Разработка управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока однофазного замыкания на землю в электрической сети напряжением 6-10 кВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Щ УДК 681.5.08:519.713

РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕГО МИКРОПРОГРАММНОГО АВТОМАТА § МИЛИ УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО Ш ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКА ОДНОФАЗНОГО ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ НАПРЯЖЕНИЕМ

Ц 6-ю кв

|jj Б.Б. Утегулов, A.M. Шинтемиров

Павлодарский государственный университет

Щ им. С. Торайгырова

Щй

U 6-/0 /с5 кернеулл электр тораптарындагы жерге б1рфазалык,

ШШ туйъщталу тогын автоматтъщ аньщтау цурылгы математикальщ елттеу жасау yiuin автоматтар теориясын цолдану корсепилген. Бул цурылгыныц басцару микропрограммальщ Мили автоматы цурастырылган.

Показано применение теории автоматов для математического описания устройства автоматического определения тока однофазного замыкания на землю в электрической сети напряжением 6-10 кВ. Разработан управляющий микропрограммный автомат Мили данного устройства.

Application of the theory of automats for the mathematical description of the device of automatic definition of a current of single-phase short circuit on the ground in an electric network of 6-10 kV voltage is shown. Managing microprogram Mile automat of the given device is developed.

С целью определения уставок защиты от однофазных замыканий на землю (033) и выбора режима нейтрали при эксплуатации электроустановок для повышения уровня электробезопасности разработан способ автоматического определения тока однофазного замыкания на землю в электрической сети с изолированной нейтралью напряжением 6-10 кВ [1]. Реализующее данный способ устройство осуществляет автоматическое определение и накопление информации динамики изменения тока ОЗЗ в электроустановках напряжением выше 1000 В. Для моделирования и технической

№1, 2003 г.

175

реализации необходимо разработать математическую модель устройства автоматического определения тока однофазного замыкания на землю в электрической сети напряжением 6-10 кВ.

Анализ методов математического моделирования цифровых вычислительных машин показал, что наиболее эффективными являются методы теории автоматов, позволяющие синтезировать достаточно сложные цифровые вычислительные устройства для определенных прикладных задач.

Математической моделью любого цифрового устройства является абстрактный автомат, который задается множеством из шести элементов [2]:

$ = (1)

где А = {а1,...,ат,...,ам} -множество состояний (алфавитсостояний);

Ъ ~ {¿\.. .. р} - множество входных сигналов (входной алфавит);

\у<з - множество выходных сигналов (выходной

алфавит);

5 - функция переходов, реализующая отображение множества

06 с А х Ъ в А [а5 = 8(ат ^)], а5 е А;

^ - функция выходов, реализующая отображение множества

V. сАхгна V = 1(йт,г{)];

а! е А - начальное состояние автомата.

Наибольшее распространение на практике получили модели автомата Мили и автомата Мура [2].

Закон функционирования автомата Мили задается уравнениями:

™(1) = Х[а(0,г(1)]; (2)

1 = 0,1,2,...,п.

Наиболее оптимальным при синтезе цифровых автоматов считается представление любого цифрового устройства обработки информации в виде двух функционально связанных частей: операционного автомата и управляющего автомата [3].

В данной работе осуществлен синтез управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока ОЗЗ в электрической сети напряжением 6-10 кВ.

По результатам анализа методов структурного синтеза автоматов для описания математической модели принят метод граф-схем алгоритмов.

Синтез микропрограммного автомата Мили по граф-схеме алгоритма (ГСА) осуществляется в следующем порядке:

1. Получение отмеченной ГСА;

2. Построение графа автомата.

Для получения отмеченной ГСА входы вершин, следующих за операторными, отмечаются символами ар аг ап по следующим правилам:

- символом а] отмечаются вход вершины, следующей за начальной, а также вход конечной вершины;

- входы всех вершин, следующих за операторными, должны быть отмечены;

- если вход вершины отмечается, то только одним символом;

- входы различных вершин, за исключением конечной, отмечаются различными символами.

Пусть имеется ГСА, в операторных вершинах которой записаны операторы (микрокоманды) У,,Уг Начальной вершине ГСА ставится в соответствие оператор У0, конечной - Ут+Г Каждому переходу из вершины У.о = О, 1,Т) в вершину У(] = 1,Т+1) вида У^,р1г,р|КУ, проходящему через условные вершины р.,р1а, соответствует конъюнкция

п .. — уе1Г

где х .г е X - логическое условие, записанное в условной вершине р ; е1г е {0,1} - символ, приписанный выходу условной вершины р|г. Если между вершинами У. и У. имеется Н переходов, проходящих через

условные вершины, то а^ равно дизъюнкции конъюнкций, соответствую-

н ь

щих всем переходам, т.е. а.. = х/а||, где а.. - конъюнкция, соответствующая Ь-переходу из У. в У. Функция <Ху является функцией перехода от оператора (микрокоманды) У. к оператору (микрокоманде) У [2].

Для перехода к графу автомата Мили каждой отметке, полученной на первом этапе ставится в соответствие вершина графа автомата Мили (а -начальное состояние автомата).

Каждому переходу в графе автомата Мили из состояния в состояние а. ставится в соответствие путь перехода вида а.Р®" ^а

(а;, а.е{ а,, а2?..., ам}) под действием входного сигнала Х(а., а.) = дг

1 ^ Г=1

с выдачей выходного сигнала У(а., а.) = У{. Каждому пути перехода вида а.У{а. ставится в соответствие переход в графе автомата Мили из состояния а. в состояние а. под действием входного сигнала Х(а., ар = 1 с выдачей выходного сигнала У. Каждому пути перехода вида а Р'" ...Р^а

1 1 11 ¡к

ставится в соответствие переход в графе автомата Мили из состояния а б

состояние а, под действием входного сигнала Х(аР а,) с выдачей пустого выходного сигнала У0. Каждому пути вида .... Р^гР^51... Р^Р^ , возникающего при наличии ждущих вершин или контуров, включающих только условные вершины, ставится в соответствие переход в графе автомата Мили из состояния а. в то же состояние а| под действием входного сигнала ХЦ, а1) = х^1 •...• х^1 с выдачей пустого выходного сигнала У0 [4].

Отмеченная граф-схема алгоритма и граф управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока 033 в электрической сети напряжением 6-10 кВ приведены на рисунке 1.

Так как число состояний в графе управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока 033 в электрической сети напряжением 6-10 кВ велико, для наглядности составлены структурные таблицы переходов автомата Мили (табл. 1). В каждой строке таблицы записываются состояние ат, из которого осуществляется переход в автомате, состояние а, в которое переходит автомат из состояния ат, Х(а , а$)? У(ат, а5) - входной и выходной сигналы на переходе (ат, а5). Если на переходе (а ? а) выдается множество выходных сигналов У(аш, а5) - {У,(ат, а8),У(ат? а),У/ат? аз)} под действием множества входных сигналов Х1(ага? а),Х.ь(ат, аз),Хн(ат, а), то в таблице последовательно перечисляются все пути перехода. Также записываются коды исходного состояния К(ат)~(тт1,...,тт[); состояния перехода К(ав) = (х51.., т5т), представляющих собой набор состояний элементарных элементов памяти микропрограммного автомата; р(ат,а8) - множество обязательных функций возбуждения, изменяющих состояние элементов памяти и вырабатываемых на переходе (ат, а5).

Анализ алгоритмов кодирования состояний автомата показал их незначительный эффект минимизации комбинационной схемы управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока 033 в электрической сети напряжением 6-10 кВ. Поэтому осуществлено последовательное кодирование состояний автомата словами двоичного алфавита с применением импульса синхронизации элементарных автоматов памяти.

По структурной таблице переходов управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока ОЗЗ в электрической сети напряжением 6-10 кВ получены:

Отмеченная граф - схема алгоритма и граф управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока однофазного

замыкания на землю

Рис. 1

- система булевых уравнений функций выходов:

=^1x2x3x4; У2 =т]т2тзт4х1; ¥3 =11X21314X2; (3)

¥4 - х1т2т3т4; ¥5 = х1х2тзт4хз; ¥6 = х1х2т3х4х4 ;

¥7 = Х|Т2Х3Х4 ; = ^2Т3Т4; Y9 = Х|х2т3х4;

У10 =х1х2х3х4; ¥и =х1х2х3т4; ¥12 =х!х2х3х4; у13 =

- система булевых уравнений функций возбуждения выходов элементарных автоматов памяти:

Таблица 1

Структурная таблица переходов управляющего чикро программно го автомата Мили устройства автоматического определения тока 033 в электрической сети напряжением 6—10 кВ

ат К(ат) а5 К(а,) Х(аП1, а8) У(ат, а£.) Р^г. ^ 1

а, 0000 а? 0001 1 У, Ф4

а2 0001 а3 0010 У2 ФЗ'Ч/4

а2 0001 —

а3 0010 а4 ООП Уз Ф4

а.и 1013 — Ф1.Ф4

а4 ООП а5 0100 1 У4 Ф2'М;3'Н/4

а5 0100 а6 0101 У5 Ф4

а5 0100 ж —

а6 0101 а 7 0110 93,-4/4

а6 0101 X —

а ? 0110 а» 0111 1 У7 Ф4

а8 0111 а9 1000 1 У8 ф|,1|/2,Фз,Ч/4

а9 1000 аю 1001 1 У9 Ф4

а10 1001 ац 1010 1 Ую ФЗ>ЧЧ

ап 1010 а,2 1011 1 Ун Ф4

ап 1011 а!3 1100 1 У12 Ф 2 > Ф 3 ' Ф 4

ап 1100 а. 0000 . ХУ ¥13 ФЪ.Ч'2

а|з 1100 X — ... 4

Ф! = Х1Х2Т3Т4Х2 V т 1т2тзт4; (4)

Ф2 = *]*2Т3Т4 V Т1^2Т3Т4 = ^2Т3Т4 5 ФЗ = *1^2^3Т4Х1 ^1X2X3X4X4

V Т]Т2ТзТ4 V Т1Т2Т3Т4 V Т1Т2Т3Х4 = Х1Т2Т3Т4 V Х!Х2Х3Х4 V

V Х1Х2Х3Х4Х3 V Х1т2т3т4 V Х1х2т4 =

- Х]Т2Х4 V Х]Т2Х3Х4Х3 V Х1Х2Х3Х4 V Х1Х2Х4 =

= Х2Т4 VXIX2X3X4Xз V х1т2х3т4

В качестве элементарного автомата памяти принимается синхронный Э-триггер в связи с тем, что данный вид триггеров получил наибольшее распространение как составная часть логических элементов памяти.

Разработана логическая схема управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока ОЗЗ в электрической сети напряжением 6-10 кВ? являющаяся решением систем булевых уравнений функций выходов (3) и функций возбуждения элементарных автоматов памяти (4) (рис.2).

Логическая схема управляющего микропрограммного автомата Мили устройства автоматического определения тока однофазного замыкания на землю в электрической сети напряжением 6-10 кВ

Рис.2

ЛИТЕРАТУРА

1. Утегулов Б.Б., У тегу лов А. Б., Шинтемиров А.М., Жуламанов М.А. Способ автоматического определения тока однофазного замыкания на землю в электрических сетях напряжением 6-10 кВ. II Сборник научных трудов «Уральские выставки - 2002», официальный каталог - Екатеринбург, 2002.

2. Баранов С.И. Синтез микропрограммных автоматов-Л.: Энергия, 1979.

3. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов - М.: Физматгиз, 1962.

4. Баранов С.И., ЖуравинаЛ.Н., Скляров В. А. Автоматизация проектирования ЦВМ - Минск: Вышэйшая школа, 1982.