CC BY
49
ния температуры нагревательной губки станка. / Е. И. Король // Вюник Нацюнального технiчного унiверситету «ХП1» : збiрник наукових праць. -Харюв : НТУ «ХП1», 2002 - тем. випуск Мшропро-цесорнi системи iмпульсного управлiння.
10. Сокол, Е. И., Электропривод постоянного тока с микропроцессорной прогнозирующей системой управления / Е. И. Сокол, А. В. Кипенский, А. А. Лашин, Н. Н. Орехова // Вкник Нацюнального техтчного утверситету «ХП1» : збiрник наукових праць. - Харшв : НТУ «ХП1», 2002 - тем. випуск Шкропроцесорт системи iмпульсного управлiння.
11. Полковский, И. М. Схемотехника микроэлектронной аппаратуры / И. М. Полковский, В. П. Стыць-ко, Ю. Е. Руцберг. - М. : Радио и связь, 1981. - 320 с.
12. Прикладная теория цифровых автоматов/ [под ред. К. Г. Самофалова]. - К. : Вища школа, 1987. - 375 с.
13. Новиков, Ю. В. Основы цифровой схемотехники: Базовые элементы и схемы. Методы проектирования / Ю. В. Новиков. - М. : Мир, 2001. - 379 с.
14. Грехов, И. В. Тиристоры, выключаемые током управления / И. В. Грехов, И. А. Линийчук. - Л. : Энер-гоиздат, 1982. - 96 с.
15. Сравнительный анализ ключевых схем на транзисторах и запираемых тиристорах / В. П. Безручко, До-Чинь, В. Л. Миронченко [ и др.] // Известия вузов. Электромеханика. - 1989 - № 11 - С. 111-113.
Стаття надiйшла до редакцп 15.02.2011.
Пiсля доробки 22.03.2011.
Близняков О. В., Миронченко В. Л.
Аналiз та синтез системи керування регулятора для затемнювачiв свггла
Виконано aHa.ni.3 i синтез системи керування регулятора напруги для затемнювачiв ceimna на запираних тиристорах. Надано приклад схемног реaлiзaцii системи керування.
Ключов1 слова: aнaлiз, синтез, регулятор напруги, система керування, зaпирaнi тиристори, керуючий мпульс.
Bliznyakov О. V., Mironchenko V. L.
Analysis and synthesis of regulator control system for dimmers
Analysis and synthesis of the gate-controlled thyristor-based voltage regulator control system for dimmers has been performed. Example of a control system circuit is represented.
Key words: analysis, synthesis, voltage regulator, control system, gate-controlled thyristors, control pulse.
УДК 681.5.013
С. О. Бур'ян, В. Ю. Ворощенко, С. В. Король, О. Ю. Савич, С. А. См1рнов
Нацюнальний техшчний ушверситет Украши «Кшвський полггехшчний шститут»
АВТОМАТИЗАЦ1Я ФОРМУВАННЯ ТРАСКТОР1Й ПРИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМУ ДОСЛ1ДЖЕНН1 ЕЛЕКТРОМЕХАН1ЧНИХ СИСТЕМ
У статт1 запропоновано пристрш для автоматизаци формування траекторш при експериментальному досл1джент електромехатчних систем. Траекторп формуються за допомогою лог1чного програмованого контролера, що тдключений до промислового перетворювача частоти. Представленорезультати дослгджень для р1зних титв траекторш.
Ключов1 слова: лоачний програмований контролер, автоматизащя, траектор1я руху, синтез.
Вступ. Експериментальш дослщження електромехатчних систем часто складаються з велико! шлькосп серш теспв, яю виконуються для рiзного типу задаючих i збурюючих дш. Для аналiзу i систематизацл отрима-них експериментальних даних уа тести з одним типом заданих траекторш повинш мати щентичт характерш далянки (розгш, гальмування, накидання момента). От-
римання однотипних експериментальних даних при дослвджент електромехатчних систем в режим вщпра-цювання стутнчастих лiфтових траекторш або траекторш з реверсом можливе ильки при використанш про-грамованого задавального пристрою. Для цього можуть використовуватися спецiальнi пристро!: персональний комп 'ютер з платою, що реалiзуе дискретш входи/вихо-
© С. О. Бур'ян, В. Ю. Ворощенко, С. В. Король, О. Ю. Савич, С. А. CMipHOB, 2011
ди, штерфейс зв'язку з комп'ютером, спещально роз-роблений пристрiй на основi мiкроконтролера з блоком узгодження рiвнiв сигналiв i програмно-апаратним комплексом для програмування, чи система на основi програмованого логiчного контролера (ПЛК)[1].
Першi два варiанти вимагають значних витрат на реалiзацiю як апаратно! частини (розробка або прид-бання необх1дних пристро!в), так i програмно! (вивчен-ня ввдповщно! мови програмування, написання програ-ми, що реалiзуe алгоритм роботи i керування апарат-ною частиною системи).
Реалзаця на основi ПЛК дозволяе створити найбiльш надiйну i дешеву систему iз зручним i простим тер-фейсом програмування за рахунок використання серш-ного контролера iз вбудованою операцiйною системою, яка реалiзуе усi апаратно залежнi i системт функци [2].
Мета роботи. Розробити унiверсальну установку для автоматизаци експериментальних дослвджень електро-механiчних систем з можливютю формування основ-них типових траекторiй з рiзною iнтенсивнiстю розгону i сповiльнення двигуна.
Синтез траектори точного позищювання Важливим етапом в програмувант лопчних контролерiв е отриман-ня лопчних рiвнянь, що описують умови роботи дано! системи. За цими рiвняннями можна складати програ-ми для контролерiв будь -якого типу. 1снують рiзнi мето-ди синтезу, але в тому випадку, коли умови роботи сис-теми мають майже лiнiйний характер, оптимальним е використання методу синтезу на тригерах [3].
Умови роботи системи задаються у виглядi траектори руху, представлено! на рис. 1, де Т1 - час розгону до усталено! швидкостi, Т2, Т4 - час роботи на уста-ленiй швидкостi, Т3, Т5 - час сповшьнення. На про-мiжках 2-3 та 4-5 час сповшьнення однаковий. Схема
повинна передбачати аваршну зупинку в будь-якому станi i повернення у вихщний стан [2].
Реалiзуемо дану трапецiю методом синтезу на тригерах [3, 4]. Кшьюсть вершин графа при сишга асинх-ронних схем на ЯБ-тригерах визначають з умови
2п > Б, де Б - кшьюсть станiв схеми; 2п - кшьюсть вершин графа; п - кшьюсть тригерiв. Оск1льки в схемi 10 станiв, то для синтезу необхщт мiнiмум 4 тригери. Умови роботи схеми подаються у виглядi графiчного зоб-раження послшовносп роботи багатотактно! схеми -графа переходiв. Для того, щоб запустити схему, необ-хвдно натиснути кнопку а, а попм И вщпустити. За умо-вами роботи також мае спрацьовувати аварiйна зупин-ка при натисненнi кнопки с у будь-якому сташ. Тому для реалiзацil умов роботи схеми вибрано оптималь-ний маршрут переходiв м1ж вершинами, граф переходу якого показаний на рис. 2. Для переходу м1ж вшьни-ми вершинами використовуються одиничш переходи.
Введемо так1 позначення вхщних i вихщних сигнал1в, а також сигналiв таймерiв, як1 необхшно розглядати як вхiднi сигнали для графа переходiв. Вхiднi сигнали: а -команда «Пуск»; с - аваршна зупинка, Т1 - Т5 - сигнали таймерiв, що дають затримки А/1 - А/5. Вихщт сигнали: / - команда «дозволу роботи», /2 - команда на
розгш, /3 - команда на сповшьнення.
Синтез схеми полягае у запиа умов вмикання i ски-дання кожного тригера. Умови вмикання тригера Бр записуються у виглядi добутку сигналу на ребрi, що заходить в область, i сигналiв решти тригерiв, стан яких не змiнюеться при переходi, позначеному ребром. Умо -
ва скидання триггера Яр записуеться аналогiчно для кожного ребра, що виходить з дано! обласп. На основi
Рис. 1. Задана траектор1я руху
Рис. 2. Граф переход1в
цих правил записуемо умови вмикання i скидання для Bcix чотирьох тригерiв:
sp = T2 р2 рз Ра + cp2 Р3 Ра;
RP1 = р2 p3 p4 ;
sp2 = тз Pi p3 p 4; Rp2 = Pi p3 p4 + cPi Рз Ра; Sp3 = ap1 p2 p4 + t4 Pi P2 Pa;
(1) (2)
(3)
(4)
(5)
Rp3 = Tip1 p2Pa + PiP2p4 + cp1 p2p4 + Pip2p4 ; (6)
sp4 = api p2 P3; (7)
Rp4 = T5 Pi P2 P3 + Pi p2 P3 + cp1 p2 p3 + ;
+ cPi p2 p3 + cPi P2 p3 (8)
Запишемо рiвняння для таймерiв:
Ti = pi p2 P3P4; (9)
T2 = pi p2 p3Pa ; (10)
T3 = Pi p2 Рз Pa; (11)
TA = Pi P2 p3 PA ; (12)
T5 = Pi P2 Рз Pa ; (13)
Формули для вихвдних сигнал1вf f if записуються як комбшацшш функцп вихвдних сигналiв трже^в Р
р2 , Рз та Ра
fi = Р1Р2 Рз p4 + P1P2 Рз Ра + pi p2 p3 Ра + + Pip2 рз Pa + Pi P2 p3 Pa + Pi P2 Рз Pa =
= pi p2 Рз + Pi P2Pa + p2 рз Pa ; (14)
f2 = pi p2 Рз Ра ; (i5)
f3 = Pi p2 рз Ра + Pi P2 Рз Ра • (i6)
Синтез траекторп з реверсом. Умови роботи систе-ми задаються у виглядi траекторп руху, представлено! на рис. 3, де Т6, Tii - час розгону до усталено! швид-костi, Т7, Т9, Т i2 - час роботи на усталенш швидкосп, Т8 - час роботи тд навантаженням, Ti0, Ti3 - час спо-вшьнення. Схема повинна передбачати аварiйну зупин-ку в будь-якому станi•
Дана траегаоля реал1зована аналопчно попереднiй методом синтезу на тригерах [i, 2]. Граф переходiв
з оптимальним маршрутом показаний на рис. 4.
Рис. 3. Задана траектор1я руху
Введемо таи позначення вхдних i вихвдних сигнал1в, а також сиrналiв таймерiв, як1 необхiдно розглядати як вхвдт сигнали для графа переходiв• Вхвдт сигнали: а -команда «Пуск»; с - аваршна зупинка, Ti - Т5 - сигнали таймерiв, що дають затримки At1 - Д t5. Вихiднi сигнали: f - команда «дозволу роботи», f2 - команда для реверсу, f3 - команда на розпн, f4 - команда на
спов№нення, f5 - команда накидання момента наван-таження.
Рiвняння для вмикання i скидання триrерiв матимуть такий вигляд:
Sp = T7 р2 рз Ра + cp2 Рз Ра + Tii P2 Рз Ра + P2 рз Ра ; (i7)
Rp , = T9 P2 Рз Ра + P2 Рз Ра;
(i8)
Fj.PII'^JPj
ШФ
I11
1141
00000 | ]|)1Ю |
!
I Т,.
10010 I I
t -
I
100001
ü
1 Г 7 1 r
ото 1 01m 1 0111 1 "oioi
, IIBJO I lOLOO
1101(1 I .1
Рис. 4. Граф переход1в
= т8Рх Рз Р а ;
(19)
КР2 = Рх Рз р4 + СРх Рз Ра + СР1 Рз р4 ; (20)
^Рз = °Рх Р2 Ра + т10 Рх Р2 Ра ; (21) КРЪ = СР Р2 Р4 + Т6 Рх Р2 Р4 + Рх Р2 Р4 + ;
+ Т13Рх Р2Р4 + РхР2Р4 ; (22)
= о Р^-Р2 Рз; (23) = Т12 Рх Р2 Рз + Рх Р2 Рз + СРх Р2 Р3 +
+ СРх Р2 Рз + сРх Р2 Рз + сРх Р2 Рз + Фх Р2 Рз • (24) Запишемо рiвняння для таймерiв
т6 = Рх Р2 Рз Ра ; (25)
т7 = Л Р2 Рз Ра; (26)
т8 = Рх Р2 Рз Ра ; (27)
т9 = Рх Р2 Рз Ра ; (28)
Т10 = Рх Р2 Рз Ра ; (29)
Т11 = ~РхР2 Рз Ра; (з0)
т12 = Рх Р2 Рз Ра'; (1)
Формули для вихщних сигналiв / /2, /з /4 i / записуються як комбшащйт функци вихвдних сигналiв
тригерiв Р1; Р2, Рз та Р4
/1 = Р1Р2 Рз Р4 + Р1Р2 Рз Р4 + Р1Р2 Рз Р4 + Р1Р2 Рз Р4 + +Р1Р2 Рз Р4 + Р1Р2 Рз Р4 + Р1Р2 Рз Р4 + Р1Р2 Рз Р4 + +Р1Р2Рз Р4 = Рз Р4 + Р1Р2 + Р1Р2 Р4 + Р1Р2 Рз ; (з2) /2 = Рх Р2 Рз Ра + Рх Р2 Рз Ра ; (зз)
/з = Р1Р2 Рз Ра + Рх Р2 Рз Р4 ; (з4)
/а = Рх Р2 Рз Ра + Рх Р2 Рз Ра + р Р2 Рз Р4; (з5)
/5 = РхРш. ()
Програмна реалiзацiя синтезованих виразiв викона-на на ПЛК БИ-А2зБКР [4] фiрми И1ТЛСИ1, який мае достатню продуктивнiсть, необхiдну к1льк1сть входiв/ виходiв i прийнятну цiну для поставленого завдання. Даний контролер також виконуе обробку сигналiв з пульта керування i формування вих1дних сигналiв, яш подаються на дискретнi входи стандартного перетво-рювача для керування режимами його роботи. Елект-рична схема розроблено! установки показана на рис. 5.
Призначення перемикачiв, кнопок та щдикацл наведено в табл. 1.
Таблиця 1 - Опис елементiв схеми
Позначення Назва
Перемикачi
80 Подае живлення на контролер ~200 В
81, 82, 8з, 84 Виб1р стало! часу Т1
85, 86, 87, 88 Виб1р стало! часу Т2
89 Дозвш на пуск
810 Вщпрацювання траекторп а- замкнений 810, б- роз1мкнений
Р1 Кнопка аваршно! зупинки
1идикащя
Ь1 1ндикащя включення живлення контролера
УБ1 1ндикащя дозволу на пуск двигуна
УБ2 1ндикащя реверсу двигуна
убз 1ндикащя розгону двигуна
УБ4 !ндикащя гальмування двигуна
Виходи
АС Пщключаеться джерело живлення 220 В змшно! напруги
Б11 Керування вмиканням перетворювача (перехщ в режим готовности. Шдключаеться до дискретного входу перетворювача частоти.
Б12 Виб1р напрямку обертання. Шдключаеться до дискретного входу перетворювача частоти.
БВ Розгш. Шдключаеться до дискретного входу перетворювача частоти.
Б14 Гальмування. Шдключаеться до дискретного входу перетворювача частоти.
+24У Шдключаеться до дискретного входу +24 В перетворювача частоти.
зз
Рис. 5. Електрична схема пристрою автоматизаци
Система забезпечуе
1. Формування двох титв траекторш кутово! швид-косп, як1 показаш на рис. 6, а i рис. 6, б.
2. Можлив^ь вибору для кожно! з трьох траeкгорiй часу розгону/гальмування в дiапазонi 0,1-6 с i часу роботи з постшною швидк1стю ввд 0,2 до 12 с.
3. Безпечне аваршне выключения у будь-який момент роботи.
4. 1ндикащю режимiв роботи: гоговнiсгь до роботи, розпн, гальмування i реверс.
1нтенсивтсть задано! траектори визначаеться стали-ми часу T1 i T2. Залежно вiд вибрано! траекторп три-
Значення Т2 встановлюеться також, як вказано в таб-лицi 3, iз замiною вимикачiв 81-84 на вимикач 85-88.
Для перевiрки працездатностi розробленого пристрою було проведено ряд експерименпв, представ-лених на рис. 7. Вiзуалiзацiя проводилася за допомо-гою СТЕП-2. На рис. 7, а зображено вщпрацювання траектори точного позицiювання. Як можна побачити з графiка швидкостi, час розгону складае 3 с, роботи на усталенш швидкостi - 6 с, гальмування до друго! усталено! швидкостi - 2,7 с, робота на вщповщнш швид-костi - 1,5 с та тривалють зупинки до нульово! швид-костi 0,3 с. Аваршна зупинка для дано! траектори показана на рис. 7, б. Також було знято графж перехiдного процесу швидкостi для ввдпрацювання траектори з реверсом (рис. 7, в). Розпн до усталених швидкостей 2 с, гальмування 3 с, робота на першш усталенш швид-костi 6 с, а на другш 4 с. На рис. 7, г було знято графж аваршно! зупинки для траектори з реверсом.
Висновок. Методом графiв переходiв синтезовано алгоритм роботи системи автоматизаци експеримен-тальних дослiджень, яка забезпечуе формування двох типових траекторш задано! кутово! швидкосп з можли-вiстю накидання i скидання моменту. Вщповщно до син-тезованого алгоритму розроблено програмне забезпе-чення для лопчного контролера, яке додатково реалiзуе налаштування часових характеристик заданих траек-торiй за допомогою пульта керування. Розроблена ун-iверсальна установка дозволяе автоматизувати експе-рименгальнi дослвдження електромехатчних систем, як1 базуються на сучасних транзисторних перетворювачах.
Таблиця 2 - Визначення часових характеристик заданих траекторш
Розгш 1 Розг1н 2 Гальм. 1 Гальм. 2 Уст. рух1 Уст. рух2
Траектс^я а Т1 Т1 Т2 Т2 4*Т1 2*Т1
Траектор1я б Т1 - 0,9*Т2 0,1*Т2 4*Т1 0,5*Т1
Таблиця 3 - Значення таймер1в
81 82 83 84 Т1,с 81 82 83 84 Т1,с
0 0 0 0 - 1 0 0 0 0,8
0 0 0 1 0,1 1 0 0 1 0,9
0 0 1 0 0,2 1 0 1 0 1
0 0 1 1 0,3 1 0 1 1 2
0 1 0 0 0,4 1 1 0 0 3
0 1 0 1 0,5 1 1 0 1 4
0 1 1 0 0,6 1 1 1 0 5
0 1 1 1 0,7 1 1 1 1 6
гл,
б
Рис. 6. Форми траектори задано! швидкосш
валють розгону, гальмування i усталеного руху визна-чаеться за допомогою Т1 i Т2 вiдповiдно до алгоритму, наведеному в табл. 2. Для траектори (рис. 6, б) усилений рух 1 вiдповiдае робот! на максимальнш швидкостi, а усталений рух 2 - робота на швидкосп точного пози-ц1ювання.
Значення стало! часу Т1 встановлюеться за допомо-гою зовнiшнiх перемикачiв 81-84, як показано у табл. 3.
СПИСОК Л1ТЕРАТУРИ 3.
1. Ельперiн, I. В. Промисловi контролери: Навчаль-
ний посiбник / Ельперiн I. В. - К. : НУХТ. - 2003. - 4 320 с.
2. Федоров, Ю. Н. Справочник инженера по АСУТП: Проектирования и разработка. Учебно-практическое пособие / Федоров Ю. Н. - М. : Инфра-Инже-нерия. - 2008. - 928 с.
Ковальчук, О. В. Лопчний синтез дискретних схем автоматики: навчальний поабник / Ковальчук О. В. -К. : НТУУ «КП1». - 2008. -168 с. Ковальчук, О. В. Застосування рiзних метсдав в синтезу для складних програм для лопчних програмо-ваних контролерiв / Ковальчук О. В., Бур'ян С. О. // 1нформацшний збiрник Промелектро. «Промисло-ва електротка та електротехтка». - Випуск №4. -2010. - С. 51-53.
Стаття над1йшла до редакцп 15.02.2011.
Бурьян С. А., Ворощенко В. Ю., Король С. В., Савич О. Ю., Смирнов С. А.
Автоматизация формирования траекторий при экспериментальном исследовании электромеханических систем
В статье предложено устройство для автоматизации формирования траекторий при экспериментальном исследовании электромеханических систем. Траектории формируются с помощью логического программируемого контроллера, подключенного к промышленному преобразователю частоты. Представлены результаты исследований для различных типов траекторий.
Ключевые слова: логический программируемый контроллер, автоматизация, траектория движения, синтез.
Buryan S., Voroschenko V., Korol S., Savych O., Smirnov S.
Trajectory forming automation in experimental investigation of electromechanical systems The paper describes the trajectory automation device for electromechanical system experimental investigation. The trajectories are formed by a logical programmable controller connected to the industrial frequency converter. The experimental results for various trajectories are presented.
Key words: logical programmable controller, automation, motion trajectory, synthesis.
УДК 621.313.2.001.57
Е. С. Назарова, А. В. Пирожок канд. техн. наук, А. С. Нечпай, П. А. Подпружников
Запорожский национальный технический университет
УЧЕТ ЭФФЕКТА ОБРЫВА ПРОКАТЫВАЕМОЙ ПОЛОСЫ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ДВУХ СМЕЖНЫХ КЛЕТЕЙ СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Разработана имитационная модель электроприводов двух смежных клетей, в которой учитывается возможность обрыва прокатываемой полосы. Модель предназначена для исследования электромеханических переходных процессов указанных электроприводов при аварийных режимах.
Ключевые слова: стан холодной прокатки, моделирование, обрыв полосы.
При повышении требований к качеству листового проката возникает необходимость в детальном исследовании электромеханических систем для более эффективного использования прокатного оборудования. Эти вопросы рассматривались достаточно большим количеством исследователей, но анализ известных работ показывает, что многие из них (в частности [1, 2]) посвящены исследованию процесса механического движения металла без учета возможности обрыва полосы. В известных работах [3, 4], посвященных исследованию непрерывных станов холодной прокатки, недостаточно внимания уделено вопросам углубленного изучения динамических процессов, связанных с особенностями аварийных ситуаций, исследования электромеханических процессов, создания имитационной модели, учитывающей возможность обрыва прокатываемой полосы.
Имитационные модели позволяют без нарушения производственного цикла прокатного стана исследовать его электромеханические процессы, снизить трудоемкость и затраты на проведение этих исследований, что является актуальным при разработке новых систем управления. Использование этих моделей позволит оптимизировать существующие системы защиты и алгоритмы выхода из аварийной ситуации.
Целью является создание имитационной модели электроприводов двух смежных клетей, в которой учитывается эффект обрыва прокатываемой полосы, для исследования электромеханических процессов при аварийных режимах.
Для исследования электромеханических процессов во взаимосвязанных электроприводах смежных клетей прокатного стана разработана в пакете современных прикладных программ [5] имитационная модель (рис. 1), где 8Аи-1, 8Аи-2 - обозначены блоки, обеспечивающие регулирование управляющих сигналов двигателей первой и второй клетей (К1е1ка-1, К1е1ка-2) [6]. Валы, соединяющие прокатные клети и приводные двигатели, имитируются блоками УАЬ-1, УАЬ-2, которые представляют собой упругости первого рода. Металл, выходящий из первой клети и входящий во вторую клеть, имитируется блоком Ргока1, которые представляют собой упругости второго рода.
Каждая подсистема является самостоятельной моделью с портами входных и выходных координат. Для удобства создан свой логотип (изображенный на ней сверху), интерфейс для ввода и изменения параметров этой подсистемы. Такой подход имеет преимущества, поскольку любая модель имеет возможность соединяться с другой моделью по каналам механических и электрических связей. Механическими координатами являются скорость, момент, сила натяжения полосы; электрическими - токи и напряжения двигателей.
Вращающие моменты, созданные в моделях двигателей постоянного тока с независимым возбуждением (БРТ-1, БРТ-2), приводят во вращение валки двух клетей. Подсистемы 8Аи-1, 8Аи-2 собраны в виде двух-контурной системы автоматического управления скоростью двигателя клети с внутренним контуром регулирования тока [7].
© Е. С. Назарова, А. В. Пирожок, А. С. Нечпай, П. А. Подпружников, 2011
