МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное
Бюджетное образовательное учреждение
Высшего образования
«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ
Учебная программа
Для студентов заочной формы обучения
Образовательной программы
По образовательной программе
«Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»
Направления подготовки
13.03.02 "Электроэнергетика и электротехника",
Квалификации - бакалавр
Казань 2017
УДК 621.38
ББК 32.85
М17
| М17 | МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫУПРАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ: Учебная программа / сост. Р.Г. Мустафин. – Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2017. – 106 с. |
| Приведены общие рекомендации по работе над дисциплиной, ее программа, методические указания по изучению дисциплины, варианты контрольного задания и примеры выполнения заданий контрольной работы. Предназначена для студентов заочной формы обучения по образовательной программе Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем направления подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника. |
УДК 621.38
ББК 32.85
© Казанский государственный энергетический университет, 2017
Предисловие
Развитие современной техники связано с появлением цифровых устройств. После поколений электромеханических устройств, полупроводниковых устройств, последнее поколение устройств релейной защиты, автоматики и связи основано на цифровых устройствах. Разработка и эксплуатация современных устройств энергетики невозможна без знания микропроцессоров. Поэтому ее изучению в вузах энергетического профиля отводится значительное место.
Цель освоения учебной дисциплины
Целью освоения дисциплины «Микропроцессорные системы управления в электроэнергетике» является изучение структуры, аппаратного и программного обеспечения микропроцессорных систем.
Место учебной дисциплины в структуре
основной образовательной программы высшего
профессионального образования
Дисциплина "Микропроцессорные системы управления в электроэнергетике" относится к вариативной части по образовательной программе 13.03.02 "Электроэнергетика и электротехника" профиля подготовки «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем».
Дисциплина "Микропроцессорные системы управления в электроэнергетике" базируется на следующих дисциплинах: "Информатика" и "Основы микропроцессорной техники". Обучающиеся должны: знать принципы позиционного счисления, основные логические элементы, элементы булевой алгебры, принципы описания алгоритмов.
Знания, полученные по освоению дисциплины "Микропроцессорные системы управления в электроэнергетике", необходимы при выполнении выпускной квалификационной работы, изучении дисциплин "Микропроцессорные системы защиты" и "Микропроцессорные устройства релейной защиты".
До освоения дисциплины «Микропроцессорные системы управления в электроэнергетике» у студента должны быть сформированы следующие компетенции:
– способность к самоорганизации и самообразованию (ОК-7),
– способность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач межличностного и межкультурного взаимодействия (ОК-5).
РЕЗУЛЬТАТЫОБРАЗОВАНИЯ,
ФОРМИРУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие компетенции:
– способность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач межличностного и межкультурного взаимодействия (ОК-5);
– способность осуществлять поиск, хранение, обработку и анализ информации из различных источников и баз данных, представлять ее в требуемом формате с использованием информационных, компьютерных и сетевых технологий (ОПК-1);
– способность участвовать в планировании, подготовке и выполнении типовых экспериментальных исследований по заданной методике (ПК-1);
– способность обрабатывать результаты экспериментов (ПК-2).
В результате освоения дисциплины "Микропроцессорные системы управления в электроэнергетике" обучающийся должен демонстрировать следующие результаты:
1) знать:
– информационные технологии в области релейной защиты и автоматизации (ОПК-1);
– системы счисления (ОПК-1);
– содержание терминов: микропроцессор, микропроцессорная система, устройство ввода-вывода, память, алгоритм, программа, команда (ОПК-1)
– Структуру цифровых устройств релейной защиты. Методы преобразования входных сигналов, методы фильтрации сигналов. Интерфейсы микропроцессорных блоков релейной защиты (ОПК-1);
– структуру микропроцессора и назначение его основных блоков (ОПК-1);
2) уметь:
– писать программы для микроконтроллеров на языке Ассемблер и Си (ПК-1);
– производить отладку работы микропроцессорной системы с использованием симулятора (ПК-1);
3) владеть:
– способностью к анализу современного состояния развития микропроцессорной техники (ОПК-1);
– навыками дискуссии по современным цифровым технологиям (ОПК-1);
– терминологией: микропроцессор, микропроцессорная система, устройство ввода-вывода, память, алгоритм, программа, команда (ОПК-1);
– программными продуктами для подготовки презентаций (ПК-2);
– информационными технологиями по цифровым технологиям в релейной защите и автоматизации (ПК-1).
СТРУКТУРА ДИСЦИПЛИНЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.
| Семестр | Форма промежуточной аттестации (З, Э) | Форма самостоя-тельной работы (К, Р, РГР, КР, КП и др.) | Часы учебных занятий | |||||
| Всего | Лекции | Практики | Лабора-торные работы | Самостоя-тельная работа | Из них, проводимые в интерактивной форме | |||
| З | К | – |
2. Содержание разделов дисциплины
Раздел 1. Структура цифрового устройства релейной защиты
Входные сигналы микропроцессорных блоков релейной защиты: измеряемые сигналы – логические сигналы, аналоговые сигналы (напряжение, ток), датчики температуры, датчики частоты вращения. Вычисляемые сигналы (частота, мощность, симметричные составляющие, гармоники, температура на основе тока). Параметры логических сигналов, аналоговых сигналов (напряжение, ток), датчиков температуры - микропроцессорных блоков релейной защиты. Структура микропроцессорных блоков релейной защиты: АЦП, АЛУ, ЦАП, ОЗУ, ПЗУ, дисплей, клавиши управления, сигнальные светодиоды, выходные реле. Обработка сигналов в микропроцессорных блоках релейной защиты: входные преобразователи (к стандартному сигналу), входной фильтр низких частот (уменьшение шума, наложение сигнала), параметры АЦП (частота дискретизации по времени, точность дискретизации по амплитуде).
Раздел 2. Преобразователи входных сигналов
Компаратор. АЦП прямого преобразования. ЦАП прямого преобразования. Широтно-Импульсная Модуляция (ШИМ). Определение амплитуды и фазы синусоидального сигнала: по максимуму и минимуму сигнала. Определение амплитуды и фазы синусоидального сигнала: по действующему значению сигнала. Определение амплитуды и фазы синусоидального сигнала: по производной сигнала по времени. Определение амплитуды и фазы синусоидального сигнала: методом синхронного детектора (Фурье преобразования).
Раздел 3. Фильтрация сигналов
ФНЧ, ФВЧ, Полосовой фильтр – зависимость коэффициента передачи фильтра от частоты. Цифровые фильтры: рекурсивный, не рекурсивный фильтры. Импульсная характеристика фильтра (аналогового, цифрового не рекурсивного фильтра). Построение не рекурсивного цифрового фильтра (определение коэффициентов фильтра) по импульсной характеристике аналогового фильтра. Цифровой фильтр на основе преобразования Фурье.
Раздел 4. Интерфейсы микропроцессорных блоков релейной защиты
Топология сети – точка – точка, звезда, общая шина, кольцо, тип сигналов – токовая петля, потенциальные. RS232, RS485, Ethernet: топология, линии связи, передача одного бита, адресация устройств, скорость передачи, дальность связи. MicroLAN: топология, линии связи, передача одного бита, адресация устройств, скорость передачи, дальность связи. I2C: топология, линии связи, передача одного бита, адресация устройств, скорость передачи, дальность связи. USB: топология, линии связи, передача одного бита, адресация устройств, скорость передачи, дальность связи. Беспроводные интерфейсы: Bluetooth, WiFi: топология, линии связи, передача одного бита, адресация устройств, скорость передачи, дальность связи. Модем: коммутируемая телефонная линия, ADSL, SDSL модем, радиомодем, модем на метеорных потоках.
Тематика лекций
Лекция 1. Обзорная лекция по разделу 1. Структура цифрового устройства релейной защиты. (2 часа).
Лекция 2. Обзорная лекция по разделам 3 и 4 Фильтрация сигналов, Интерфейсы микропроцессорных блоков релейной защиты (2 часа).
Тематика практических занятий
Практическое занятие 1. Определение амплитуды и фазы синусоидального сигнала (2 часа).
Практическое занятие 2. Фильтрация сигналов (2 часа).
Тематика лабораторных занятий
Лабораторное занятие 1. Изучение системы параллельного ввода/вывода (4 часа).
ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ НАД ДИСЦИПЛИНОЙ
Основной частью учебного процесса обучающегося является самостоятельная работа над учебным материалом, которая состоит из следующих элементов: изучение материала по учебникам и методическим пособиям, электронным ресурсам и периодическим изданиям, а также нормативно правовых и нормативно-методических актов: самостоятельная проверка изученного материала по контрольным вопросам, предлагаемым после освоения разделов и в списке вопросов для подготовки к аттестации: выполнение контрольного задания, подготовка к зачету (экзамену). В процессе самостоятельной работы обучающийся может обращаться к преподавателю с вопросами для получения письменной или устной консультации. Завершающим этапом изучения дисциплины является сдача семестрового зачета (экзамена) в соответствии с учебном планом.