Σχεδίαση και κατασκευή διάταξης ελέγχου της τράπεζας χειρισμών για την παραγωγή Υψηλών Τάσεων

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ Σχεδίαση και κατασκευή διάταξης ελέγχου της τράπεζας χειρισμών για την παραγωγή Υψηλών Τάσεων ΙΣΚΑΝΤΕΡ ΜΠΕΝΣΕΝΟΥΣΙ Επιβλέπων : Π.Ν. Μικρόπουλος Καθηγητής Α.Π.Θ Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2016

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Σχεδίαση και κατασκευή διάταξης ελέγχου της τράπεζας χειρισμών για την παραγωγή Υψηλών Τάσεων ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του ΙΣΚΑΝΤΕΡ ΜΠΕΝΣΕΝΟΥΣΙ Επιβλέπων : Παντελής Μικρόπουλος Καθηγητής Α.Π.Θ. Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή την 1 η Νοέμβρη 2017. (Υπογραφή) (Υπογραφή) (Υπογραφή)......... Παντελής Μικρόπουλος Χάρης Δημουλιάς Καθηγητής Α.Π.Θ Καθηγητής Α.Π.Θ. Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2016 (Υπογραφή)... ΙΣΚΑΝΤΕΡ ΜΠΕΝΣΕΝΟΥΣΙ Διπλωματούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Α.Π.Θ

Ευχαριστίες Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ.μικρόπουλο για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε, για την υπομονή του καθώς και για τις ιδέες του που με βοήθησαν στην ολοκλήρωση της διπλωματικής καθώς και τον κ.δάτσιο που ήταν πάντα πρόθυμος στο να με βοηθήσει όπου χρειάστηκε. Περίληψη Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι να επιτευχθεί ψηφιακός έλεγχος στην,αναλογική ως τώρα τράπεζα χειρισμών και ελέγχου Υψηλών Τάσεων του εργαστηρίου του Α.Π.Θ. αλλά και για κάθε παρόμοια, μιάς και το σύστημα ελέγχου θα είναι αυτόνομο, μεταφερόμενο και συμβατό με οποιαδήποτε τράπεζα ελέγχου Υψηλών Τάσεων λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο με αυτήν του εργαστηρίου του ΑΠΘ. Ο έλεγχος βασίζεται στον μικροεπεξεργαστή Arduino σκοπός του οποίου θα είναι αφού δεχτεί από τον χρήστη την επιθυμητή σε kv τιμή για το κάθε πείραμα και αφού διαβάζει την υπάρχουσα τιμή σε V υποβιβασμένη από 0-230 V AC σε 0-5 V DC να ελέγχει μέσω ηλεκτρονόμων την κίνηση ενός κινητήρα, ο οποίος θα μεταβάλλει την έξοδο ενός αυτομετασχηματιστή ανάλογα με το αν χρειάζεται αύξηση η μείωση της τάσης. Στα πλαίσια της διπλωματικής χρησιμοποιήθηκε ένα 4x4 Matrix Keyboard στο οποίο ο χειριστής θα μπορεί να αναγράφει τα επιθυμητά Volt που χρειάζεται για το πείραμα του, μια οθόνη LCD η οποία καθοδηγεί τον χειριστή, ένα σύστημα ηλεκτρονόμων(relay modules) μέσω του οποίου θα γίνεται ο έλεγχος αριστερόστροφης η δεξιόστροφης κίνησης του κινητήρα ανάλογα με την υπάρχουσα τάση και την επιθυμητή, μια πλακέτα ελέγχου της ανάδρασης η οποία θα μετατρέπει τα 0-230 V AC που υπάρχουν στην έξοδο του VARIAC σε 0-5 V DC στην αναλογική πύλη του ARDUINO για να διαβάζει αυτό κάθε χρονική στιγμή την υπάρχουσα τάση, μια βασική πλακέτα του συστήματος πάνω στην οποία είναι συνδεδεμένα όλα τα μέρη της και τέλος ένα 20x16 μεταλλικό περίβλημα που τροποποιήθηκε με ένα πολυεργαλείο dremel ώστε να έχει τις απαραίτητες εισόδους και εξόδους όπως και για να μπορέσουν να εφαρμόσουν απόλυτα το πληκτρολόγιο και τη οθόνη. Τέλος κατασκευάστηκε και ανεξάρτητη τροφοδοσία για την διάταξη ελέγχου καθώς υπάρχει και θύρα για να παρέμβει ο χειριστής στον κώδικα του αν χρειαστεί.

Abstract The purpose of this Thesis is to achieve digital control in the analog, so far, control desk of the modular High Voltage generator of the High Voltage Laboratory of Aristotle University of Thessaloniki. The control system is autonomous, transportable and compatible to any High Voltage control desk works similarly to the AUTH High Voltage laboratory s control desk. Control is based on the microprocessor Arduino which purpose is to receive from the operator the desired Voltage (kv) for each test; to read the existing value in V depressed from 0-230 V AC to 0-5 V DC and to control through relay modules the laboratory motor which it turns the labs VARIAC clockwise or counterclockwise depending on whether we need voltage increase or voltage decrease. We used a 4x4 Matrix Keyboard in which the operator can enter the desired Volt needed for his experiment, an LCD display that guides the operator, a relay module system which will control the motors clockwise or counterclockwise rotation depending on the present voltage value and the desired one, a feedback control board which converts 0-230 V AC on the output of VARIAC at 0-5 V DC to the analog gate of the Arduino so it can read that any time, a general control board of the system on which are connected all the control systems parts and finally a 20x16 metal electronics enclosure modified with a multi-tool dremel to have the necessary inputs and outputs and the perfect placement of the keyboard and the screen. Finally constructed an independent power supply for the control system and also there is a gate for the operator for a PC connection to interfere with Arduino s code as best fits him.

Περιεχόμενα 1-Εισαγωγή... 8 1.1 Τράπεζα ελέγχου και χειρισμών υψηλών τάσεων... 8 1.2 Ηλεκτρονικός έλεγχος τράπεζας χειρισμών... 9 1.3 Οργάνωση κειμένου... 11 2 ARDUINO... 12 2.1 Γενικές πληροφορίες για το Arduino... 12 2.2 Τροφοδοσία του Arduino... 13 2.3 Είσοδοι και έξοδοι του Arduino... 14 3. Κεντρική πλακέτα συστήματος... 16 3.1 LCD οθόνη... 16 3.1.1 Είσοδοι LCD οθόνης... 16 3.1.2 Συνδεσμολογία LCD οθόνης... 17 3.1.3 Λειτουργία οθόνης στο σύστημα... 18 3.2 4x4 Matrix Keyboard... 19 4. Ηλεκτρονόμοι διάταξης και συνδεσμολογία τους με το Arduino... 20 5. Ανάδραση Συστήματος... 22 5.1 Προβλήματα και λύσεις ανάδρασης... 22 5.2 Σχεδιασμός του κυκλώματος ανάδρασης και υλοποίηση του με το λογισμικό PSIM... 23 6. Μεταλλικό κουτί εγκλεισμού διάταξης... 26 7. Συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική επέκταση... 27 Παράρτημα A: Προγραμματισμός διάταξης ελέγχου... 28 Παράρτημά B: Ηλεκτρονικό Σχέδιο... 34 Βιβλιογραφία... 35

1-Εισαγωγή 1.1 Τράπεζα ελέγχου και χειρισμών υψηλών τάσεων Η τράπεζα ελέγχου και χειρισμού ΥΤ του εργαστηρίου (Εικ. 1 ) χρησιμοποιείται για την παραγωγή και την μέτρηση HVAC και HVDC τάσεων καθώς και κρουστικών τάσεων όπως η διπλοεκθετική κρουστική τάση και αποτελείται από: Α) Μετασχηματιστή Τάσης 220/220V 5.5 kva σκοπός του οποίου είναι η γαλβανική απομόνωση του Μ/Σ δοκιμής που βρίσκεται μέσα στον χώρο του εργαστηρίου από την τράπεζα ελέγχου. Β) Μετασχηματιστή Τάσης 220/24 V 1 kva, o οποίος χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία δευτερευόντων κυκλωμάτων λειτουργίας και αυτομετασχηματισμού για την προστασία των χειριστών σε περίπτωση επαφής με τα καλώδια λειτουργίας όταν αυτά βρίσκονται υπό τάση. Γ) Μετασχηματιστή Τάσης 220/12 V 50 kva ο οποίος τροφοδοτεί το κύκλωμα παραγωγής αποσβεννύμενων ταλαντώσεων για την έναυση του Trigatron. Δ) Μετασχηματιστή έντασης 50/25 Α 50 VA ο οποίος χρησιμοποιείται για τον μετασχηματισμό της έντασης λειτουργίας του Μ/Σ δοκιμής Ε) Μετασχηματιστή Τάσης 220/220V 320 kva που χρησιμοποιείται για την κίνηση του βοηθητικού διακένου, την τροφοδοσία της πρίζας στην πρόσοψη της τράπεζας χειρισμών και την τροφοδοσία του αυτόματου γειωτή των διακένων. ΣΤ) Μετασχηματιστή Τάσης 220/24/12V 50 kva που χρησιμοποιείται για την λειτουργία του ηλεκτρικού κυκλώματος κίνησης του Variac. Ζ) Αυτόματους ηλεκτρονόμους αέρος για την τη τροφοδοσία του Variac και του Μ/Σ δοκιμής με τάση Η) Όργανα προστασίας όπως θερμικά, ηλεκτρονικό όργανο ελέγχου ασφάλειες αλλά και αλεξικέραυνα γραμμής. Θ) Variac τάσης εισόδου 220 V και τάσης εξόδου 0-260 V. I) Όργανα ελέγχου όπως πιεζοδιακόπτες,απλούς αλλά και μανδάλωσης, ενδεικτικές λυχνίες, μπουτόνλυχνίες και διακόπτες. Κ) Όργανα ενδείξεων όπως βολτόμετρο για τον έλεγχο της τάσης του Variac, αμπερόμετρο για τον έλεγχο της έντασης του κυρίου κυκλώματος, Peak βολτόμετρο για την μέτρηση της rms τάσης, DC βολτόμετρο για την μέτρηση της μέσης τιμής της τάσης.

Τέλος υπάρχουν και πρίζες παροχής,εξόδου και Σούκο όπως επίσης και έξοδοι-είσοδοι σημάτων αλλά και κύκλωμα παραγωγής αποσβεννύμενων ταλαντώσεων (Trigatron). Για περισσότερες πληροφορίες για την τράπεζα χειρισμών και ελέγχου ΥΤ μπορεί κανείς να ανατρέξει στην διπλωματική εργασία των συναδέλφων Ψωνόπουλου Παναγιώτη και Τοτονίδη Νικόλαου. Εικ. 1: Τράπεζα ελέγχου και χειρισμών Εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων ΑΠΘ 1.2 Ηλεκτρονικός έλεγχος τράπεζας χειρισμών Ο έλεγχος που γίνεται, στην παρούσα φάση, της τράπεζας χειρισμών ΥΤ από τον εκάστοτε χειριστή είναι αναλογικός δηλαδή με χρήση δύο διακοπτών δύο θέσεων, ο ένας εκ των οποίων ανεβάζει την τάση (αργά ή γρήγορα) γυρίζοντας τον δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα ενώ ο άλλος την υποβιβάζει (αργά ή γρήγορα) με τον ίδιο τρόπο και με παρατήρηση του AC ή του DC βολτομέτρου από τον χειριστή την ώρα που γυρνάει τους διακόπτες που θέλει για την εκάστοτε περίπτωση. Ο σκοπός της διπλωματικής αυτής είναι η προηγούμενη διαδικασία να γίνεται ηλεκτρονικά, με την κατασκευή ενός αυτόνομου συστήματος ελέγχου στο οποίο να ζητείται από τον χειριστή μέσω μίας οθόνης να εισάγει την επιθυμητή τάση στο σύστημα και αυτός αφού με την χρήση ενός ψηφιακού πληκτρολογίου έχει εισάγει την τάση αυτή το σύστημα ελέγχου αφού πάρει την τιμή της υπάρχουσας τάσης από το

σύστημα ανάδρασης που θα έχει, ανοιγοκλείνοντας κάποιους ηλεκτρομαγνητικούς διακόπτες (relay modules) να σταματάει μόνο όταν η υπάρχουσα τάση γίνει ίση με την επιθυμητή από τον χειριστή τάση. Η βάση του συστήματος ελέγχου θα είναι ο μικροεπεξεργαστής Arduino στον οποίο θα είναι αποθηκεμένος ο κώδικας που χρειάζεται η κεντρική πλακέτα του συστήματος, η πλακέτα ανάδρασης καθώς και οι ηλεκτρονόμοι ελέγχου της τάσης για να λειτουργήσουν. Ο κώδικας είναι σε γραμμένος σε γλώσσα που χρησιμοποιεί το Arduino παρόμοια με την C++. To κύκλωμα ανάδρασης που θα είναι υπεύθυνο να διαβάζει κάθε χρονική στιγμή την υπάρχουσα τάση στην έξοδο του Variac θα αποτελείται από έναν Μετασχηματιστή Τάσης 230/6,3 V, μία ανορθωτική γέφυρα διόδων καθώς το Arduino στις αναλογικές του πύλες δέχεται και διαβάζει μόνο DC τάση έναν πυκνωτή εξομάλυνσης καθώς και έναν διαιρέτη τάσης σκοπός του οποίου θα είναι η τάση στην έξοδο του συστήματος ανάδρασης που πηγαίνει προς το Arduino να μην υπερβαίνει ποτέ να 5 V. Οι ηλεκτρονόμοι του συστήματος (relay modules) θα είναι υπεύθυνοί για τον έλεγχο του κινητήρα του Variac και θα ανοιγοκλείνουν ανάλογα με την περίσταση. Αν χρειάζεται γρήγορη ή αργή αύξηση της τάσης θα ανοίγουν οι Κ1, Κ2 ηλεκτρονόμοι αντίστοιχα ενώ αν χρειάζεται γρήγορη ή αργή μείωση της τάσης θα ανοίγουν οι Κ3, Κ4 ηλεκτρονόμοι αντίστοιχα. Οι Κ1, Κ2 ηλεκτρονόμοι κινούν τον κινητήρα δεξιόστροφα αυξάνοντας έτσι τις σπείρες του αυτομετασχηματιστή με αποτέλεσμα αύξηση της τάσης τροφοδοσίας του Μ/Σ δοκιμής ενώ οι Κ3, Κ4 κάνουν το αντίθετο. Το σύνολο του συστήματος, τέλος, θα τοποθετηθεί σε ένα αυτοσχέδιο κουτί προστασίας του, custom κατασκευασμένο για τις απαιτήσεις της διπλωματικής και του εργαστηρίου ΥΤ. Εικ. 2: ΜΠΛΟΚ-ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΙΑΤΑΞΗΣ

Για την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας: 1. Μελετήθηκε θεωρητικά αλλά και πρακτικά ο τρόπος λειτουργίας μίας τράπεζας χειρισμών και ελέγχου ΥΤ. 2. Σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν οι απαραίτητες πλακέτες, καθώς και οι κολλήσεις που χρειάστηκαν για την κατασκευή των κυκλωμάτων του συστήματος. 3. Κατασκευάστηκε ένα κύκλωμα προσομοίωσης του Variac του εργαστηρίου για τον έλεγχο και την κατασκευή του συστήματος ανάδρασης. 4. Συνδέθηκε κυκλωματικά, μέσω της κεντρικής πλακέτας η οθόνη και το πληκτρολόγιο. 5. Αναπτύχθηκε και προγραμματίστηκε ο αλγόριθμος ελέγχου του Arduino σε C++ γλώσσα προγραμματισμού. 6. Συναρμολογήθηκε και διαμορφώθηκε το κουτί προστασίας του συστήματος ελέγχου. 7. Διακριβώθηκε η διάταξη ελέγχου στο εργαστήριο ΥΤ ώστε να μην παρουσιάζει αποκλίσεις στις τιμές της. 1.3 Οργάνωση κειμένου Το πρώτο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής αποτελεί μια εισαγωγή στον τρόπο λειτουργίας μίας τράπεζας χειρισμών και ελέγχου ΥΤ και του εξοπλισμού που συμπεριλαμβάνει καθώς και μια περίληψη της διπλωματικής για τον αναγνώστη ώστε να καταλάβει γρήγορα και να παρακολουθήσει ευκολότερα την συνέχεια της που θα είναι πιο λεπτομερειακή και τεχνική. Το δεύτερο κεφάλαιο αναλύει περισσότερο τον μικροεπεξεργαστή Arduino χωρίς όμως κουραστικές λεπτομέρειες που δεν αφορούν την διπλωματική και μπορεί ο αναγνώστης να τις βρει αν επιθυμεί σε οποιοδήποτε site διδασκαλίας του τρόπου λειτουργίας του Arduino. To τρίτο κεφάλαιο πραγματεύεται την κεντρική πλακέτα του συστήματος καθώς και τις λεπτομέρειες των κυκλωμάτων της LCD οθόνης και του 4x4 Matrix Keyboard που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή. Το τέταρτο κεφάλαιο περιγράφει την γενικότερη λειτουργίας των ηλεκτρονόμων καθώς και αναλύει την χρησιμότητά τους στο παρών σύστημα επιπλέον καθοδηγεί στο πως γίνεται η συνδεσμολογία τους με το Arduino.

Το πέμπτο κεφάλαιο παραθέτει τις λύσεις που είχαμε σκεφτεί να χρησιμοποιήσουμε ως πλακέτα ανάδρασης και γιατί τελικά καταλήξαμε στην συγκεκριμένη λύση αναλύοντας την κυκλωματικά αλλά και φυσικά με την βοήθεια του λογισμικού PSIM. To έκτο κεφάλαιο παραθέτει τα σχέδια του μεταλλικού κουτιού εγκλεισμού των ηλεκτρονικών καθώς και την τελική μορφή του. Το έβδομο κεφάλαιο προτείνει μελλοντικές επεκτάσεις της διάταξης μιάς και ο χειριστής με βασικές γνώσεις προγραμματισμού μπορεί να την προγραμματίσει όπως αυτός επιθυμεί. Τέλος στο παράρτημα επισυνάπτουμε τον κώδικα που χρησιμοποιήθηκε για τον προγραμματισμό της διάταξης ελέγχου και σχόλια για την χρησιμότητα κάθε ενότητας του κώδικα αλλά επεξήγησης του σε περίπτωση που θελήσει ο χειρίστης να παρέμβει σε αυτόν. 2 ARDUINO 2.1 Γενικές πληροφορίες για το Arduino Το Arduino (Εικ. 3) είναι ένας μικροελεγκτης μονής πλακέτας, δηλαδή μια απλή μητρική πλακέτα ανοικτού κώδικα με ενσωματωμένο μικροελεγκτή και εισόδους/εξόδους, η οποία μπορεί να προγραμματιστεί με τη γλώσσα Wiring (ουσιαστικά πρόκειται για τη γλώσσα προγραμματισμού C++ και ένα σύνολο από βιβλιοθήκες, υλοποιημένες επίσης στην C++ ) αποτελείται από ένα μικροελεγκτή Atmel AVR και συμπληρωματικά εξαρτήματα για την διευκόλυνση του χρήστη στον προγραμματισμό και την ενσωμάτωσή του σε άλλα κυκλώματα. Όλες οι πλακέτες περιλαμβάνουν ένα γραμμικό ρυθμιστή τάσης 5V, έναν κρυσταλλικό ταλαντωτή 16MHz, 14 ψηφιακές εισόδους/εξόδους και 6 αναλογικές μια σύνδεση USB μια θύρα τροφοδοσίας και τέλος ένα κουμπί επανεκκίνησης. Το Arduino προγραμματίζεται μέσω της USB θύρας του, αυτό καθίσταται δυνατό μέσω της εφαρμογής προσαρμοστικών chip USB-to-Serial. Το πρότζεκτ του Arduino αναπτύχθηκε ραγδαία, χάρη κυρίως στο ευρύτερο DIY, Do It Yourself ή αλλιώς «Καν το μόνος σου», κίνημα που δημιούργησε η έκρηξη της δημοτικότητας των μικροεπεξεργαστών PIC και Wiring, αλλά και στην ανάγκη των καλλιτεχνών και των σχεδιαστών να σχεδιάζουν διαδραστικά πρότζεκτ.

Περισσότερες πληροφορίες και εμβάθυνση για το Arduino μπορεί ο αναγνώστης να βρει σε οποιαδήποτε σχετική σελίδα η ακόμη και στο wikipedia. Εικ. 3: Μπροστινό μέρος Arduino Uno Πίσω μέρος Arduino Uno [4] 2.2 Τροφοδοσία του Arduino Η βέλτιστη τροφοδοσία για το Arduino είναι 9-12 V DC, αυτή μπορεί να επιτευχθεί με αρκετούς τρόπους όπως μια μπαταρία εμπορίου των 9 V η ακόμα και μια σειρά μπαταριών αν δεν διαθέτουμε μια μεγάλη, επίσης μπορεί να τροφοδοτηθεί μέσω της USB θύρας αν το έχουμε συνδεδεμένο με τον υπολογιστή. Στην παρούσα διπλωματική χρησιμοποιούμε ένα τροφοδοτικό των 9 V (Εικ. 4) για να το τροφοδοτούμε παρόμοιο με τα τροφοδοτικά των κινητών τηλεφώνων.

Εικ. 4: Τροφοδοτικό Arduino 2.3 Είσοδοι και έξοδοι του Arduino Κάθε μία από τις 14 θύρες (Εικ. 5) του Arduino Uno μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν είσοδος ή σαν έξοδος, με την χρήση των συναρτήσεων pinmode(), digitalwrite(), digitalread().οι θύρες αυτές, λειτουργούν στα 5 V. Κάθε θύρα μπορεί να προσφέρει ή να καταναλώσει σαν μέγιστη τιμή ρεύματος, τα 40mA, και διαθέτει μια εσωτερική αντίσταση της τάξης των 20-50kΩ. Επιπρόσθετα μερικές θύρες έχουν κάποιες ξεχωριστές δυνατότητες: Τα pin 2 και 3 λειτουργούν και ως εξωτερικά interrupt (interrupt 0 και 1 αντίστοιχα). Με άλλα λόγια, μπορείτε να τα ρυθμίσετε μέσα από το πρόγραμμά σας ώστε να λειτουργούν αποκλειστικά ως ψηφιακές είσοδοι στις οποίες όταν συμβαίνουν συγκεκριμένες αλλαγές, η κανονική ροή του προγράμματος σταματάει άμεσα και εκτελείται μια συγκεκριμένη συνάρτηση. Τα εξωτερικά interrupt είναι ιδιαίτερα χρήσιμα σε εφαρμογές που απαιτούν συγχρονισμό μεγάλης ακρίβειας. Τα pin 3, 5, 6, 9, 10 και 11 μπορούν να λειτουργήσουν και ως ψευδοαναλογικές έξοδοι με το σύστημα PWM (Pulse Width Modulation), δηλαδή το ίδιο σύστημα που διαθέτουν οι μητρικές των υπολογιστών για να ελέγχουν τις ταχύτητες των ανεμιστήρων. Έτσι, μπορείτε να συνδέσετε λόγου χάρη ένα LED σε κάποιο από αυτά τα pin και να ελέγξετε πλήρως την φωτεινότητά του με ανάλυση 8bit (256 καταστάσεις από 0-σβηστό ως 255-πλήρως

αναμμένο) αντί να έχετε απλά την δυνατότητα αναμμένο-σβηστό που παρέχουν οι υπόλοιπές ψηφιακές έξοδοι. Είναι σημαντικό να καταλάβετε ότι το PWM δεν είναι πραγματικά αναλογικό σύστημα και ότι θέτοντας στην έξοδο την τιμή 127, δεν σημαίνει ότι η έξοδος θα δίνει 2.5V αντί της κανονικής τιμής των 5V, αλλά ότι θα δίνει ένα παλμό που θα εναλλάσσεται με μεγάλη συχνότητα και για ίσους χρόνους μεταξύ των τιμών 0 και 5V. Στην κάτω πλευρά του Arduino, με τη σήμανση ANALOG IN, υπάρχει μια ακόμη σειρά από 6 pin, αριθμημένα από το 0 ως το 5. Το καθένα από αυτά λειτουργεί ως αναλογική είσοδος κάνοντας χρήση του ADC (Analog to Digital Converter) που είναι ενσωματωμένο στον μικροελεγκτή. Εικ. 5: Πλήρες διάγραμμα Arduino [4]

3. Κεντρική πλακέτα συστήματος Στην κεντρική πλακέτα του συστήματος γίνεται η συνδεσμολογία της LCD οθόνης(εικ. 6), του 4x4 Matrix Keyboard καθώς και εδώ βρίσκονται οι περισσότεροι κόμβοι που χρησιμοποιούν τα 5 V αλλά και η γείωση του συστήματος. 3.1 LCD οθόνη 3.1.1 Είσοδοι LCD οθόνης H LCD οθόνη που χρησιμοποιήσαμε για το σύστημα ελέγχου έχει 16 εισόδους και είναι ως εξής: Εικ. 6: Είσοδοι LCD οθόνης [4] VSS, VDD and VEE To VSS είναι το pin γείωσης της οθόνης και πρέπει να το συνδέσουμε στην γείωση του Arduino για να λειτουργεί, το VDD είναι το pin τροφοδοσίας οπότε πρέπει να είναι συνδεδεμένο στα 5 V ενώ το VEE είναι υπεύθυνο για το contrast της οθόνης και θα συνδεθεί μέσω ενός ποτενσιόμετρου στα 5 V για να μπορούμε να αλλάζουμε το contrast μεταβάλλοντας την τιμή του ποτενσιόμετρου. RS, R/W and E Το RS pin χρησιμοποιείται για να κάνει την επιλογή μεταξύ data και command register, για RS=1 χρησιμοποιείται το data register ενώ για RS=0 χρησιμοποιείται το command register To R/W pin δίνει την επιλογή μεταξύ γράψιμου και διαβάσματος, αν είναι 1 τότε διαβάζει ενώ αν είναι 0 γράφει. Το Enable pin χρησιμοποιείται από την οθόνη για να ανακτήσει δεδομένα που υπάρχουν στα data pins της.

D0-D7 Τα 8-bit pins δεδομένων του Arduino που χρησιμοποιούνται από την οθόνη για να διαβάσει η να στείλει πληροφορίες 3.1.2 Συνδεσμολογία LCD οθόνης Η Συνδεσμολογία και το ηλεκτρικό κύκλωμα σύνδεσης της οθόνης με το Arduino είναι το εξής: Εικ. 7: Κύκλωμα σύνδεσης LCD οθόνης Arduino [4] Παρατηρούμε ότι χρησιμοποιήθηκε και ένα ποτενσιόμετρο καθώς και μια αντίσταση 220 Ω. Ο λόγος που χρησιμοποιήσαμε το ποτενσιόμετρο, όπως προαναφέραμε, είναι για να μεταβάλουμε το contrast της οθόνης και να την κάνουμε όσο γίνεται πιο ευανάγνωστη για το ανθρώπινο μάτι ενώ τα pin 15 και 16 είναι υπεύθυνά για το led φωτισμού της οθόνης για αυτό όπως φαίνεται το ένα είναι συνδεδεμένο στα 5 V μέσω της αντίστασης και το άλλο κλείνει κύκλωμα συνδέοντας το στην γη του Arduino.Τα υπόλοιπα pin φαίνεται

ξεκάθαρα στο σχήμα που συνδέονται. Επίσης να επισημάνουμε στο σημείο αυτό ότι για τον κώδικα που χρειάζεται για την λειτουργία της οθόνης θα μιλήσουμε στο τελευταίο κεφάλαιο. 3.1.3 Λειτουργία οθόνης στο σύστημα Στην συγκεκριμένη διπλωματική η οθόνη χρησιμοποιείται για να καθοδηγεί τον χειριστή και να μπορεί να διαβάζει τις τιμές που εισάγει στο σύστημα μέσω του πληκτρολογίου. Όταν τροφοδοτήσουμε το σύστημά μας τότε αυτομάτως ανάβει η οθόνη και ζητάει από τον χειριστή να εισάγει τα επιθυμητά για αυτόν Volt που θέλει να έχει στην ΥΤ. Εικ. 8: Λειτουργία οθόνης στο σύστημα ελέγχου Έτσι αφού ο χειριστής πληκτρολογήσει την τιμή σε Volt που επιθυμεί στην ΥΤ τάση (π.χ. 25000V ) θα πατήσει το πλήκτρο Enter (το Α του πληκτρολογίου μας για το παρών σύστημα) και θα ξεκινήσει η διαδικασία ελέγχου, να αναφέρουμε επίσης ότι αν ο χειριστής πατήσει κάποια τιμή μεγαλύτερη των 100.000 θα αναγραφεί στην οθόνη το μήνυμα Voltage must be < 100000.

3.2 4x4 Matrix Keyboard Το πληκτρολόγιο που χρησιμοποιήσαμε ώστε να μπορεί ο χειριστής του συστήματος να εισάγει σαν είσοδο τα Volt που επιθυμεί να έχει στην ΥΤ τάση είναι το εξής : Εικ. 9: 4x4 Matrix Keyboard [4] Oπώς φαίνεται και από τον τίτλο του η λειτουργία του πληκτρολογίου βασίζεται σε 8 Digital pins κατηγοριοποιημένα σε μορφή πίνακα, τα πρώτα 4 είναι για κάθε γραμμή του πληκτρολογίου ενώ τα επόμενα 4 για κάθε στήλη έτσι ο χειριστής του πατώντας κάθε φορά ένα πλήκτρο κλείνει διαφορετικό κύκλωμα, παράδειγμα αν αποφασίσουμε να πιέσουμε το πλήκτρο 8 αυτό σημαίνει ότι θα δεχτεί ψηφιακό σήμα και θα γράψει 1 το τρίτο pin που αντιστοιχεί στην τρίτη γραμμή και το πέμπτο pin που αντιστοιχεί στην δεύτερη στήλη ενώ όλα τα υπόλοιπά pin θα γράψουν 0. Τα pins του πληκτρολογίου συνδέονται όλα στα digital pins του Arduino με όποιον τρόπο είναι ευκολότερος για τον κατασκευαστή. Στην δική μας περίπτωση λ.χ. χρησιμοποιήθηκαν για τις γραμμές τα 6,7,8,9 pins του Arduino ενώ για τις στήλες του πληκτρολογίου χρησιμοποιήθηκαν τα 2,3,4,5 pins.αυτό μπορεί κάποιός να το καταλάβει εύκολα και από τον κώδικα που γράψαμε για τον προγραμματισμό του Arduino. Τέλος να αναφέρουμε ότι όπως στο πληκτρολόγιο έτσι και στην οθόνη θα πρέπει για να γίνει η συνδεσμολογία σωστά και να κολληθούν οι επαφές τους γιατί αλλιώς δεν πρόκειται να γίνει καλή επαφή και δεν θα λειτουργήσουν με τον βέλτιστο τρόπο.

4. Ηλεκτρονόμοι διάταξης και συνδεσμολογία τους με το Arduino Για την παρούσα διπλωματική χρησιμοποιήσαμε δύο 2-channel relay modules (Εικ. 11), το πρώτο ελέγχει την ωρολογιακή κίνηση του κινητήρα που ισοδυναμεί σε αύξηση της τάσης λόγω αύξησης των σπειρών του Variac είτε γρήγορα (fast mode) είτε αργά (slow mode) ενώ το δεύτερο αντίστοιχα ελέγχει την ανθωρολογιακή κίνηση κινητήρα, πάλι με 2 ταχύτητες που ισοδυναμεί σε μείωση της τάσης του Variac. Οι ηλεκτρονόμοι που χρησιμοποιήθηκαν έχουν μέγιστη τάση επιβαλλόμενη τάση 250 V AC η 30 V DC και μέγιστο ρεύμα διακοπής τα 10 Α. Στην πλευρά χαμηλής ισχύος τους είναι απαραίτητο να υπάρχει εφαρμοζόμενη τάση 5 V DC καθώς και το ελάχιστό ρεύμα λειτουργίας τους είναι τα 15-20 ma, είναι επίσης εφοδιασμένοι με ένα LED για την εύκολη παρατήρηση τους όταν είναι ανοιχτοί (Normal Open) η κλειστοί αντίστοιχα (Normal Close). Εικ. 11: 2-Channel Relay Module [5]

Εικ. 12: Ισοδύναμο κύκλωμα Relay module [6] Tα Relay Modules συνδέθηκαν στα Α1-Α4 analog pins του Arduino, να επισημαίνουμε εδώ ότι τα Analog pins του Arduino μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σαν Digital pins ενώ το αντίθετο δεν συμβαίνει. Συνδέθηκαν στα Analog pin λόγω έλλειψης digital pins μιάς και χρησιμοποιήθηκαν όλα για την οθόνη και το πληκτρολόγιο. Αν δεν είχαμε άλλα pins θα μπορούσαμε να σχεδιάσουμε μία πλακέτα για το πληκτρολόγιο που να χρησιμοποιεί 1 pin στο Arduino αντί για 8, αλλά μιάς και τέτοιο πρόβλημα δεν υπήρχε προχωρήσαμε κανονικά στην κατασκευή. Να επισημαίνουμε επίσης ότι τα Input pins των ηλεκτρονόμων δουλεύουν ανάστροφα, δηλαδή ο ηλεκτρονόμος ενεργοποιείται όταν είναι LOW (δηλ. GND) γιατί μόνο τότε, όπως βλέπουμε και από το κύκλωμα της Εικ. 12, θα έχουμε ρεύμα από το Vcc προς το In1. Η συνδεσμολογία έγινε ως εξής : Relay GND- Arduino GND pin Relay In1- Arduino A1 pin Relay In2- Arduino A2 pin Relay VCC- Arduino 5 V pin O κώδικάς που χρειάστηκε για τους ηλεκτρονόμους θα αναφερθεί σε επόμενο κεφάλαιο.

5. Ανάδραση Συστήματος Ένα πολύ σημαντικό στοιχείο για την επίτευξή του project είναι η όσο γίνεται γρηγορότερη και ακριβέστερη ανάδραση του συστήματος, δηλαδή η ικανότητα του συστήματος να αντιλαμβάνεται την παραμικρή μεταβολή της τάσης στην έξοδο του αυτομετασχηματιστη που τροφοδοτεί τον Μ/Σ δοκιμής και παράγει την ΥΤ. Εδώ περιγράφουμε λεπτομερώς ποιές παραμέτρους θα μετρήσουμε και εξηγούμε γιατί διαλέξαμε τις παραμέτρους αυτές. 5.1 Προβλήματα και λύσεις ανάδρασης Τα Analog pins του Arduino δεν μπορούν να διαβάσουν περισσότερα από 5 V DC αυτό από μόνο του είναι ένα αρχικό πρόβλημα μιάς και στην έξοδο του Variac έχουμε 0-230 V AC. Μια λύση είναι η δημιουργία ενός διαιρέτη τάσης που θα υποβιβάζει τα 230 V σε 5 V και μετά η ανόρθωση του σήματος με μια γέφυρα διόδων αλλά αυτή η λύση δεν είναι καλή λόγω των απωλειών Joule πάνω στην αντιστάσεις που αντιστοιχεί σε μεγάλη αύξηση της θερμοκρασίας πράγμα επικίνδυνο για τα ηλεκτρονικά του συστήματος. Η λύση που επιλέχθηκε είναι ο υποβιβασμός των 230 V AC σε 6.3 V AC μέσω ενός Μετασχηματιστή Τάσης ο οποίος έχει και ρόλο Μετασχηματιστή απομόνωσης και ασφαλείας, η ανόρθωση των 6.3 V AC σε DC τάση μέσω μια γέφυρας διόδων, η εξομάλυνση της DC τάσης μέσω ενός πυκνωτή εξομάλυνσης ο οποίος όμως δεν πρέπει να είναι μεγάλης χωρητικότητας γιατί μετά επηρεάζει την γρήγορη απόκρισή του συστήματος οπότε επιλέχθηκε ένας των 10 μf και τέλος μεσώ ενός διαιρέτη τάσης με 2 ίδιες αντιστάσεις ο υποβιβασμός των 8.9 V DC στην έξοδο της γέφυρας σε 4.45 V DC, τάση ασφαλής για το Arduino.

5.2 Σχεδιασμός του κυκλώματος ανάδρασης και υλοποίηση του με το λογισμικό PSIM Εικ. 13: Κύκλωμα Ανάδρασης συστήματος ελέγχου μετά τον Μ/Σ υποβιβασμού Οπού Vs: Τάση στην έξοδο του Μ/Σ υποβιβασμού της διάταξης. D1-D4: Δίοδοι για την κατασκευή της πλήρους γέφυρας ανόρθωσης. C2: Πυκνωτής εξομάλυνσης R2,R3 : Αντιστάσεις για την κατασκευή του διαιρέτη τάση.

Εικ. 14: Κυματομορφές Τάσης συστήματος ανάδρασης Με το κόκκινο χρώμα παριστάνεται η AC τάση στην έξοδο του Μ/Σ του κυκλώματος ανάδρασης η οποία είναι 6.3 V RMS (ή 8.9 V MAX). Με μπλε χρώμα παριστάνεται η τάση στην έξοδο του ανορθωτή η οποία, όπως περιμέναμε είναι 8.9 V και με σχετικά μικρή κυμάτωση ενώ με το πράσινο χρώμα παριστάνεται η τάση στην έξοδο του συστήματος η οποία θα συνδεθεί στο Arduino και είναι ίση με την μισή από την προηγούμενη. Τα 4.45 V που υπάρχουν στην έξοδο του συστήματος ανάδρασης είναι ικανοποιητικά και εντελώς ασφαλή για την λειτουργία του Arduino.

Tέλος προχωρήσαμε στην κατασκευή της πλακέτας του κυκλώματος ανάδρασης και στον επανέλεγχο του με πολύμετρο ακριβείας για να βεβαιωθούμε ότι το κύκλωμα δουλεύει και στην πράξη. Εικ. 15: Πλακέτα Ανάδρασης Συστήματος Το μαύρο και το κόκκινο καλώδιο είναι συνδεδεμένα στην έξοδο του Variac και μετά στο πρωτεύων του Μετασχηματιστή ανάδρασης ενώ το κίτρινο και το μπλε καλώδιο συνδέονται στο Arduino για να διαβάζει την τάση στην έξοδο του συστήματος και με έναν αλγόριθμο να την μετασχηματίζει και να υπολογίζει έτσι την τάση στην έξοδο του Variac και τέλος με έναν ακόμα μετασχηματισμό να καταλαβαίνει πόση είναι η υπάρχουσα τάση στην ΥΤ μετά τον Μ/Σ δοκιμής. Ένα πρόβλημα που αντιμετωπίσαμε είναι ότι το Arduino διαβάζει στιγμιαία τάση, θα έπρεπε λοιπόν να έχουμε ένα DC χωρίς καθόλου κυμάτωση για να καταλαβαίνει και να συσχετίζει κάθε τιμή που μετράει με μία και μοναδική τιμή ΥΤ αλλά αυτό λύθηκε με την δημιουργία ενός αλγόριθμου υπολογισμού με τον οποίο μετρώντας σε msec κάθε φορά 50 τιμές και υπολογίζοντας την μέση τιμή τους συσχετίζει μία και μοναδική τάση από το κύκλωμα ανάδρασης με μία και μόνο τάση που υπάρχει στην Υψηλή μεριά του Μ/Σ δοκιμής π.χ. αν το Arduino μετρήσει 0.5 V AVE αυτή η τιμή αντιστοιχεί ΜΟΝΟ στα 22700 V στην ΥΤ ενώ με την παραμικρή αλλαγή στην ΥΤ, δηλαδή αλλαγή και στην έξοδο του Variac, αλλάζει κατευθείαν και η μέση τιμή που θα μετρήσει το Arduino προσδίδοντας με αυτό τον τρόπο μια καλή απόκριση στο

σύστημα ελέγχου που είναι απαραίτητη. Το σύστημα έχει 1% ανοχή η οποία κρίνεται ικανοποιητική, η μικρότερη τιμή τάσης που αντιλαμβάνεται το σύστημα αν μεταβληθεί ανοιγμένη στην ΥΤ είναι 200 V και αυτό οφείλεται στον AD Converter του Arduino. Επίσης η μικρότερη τάση που αντιλαμβάνεται στην είσοδο του Feedback είναι τα 20 V και αυτό οφείλεται στον μέτριας ποιότητας Μ/Σ που χρησιμοποιήθηκε. Αν χρησιμοποιηθεί έναν Μ/Σ ακριβείας θα παρατηρήσουμε μεγάλες βελτιώσεις στο σύστημα ανάδρασης. 6. Μεταλλικό κουτί εγκλεισμού διάταξης Το μεταλλικό κουτί εγκλεισμού που επιλέξαμε είναι 20x16, το σχεδιάσαμε και το κατασκευάσαμε συγκεκριμένα για τους σκοπούς της παρούσας διπλωματικής καθώς δεν είχε καμία είσοδο/έξοδο από την αρχή παρά μόνο οπές αερισμού στα πλάγια. Για την κατασκευή του χρησιμοποιήθηκε ένα dremel με το οποίο δημιουργήθηκαν οι απαραίτητες θέσεις για την οθόνη και το πληκτρολόγιο καθώς και όλες οι είσοδοι/έξοδοι που θα χρειαζόταν το σύστημα μας. Σε αυτό το σημείο να αναφέρουμε ότι στην πίσω πλευρά του κουτιού υπάρχουν οι είσοδοι χαμηλής Τάσης (5 V ) όπως η τροφοδοσία του Arduino και η υποδοχή του συστήματος για την σύνδεση του με Η/Υ και την αλλαγή του κώδικα του σε περίπτωση που είναι απαραίτητο από τον χειριστή, ενώ στην μπροστινή πλευρά του κουτιού και πάντα ορατές προς τον χειριστή βρίσκονται οι υποδοχές Υψηλής Τάσης ( 230 V ), με κλέμες γίνεται η συνδεσμολογία με τους ηλεκτρονόμοι οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για τον έλεγχο του κινητήρα που μεταβάλλει τις σπείρες του Variac και τοποθετήθηκαν 8 κλέμες για τις 4 λειτουργίες του κινητήρα ( Right Fast Motor Rotation, Right Slow Motor Rotation, Left Fast Motor Rotation, Left Slow Motor Rotation ) ενώ για την σύνδεση του συστήματος Ανάδρασής χρησιμοποιήθηκαν 2 επαφές τύπου μπανάνα, μία για την φάση και μία για τον ουδέτερο. Να επισημαίνουμε τέλος ότι η γείωση του κουτιού γίνεται τραβώντας καλώδιο γείωσης από την τράπεζα χειρισμών ΥΤ.

7. Συμπεράσματα και προτάσεις για μελλοντική επέκταση Κατά την σχεδίαση και την κατασκευή της διάταξης ελέγχου της τράπεζας χειρισμών του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων εξήχθησαν χρήσιμα συμπεράσματα και σχηματίστηκαν νέες προοπτικές για την εξέλιξη και την επέκταση των δυνατοτήτων της. Κατέστη πλέον δυνατή η δυνατότητα του χειριστή της τράπεζας να μπορέσει να εισάγει με μεγάλη ευκολία και ακρίβεια αλλά και να την χρησιμοποιήσει όπως επιθυμεί για τις μετρήσεις που επιθυμεί να κάνει ή για οποιονδήποτε άλλο σκοπό. Η εργασία αυτή αποτελεί το πρώτο βήμα προς την εξέλιξη και την αναβάθμιση της τράπεζας ελέγχου και χειρισμών του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης πράγμα που θα βοηθήσει εκτός από το διδακτικό προσωπικό και τους φοιτητές που θα ασχοληθούν μελλοντικά με το εργαστήριο. Για όποιον θέλει να ασχοληθεί με την διάταξη ελέγχου τράπεζας χειρισμών του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων είναι εφικτή και μετά από κατάλληλο προγραμματισμό οποιαδήποτε λειτουργία όπως π.χ. : 1) Δυνατότητα ελέγχου της HVAC αλλά και της HVDC εξόδου του Μ/Σ δοκιμής με αλλαγές και προσθήκες στον κώδικα. 2) Αυξομείωση της Τάσης ανάλογα με την επιθυμία του χειριστή με το πάτημα ενός κουμπιού, π.χ. υπάρχει δυνατότητα να θέλει ο χειρίστης με το πλήκτρο C να ανεβάζει 450 V ενώ με το D να την κατεβάζει κατά 750 V. 3) Αποθήκευση συγκεκριμένων τιμών επιβαλλόμενης τάσης και καταχώρησης τους σε πλήκτρα της διάταξης. 4) Σχεδιασμός της διάταξης ελέγχου σε πλακέτα και κατόπιν παραγγελίας και υλοποίησης της, μόνιμης εγκατάστασης της στην τράπεζα ελέγχου και χειρισμών του εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων.

Παράρτημα A: Προγραμματισμός διάταξης ελέγχου H γλώσσα προγραμματισμού που χρησιμοποιήθηκε είναι εφάμιλλη της C/C++ όπως το ίδιο ισχύει και για τις βιβλιοθήκες που ήταν απαραίτητες για την υλοποίηση του project. O κώδικάς που είναι αποθηκεμένος στον μικροεπεξεργαστή Arduino είναι ο εξής: HIGH VOLTAGE CONTROL SYSTEM @version 1.4 @description Control high voltage with Arduino Η Συνδεσμολογία που χρησιμοποιήθηκε από την οθόνη τα relay modules και την ανάδραση προς το Arduino παρατίθεται μέσα στον κώδικα ως σχόλια σε περίπτωση που θελήσει κάποια στιγμή ο χειριστής να την αλλάξει. /* * LCD RS pin to digital pin 12 * LCD Enable pin to digital pin 11 * LCD D4 pin to digital pin 13 * LCD D5 pin to digital pin 10 * LCD D6 pin to digital pin 1 * LCD D7 pin to digital pin 0 * LCD R/W pin to ground * LCD VSS pin to ground * LCD VCC pin to 5V * 10 kω resistor: * Ends to +5V and ground * Wiper to LCD VO pin (pin 3) * Relay (add voltage) to analog pin 1 * Relay (add voltage slow) to analog pin 2 * Relay (reduce voltage) to analog pin 3 * Relay (reduce voltage slow) to analog pin 4 * Voltage input to analog pin 0 */ Οι βιβλιοθήκες που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση του προγράμματος : // Include libraries #include <Keypad.h> #include <LiquidCrystal.h>

// Η συνδεσμολογία του πληκτρολογίου προς το Arduino, εδώ γίνεται πλήρως κατανοητή προς τον χρήστη η ονομασία 4x4 Matrix Keyboard : // Σειρές και στήλες πληκτρολογίου const byte ROWS = 4; const byte COLS = 4; // Keypad keys mapping char keys[rows][cols] = { {'1','2','3','A'}, {'4','5','6','B'}, {'7','8','9','C'}, {'*','0','#','D'} }; byte rowpins[rows] = {9, 8, 7, 6}; byte colpins[cols] = {5, 4, 3, 2}; // Αντιστοιχίζοντας την βιβλιοθήκη keypad με τα χρησιμοποιούμενα pins Keypad keypad = Keypad( makekeymap(keys), rowpins, colpins, ROWS, COLS ); // Αντιστοιχίζοντας την LCD βιβλιοθήκη με τα χρησιμοποιούμενα pins LiquidCrystal lcd(12, 11, 13, 10, 1, 0); // Τα pins σύνδεσης των relay modules int relayadd = A1; int relayaddslow = A2; int relayred = A3; int relayredslow = A4; // Το pin του συστήματος ανάδρασης int voltdivider = A0; // Αρχικοποίηση μεταβλητών long voltagevalue = 0; boolean firsttime = true; long realvoltvalue = 0; float dividervoltvalue = 0; int dividerinputvalue = 0; float realvoltvaluef = 0;

/* * Δημιουργία πινάκων για την δειγματοληψία και στην συνέχεια τον υπολογισμό μέσης τιμής και αθροίσματος */ int totalvalues = 50; //Total number of element in sensor array double sensorvalues[50]; // Array with sensor values double sensorvaluessum = 0; // sum of sensor array double sensorvaluesavg = 0; // avg of sensor array int i; void setup(){ //Serial.begin(9600); // Set up the LCD's number of columns and rows: lcd.begin(16, 2); // Εκτύπωση αρχικού μηνύματος LCD. lcd.print("enter voltage"); lcd.setcursor(0, 1); lcd.print("value:"); // Ορισμός των relay pins ως εξόδους. pinmode(relayadd, OUTPUT); pinmode(relayaddslow, OUTPUT); pinmode(relayred, OUTPUT); pinmode(relayredslow, OUTPUT); digitalwrite(relayadd, HIGH); digitalwrite(relayaddslow, HIGH); digitalwrite(relayred, HIGH); digitalwrite(relayredslow, HIGH); } void loop(){ // Λήψη του της επιθυμητής τάσης από το πληκτρολόγιο. char key = keypad.getkey(); if (key){

if (firsttime == true) { lcd.clear(); firsttime = false; } switch(key) { case '0'... '9': voltagevalue = voltagevalue * 10 + (key - '0'); lcd.print(key - '0'); break; case '*': break; case '#': break; case 'A': if (voltagevalue >= 100000) { //Serial.println("Please write a number less than 100000"); lcd.clear(); lcd.print("voltage must be"); lcd.setcursor(0, 1); lcd.print("< 100000"); } else { //Serial.println(voltageValue); lcd.clear(); lcd.print("voltage values"); lcd.setcursor(0, 1); lcd.print("entered"); //Serial.println(realVoltValue); // Set voltage while (abs(voltagevalue - realvoltvalue) > 1000) { /* // Βοηθητικός κώδικας σε περίπτωση που ο χειριστής επιθυμεί να προσθέσει πλήκτρα char key = keypad.getkey(); if (key){ if (key == 'C') { voltagevalue = voltagevalue + 500; break; } else if (key == 'D') {

voltagevalue = voltagevalue - 500; break; } } */ // Διάβασμα της τάσης από το σύστημα ανάδρασης dividerinputvalue = analogread(voltdivider); // Λήψη τάσης από το σύστημα ανάδρασης dividervoltvalue = dividerinputvalue * (5.0 / 1023.0); //delay(10); for (i = 0; i < totalvalues - 1; i++) { sensorvalues[i] = sensorvalues[i+1]; sensorvaluessum = sensorvaluessum + sensorvalues[i]; } sensorvalues[totalvalues - 1] = dividervoltvalue; sensorvaluessum = sensorvaluessum + sensorvalues[totalvalues - 1]; sensorvaluesavg = sensorvaluessum / totalvalues; //Serial.println(sensorValuesAvg, 2); sensorvaluessum = 0; // Get real voltage value realvoltvaluef = sensorvaluesavg * (100000.0 / 4.1); realvoltvalue = (long) realvoltvaluef; if (voltagevalue < realvoltvalue) { if (voltagevalue < (long) (0.8 * realvoltvalue)) { digitalwrite(relayadd, LOW); digitalwrite(relayaddslow, HIGH); digitalwrite(relayred, HIGH); digitalwrite(relayredslow, HIGH); } else { digitalwrite(relayadd, HIGH); digitalwrite(relayaddslow, LOW); digitalwrite(relayred, HIGH); digitalwrite(relayredslow, HIGH); } }

else { if (realvoltvalue < (long) (0.8 * voltagevalue)) { digitalwrite(relayadd, HIGH); digitalwrite(relayaddslow, HIGH); digitalwrite(relayred, LOW); digitalwrite(relayredslow, HIGH); } else { digitalwrite(relayadd, HIGH); digitalwrite(relayaddslow, HIGH); digitalwrite(relayred, HIGH); digitalwrite(relayredslow, LOW); } } } //Serial.println("test3"); digitalwrite(relayadd, HIGH); digitalwrite(relayaddslow, HIGH); digitalwrite(relayred, HIGH); digitalwrite(relayredslow, HIGH); } break; case 'B': lcd.clear(); voltagevalue = 0; // erase voltage value break; case 'C': break; case 'D': break; } } }

Παράρτημά B: Ηλεκτρονικό Σχέδιο Το ηλεκτρονικό σχέδιο της διάταξης ελέγχου είναι το εξής : Εικ.16 Ηλεκτρονικό Σχέδιο Διάταξης Ελέγχου

Βιβλιογραφία [1] Σημειώσεις Υψηλών Τάσεων Π.Ν Μικρόπουλου. [2] Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις Καταναλωτών Πέτρου Ντοκόπουλου. [3] Σχεδίαση και κατασκευή τράπεζας χειρισμού και ελέγχου εργαστηρίου Υψηλών Τάσεων διπλωματική Π.Ψωνόπουλου και Ν.Τοτονίδη [4] www.arduino.cc [5] http://forum.hobbycomponents.com/viewtopic.php?f=39&t=1511 [6] http://howtomechatronics.com