điều khiển tự động chuyển sang màn hình báo lỗi. Nhấn phím này để định dạng một dòng báo lỗi, đèn LED đỏ bật sáng. Nếu không có lỗi nào thì đèn sẽ tắt. Khi một lỗi mới xuất hiện, đèn LED lại nháy sáng. f) Phím Con trỏ Nhấn phím con trỏ để chọn các dòng từ 1…8 cũng như 1…4 trên màn hình. Dòng được chọn có số kênh ngược. Đến dòng cuối cùng con trỏ dịch chuyển sang dòng đầu tiên. Phím con trỏ chỉ hoạt động trên màn hình hiển thị thanh và số. g) Phím Vòng Nhấn phím vòng trên màn hình hiển thị tín hiệu số và hiển thị thanh, số kênh ngược và giá trị của nó thay đổi. Nhấn phím này trên màn hình hiển thị dòng báo lỗi, tất cả các lỗi trên các dòng từ 2 đến 8 dịch chuyển xuống dòng dưới hoặc lên dòng trên. Dòng đầu tiên cùng với lỗi đầu tiên vẫn giữ nguyên không đổi. h) Phím Chuyển trang Nhấn phím chuyển trang để thay đổi 10 và 6 vị trí các số kênh và các số lỗi tương ứng. Mặt khác, phím này cũng có những chức năng tương tự như phím vòng. i) Phím In Nhấn phím In, các dòng tín hiệu số từ 1…8 được gửi đến máy in qua đường truyền nối tiếp RS-232. Nếu trên màn hình hiển thị xuất hiện các dòng báo lỗi, chúng cũng được gửi sang máy in. Đèn LED vàng chỉ sáng khi dữ liệu được truyền đi và máy in đang ở chế độ sẵn sàng. Đèn bắt đầu nháy khi chức năng in cũng hoạt động thông qua chương trình ứng dụng PSR. # trang 93 Quá trình điều khiển Bảng điều khiển có 16 phím chức năng F1…..F16 với các đèn LED vàng. Trạng thái của các phím được đưa tới chương trình ứng dụng PSR qua Fieldbus. Giữ phím tắt trong 150 ms. Chương trìng ứng dụng PSR bật hoặc tắt các đèn LED thông qua Fieldbus. Mỗi đèn LED được trang bị một lệnh kiểm tra. Hình IV56: Vị trí các phím lệnh trên Panel. j) Bảo vệ màn hình Để tăng tuổi thọ của màn hình, sau 60 phút hãy tắt màn hình và ánh sáng nền. Bật lại màn hình bằng cách nhấn một trong 10 phím chức năng hoặc màn hình tự động bật lại do có một dòng báo lỗi. Nó cũng có thể được bật lên nhờ chương trình PSR và cài đặt thời gian phát sáng màn hình. IV.3.5. Chế tạo/ tích hợp bộ điều khiển công suất Quan điểm chế tạo: 9 Đáp ứng làm việc ổn định ở chế độ dài hạn, có thể làm việc ở môi trường có rung động. 9 Dự phòng công suất tối thiểu 30% 9 Đảm bảo tính mở khi kết nối mở rộng công suất 9 Tổn hao công suất trên thiết bị nhỏ. (Thể hiện khi chọn van) trang 94 Sơ đồ áp dụng: Ở đây chúng tôi sử dụng cầu chỉnh lưu 3 pha 6 thyristor vì dạng sóng điện áp ra co chất lượng hợp lý hơn cả. Việc điều khiển kích mở các van này phải sử dụng bộ phát 6 tín hiệu xung cách ly. Sơ đồ trình bày ở hình IV56. Thông số đáp ứng: Đầu vào: 3pha, 50Hz, max 380VAC Đầu ra: max 1000A, 513VDC. Cho phép cường hành trong 10s tại dòng 2000ADC. Hình IV57: Sơ đồ cầu chỉnh lưu 3 pha điều khiển đối xứng. Giới thiệu về Thyristor công suất – SKT1800 Đây là sản phẩm của hãng SEMIKRON chế tạo, là một trong những nhà sản xuất thiết bị bán dẫn hàng đầu thế giới, với công suất tổn hao nhỏ, công xuất xung điều khiển thấp và được thiết kế gọn chiếm it không gian lắp đặt và là điều kiện cho việc yêu cầu không gian khi thiết kế tủ điện tối ưu hơn. Sau đây là sự mô tả về thiết bị sử dụng cho việc nghiên cứu: Hình IV58 : Thyristor SKT 1800 Đặc điểm: Loại thyristor này được thiết kế bọc kín, cách điện bằng vật liệu gốm. Được bao gói kiểu làm mát hai mặt. Thiết kế với một mặt làm mát Trạng thái khóa và điện áp ngược lên đến 1600V. Thông số kỹ thuật chính: Dòng điện trung bình: 1800A Điện áp ngược: 1600V trang 95 Hình IV59 : Điều kiện kích mở tại cực điều khiển (a) (b) Hình IV60: Quan hệ nhiệt độ và dòng điện làm việc (a) Quan hệ dòng điện và thời gian (b). Phần card điều khiển Chúng tôi sử dụng loại card RT380T của SEMIKRON, với thông số đáp ứng như sau: - Đáp ứng cho sơ đồ chỉnh lưu cầu 6 thyristor - Nguồn cấp kết hợp với nguồn đồng pha 220VAC-400VAC - Tín hiệu điều khiển 0-5VDC, 0-10VDC, 4-20mA (điện áp ra sau chỉnh lưu tỉ lệ thuận với điện áp điều khiển) trang 96 IV.3.6. Chế tạo/ tích hợp bộ mồi từ Roto máy phát chỉ cần mồi từ khi nguồn cấp cho mạch lực kích từ lấy ngay từ đầu cực máy phát, tức là điện áp của máy phát. Nguyên lý của bộ mồi từ là khi roto của máy phát đã đạt 85% tốc độ định mức, và là thời điểm chuẩn bị kích từ, lúc đó bộ điều khiển sẽ phát lệnh cấp dòng điện vào roto, thời gian 3- 5s. Giá trị dòng điện là >0,3% dòng kích từ định mức. Cấu trúc bộ mồi từ gồm một thiết bị đóng ngắt có điều khiển, một điện trở để giảm dòng, và một cầu chỉnh lưu nếu nguồn cấp là nguồn xoay chiều. Sơ đồ ứng dụng: Hình IV61 IV.3.7. Chế tạo/ tích hợp bộ diệt từ Khi xuất hiện sự cố mà trong mạch rotor bị mất kích từ đột ngột hoặc do ngắn mạch từ lưới, tại cuộn dây của rotor xuất hiện một sức điện động cảm ứng với biên độ rất cao. Vì vậy hiện tượng quá áp đó sẽ gây chọc thủng cách điện dây quấn hoặc phá hủy phần thiết bị liên quan đặc biệt là phía cầu chỉnh lưu thyristor. Do vậy mạch diệt từ có tác dụng cắt đi một phần biên độ điện áp đảm bảo biên độ nằm trong dải cho phép. Và phần năng lượng còn lại sẽ được tiêu tán qua điện trở công suất R02 (hình IV62). Hình IV61: Sơ đồ mạch mồi từ cho rotor Cấu trúc mạch bao gồm cặp thyristor đấu song song ngược, tại các cực điều khển có gắn các van tự động, khi có biến động quá ngưỡng điện áp đặt, nó sẽ tự mở thông cấp dòng co cực điều khiển và khép kín mạch xả năng lượng qua điện trở. Phần mạch điện như trình bày tại hình IV62. trang 97 Hình IV62 : Sơ đồ mạch diệt từ Trên đây là toàn bộ những phần thiết kế cơ bản cho hệ thống kích thích tĩnh ứng dụng công nghệ điều khiển kỹ thuật số và thiết bị điện tử công suất cho mạch lực. Phần chế tạo, thử nghiệm sẽ được trình bày trong chương sau. trang 98 CHƯƠNG V. THỰC NGHIỆM V.1. Thiết bị, dụng cụ, nguyên vật liệu và hoá chất sử dụng cho nghiên cứu Phần thiết bị: 9 Hệ thống tủ, panel gá lắp 9 Các thiết bị đóng cắt, cầu dao, cầu chì bảo vệ 9 Các bộ nguồn 9 Linh kiện bán dẫn Công suất và cho Đo lường điều khiển 9 Hóa chất silicon dẫn nhiệt cho làm mát Thyristor 9 Máy tính lập trình 9 Máy hiện sóng kỹ thuật số 9 Đồng hồ vạn năng 9 Máy biến áp tự ngẫu 9 Phụ kiện khác phục vụ đấu nối 9 Tải cho hệ thống Phần cung cấp điện: 9 Lưới điện 3 pha 380V, 50HZ V.2. Lắp ráp chạy thử hệ thống Hệ thống kích thích tĩnh sau khi được thiết kế, phê duyệt, bước kế tiếp là lắp ráp chạy thử hệ thống. Quá trình này cũng được thực hiện theo quy trình, từ các số liệu thiết kế, công ty CP Viettronics Đống Đa đã tổ chức triển khai thi công nhập khẩu các thiết bị và chế tạo, lắp ráp những hạng mục thiết bị liên quan. Trước khi chạy thử hệ thống thì phải qua giai đoạn chạy thử từng phần theo các thiết bị đơn lẻ, có kết quả đáp ứng công nghệ sau đó là chạy thử theo từng khối chức năng, liên động giữa các khối. Các mạch bảo vệ, chỉ thị cũng được kiểm tra kỹ càng. Đặc biệt trước khi đóng điện hệ thống phải được kiểm tra cách điện giữa các pha, các thành phần mang điện với vỏ máy, đảm bảo nối đất an toàn cho hệ thống. Hệ thống sau khi được lắp ráp, được trình bày trên các hình V.1, V.2, V.3, V.4. Thực hiện đấu nối điện cho hệ thống: Nguồn điện 3 pha 50HZ được cấp vào cầu đấu tại ngăn số 2 của tủ (nhìn từ bên trái của tủ). Phần tải được đấu vào cầu đấu ra một chiều, Bước 1 là sử dụng tải tĩnh và điều chỉnh dòng điện theo chế độ FCR. Các phần tín hiệu phản hồi, đo nhiệt độ đều được mô phỏng bằng tín hiệu từ máy biến áp tự ngẫu và biến trở. Kết quả đã đáp ứng với thiết kế, tiếp tục triển khai bước tiếp theo. Bước 2 là đấu trực tiếp đầu ra một chiều của tủ vào dây quấn roto, các tín hiệu phản hồi được lấy từ đầu cực máy phát 55MW. Tiếp tục khởi động và theo dõi các thông số. trang 99 ` Hình V.2: Mô tả phần panel tại chỗ của tủ điều khiển kích tĩnh V1000SE Hình V.1: Tổng thể phần tủ điều khiển kích tĩnh V1000SE sau chế tạo trang 100 Hình V.3: Mô tả phần thiết bị trong tủ điều khiển kích tĩnh V1000SE Hình V.4: Mô tả phần phần hộp điều khiển (COB) (bên trái thuộc hình a) và card đo lường (MUB) (bên phải thuộc hình b) của tủ kích tĩnh tĩnh V1000SE. Panel điều khiển tại chỗ (LCP) và từ xa (RCP) (b) trang 101 V.3. Hiệu chỉnh hoàn thiện hệ thống Như các bước đã được trình bày tại phần V.3, việc tiếp tục thí nghiệm hiệu chỉnh và lấy các thông số được làm lại nhiều lần. Sau đó phân tích đặt thông số theo yêu cầu và ghi lại thông số đặt và kết quả cuối cùng. V.4. Chạy thủ nghiệm tại nhà máy phát điện 5MW Trong phần V.2, V.3 chúng tôi đã nêu phần lắp ráp, thí nghiệm hiệu chỉnh tại công trường Công ty Nhiệt Điện Uông Bí. Kết quả đạt được đúng theo yêu cầu thiết kế sau ít nhất 3 lần kiểm tra. V.5. Kết quả thực nghiệm (nêu rõ các điều kiện tiến hành thực nghiệm và kết quả đạt được) và thảo luận ™ Kết quả thực nghiệm tại xưởng: - Thiết bị đã được đấu nối theo sơ đồ thiết kế, sau ít nhất 3 lần lấy kết quả và các thông số vận hành đều đáp ứng trong dải cho phép của thiết kế. ™ Kết quả thực nghiệm tại công trường nhà máy điện: Hình V.5: trang 102 Hình V.6: Hình V.7: trang 103 Hình V.8: Hình V.9: trang 104 Hình V.10: Hình V.11: trang 105 Thể hiện qua các kết quả trên cho thấy hệ thống điều khiển kích thích tĩnh đã đáp ứng tốt các chế độ vận hành mà công nghệ yêu cầu cũng như các cam kết trong nội dung công việc mà công ty Cổ phần Viettronics DongDa phải thực hiện. Hình V.12: trang 106 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết quả đạt được (kết luận) Tôi và nhóm nghiên cứu: 9 Đã tìm hiều và nắm được các kiến thức cơ bản và tương đối chuyên sâu về phương pháp điều khiển kích thích máy đồng bộ - máy phát điện. 9 Đã tìm hiểu và khai thác tốt các tính năng của máy tính công nghiệp PC104 9 Đã tìm hiểu và nắm chắc nguyên lý đo lường trong môi trường công nghiệp. 9 Đã chế tạo/ tích hợp thành công mạch đo lường, bảo vệ. 9 Đã chế tạo/ tích hợp thành công mạch lực chỉnh lưu bán dẫn. 9 Đã chế tạo/ tích hợp thành công hệ thống tủ điều khiển kích thích tĩnh 9 Đã hoàn thành đầy đủ các nội dung theo đăng ký và đúng tiến độ. 2. Hướng nghiên cứu tiếp theo (kiến nghị) Chúng tôi sẽ: 9 Tiếp tục nghiên cứu để lảm chủ công nghệ về hệ thống điều khiển kích thích tĩnh máy phát, đặc biệt là thiết kế chế tạo bộ điều khiển chuyên dụng dành riêng cho hệ thống. 9 Nghiên cứu, ứng dụng các chức năng nổi trội khác của thiết bị vào thực tế nhằm nâng cao tính ổn định và chính xác đáp ứng của hệ thống. 9 Nghiên cứu chế tạo hệ thống điều khiển kích thích tĩnh có công suất lớn hơn phục vụ cung cấp cho các máy phát có công suất trung bình và lớn. Cuối cùng, chúng tôi xin chân thành cảm ơn Bộ Công Nghiệp, Tổng Công ty Điện tử Tin học, các đơn vị và cá nhân đã tạo điều kiện, giúp đỡ chúng tôi trong quá trình thực hiện đề tài này. trang 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Bộ tài liệu tiêu chuẩn quốc tế IEEE cho hệ thống kích thích máy điện đồng bộ: 1/ IEEE Std 421.3-1997 Tiêu chuẩn kiểm tra cao áp cho hệ thống kích thích máy đồng bộ. 2/ IEEE Std 421.4-1990 Hướng dẫn lựa chọn các thông số kỹ thuật cho hệ thống kích thích. 3/ IEEE Std 421.5-1992 Từ thực tế khuyến cáo việc nghiên cứu các model hệ thống kích thích ổn định hệ thống nguồn. - Lý thuyết điều khiển máy đồng bộ của công ty ABB. - Lý thuyết điều khiển máy đồng bộ của công ty BASLER Electric.