CC BY
49
УДК 621.3-83
АЛГОРИТМЫ РАБОТЫ АСУТП НА ОСНОВЕ ОТКАЗОУСТОЙЧИВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ
В.В. Илющенко1
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Проведен анализ современного этапа развития микропроцессорных систем управления технологическими процессами насосных станций. Изложены общие принципы разработки алгоритмов работы управляющей программы и вспомогательных подпрограмм, а также использования их в схемах автоматизированных насосных станций с отказоустойчивым оборудованием. Ил. 4. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: насосные станции; отказоустойчивое оборудование; алгоритмы управления.
OPERATION ALGORYTHMS AOSTP BASED ON FAULT-TOLERANT EQUIPMENT FOR PUMP STATIONS V.V. Ilyushchenko
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The author carries out the analysis of the current development stage of AOSTP microprocessor control systems for pumping stations. He presents general principles for the development of algorithms of the control program and support routines, as well as their application in the circuits of automated pump stations with fault-tolerant equipment. 4 figures.3 sources.
Key words: pumping stations; fault-tolerant equipment; control algorithms.
Абсолютное большинство АСУТП насосных станций разрабатывается с использованием архитектуры распределенных систем обработки данных и управления, работающих в реальном масштабе времени (SMMS). Обычно такие системы представляют собой специализированные локальные сети (LAN), которые имеют магистральную (шинную) организацию. SMMS, как правило, являются небольшими системами, линейные размеры магистрали не могут превышать 2030 метров, а количество станций (узлов) - до десятка [1].
В специализированных LAN SMMS достаточно часто используются мультиконтроллерные локальные системы, т.к. в некоторых случаях производительности одного МК для решения определенной задачи может не хватить. Даже если производительности МК хватает, разработчики предпочитают использовать несколько микроконтроллеров, каждый из которых решает свои задачи автономно. Главные функции в системе, такие как вторичная обработка результатов измерений, накопление, систематизация, сохранение и визуализация, возлагаются на более мощный контроллер или персональный компьютер. Кроме того, достаточно часто возникает необходимость оснащения контроллера верхнего уровня или отдельных станций локальным устройством отображения текстовой, графической или мнемонической информации о состоянии наиболее важных параметров объекта регулирования. В этих случаях наиболее часто используются промышленные дисплеи или телевизионные индикаторы как наиболее простые и надежные, однако в случае телевизионного индикатора необходима организация специально выделенной памяти большого
объема (так называемой видеопамяти).
На рис. 1 изображена функциональная схема автоматизированной насосной станции с резервируемыми полумостами и системой управления, аналогичной описанной выше.
На схеме обозначены: ПК - персональный компьютер; ТК - технологический контроллер; БСУ - блок сигнализации и управления, позволяющий осуществлять управление станцией в ручном режиме; МК1, МК2 - микроконтроллеры; ПУ - пульты управления; И-1, И-2 - трехфазные инверторы, выполненные на базе силовых IGBT-транзисторов (VT1...VT6); М1, М2 - электродвигатели насосов Н1, Н2; QF1, QF2 - автоматические выключатели; FE - датчик расхода; К1...К4 -ключи ввода; К5 - секционный ключ; КМ1, КМ2 - контакторы прямого пуска.
В силу ряда причин в станциях LAN наиболее часто используются восьмиразрядные микропроцессоры и микроконтроллеры [2]. Это объясняется их доступностью и изученностью, а также тем, что многие из них стали промышленным стандартом. Для них существуют достаточно большой объем верифицированных программ, развитые и хорошо документированные средства программирования и отладки. Причем количество микроконтроллеров в таких станциях редко бывает больше двух, так как организация мультимик-ропроцессорных систем несколькими микроконтроллерами на одной магистрали значительно увеличивает объем аппаратных затрат за счет необходимости мониторинга доступа процессоров к магистрали и усложняет программирование таких систем, называемых сильносвязанными. Обычно используются так называемые слабосвязанные системы, в которых каждый
1 Илющенко Владимир Васильевич, аспирант, тел.: (3952) 913641. Ilyushchenko Vladimir Vasilievich, postgraduate student, tel.: (3952) 913641.
г
___5
ПК
тк
аналоговый сигнал
ПУ <= Р! —К МК1
_ 5-
I
N
МК2<^> ПУ
исегга
Рис. 1. Функциональная схема автоматизированной насосной станции с отказоустойчивым оборудованием
микроконтроллер имеет свою магистраль со своими локальными ресурсами и работает по своей индивидуальной программе. Связь между магистралями осуществляется через общий глобальный ресурс, в качестве которого могут использоваться двухпортовые регистры, двухпортовая память или специальные каналы прямого доступа.
Как видно из рис. 1, в данной конфигурации станция управления использует один частотно-регулируемый преобразователь на основе двух взаи-морезервируемых инверторов и с его помощью должна осуществлять поочередно или одновременно плавный пуск двигателей, а при достижении номинальной скорости вращения переключать двигатели на питание от силовой сети. Кроме того, можно регулировать скорость одного из двигателей для поддержания заданного значения технологического параметра и автоматически чередовать двигатели, работающие от преобразователя. Управление станцией осуществляется от технологического контроллера, который является для них ведущим устройством.
Персональный компьютер (ПК) и блок сигнализации и управления (БСУ) образуют автоматизированное рабочее место оператора (АРМ) станции, которое имеет органы управления и индикации. С помощью переключателей на БСУ могут быть выбраны два режима работы станции - ручной и автоматический. Если оператором выбран автоматический режим, то при включении станции технологический контроллер и микроконтроллеры инверторов И-1, И-2 начинают управление двигателями М1, М2 по заранее заложенной в память управляющей программе. Если переключатель находится в позиции ручного режима, то оператор вручную последовательно включает двигатели.
На АРМ оператора имеются также индикация общей неисправности станции, сигнал которой поступает на пульт с технологического контроллера, и кнопка сброса неисправности. В качестве датчика технологического параметра может быть использован как датчик расхода, так и датчик любого другого параметра.
Наибольший интерес представляет часть алгоритма управляющей программы, предназначенная для управления электротехническим оборудованием, обеспечивающим повышение надежности работы станции. Алгоритм работы управляющей программы показан на рис. 2.
После включения технологического контроллера и запуска управляющей программы включаются контакторы К1...К4, которые подготавливают схему силовой части ПЧ к работе инверторов в раздельном режиме. Затем включаются микроконтроллеры инверторов И-1, И-2, происходит инициализация их регистров, в которые загружаются начальные значения ШИМ индивидуально для каждого микроконтроллера. Затем выполняется проверка наличия сигналов неисправности инверторов, которые могли быть получены при предыдущих включениях и сохранились в ППЗУ. В том случае, если имеется сигнал неисправности инвертора, загрузка значений для соответствующего микроконтроллера останавливается, регистр очищается и производится загрузка значений, использующихся в памяти другого микроконтроллера. Алгоритм работы подпрограммы ШИМ инверторов И-1, И-2 показан на рис. 3. Инверторы начинают работу, далее происходит запуск подпрограммы проверки исправности их транзисторов. Алгоритм работы подпрограммы проверки исправности транзисторов И-1, И-2 показан на рис. 4 [3].
Пуск ПЧ в автоматическом режиме
Инициализация управляющего контроллера
Сигнал переключения на ручное управление !ЫХ4
1. Запуск
управляющей программы
2. Проверка регистров общего назначения ППЗУ
Сигнал отсутствия обратной связи !ЫХ5
!ЫХ3?
Сигнал общей неисправности на ПК
Нет
Завершение работы управляющей программы
Сигнал ручного режима на ПК
Сигнал отсутствия обратной связи на ПК
X со
Рис. 2. Алгоритм работы управляющей программы АСУТП насосной станции на основе отказоустойчивого оборудования (см. также с.19, 20)
X со
Рис. 2. Продолжение
Включение контакторов К3, К4
Подпрограмма проверки транзисторов И-2
Рис. 2. Окончание
Рис. 3. Алгоритм работы подпрограммы ШИМ инверторов И-1, И-2
Рис. 4. Алгоритм работы подпрограммы проверки транзисторов
Проверка транзисторов на превышение допустимых значений тока и напряжения коллектор - эмиттер, а также допустимой температуры каждого из транзисторов происходит последовательно и представляет собой цикл, при выходе из которого происходит отключение соответствующего контактора ввода и включение секционного контактора.
При этом на АРМ оператора и в ППЗУ выдается сигнал о неисправности соответствующего полукомплекта транзисторов, а также логическая единица поступает на счетчик, который суммирует поступающие на него сигналы. Если таких сигналов за время работы
ПЧ поступит более трех, подпрограмма выдаст сигнал общей неисправности управляющей программе, а она в свою очередь выдаст такой же сигнал на АРМ оператора и завершит свою работу, после чего оператор может перевести управление станцией в ручной режим.
Таким образом, алгоритм позволяет предотвратить сбой системы и останов станции по причине выхода из строя одного из инверторов и продолжить работу по другому варианту, что позволяет обеспечить существенное увеличение надежности и увеличение срока службы станции управления.
Библиографический список
1. Николайчук О. Компоненты и технологии // Архитектура распределенных систем управления. 2000 (http:www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_1/index.htm)
2. Илющенко В.В. Особенности разработки подпрограмм для формирователя ШИМ при использовании восьмиразрядных контроллеров // Повышение эффективности производства и использования электроэнергии в условиях Сиби-
ри: материалы Всероссийской научн.-практ. конф. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. С.79-83.
3. Илющенко В.В. Особенности применения ЮВТ - транзисторов в схемах автономных инверторов // Оптимизация режимов работы электротехнических систем: межвуз. сб. научн. тр. Красноярск: СФУ, 2008. С. 9-14.
УДК 534.1:539.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАССТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ КОЛЕС ТУРБОМАШИН НА ИХ СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
1 2 Нгуен Динь Дыонг1, В.И. Рыжиков2
Иркутский государственный технический университет,
664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Дан краткий обзор работ в области анализа колебаний рабочих колес с расстройкой параметров, рассмотрен математический аппарат метода анализа колебаний циклически симметричных конструкций с расстройкой параметров, показаны результаты анализа свободных колебаний модельных рабочих колес с расстройкой разных видов.
Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: расстройка параметров; свободные колебания деталей турбомашин; метод конечных элементов.
STUDY OF THE INFLUENCE OF TURBOMACHINE IMPELLERS PARAMETERS DETUNING ON THEIR FREE OSCILLATIONS
Nguyen Dinh Duong, VI Ryzhikov
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article provides a brief overview of works on the analysis of oscillations of detuned impellers, the mathematical apparatus for the analysis method of oscillations of cyclic symmetric structures with the parameters detuning, the analysis results of free oscillations of model impellers with the detuning of different kinds. 6 figures. 1 table. 5 sources.
Key words: parameters detuning; free oscillations of turbomachine parts; finite element method.
Высокопроизводительные рабочие колеса, используемые в современных турбомашинах, должны удовлетворять жестким требованиям стандартов по уровню резонансных частот. Расстройка параметров -одна из характеристик конструкции, оказывающая значительное влияние на этот уровень. Неучет расстройки параметров при расчетах может значительно снизить их точность. Также представляет огромный интерес влияние расстройки на вынужденные колеба-
ния при анализе долговечности лопаток и рабочих колес турбомашин. Таким образом, исследование влияния расстройки параметров на свободные и вынужденные колебания является актуальной задачей.
Колебания рабочих колес турбомашин исследуются уже достаточно давно. До 1966 г. анализ колебаний облопаченных дисков проводили без учета расстройки параметров, не принимая в расчет различия в параметрах лопаток. Однако в это время были заложены
1 Нгуен Динь Дыонг, аспирант, тел.: 89246038970, e-mail: nguyendihnduong1983@yahoo.com Nguyen Dinh Duong, postgraduate student, tel.: 89246038970, e-mail: nguyendihnduong1983@yahoo.com
2 Рыжиков Вячеслав Игоревич, аспирант, тел.: 89086629213, e-mail: x_mybox@mail.ru Ryzhikov Vyacheslav Igorevich, postgraduate student, tel.: 89086629213, e-mail: x_mybox@mail.ru
