Содержание к диссертации
Введение
1. Выбор путей и методов решения задачи автоматизации 9
1.1. Пути решения поставленной задачи 9
1.2. Основные пути энергосбережения в электроприводе 12
1.3. Возможные типы энергосберегающих устройств (ЭУ) 15
1.4. Технология производства бетонной смеси 24
2. Моделирование системы управления технологической линией 32
2.1. Обзор имеющихся систем управления 32
2.2. Выявление недостатков существующих аналогов 38
2.3. Выбор и обоснование способа автоматического управления 41
2.4. Определение базиса построения системы 43
2.4.1. Определение информационного масштаба системы 43
2.4.1.1. Каналы управления электроприводом 43
2.4.1.2. Каналы управления дозаторами 52
2.4.1.3. Каналы управления бетоносмесителем 58
2.4.2. Определение аппаратных модулей системы 58
2.4.2.1. Аппаратные модули УСО 58
2.4.2.2. Аппаратные модули управляющей системы 61
2.4.2.3. Функциональная схема управляющей системы 62
2.4.3. Определение программных модулей системы 63
2.4.3.1. Библиотека управляющих алгоритмов 64
2.4.3.2. Технологическая программа и программирование 66
2.4.3.3. Компиляция технологических программ и их выполнение... 68
3. Программно-аппаратный базис системы автоматического управления .71
3.1. Аппаратное обеспечение 71
3.1.1. Математическое моделирование СИФУ 71
3.1.2. Принципиальная схема СИФУ 77
3.1.3. Модули АЦП 86
3.1.4. Модули ЦАП 90
3.1.5. Состав УСО и требования к системе управления 91
3.2. Моделирование программного обеспечения 96
3.2.1. Выбор программного обеспечения 96
3.2.2. Реализация библиотеки алгоритмов и ее использование 96
3.2.3. Структура и функции алгоблока 98
3.2.4. Технологическая программа. Редактор техпрограмм 100
3.2.5. Программная структура управляющей системы 104
3.3. Рабочие алгоритмы 105
3.3.1. Алгоритм обслуживания ДВВ 105
3.3.2. Алгоритм обслуживания АЦП 106
3.3.3. Алгоритм обслуживания ЦАП 107
3.3.4. Алгоритм минимизации тока 107
3.3.5. Алгоритм управления дозаторами 109
3.3.6. Алгоритм управления бетоносмесительным узлом 111
4. Программная модель технологического процесса 113
4.1. Теория построения моделей АСУ ТП 113
4.1.1. Принципы моделирования ТП и АСУ 115
4.1.2. Взаимодействие моделей элементарных звеньев системы 120
4.2. Математическое описание моделей объектов ТП 123
4.2.1. Модель дозатора 124
4.2.2. Модель барабана бетоносмесителя 125
4.2.3. Модель редуктора 129
4.2.4. Модель электродвигателя 130
4.3. Общее описание модели АСУ ТП 133
4.4. Графический интерфейс модели бетоносмесительного узла 138
4.5. Алгоритмы модели элементарных звеньев 141
4.5.1. Алгоритмическая модель дозатора циклического действия 141
4.5.2. Алгоритмическая модель бетоносмесителя 143
4.5.3. Алгоритмическая модель редуктора 143
4.5.4. Алгоритмическая модель асинхронного электродвигателя 144
Общие выводы по диссертации 145
Литература 147
Приложение №1 152
Приложение №2 155
- Возможные типы энергосберегающих устройств (ЭУ)
- Выявление недостатков существующих аналогов
- Математическое моделирование СИФУ
- Принципы моделирования ТП и АСУ
Введение к работе
Проблема соблюдения заданного качества бетона на предприятиях ЖБИ стоит особенно остро, так как в одном цикле готовится существенное количество бетонной смеси и выход брака хотя бы в одном цикле, приведет к ощутимым материальным потерям. Для того чтобы этого избежать, необходимо неукоснительно соблюдать заданное качество бетонной смеси на всех этапах ее производства. Чтобы этого добиться, недостаточно следить только за качеством дозирования компонентов, необходимо следить за качеством бетонной смеси непосредственно в ходе ее приготовления. Для этих целей применяются автоматизированные системы поддержания качества готового бетона. Основной показатель качества готовой бетонной смеси - это формовочные свойства бетона или удобоукладываемость. Главными препятствиями на пути к достижению норм удобоукладываемо-сти для каждого из типов бетонных смесей являются: изменчивость качества составляющих бетонной смеси, недостаточная погрешность их дозирования, а также изменчивость влажности заполнителей, что приводит к отклонению водоцементного отношения (В/Ц) от нормативов.
Для устранения перечисленных препятствий на практике используются методы контроля реологических свойств бетонной смеси. Измеряя вла-госодержание смеси и сопротивление сдвигу (вязкость) при перемешивании можно с большой степенью достоверности судить о реологических свойствах бетонной смеси и оперативно управлять подачей в смеситель остаточного количества воды. Кроме того, измеряя сопротивление сдвигу можно достаточно точно определить момент готовности бетонной смеси, а значит сократить время цикла приготовления бетона. Это повысит эффективность процесса перемешивания, а также позволит получать смесь строго заданного качества.
Однако даже если полностью устранить брак бетонной смеси, все равно энергоемкость одного цикла приготовления бетона в масштабах за-
6 вода ЖБИ остается весьма большой. Средний удельный расход тепловой энергии, затрачиваемой на производство 1 м3 железобетона в заводских условиях, составляет 1254-1463 тыс. кДж/м3, что соответствует сжиганию 45-65 кг условного топлива. Этот показатель примерно в 5-6 раз выше необходимого теоретического расхода тепловой энергии на достижение бетона заданной распалубочной прочности. Наиболее энергоемкой составляющей частью процесса приготовления бетона является цикл перемешивания компонентов бетонной смеси. Бетоносмесительные установки оснащаются мощными электродвигателями переменного тока (до 100 Квт), которые способны приводить в движение барабан бетоносмесителя. Следует заметить, что объем готового замеса в стационарных бетоносмесителях может достигать 2000 литров и потому для привода таких бетоносмесителей приходится использовать мощные электромоторы.
Поэтому сокращение затрат энергии, потребляемой бетоносмесителями, приведет к заметному удешевлению производства железобетонных конструкций. Выше был сделан вывод, что в процессе смешения бетона можно также регулировать формовочные и прочностные свойства бетонной смеси, другими словами - можно регулировать качество бетонной смеси. Таким образом, в цикле бетоносмешения кроются две возможности оптимизации: контроль и регулирование качества бетонной смеси, и энергосбережение процесса производства железобетонных изделий.
Исходя из этого предположения, можно сформулировать требования, которые должны предъявляться автоматизированным системам управления процессом бетоносмешения. Итак, система автоматизации приготовления бетонной смеси должна обеспечивать заданное качество бетонной смеси, а также обеспечивать минимально возможную энергоемкость процесса бетоносмешения, без ухудшения качества бетонной смеси и без увеличения времени ее приготовления. Система управления бетоносмесителем должна легко интегрироваться в состав имеющихся технологических
линий, должна обладать достаточной степенью автономности, чтобы работать индивидуально, а также должна иметь возможность совместной работы с имеющимися на предприятиях комплексами АСУ ТП.
Цели и состав диссертационной работы
Целью данной диссертации является разработка энергосберегающего устройства, эффективно управляющего технологическим процессом смешивания компонентов бетонной смеси с помощью циклического бетоносмесителя гравитационного или принудительного действия.
Настоящую диссертацию можно условно разделить на две части.
В первой части настоящей диссертации (главы 1-2) изложены теоретические основы процесса приготовления бетонной смеси. В ней показаны закономерности функционирования технологического объекта, а также показана возможность эффективного управления данным процессом с помощью разрабатываемой энергосберегающей системы. Кроме того, в этой части диссертации детально рассмотрена модель управляющей системы, разработаны основополагающие принципы управления объектом, дана обобщенная структурная схема системы управления и автоматизируемого объекта, показаны основные направления, по которым будут разработаны программное и аппаратное обеспечения системы управления.
Вторая часть настоящей диссертации (главы 3-4) содержит в себе общие описания программного и аппаратного обеспечении системы управления, а также описание действующей программной модели бетоносмеси-тельного узла, работающего под управление виртуального ПТК.
Программное обеспечение системы энергосбережения, разработано исходя из концепции интерфейсной открытости системы, позволяющей расширять стандартный состав библиотеки алгоритмов устройства, в том числе и сторонними поставщиками программного обеспечения.
Аппаратное обеспечение системы, разработано исходя из современной концепции ограниченного наращивания интерфейсных устройств связи с объектом автоматизации. Так количество и состав модулей интерфейсного обмена с объектом управления в разрабатываемой системе не будут строго определенными и могут быть изменены в зависимости от нужд конкретного автоматизируемого технологического процесса. Открытость аппаратного обеспечения достигнута за счет применения стандартных, принятых в общемировой практике построения АСУ, интерфейсных протоколов обмена. Это позволит использовать в энергосберегающей системе имеющиеся интерфейсные модули УСО (АЦП, ДЦП, СИФУ и пр.), поддерживающие данные стандарты.
Для проверки работоспособности системы управления и энергосбережения, разработана виртуальная модель объекта - центробежной бетономешалки.
Моделирование процессов управления осуществляется посредством взаимодействия и обмена данными между виртуальной моделью объекта и реальной программой системы, через виртуальные УСО и модули интерфейсного обмена.
Почти все экспериментальные данные получены посредством виртуального моделирования работы АСУ ТП. Это позволило минимизировать затраты при проведении натурных экспериментов без снижения достоверности полученных данных в ходе эксперимента.
Возможные типы энергосберегающих устройств (ЭУ)
Исходя из указанных выше путей построения энергосберегающих устройств, можно рассмотреть возможные типы ЭУ.
Целью любого ЭУ является регулирование мощности, потребляемой АД, таким образом, чтобы она в любой момент времени соответствовала мощности нагрузки на валу АД. При этом, конечно, остальные параметры работы электропривода должны оставаться неизменными и соответствовать стандартам.
В настоящее время в мире существуют всего две концепции построения энергосберегающих систем для асинхронных электродвигателей - это создание устройств, изменяющих определенные параметры двигателя таким образом, что в электроприводе становится возможным применять менее мощные электродвигатели, и устройств эффективно управляющих подводимой к двигателю мощностью.
ЭУ, построенные исходя из первой концепции, регулируют не мощность, подводимую к АД, а скорость его вращения. Сразу следует заметить, что удельное количество приводов, использующих двигатели с регулируемой скоростью вращения сравнительно невелико, и потому область применения энергосберегающих устройств этого типа сравнительна невелика.
Самым простым способом регулирования скорости является введение в цепь фазного ротора АД дополнительных резисторов, для регулирования энергии скольжения. Однако при этом значительно ухудшается КПД электропривода на регулировочных характеристиках, так как выделяемая в роторных резисторах энергия, определяемая мощностью скольжения, тратится бесполезно. КПД снижается примерно пропорционально скорости. Ситуация ухудшается еще и тем, что как правило, непосредственно невозможно использовать энергию скольжения для производственных целей, так как амплитуда напряжения и частота тока ротора не только отличаются от соответствующих параметров питающей сети, но и изменяются в функции скольжения двигателя. Для того чтобы утилизировать эту энергию в цепь ротора необходимо включать специальные преобразователи электрической энергии. Утилизировать энергию можно, возвратив ее обратно в питающую сеть, через статический преобразователь (рис. 1.3. а), либо непосредственно на вал АД (рис. 1.3. б). На практике энергию преобразуют с помощью асинхронных вентильных преобразовательных каскадов (АВК), в которых преобразователь частоты состоит из роторного выпрямителя и ведомого сетью инвертора и дросселя, выполняющего функцию фильтра в цепи выпрямленного тока преобразователя. (Рис.1.4.). Каскад роторного выпрямителя (слева на рисунке) выполнен по обычной мостовой схеме трехфазного выпрямителя. Этот каскад является генератором тока для инвертора (справа на рисунке), выполненого на тиристорах, углом открытия которых управляет ЭДС соответствующей фазы сети. Полученное синфазное (с сетью) напряжение через повышающий трансформатор отдается обратно в сеть. Этот процесс принято называть рекуперацией энергии. Эффективность вентильного каскада тем выше, чем меньше мощность преобразователя и чем больше энергии рекуперируется в сеть или на вал двигателя. Поэтому наибольшей эффективности АВК можно добиться на электроприводах большой мощности с длительными режимами работы и с небольшими диапазонами регулирования скорости. На практике АВК обычно применяют для регулирования скорости центробежных машин -вентиляторах, насосах, компрессорах и др. Основным недостатком АВК является низкий коэффициент мощности. Энергосберегающие устройства, построенные исходя из второй концепции, должны регулировать энергопотребление таким образом, чтобы все основные технические параметры АД соответствовали стандартным (паспортным) значениям. Экономия электроэнергии в электроприводе происходит только за счет уравнивания мощности нагрузки на валу АД и полной мощности, потребляемой АД из сети. Регулирование мощности, подводимой к АД, может осуществляться за счет регулирования напряжения на его статорных обмотках в определенных пределах. Из теории электрических машин известно, что недогрузка асинхронного электродвигателя приводит к снижению КПД и энергетического ко эффициента (cos ф), приводя к снижению энергетических показателей работы электропривода. Электроприводы, подключенные к сети переменного тока, потребляют из нее активную и реактивную мощности. Активная мощность расходуется на осуществление электроприводом полезной работы и покрытие механических потерь, а реактивная мощность обеспечивает создание электрических полей в обмотках статора и ротора и непосредственно полезной работы не совершает. Работа электропривода характеризуется энергетическим коэффициентом, часто называемым еще коэффициентом мощности: где Ра - мощность, потребляемая из сети, т.н. активная мощность, Q - реактивная мощность, расходуемая на создание э.м. поля, S - полная или кажущаяся мощность. Угол ф определяет сдвиг фаз между напряжением и током в цепи питания электропривода. Электропривод, потребляя реактивную мощность (Q), дополнительно нагружает систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии в ее элементах. Из формулы 1.1. видно, что чем меньше асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность, тем больше cos ф. По этой причине всегда следует стремиться к тому, чтобы достичь максимально возможного значения энергетического коэффициента. Коэффициент мощности холостого хода электродвигателя определяется мощностью потерь в его магнитопроводе: cos xx APMar/ APir+Qpa5, где АРмаг - мощность потерь в магнитопроводе, Qpa6 - интенсивность рабочего поля (при постоянном напряжении на статоре Qpa6 = const и не зависит от нагрузки). Как правило, cos фхх имеет значение 0.2 - 0.3. При увеличении нагрузки возрастают активные составляющие токов статора и энергетический коэффициент увеличивается. Однако при нагрузках, близких к номинальным, рост cos ср замедляется из-за увеличения реактивной мощ-ности полей рассеяния в статоре и роторе: AQipac = kiXiI ,; AQ2pac = k2X2I 2, где kl, k2 - обмоточные коэффициенты статора и ротора соответственно. Видно, что интенсивность полей рассеяния зависит от токов в обмотках, потому с ростом нагрузки на валу увеличивается мощность полей рассеяния в обмотках. При номинальной нагрузке энергетический коэффициент принимает значения 0.7 - 0.85 [Л30].
Выявление недостатков существующих аналогов
В нчале 80-х годов прошлого века в Куйбышевском филиале института Оргэнергострой был создан прибор для контроля подвижности бетонной смеси при ее приготовлении ИПА. Этот прибор обеспечивает измерение подвижности бетонной смеси в диапазоне 0,5... 12 см. В основу его работы заложен алгоритм, учитывающий изменчивость мощностей холостого хода смесителя Р„ и Рт (рис. 2.2.). Для уменьшения погрешности измерения подвижности смеси в процессе измерения анализируется площадь
hгПеред началом загрузки бетоносмесителя составляющими бетонной смеси измеряется мощность, потребляемая двигателем бетоносмесителя Рн. Для исключения влияния случайных ошибок измерение Рн производится 1000 раз и результат усредняется, что в значительной степени уменьшает вклад в результат измерения неравномерности вращения бетоносмесителя, перекоса и износа лопаток и других случайных воздействий.
С момента времени t 2 (окончание загрузки воды) до момента t3 (стабилизация мощности) непрерывно определяется средняя мощность двигателя бетоносмесителя, затрачиваемая при перемешивании бетонной смеси: , измерение Рср производится 8000 раз; результат усредняется.
Подвижность бетонной смеси X определяется по эмпирической зависимости X = В - К(Рср - Рн), где В - константа, зависящая от марки бетона; К - масштабный коэффициент преобразования. Структурная схема прибора показана на рис. 2.3. прибор работает следующим образом: при подаче с пульта управления сигнала "загрузка бетоносмесителя" в один из счетчиков АУ с преобразователя мощности Пр через АЦП записывается в цифровом виде усредненное значение Р„ (пропорциональная величина). Процессом измерения, его повторением и усреднением результатов управляют командные блоки АУ. Затем в арифметическое устройство также записывается величина, пропорциональная константе В, зависящая от типа, марки и объема приготавливаемой смеси. На период загрузки смесителя в приборе формируется пауза. После окончания загрузки составляющих прибор измеряет мощность, затрачиваемую на перемешивание бетонной смеси, обрабатывает накопленные данные в соответствии с уравнением и выдает итоговый результат на цифровом табло индикатора.
Наряду с созданием установок, следящих только за консистенцией бетонной смеси, были созданы микропроцессорные комплексы, автоматизирующие и весь процесс бетоносмешения в целом, начиная от дозирования и загрузки компонентов и заканчивая слежением за В/Ц отношением смеси и выводом результатов работы на операторские станции.
Так был создан отечественный комплекс управления бетоносмеси-тельной установкой СБ-145 КД-1500-1. Комплекс способен задавать дозы смешиваемых компонентов в соответствии с рецептурой, автоматически дозировать компоненты, определять время смешивания и разгрузки бетоносмесителя. Комплекс способен выводить информацию о ходе технологического процесса на мнемосхему и на экран операторской станции. Оператор при помощи клавиатуры и дисплея может выбирать один из рецептов бетонной смеси или составлять новый. Кроме того, система управления осуществляет ведение статистической информации, необходимой для расчета финансовых расходов. НПТО "Белстройнаука" Госстроя БССР разработан комплекс для управления приготовлением бетонных смесей КАУПС-2, который внедрен на заводе КПД-3 МПОИД в Минске. В состав комплекса входят: микро-ЭВМ, дисплей, устройство печати, операторский пульт, нейтронные влагомеры, датчики уровня, датчики положений.
Комплекс может обеспечивать приготовление в автоматическом режиме до 100 рецептов бетонных смесей с их корректировкой по влажности. Погрешность дозирования компонентов 1%. Комплекс осуществляет: диагностику оборудования, регистрацию расхода материалов и бетонных смесей с привязкой к классу бетона, отображение хода технологического процесса на мнемосхеме, автоматический и дистанционный режимы управления оборудованием.
Интерес представляет так же система УД-1, разработанная совместно институтом ВНИИжелезобетон Госстроя СССР и Одесским филиалом института Оргэнергострой Минэнерго СССР.
Эта система предназначена для автоматизации действующих узлов и отделений, оснащенных типовыми весодозировочными и смесительными узлами без их замены.
По своим техническим и функциональным возможностям она значительно превосходит многие имеющиеся аналоги.
Один комплект УД-1 обеспечивает автоматизацию процессов дозирования компонентов бетонной смеси на одной дозировочно-смесительной секции, включающей до 6 двухфракционных дозаторов, в том числе цемента - 1, заполнителей - 3, воды и жидких химических добавок - 2, и 2 бетоносмесителя.
В памяти системы может храниться до 40 рецептур приготовления бетонных смесей. Система может осуществлять автоматический пересчет рецептов бетонной смеси в зависимости от требуемого объема замеса в пре-делах 0,1 ... 9,99 м . В каждом цикле дозирования осуществляется коррекция состава в зависимости от влажности заполнителей, и их взаимной фракционной засоренности, а также фактической концентрации жидких химических добавок. Устройство диагностирует как механические поломки системы, так и ошибки в действии оператора. В памяти системы ведется учет расхода материалов и смеси.
Математическое моделирование СИФУ
Как было выяснено в предыдущей главе для управления электродвигателем необходимо всего два параметра: входной - аналоговый сигнал тока электродвигателя, выходной - напряжение питания электродвигателя. Для снятия токового сигнала, преобразованного при помощи токового трансформатора, необходимо использовать один канал АЦП. Для управления напряжением питания электродвигателя необходим модуль трехфазного СИФУ (системы импульсно-фазового управления). Цифровой канал управления СИФУ соединен с host-компьютером посредством восьми каналов ЦДП. Для управления затвором бетоносмесителя необходимо два канала ДЦП и один ЦДП. Для управления дозатором необходим один канал ЦАП, четыре канала ДЦП и три канала ЦДП.
Для автоматизации стандартной заводской бетоносмесительной установки с одним бетоносмесителем и пятью одно-фракционными дозаторами необходимо соответственно пять каналов ЦАП, двадцать два канала ДЦП, двадцать четыре канала ЦДП, один канал АЦП. Целесообразно применять готовые модули УСО, выпускаемые серийно (например, модули с торговой маркой ADAM). Серийно выпускаются восьми канальные модули ЦАП и АЦП с гальванической развязкой каналов, восьми канальные модули ДВВ (семь ДЦП и восемь ЦДП в каждом канале). Модули СИФУ очевидно в серийном производстве не выпускаются (по крайней мере, необходимых сведений обнаружить не удалось), однако создание таких устройств не представляет особых трудностей, так как они не требуют трудоемкой или высокоточной калибровки и имеют простую схемотехнику.
Устройства серии ADAM представляют собой набор интеллектуальных модулей, обеспечивающих интерфейс датчик-компьютер и содержащих встроенные микроконтроллеры. Модули дистанционно управляются с помощью простого набора команд, выдаваемых в ASCII формате и передаваемых по коммуникационному протоколу RS-485. Модули обеспечивают выполнение согласования сигналов, их изоляции, преобразования диапазонов, аналого-цифрового (A/D) и цифро-аналогового (D/A) преобразования, сравнение данных и цифровую передачу данных.
Программное конфигурирование и калибровка модулей осуществляется дистанционно, программным путем. Модули ADAM не предусматривают никаких устанавливаемых перемычек или регуляторов. За счет простой выдачи команды от системного компьютера можно установить один из возможных диапазонов модульного входа по напряжению, термопарного входа или RTD-входа (термосопротивления). Все параметры конфигурации, включая адрес ввода/вывода, скорость передачи, контроль четности, верхние и нижние пределы контроля и параметры калибровки могут быть установлены дистанционно. Дистанционное конфигурирование может быть выполнено либо из меню поставляемого сервисного программного обеспечения, либо с помощью команд калибровки и установки конфигурации.
За счет возможности сохранения параметров конфигурации и калибровки в энергонезависимом ЭСППЗУ, модули могут восстанавливать свои параметры после сбоев по питанию.
Хотя модули спроектированы для работы от нерегулируемых стандартных промышленных источников питания 24В постоянного тока, допускается использование любых блоков питания, обеспечивающих подачу напряжения в диапазоне от +10 до +30 вольт постоянного тока. Пульсации напряжения питания должны ограничиваться максимальным размахом амплитуды 5В, а мгновенная величина пульсации напряжения должна находиться в интервале между +10 и +30В.
Модули ADAM могут быть состыкованы для обмена информацией с любым компьютером или терминалом. Модули работают с коммуникационным стандартом RS-485, обеспечивая связь с помощью команд в текстовом ASCII формате. Каждому модулю соответствует свой собственный набор команд, включающий примерно десять команд. Количество команд у модулей ввода данных больше, поскольку туда дополнительно включены команды контроля. Все виды приема и передачи модулями информации выполняются в ASCII формате, что означает возможность программирования модулей на любом языке высокого уровня.
Соединение в сеть по интерфейсу RS-485 обеспечивает возможность снижения помех при снятии сигналов с датчиков, поскольку модули могут быть установлены максимально близко к объекту. В многоточечную сеть с интерфейсом RS-485 может быть подключено до 256 модулей ADAM, что реализуется с помощью повторителя ADAM RS-485, позволяющего увеличить максимальное расстояние передачи до 1200 метров. Подключение в сеть системного компьютера выполняется через один из его СОМ-портов с помощью интерфейсного преобразователя ADAM RS-232/RS-485.
Для увеличения пропускной способности сети, повторители ADAM RS-485 используют логические сигналы RTS (Request То Send - запрос на передачу), управляющие направлением работы повторителя. При работе в сети RS-485 необходимы только два провода: DATA+ и DATA-. Поэтому в сети в качестве основного провода применяется недорогая экранированная витая пара.
Каждый модуль заключен в упрочненный пластиковый неснимаемый корпус. Такое конструктивное решение дополнительно защищает модуль от коррозии, влаги и вибрации. Устанавливаемые для модулей невысокие требования по питанию, позволяют им работать при температурах от 0 до 70С и при относительной влажности от 0 до 95% (при отсутствии конденсации). Модули изготовлены в компактном варианте, с использованием автоматизированной SMT-технологии, что позволяет помещать их в водонепроницаемые и взрывозащищенные промышленные корпуса.
Вся система управления построена на IBM совместимой аппаратуре. Этому способствовал выбор в качестве УСО - модулей ADAM, способных работать через сериальный порт RS-485 или RS-232 (через преобразователь 232/485), а также то, что для данных ЭВМ разработаны графические операционные системы (типа Windows), позволяющие разместить на одной машине контроллер и графическую станцию для его программирования. Такие операционные системы позволяют поддерживать многозадачность, а также в случае необходимости повышать приоритет одной из задач с тем, чтобы отдать для нее максимум вычислительных ресурсов машины.
Принципы моделирования ТП и АСУ
На вторичной обмотке трансформатора Tpl формируется напряжение, синфазное с напряжением в линии (Fx), но меньшее по амплитуде в к раз, где к - коэффициент трансформации Tpl. Конденсатор С1 сглаживает возможные наведенные и сетевые высокочастотные помехи и форма выходного напряжения на его выводах практически синусоидальная. Диодный мост VD2 - VD5 с резистором R2 и стабилитроном VD1 создает нагрузку во вторичной обмотке трансформатора Tpl с ограничением по максимальному напряжению, а диодный мост обеспечивает общую точку между ЭДС трансформатора и общим проводом цепи питания СИФУ. В роли фазового датчика выступают транзисторы VT3, VT4, открывающиеся только в той полуволне входного напряжения, для которой диоды VD11, VD6 включены прямо. Микросхема DD2(1, 2) преобразует плавные фронты с выходов коллекторов транзисторов VT1, VT2 в крутые цифровые фронты. Реверсивные двоичные счетчики DD1, DD5 задают временную задержку открытия тиристоров в зависимости от значения на их входах предустановки. Микросхема DD4 подает серию импульсов (меандр) на базу одного из транзисторов VT1, VT2, включенных как эммитерные повторители. При этом во вторичной обмотке одного из трансформаторов Тр2, ТрЗ наводится переменная ЭДС, которая преобразуется диодами VD8, VD9 в импульсное напряжение одной полярности, подающееся на управляющий вход одного из тиристоров VS1, VS2. Это приводит к открыванию одного из них. Трансформаторы Tpl, Тр2, ТрЗ служат для гальванической развязки низковольтных цепей питания элементов схемы СИФУ и сетевого напряжения.
Рассмотрим работу устройства для одного из полупериодов сетевого напряжения. Допустим, что в данный момент времени сетевое напряжение проходит через ноль. Тогда одновременно оказываются закрыты транзисторы VT3 и VT4. Напряжение высокого уровня с их коллекторов подается одновременно на элементы DD2.1 и DD2.2 и на их выходах формируются сигналы ЛОГ 0. Тогда на выходе DD3.1 появляется сигнал ЛОГ 1, который поступает на входы предустановки V микросхем DD1, DD5. В их внутренние регистры запишется число, переданное на входы Dl - D8 из канала ЦДП модуля ДВВ контроллера ADAM. Одновременно сигнал ЛОГ 1 с выхода DD3.1 поступает через инвертор DD3.2 на вход RS триггера, собранного на элементах DD2.3, DD2.4. При этом триггер сбрасывается и на выходе элемента DD2.4 появляется сигнал ЛОГ 0, который «запирает» элементы DD4.1. и DD4.2., формируя на их выходах сигналы ЛОГ 1, закрывающие транзисторы VT1, VT2. Такое состояние будет удерживаться довольно непродолжительное время, определяемое коэффициентом усиления транзисторов VT3, VT4 и уровнем напряжения срабатывания пороговых устройств (триггеров Шмитта) DD2.1 и DD2.2. Теперь пусть сетевое напряжение начнет синусоидально увеличиваться так, что транзистор VT4 останется закрытым, а транзистор VT3 откроется. На выходе элемента DD2.2 сформируется сигнал ЛОГ 1, а на выходе элемента DD3.1 появится ЛОГ 0. Сигнал предустановки на входах DD1, DD5 пропадет, и счетчики начнут декрементировать число, которое было предустановленно. Когда оба счетчика досчитают до нуля, на выходе Р элемента DD5 появится уровень ЛОГ 0, который через конденсатор С2 будет подан на вход элемента DD2.4. При этом триггер, собранный на элементах DD4.1, DD4.2 переключится и на выходе элемента DD2.4. появится сигнал ЛОГ 1. Одновременно с этим на вход элемента DD4.2 будет подана ЛОГ 1 с выхода DD2.2. На выходе элемента DD4.1 будет ЛОГ 1, так как на его входе присутствует сигнал ЛОГ 0 с выхода элемента DD2.1 и транзистор VT1 останется закрытым. На выходе элемента DD4.2 появятся прямоугольные импульсы, с частотой 6 кГц. В такт этим импульсам на эммитере транзистора VT2 появляются импульсы напряжения питания, наводящие во вторичной обмотке трансформатора ТрЗ ЭДС, открывающее тиристор VS2, к которому в данный момент времени приложено сетевое напряжение прямой полярности. Тиристор VS2 остается закрытым и в данной полуволне не работает. Аналогично устройство работает при другой полуволне сетевого напряжения, только при этом тиристор VS2 остается закрытым, а открывается тиристор VS1.
Время декрементации предустановленного в счетчиках числа зависит от частоты счетных импульсов, подающихся на их входы С. Частота задается кварцевым генератором, собранным по одной из распространенных схем и рассчитывается по формуле: где fc - частота питающей сети (50 Гц), атах - максимальный угол открытия тиристоров (может находиться в переделах 0 - п), п - число разрядов счетчиков - в нашем случае n = 8.
Так как при управлении двигателем питающее напряжение, очевидно, не будет доходить до нуля, то задавать атах, равное п явно не нужно. Практика показывает, что вполне можно ограничиться значением 4ж/6.
Генератор счетной частоты, задающей угол открытия тиристоров, должен обладать высокой стабильностью и потому его целесообразно собирать на основе кварцевого резонатора. Так как подобрать кварцевый резонатор с нужной частотой f наверняка не удастся, то резонатор необходимо выбрать на частоту на порядок превышающую необходимую.
