Komputerowa analiza parametrów jakości

LABORATORIUM
JAKOŚCI I UŻYTKOWANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Komputerowa analiza parametrów jakości energii elektrycznej

Podstawy teoretyczne

1. Układ pomiarowy

Potrzeba wprowadzenia do komputera zewnętrznych sygnałów analogowych, dwustanowych lub impulsowych spowodowała powstanie na rynku kart nazywanych kartami przetworników analogowo-cyfrowych (ang. data acquisition). Obecnie standardem jest wbudowanie w kartę oprócz 16 wejść analogowych, również wyjść analogowych a także wejść i wyjść cyfrowych oraz liczących. Powstał więc standard kart wielofunkcyjnych, które często są określane mianem kart wejść/wyjść obiektowych lub pomiarowo-sterujących.

Karty analogowo-cyfrowe tworzą wraz z separatorami sygnałów wejściowych komputerowe układy pomiarowo-sterujące, które dzięki zastosowanemu oprogramowaniu wizualizacyjnemu, charakteryzują się bardzo szerokimi możliwościami pomiarowymi.

Rys. 1 przedstawia schemat blokowy układu pomiarowego, w skład którego wchodzą: układ dopasowujący sygnał wejściowy wraz z blokiem kondycjonującym, karty pomiarowe: PCL dla komputerów stacjonarnych lub DaqPad – 71B dla komputerów przenośnych, komputer PC z zainstalowanym programem wizualizacyjnym DasyLab.

Rys .1. Schemat blokowy układu pomiarowego

Układ pozwala na pomiar, wizualizację oraz rejestrację prądów i napięć w sieci jedno lub trójfazowej. Zastosowanie pakietu DasyLab stwarza możliwości budowania własnych strategii zależnie od potrzeb użytkownika. Tak zbudowane przyrządy cechuje duża uniwersalność i łatwość dopasowania do konkretnego układu sieciowego. Rozbudowane aplikacje programu pozwalają na szczegółową analizę mierzonych wielkości zarówno w czasie pomiaru jak i po zapisaniu danych pomiarowych na dysk komputera.

2. Program wizualizacji i akwizycji danych pomiarowych - DasyLab

Aplikacja DasyLab została stworzona w celu analizy i akwizycji danych pomiarowych. Program cechuje przyjazny interfejs użytkownika, co pozwala na szybkie wykonywanie zaawansowanych układów pomiarowo-akwizycyjno-kontrolnych. Sposób wykonywania strategii pomiarowej jest bardzo prosty, symbole potrzebnych modułów umieszcza się w oknie Worksheed (płaszczyzna projektowa), a następnie przy pomocy myszki łączy się je za pomocą wirtualnych połączeń. Symbole modułów reprezentują bloki wejściowe i wyjściowe, wyświetlacze oraz każdą z wielu operacji możliwych do wykonania przez program.

Konstruowanie strategii pomiarowej w programie DasyLab wykonuje się, działając na dwóch płaszczyznach projektowych:

a) b)

Rys. 2. Okno programu Dasylab – płaszczyzna projektowa Worksheet (a), Layout – graficzny interfejs użytkownika (b)

Sposób projektowania strategii pomiarowej:

1. Wstęp do projektu:

  1. Określenie funkcji i parametrów,

  2. Odpowiedni dobór części sprzętowej,

  3. Analiza sterownika części sprzętowej lub stworzenie własnego sterownika.

2. Projekt systemu na płaszczyźnie projektowej (Worksheet):

  1. Wybór modułów odpowiadających za interesujące nas funkcje,

  2. Wybór konkretnych obiektów z wcześniej wyselekcjonowanych grup,

  3. Rozmieszczenie obiektów,

  4. Konfiguracja obiektów,

  5. Połączenie modułów zgodnie z algorytmem działania systemu.

3. Projekt graficznego interfejsu użytkownika na płaszczyźnie projektowej (Layout):

  1. Określenie funkcji i parametrów, które powinny być dostępne dla użytkownika,

  2. Wybór obiektów graficznych,

  3. Konfiguracja obiektów.

3. Realizacja zadania w aplikacji DasyLab

Pierwszą czynnością, którą należy wykonać przy budowaniu strategii w programie jest dokonanie wyboru ikon reprezentujących niezbędne elementy i osadzenie ich na płaszczyźnie projektowej Worksheet. Następnie należy połączyć wyjścia jednego obiektu z wejściem kolejnego oraz odpowiednio je skonfigurować. Po wykonaniu powyższej czynności z wybranych obiektów budujemy i konfigurujemy ekran wizualizacyjny dla konkretnego pomiaru.

Schemat modułowy oraz okno panelu czołowego wykonanego miernika wirtualnego przedstawiają poniższe rysunki.

Rys. 3. Struktura systemu pomiarowego.

Ikona prezentuje wejście analogowe z zainstalowanymi podczas konfiguracji sterownikami karty pomiarowej.

Rys.4. Ikona wejścia analogowego.

Ikona reprezentująca funkcję skalowania użyta w celu dopasowania poziomów mierzonych napięć do wejścia karty pomiarowej. Klikając podwójnie na ikonę uzyskujemy dostęp do opcji skalowania. W polu Linear Function f(x)=ax+b podajemy odpowiednią wartość współczynnika a lub (i) b. Następnie potwierdzamy wprowadzone zmiany klikając ok.

Rys.5. Blok skalowania.

Rys.6. Okno opcji skalowania.

Ikona przedstawiająca analogowy wyświetlacz aktualnej wartości pomiaru, czyli Analog Meter. W przypadku tej strategii jest to woltomierz analogowy. W oknie modułu wybieramy przycisk Scalling, a następnie w zakładce Settings żądany przedział wartości. Woltomierz w zależności od konfiguracji mierzy wartość minimalną, maksymalną, średnią lub skuteczną.

Rys. 7. Ikona przyrządu wskazówkowego (analogowego)

Rys.8. Miernik analogowy na panelu czołowym.

Rys.9. Okno ustawień miernika analogowego.

Ikona elementu wizualizacji przedstawiająca miernik cyfrowy (Digital Meter), służący do dokładnego zobrazowania wyniku pomiaru. W prezentowanej konfiguracji miernik wyświetla wartości w postaci minimalnej, maksymalnej, średniej oraz skutecznej. W tym celu, w oknie ustawień należy zwiększyć ilość wejść do czterech, a następnie każdemu z nich przyporządkować odpowiednią postać mierzonej wielkości.

Rys. 10. Ikona miernika cyfrowego.

Rys. 11. Okno konfiguracji miernika cyfrowego.

Rys. 12. Miernik cyfrowy w czsie pomiaru.

Wybierając tą ikonę tworzymy tzw. Bar Graph, element prezentujący wynik pomiaru w postaci słupkowej. W oknie konfiguracji możemy dokonać sposobu wyświetlania wartości mierzonej, np. za pomocą wskaźnika diodowego, a dodatkowo ustawić wartość progu alarmowego. Bar Graph jest bardzo wygodnym elementem przy pomiarze takich wielkości fizycznych, jak temperatura czy ciśnienie.

Rys. 13. Ikona wskaźnika słupkowego Bar Graphu.

Rys. 14. Okno ustawień Bar Graphu.

Rys. 15. Widok miernika słupkowego.

Ten element (List Display) umożliwia użytkownikowi zapisywanie oraz wizualizacje danych w procesie pomiaru. Ustawienia pozwalają między innymi zmianę wielkości czcionki oraz koloru tła, w celu lepszej przejrzystości.

Rys. 16. Ikona wizualizacji danych pomiarowych.

Rys. 17. Dostępne opcje elementu List Display.

Rys. 18. Widok czołowy modułu List Display.

Przedstawione ikony są odpowiedzialne za rejestrację (Chart Recorder) oraz wizualizacje (Y/t Chart) przebiegów w funkcji czasu. Okna obydwu modułów w panelu czołowym wyglądają identycznie. W oknie konfiguracji dostępna jest opcja skalowania, a obserwowany przebieg można powiększyć i rozciągnąć w czasie.

Rys.19. Ikony odpowiadające za wizualizację oraz rejestrację przebiegów w czasie.

Rys.20. Okno dostępnych funkcji rejestratora.

Rys. 21. Okno ustawień modułu Y/t Chart.

Rys. 22. Panel czołowy modułu Y/t Chart.

Prezentowana ikona, o nazwie Read Data, odpowiedzialna jest za zapis danych pomiarowych do pliku, co umożliwia dalszą obróbkę wyników w innych programach: np.: arkusz kalkulacyjny Microsoft Excel oraz ponowny odczyt w programie DasyLab. W tym celu należy otworzyć okno konfiguracji, następnie wybrać opcję File Name, podając ścieżkę dostępu do pliku.

Rys. 23. Ikona zapisu danych do pliku (Read Data)

Rys. 24. Dostępne funkcje modułu Read Data.

Należy nadmienić, że większość modułów w programie DasyLab wyposażona jest w bardzo przydatną opcję Copy Inputs to Outputs, pozwalającą łączyć wyjścia wybranych elementów z wejściami następnych.

Realizacja przebiegu ćwiczenia

  1. Budowa własnej strategii pomiarowej rejestrującej przebieg prądu (napięcia) i wizualizacja podstawowych parametrów mierzonych wielkości

  2. Budowa układu pomiarowego jak na rys. 21.

Do pomiarów zastosowany został system pomiarowy o następującej konfiguracji:

- komputerowa karta pomiarowa

- izolacja sygnału wejściowego.

- komputer PC z zainstalowanym programem obsługi karty - DasyLab

Rys. 25. Schemat blokowy układu pomiarowego

3. Wykonanie pomiarów

4. Rejestracja przebiegów mierzonych - zapis danych pomiarowych na dysku komputera

Sprawozdanie winno zawierać:

W części teoretycznej:

W części praktycznej

Wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia

Uwaga

Grupa wykonująca ćwiczenie powinna dysponować nośnikiem do zapisu danych pomiarowych


Wyszukiwarka