CC BY
22
УДК 62-83:681.51
МНОГОЗОННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГРУППОЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С АВТОМАТИЧЕСКИМ ПЕРЕВОДОМ СИЛОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В РЕЖИМ ХОЛОДНОГО РЕЗЕРВА
Л.И. Цытович, О.Г. Тврвщина г. Челябинск, ЮУрГУ
Рассмотрена многозонная система управления группой электроприводов переменного тока циркуляционных механизмов, например, водяных насосов с автоматическим переключением силового электрооборудования в режим холодного резерва. Приведена структурная схемы системы и таблица кодовых состояний регулятора на основе многозонного интегрирующего развертывающего преобразователя.
Одним из методов повышения надежности электрооборудования технологических комплексов является холодное резервирование [1], при котором один из технологических механизмов или их группа отключаются от напряжения сети на интервале времени, когда данные механизмы не участвуют в технологическом процессе. Типичным примером подобных систем являются электроприводы насосных станций водоснабжения, содержащие несколько параллельных каналов, работающих по принципу многозонного регулирования [2]. При этом один из каналов осуществляет плавное регулирование заданной величины, например, давления в водной магистрали, а остальные - функционируют в режиме повторно-кратковременных включений в зависимости от результирующего давления в диктующей точке системы водоснабжения. Однако находящиеся в нерабочем состоянии электроприводы и их силовые преобразователи с системой управления остаются постоянно подключенными к напряжению сети, что снижает общий ресурс безотказной работы системы управления в целом.
Ниже рассматривается принцип построения многозонной интегрирующей системы управления группой электроприводов водяных насосов, в которой производится автоматический перевод в режим холодного резерва силового электрооборудования тех каналов регулирования, которые на данном отрезке времени не участвуют в ходе выполнения требований технологического процесса.
Упрощенная структурная схема системы управления (рис. 1) содержит многозонный интегрирующий развертывающий преобразователь (МРП) на основе сумматоров £1, Т2, интегратор И с постоянной интегрирования Ти и нечетное число (п > 3,5,7...) релейных элементов РЭ1 - РЭ5 (в дальнейшем ограничимся числом п = 5) с симметричной относительно нуля петлей гистерезиса и порогами переключения удовлетворяющими условию |ь,| <|Ь2| <... <|Ь5|, где индекс при «Ь» соот-
ветствует порядковому номеру РЭ. Подробно режимы работы МРП рассмотрены в работе [3].
В установившемся режиме РЭ2-РЭ5 находятся в статическом положении, причем их выходные сигналы равны ±А/п, а в режиме устойчивых автоколебаний функционирует РЭ1, имеющий наименьшее значение порогов переключения. Скважность выходных импульсов РЭ1 в каждой из модуляционных зон пропорционально сигналу управления и выделяется с помощью сглаживающего фильтра первого порядка Ф. Число модуляционных зон МРП равно г = (п+1)/2 (в данном
случае г = 3).
Кроме МРП в состав системы входят исполнительные асинхронные электродвигатели М1-МЗ, причем М1 осуществляет плавное регулирование технологического параметра и управляется от преобразователя частоты ПЧ, а М2, М3 реализуют каналы дискретного управления, где функции силового преобразователя выполняют тиристорные регуляторы напряжения ТРН1, ТРН2 с контуром обратной связи по току статора электродвигателя, и производящие плавный пуск М2, М3 с ограничением пускового тока на уровне 2-3 номинальных значений. Сигнал задания для ПЧ формируется с выхода РЭ1 через фильтр Ф. Сигналом запуска ТРИ служит выходной сигнал соответствующего из РЭ2, РЭЗ положительной полярности.
Статическое состояние РЭ2-РЭ5 («+А/п » или «-А/п») определяется величиной входного сигнала, переводящего МРП в соответствующую модуляционную зону. При этих условиях РЭ2-РЭ5 можно рассматривать в качестве источника кода, например, двоичного, где каждой модуляционной зоне выходного сигнала МРП соответствует своя кодовая комбинация или их группа.
Считаем, что положительному знаку сигнала на выходе РЭ2 - РЭ5 соответствует логическая «1», а отрицательному - логический «О». Кроме того, полагаем, что РЭ2 формирует значение младшего разряда, а состояние РЭ5 определяет
Электромеханика
Рис. 1. Структурная схема многозонной системы управления группой электроприводов переменного тока с автоматическим переключением силового электрооборудования в режим холодного резерва
значение старшего разряда двоичного кода. Соответствие возможных кодовых комбинаций РЭ2-РЭ5 определенной модуляционной зоне (М3) МРП приведено в табл. 1. Эти комбинации определяются начальной ориентацией РЭ2 - РЭ5 при включении МРП. В зависимости от знака сигнала задания будем говорить о (+)МЗ и (-)МЗ, имея ввиду второй (ХВх > 0) и четвертый (Хвх > 0) квадраты амплитудной характеристики У„ = Г(Хвх) МРП соответственно. Здесь: Х„
сигнал задания;
среднее значение выходного сигнала МРП.
Таблица 1
Кодовые состояния релейных элементов МРП
Модуля- ционная зона РЭ2 РЭЗ РЭ4 РЭ5 Десятичное число
М31 1 1 0 0 12
1 0 1 0 10
1 0 0 1 9
0 1 1 0 6
0 1 0 1 5
0 0 1 1 3
(+)М32 0 1 1 1 7
1 0 1 1 И
1 1 0 1 13
1 1 1 14
(+)МЗЗ 1 1 1 1 15
Выключатели АВ1 и АВ2 осуществляют подключение ТРН1, ТРН2 к источнику электропитания. Разрешение на включения АВ1 и АВ2 формируется логическим устройством ЛУ в соответствии с кодом на входе дешифратора ОС (рис. 2).
На рис. 2 показано при каких значение кода на входе Б С подключены (или отключены) к сети ТРН1 и ТРН2.
ОС
1
2
от РЭ
4
» 8
1ДД
М31,(.
Числа 7,11,13,14 (+) М32
ПЧ, ТРН1 - вкл. ТРН2 - выкл.
15 —►
ч <+)МЗЗ
ПЧ, ТРН1. ТРН2 - вкл.
□
Рис. 2. Порядок включения/выключения ПЧ и ТРН
В соответствии с табл. 1 и рис. 2 ПЧ осуществляет плавную регулировку скорости вращения М1 пропорционально сигналу задания МРП во всех модуляционных зонах. В первой модуляционной зоне (+М31) МРП работает только частотнорегулируемый канал ПЧ - М1, а ТРН1 и ТРН2 -выключены сигналом логического «О» на выходах «1» и «2» ЛУ. Во второй модуляционной зоне (+)М32 второго квадрата амплитудной характеристики МРП на выходе «1» ЛУ появляется разрешение на включение питания для ТРН1, АВ1 замыкается, и ТРН1 запускается. И, наконец, в третьей модуляционной зоне (+)МЗЗ также включается ТРН2.
Таким образом, в рассмотренной системе управления к напряжению сети подключаются лишь те ТРН, которые должны работать в данной модуляционной зоне, другие при этом отключены от источника электропитания, что повышает ресурс безотказной работы системы управления.
98
Вестник ЮУрГУ, № 9, 2005
Цытович Л.И., Терещина О.Г. Многозонная система управления группой электроприводов
__________________________ с автоматическим переводом силового электрооборудования...
Следует отметить, что данный принцип построения системы управления электроприводами целесообразно применять лишь в тех случаях, когда частота ее перехода из одной модуляционной зоны в другую, сопровождаемая режимом включения / выключения автоматических выключателей АВ1 и АВ2, не превышает единиц за сутки. В противном случае эффект повышения надежности системы за счет отключения ТТРН от сети будет утерян из-за снижения срока безотказной работы автоматических выключателей по причине их частой коммутации.
Литература
. 1. Чернышев А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. — М.: Радио и связь, 1988. -256 с.
2. Цытович Л. И. Многозонные развертывающие преобразователи: Учеб. пособие. - Челябинск: Полиграф, 1999. -150 с.
3.А.с. 1418765 СССР, 00607/12. Многозонный развертывающий преобразователь/ Цытович Л. И. (СССР). — № 4290238/24; Заявлено 20.10.87; Опубл. 03.08.88, Бюл. №31.
Цытович Леонид Игнатьевич, зав. кафедрой электропривода и автоматизации промышленных установок ЮУрГУ, докт. техн. наук, профессор. В 1970 г. окончил Рижский политехнический институт. В 1977 г. - очную аспирантуру при кафедре электропривода ЧПИ. Кандидатскую диссертацию защитил в 1979 г., докторскую - в 1996 г. Научное направление - информационно-измерительные устройства и комплексы систем управления технологическими процессами и автономными стационарными и транспортными системами.
Терещина Олеся Геннадьевна, аспирант кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок ЮУрГУ. Выпускница кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок ЮУрГУ 2004 г. Научное направление - многозонные интегрирующие развертывающие преобразователи и системы управления электроприводами на их основе.
