CC BY
22
t = — ln
n
a
fan У — +1
T =- ln
n
a
1 + -
a„ /a + n
/
Экспоненциальная модель процесса старения позволяет описать изменения погрешности СИ при увеличении его возраста от года и практически до бесконечности. Однако данная модель имеет ряд недостатков. Для СИ с отрицательным ускорением процесса старения она прогнозирует при t ^ <» стремление погрешности к предельному значению. В то же время для СИ с положительным ускорением модель прогнозирует неограниченное возрастание погрешности с течением времени, что противоречит практике.
Некоторые недостатки экспоненциальной модели старения удается устранить при использовании так называемой логистической модели, а также полиномиальными и диффузионными марковскими моделями или моделями на основе процессов авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего.
В технике используется большое число показателей надежности, которые приведены в стандарте ГОСТ 27.002-89. Основные из них находят применение и в теории метрологической надежности. Знание показателей метрологической надежности позволяет потребителю оптимально использовать СИ, планировать мощности ремонтных участков, размер резервного фонда приборов, обоснованно назначать межповерочные интервалы и проводить мероприятия по техническому обслуживанию и ремонту СИ.
Библиографический список
Метрологические отказы при эксплуатации СИ составляют более 60% на третьем году эксплуатации и (5) достигают 96% при работе более четырех лет.
В качестве показателей ремонтопригодности используются вероятность и среднее время восстановления работоспособности СИ. Вероятностью восстановления работоспособного состояния называется вероятность того, что время восстановления работоспособного состояния СИ не превысит заданное значение. Она представляет собой значение функции распределения времени восстановления при I = Тзад, где Тзад - заданное время восстановления. Средним временем восстановления работоспособного состояния называется математическое ожидание времени восстановления, определяемое до его функции распределения.
Для оценки показателей метрологической исправности, стабильности и безотказности, характеризующих метрологическую надежность средств измерений, необходимо в дальнейшем выяснить характер изменения во времени метрологических характеристик АСКУТЭ и описать ее математическую модель. Данная метрологическая оценка и математическая модель приведут к более эффективному распределению затрат на обслуживание и поверку средств измерений системы АСКУТЭ, а также позволят прогнозировать метрологические отказы, что приведет к более экономически эффективной работе системы.
1. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федер. закон Рос. Федерации от 23.11.2009 г. № 261.
2. Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В. Метрология,
стандартизация, сертификация: учеб. пособие. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Логос, 2005. 560 с. 3. Новицкий П.В., Зограф И.А., Лабунец В.С. Динамика погрешностей стредств измерений. М.: Энергоатомиздат, 1995. 300 с.
1
УДК 658.512.4.011
КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РАЗГОННО-БАЛАНСИРОВОЧНЫМ СООРУЖЕНИЕМ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ РОТОРОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Ю.Ф.Рубцов1
ОАО «Научно-исследовательский институт управляющих машин и систем», 614990, г. Пермь, ул. Ленина, 66.
Рассмотрены вопросы модернизации и реконструкции испытательных стендов в ОАО «Привод». Предложена концепция построения автоматизированной системы управления разгонно-балансировочным сооружением (АСУ РБС) при испытаниях роторов СДГ-12500 электрических машин ТТК-110-2У3-Г с использованием современных специализированных средств вычислительной техники. Определена структура системы автоматического регулирования технологического оборудования автоматизированной системы испытаний (АСИ) роторов электрических машин, вес которых до 18 тонн и частота вращения 7500 оборотов в минуту. Ил. 2. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: автоматизация; контроль; привод; разгонно-балансировочное сооружение; концепция; испытания; моделирование.
1Рубцов Юрий Фёдорович, кандидат технических наук, заместитель заведующего отделом, профессор кафедры информационных технологий и информационных систем Пермского национального исследовательского политехнического университета, тел.: (342) 2772888, e-mail: [email protected], [email protected]
Rubtsov Yury, Candidate of technical sciences, Deputy Head of the bureau, Professor of the Department of Information Technologies and Information Systems of Perm National Research Technical University, tel.: (342) 2772888, e-mail: [email protected], [email protected]
THE CREATION CONCEPTION OF THE AUTOMATED SYSTEM TO CONTROL A BOOSTER-BALANCING STRUCTURE UNDER TESTING OF ELECTRICAL MACHINE ROTORS Y.F. Rubtsov
"Research Institute of Control Machines and Systems" JSC, 66 Lenin St., Perm, 614990.
The problems of modernization and reconstruction of test benches in the "Privod" JSC are considered. The article pr o-poses a creation conception of the automated system to control a booster-balancing structure for testing CflM2500 rotors of TTK-110-2y3-r electric machines with the use of specialized modern computer technologies. It also determines the structure of the automatic control system of technological equipment of the automated system for testing electric machines rotors, which weigh is up to 18 tons and rotation speed is 7500 rpm. 2 figures. 2 sources.
Key words: automation; control; drive; booster-balancing structure; conception; testing; modeling.
Актуальность. На предприятиях электромашиностроительной отрасли жизненно важно стремление максимально автоматизировать сложные производственные процессы, которые включают в себя испытания электрических машин (ЭМ). Исследования, проводимые учёными ОАО «Научно-исследовательский институт управляющих машин и систем» (НИИУМС) Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), показали, что трудоёмкость испытаний электрических машин ТТК-110-2У3-Г составляет до 13% трудоёмкости изготовления электрических машин. Средние нормы времени на проведение приёмо-сдаточных испытаний одной электрической машины составляют 60- 300 ч. Средние нормы времени на обработку результатов приёмосдаточных испытаний составляют 40-100 ч. Естественно, что столь высокая трудоёмкость проведения испытаний и обработки их результатов заставляет искать концептуальные пути автоматизации испытаний с использованием современных специализированных средств вычислительной техники - компьютеров.
Предложенная концепция построения АСУ РБС при автоматизации испытаний роторов СДГ-12500 электрических машин ТТК-110-2У3-Г позволяет получить объективные и достоверные результаты испытаний, ускорить проведение контрольных измерений и повысить производительность труда. Компьютеры используются не только для обработки результатов, но и при управлении процессом испытаний, статистическом контроле и анализе результатов испытаний (не только при выборочном, но и при сплошном контроле).
Цели и задачи АСУ РБС. Конкретными целями автоматизированных систем испытаний являются:
• повышение эксплутационных характеристик и надёжности работы технологического оборудования -разгонно-балансировочных сооружений (РБС), повышение качества и ускорения процесса балансировки, уменьшение его трудоёмкости за счёт современных структурных решений АСУ ТП и её конструктивного исполнения;
• повышение уровня безаварийного функционирования технологического процесса за счёт применения высоконадёжной системы противоаварийной защиты;
• повышение уровня автоматизации операций управления, балансировки, контроля и защиты за счёт применения распределённой системы на базе совре-
менных преобразователей Simoreg DC Master, микропроцессорных контроллеров Simatic S7-300 и современного программного обеспечения;
• создание рабочих мест испытателя и оператора, соответствующих современному подходу к созданию автоматизированных рабочих мест на базе персональных компьютеров (ПК-АРМ);
• возможность передачи и приёма необходимой информации (параметров состояния оборудования, команд на включение и отключение электропривода) по компьютерной сети от отдельных подсистем АСУ ТП к ПК-АРМ.
Структура системы. АСУ РБС [1], разработанная для ОАО «Привод» в г. Лысьва Пермского края, состоит из четырёх взаимосвязанных, интегрированных комплексов: АСУ ТП «Привод», АСУ ТП «Маслосисте-ма», контроля вибраций АСУ ТП «Алмаз» и балансировки АСУ ТП «Аметист» - и предназначена для выполнения функций автоматического управления, получения информации о техническом состоянии, по которому можно определить уровень её работоспособности, балансировки, контроля и защиты электромеханического оборудования, обеспечивающих безаварийную длительную работу разгонно-баланси-ровочного сооружения DH-7 «Schenk».
Структуры АСУ ТП «Привод» и АСУ ТП «Маслоси-стема» построены в соответствии с функциональной трехуровневой моделью:
• уровень I включает КИП для получения первичной технологической информации, исполнительные устройства для реализации команд системы, местные приборы и регуляторы прямого действия, не имеющие связи с АСУ;
• уровень II включает программируемые логические контроллеры (ПЛК) с распределенной системой ввода/вывода, предназначенные для непосредственного взаимодействия с объектом управления, реализации локальных управляющих алгоритмов, осуществления информационного обмена с уровнем
• уровень III предназначен для оперативного управления и мониторинга состояния технологического процесса, восприятия управляющих воздействий оператора-технолога, диагностирования комплекса технических средств уровня II, накопления исторической информации о режимах работы привода и мас-лосистемы в процессе балансировки, хранения накоп-
Рис. 1. Структура АСИ роторов электрических машин типа ТТК-110-2У3-Г
ленной информации и выдачи протокола балансировки. Структура АСИ роторов представлена на рис. 1.
Оборудование автоматизированной системы состоит из электропривода по системе Г-Д (Леонарда), двигателя постоянного тока валоповоротного механизма и маслостанции для работы системы смазки подшипников и гидравлики вспомогательных устройств комплекса. Силовая часть электропривода состоит из приводного двигателя постоянного тока G 324/32/4 и генератора постоянного тока G 364/35/4, который приводится во вращение трёхфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором оди 1-Х.
Для защиты машин и всей установки в целом в якорной цепи системы Г-Д имеется быстродействующий выключатель постоянного тока СБДВДРЮ ББ 100.
К управляющим функциям АСИ «Привод» разгон-но-балансировочного сооружения (РБС) относятся: управление пуском привода; маневрирование в соответствии с заданным значением числа оборотов; нормальный останов; аварийное выключение или немедленное торможение приводного двигателя. Для реализации этих функций предусмотрено пошаговое дистанционное и автоматическое программное управление магнитными пускателями цепей управления, гон-ного трехфазного асинхронного двигателя, двигателей вентиляторов, возбудителей генератора и приводного двигателя постоянного тока, а также контактором и быстродействующим выключателем в якорной цепи Г-Д.
Система автоматического регулирования (САР) приводом РБС предназначена для обеспечения трёх-контурного подчинённого регулирования силового блока [2]. Первый контур содержит ПИ-регулятор тока возбуждения генератора и образован стандартной обратной связью - по переменному току питания че-тырёхквадрантного преобразователя Simoreg DC
Master. Второй контур с ПИ-регулятором тока якоря генератора образован обратной связью по сигналу, пропорциональному току якоря. Третий контур с ПИ-регулятором числа оборотов приводного двигателя, питающегося от генератора, образован обратной связью по сигналу, пропорциональному числу оборотов. Внутренние токовые контуры регулирования, подчинённые внешнему контуру регулирования числа оборотов, необходимы для того, чтобы получить оптимальную динамику регулирования и чтобы токи в цепи якоря и в цепи возбуждения не превышали допустимых граничных значений.
САР электроприводом РБС обеспечивает регулирование частоты вращения приводного двигателя с погрешностью 0,5% от заданной в диапазоне ±1500 об/мин для установившихся режимов. При этом может быть задано ограничение тока якоря или соответственно момента двигателя в диапазоне от 10 до 100% 1ном при обоих направлениях вращения двигателя. Возможна кратковременная (не более 10 мин) 150% 1ном перегрузка приводного двигателя, если его температура не превышает первое допустимое граничное значение.
Кроме вышеуказанных основных функций, САР обеспечивает две дополнительные функции. Первая -выравнивание напряжений генератора и приводного двигателя при разомкнутой якорной цепи для последующего безударного включения приводного двигателя. Для этой цели предусмотрена дополнительная обратная связь на регулятор тока якоря от сигнала, пропорционального разности указанных напряжений. Вторая функция - стабилизация тока возбуждения приводного двигателя. Для этой цели использован одноквадрантный (1Q) преобразователь Simoreg DC Master с независимым регулятором тока возбуждения и стандартной обратной связью - по переменному току питания преобразователя.
Рис. 2. Мнемосхема оператора
Регулирование двигателя валоповоротного механизма местное, автономное и не связанное с основной АСУ привода. Для него использован одноквадрантный преобразователь питания якорной цепи Simoreg DC Master со стандартной двухконтурной системой регулирования по току якоря и противо-ЭДС двигателя и независимым реверсивным питанием цепи возбуждения.
К информационным функциям АСУ ТП «Привод» относятся сбор и обработка дискретных и аналоговых сигналов, характеризующих положение коммутационных устройств и технологические параметры режимов работы привода и вспомогательного оборудования, отображение информации в цифровом виде, автоматическое непрерывное предоставление предупредительной информации об угрозе возникновения аварийной ситуации или о срабатывании защит и блокировок с запоминанием причины и времени, предоставление сообщения о невыполненных операциях пуска, работы и остановки, о неисправностях отдельных составных частей системы.
Система противоаварийной защиты (СПАЗ) обеспечивает аварийное торможение приводного двигателя постоянного тока, снимая задания с регулятора скорости с заданным ограничением тока якоря. После аварийного торможения и остановки двигателя производится фиксация предаварийной ситуации на ПК и отключение всей силовой установки.
В процессе работы по автоматизации испытательной станции производства были определены структуры САР привода РБС, проведено исследование контуров регулирования, определены параметры настроек регуляторов САР и тренды основных параметров автоматизированного привода, полученных в процессе заводских испытаний и балансировки рото-
ра СДГ-12500 в период сдачи РБС в опытно-промышленную эксплуатацию (рис. 2).
Использование математического моделирования на стадии проектирования и наладки автоматизированных систем испытаний ЭМ позволяет найти решение многих проблемных вопросов и тем самым сократить сроки внедрения и повысить показатели качества.
Система визуально-ориентированного программирования MATLAB (матричная лаборатория) с приложением Simulink фирмы MathWorks, Inc. является удобным и очень наглядным средством анализа, идентификации, построения и моделирования сложных динамических систем, к числу которых можно отнести АСИ привода разгонно-балансировочного сооружения DH-7 «Schenk» ОАО «Привод».
Проведённые испытания роторов согласно новой технологии испытаний подтвердили расчётные характеристики АСУ РБС. Тест на электрические испытания, определение характеристик холостого хода, короткого замыкания, доводка по вибрации и балансировка ротора показали надёжную и эффективную работу АСУ РБС.
Заключение. Рассматриваемая концепция построения АСИ ЭМ предлагается как система достижения целей автоматизации испытаний роторов электрических машин. Научная новизна выполненной работы заключается в том, что при испытании изделия на испытательном стенде были применены новые способы измерения и контроля параметров. Экспериментальные, а впоследствии и промышленные испытания доказали эффективность реализованной концепции автоматизированной системы испытаний роторов электрических машин типа ТТК-110-2У3-Г.
Библиографический список
1. Модернизация рабочих мест промежуточных испытаний крупных электрических машин ТТК-110-2У3-Г / Ю.Ф.Рубцов [и др.] // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2010. № 1. С. 148-151.
2. Рубцов Ю.Ф., Д.Ю. Рубцов. Моделирование сложной ди-
намической системы силового блока разгонно-балансировочного сооружения // Материалы VII Всероссийской школы-конференции молодых учёных «Управление большими системами». Пермь: Изд. ПГТУ, 2010. Т. 2. С.120-131.
УДК 621.311
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ УЗЛОВ НАГРУЗКИ ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ
Н.В.Савина1, А.А.Казакул2
Амурский государственный университет, 675027, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21.
Предложена технология и алгоритм прогнозирования информационных потоков в условиях неопределенности с использованием сочетания обратного вейвлет-преобразования, теорий случайных процессов и нечётких множеств для решения задачи оптимальной компенсации реактивной мощности. Применение предложенной технологии прогнозирования позволяет проводить анализ, корректировку и прогнозирование реактивных мощностей узлов нагрузок для получения оптимального результата при определении мест установки в распределительных сетях и мощностей компенсирующих устройств и их регулировании. Ил. 6. Табл. 2. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: компенсация реактивной мощности; математическая модель; корреляционная функция; сильный узел; слабое место; распределительная сеть; вейвлет-анализ.
PREDICTION OF REACTIVE POWER OF LOAD NODES FOR THE OPTIMAL COMPENSATION OF REACTIVE POWER UNDER UNCERTAINTY N.N. Savina, A.A. Kazakul
Amur State University,
21 Ignatievskoe Shosse, Blagoveshchensk, 675027.
The article proposes the technology and the algorithm to predict information flows under conditions of uncertainty using a combination of inverse wavelet transformation, theories of stochastic processes and fuzzy sets to solve the problem of optimal compensation of reactive power. The application of the proposed forecasting technology allows to analyze, correct and predict the reactive powers of load nodes in order to obtain the best results when determining the mounting position in the distribution networks and the powers of compensating devices and their regulation. 6 figures. 2 tables. 5 sources.
Key words: reactive power compensation; mathematical model; correlation function; strong node; weakness; distribution network; wavelet analysis.
В настоящее время можно выделить класс электрических сетей, в которых наиболее ярко выражено свойство неопределённости. Это распределительные сети напряжением до 110 кВ включительно. Основными причинами неопределённости являются низкая информационная обеспеченность, стохастическая природа электрических нагрузок и условия функционирования рынков электрической энергии.
Существующие методы и подходы к компенсации реактивной мощности (КРМ) не учитывают свойства неопределённости, что приводит к смещению ее результатов в неоптимальную область [1]. Наибольшие ошибки при выборе места установки и мощности компенсирующих устройств наблюдаются при использовании прогнозированных значений реактивной мощно-
сти узлов нагрузки, полученных путем использования моделей и методов прогнозирования, предназначенных для достоверной исходной информации и не учитывающих неопределенность, возникающую при функционировании распределительных электрических сетей.
Для получения корректного решения задачи оптимальной КРМ в распределительных сетях, обслуживаемых распределительными сетевыми компаниями, необходимо использовать технологию прогнозирования, которая позволит максимально снизить долю неоптимальных решений путем учёта факторов, связанных с неопределённостью. Точный прогноз реактивной мощности даст возможность эффективно управлять не только уровнем потерь электрической энергии,
1Савина Наталья Викторовна, доктор технических наук, профессор, декан энергетического факультета, тел. (4162) 394631, e-mail: [email protected]
Savina Natalya, Doctor of technical sciences, Professor, Dean of the Power Engineering Faculty, tel. (4162) 394631, e-mail: [email protected]
2Казакул Алексей Александрович, аспирант, ассистент кафедры энергетики, тел.: (4162) 397112, e-mail: [email protected] Kazakul Aleksei, Postgraduate, Assistant Professor of the Department of Power Engineering, tel.: (4162) 397112, e-mail: [email protected]
