CC BY
73
УДК 62-83:004
К.Ю. Щукин, нач лаборатории, (495) 623-21-50,
SchukinKY@npp.vniiem.ru (Россия, Москва, ФГУП «НПП ВНИИЭМ»)
ПРЕИМУЩЕСТВА ПЕРЕВОДА АППАРАТУРЫ СИЛОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ ПРИВОДАМИ НА МИКРОПРОЦЕССОРНУЮ ЭЛЕМЕНТНУЮ БАЗУ
Анализируется целесообразность перевода аппаратуры силового управления шаговыми электромагнитными приводами на микропроцессорную элементную базу. Предлагаются подходы для получения улучшенных характеристик разрабатываемой микропроцессорной системы управления.
Ключевые слова: шаговый электромагнитный привод, микропроцессорная элементная база, алгоритмы управления и диагностики привода.
В настоящее время основным типом привода органов регулирования системы управления и защиты реактора ВВЭР-1000 является шаговый электромагнитный привод ШЭМ-3, разработанный главным конструктором реакторной установки - ОКБ «Гидропресс». Разработчиком и изготовителем комплекса электрооборудования СУЗ, который включает в себя в т.ч. систему управления приводами, является ФГУП «НПП ВНИИЭМ».
Проанализируем целесообразность перевода аппаратуры силового управления приводами типа ШЭМ на микропроцессорную элементную базу, а также рассмотрим подходы к решению задач, возникающих в процессе разработки микропроцессорной системы управления шаговым электромагнитным приводом.
Краткое описание объекта управления (привода ШЭМ-3). В состав привода ШЭМ-3 входят (рис.1):
- чехол;
- блок электромагнитов;
- блок перемещения;
- штанга;
- датчик ДПШ.
Рис. 1. Кинематическая схема привода ШЭМ-3 в режиме удержания
Блок электромагнитов состоит из трех электромагнитов. Он предназначен для создания тяговых усилий, обеспечивающих перемещение подвижных элементов блока перемещения, которые, в свою очередь, перемещают штангу, сцепленную с ОР. По назначению электромагниты подразделяются на тянущий ТМ, запирающий ЗМ и фиксирующий ФМ. Электромагниты соединены кабелями с устройством силового управления (УСУ).
Блок перемещения устанавливается внутрь чехла. Взаимодействуя с блоком электромагнитов, он осуществляет перемещение штанги с ОР путем последовательного срабатывания пар полюсов, управляющих защелками по циклограмме токов, задаваемой УСУ.
Режим перемещения привода обеспечивается подачей импульсов тока, коммутируемых в определенной последовательности, на катушки электромагнитов привода, в результате чего связанная с подвижным полюсом подвижная защелка перемещает штангу, а фиксирующая защелка удерживает ее между перемещениями. Режим стоянки привода обеспечивается подачей тока на фиксирующий электромагнит, в результате чего фиксирующая защелка обеспечивает удержание штанги. Тянущий и запирающий электромагниты в это время обесточены, подвижная защелка открыта (расцеплена со штангой). В режиме АЗ все три электромагнита обесточены, защелки открыты и штанга с ОР имеет возможность свободного падения.
Основные этапы проведения разработки микропроцессорной системы управления приводом ШЭМ
1. Анализ вариантов модернизации устройства силового управления приводом.
В ходе анализа вариантов модернизации блока был выбран вариант, при котором модернизируется управляющая часть блока управления (БУ). Силовая часть УСУ не изменяется.
Три платы (плата связи с системой ПСС, плата регуляторов токов ПРТ и плата управления выпрямителями ПУВ) заменяются цифровым модулем управления МУ1. Модуль МУ1 выполнен на основе двух микроконтроллеров - основного МК1 и диагностического МК2 (рис.2).
2. Моделирование работы системы управления и привода в пакете
МаНаЬ.
Для разработки алгоритмов работы системы управления приводом, в т. ч. микропроцессорной, необходимо исследовать как объект управления (привод ШЭМ-3), так и его совместную работу с разрабатываемой системой управления. Главной задачей, которая подлежит решению в первую очередь, является построение математической модели, достаточно точной для разработки алгоритмов управления и диагностики.
Моделирование проводилось для разработки алгоритмов работы микроконтроллеров.
Рис. 2. Структурная схема разработанного УСУ
Модель (рис.3) состоит из силовой части, системы управления и модели электромагнита привода. Система управления оформлена в виде подсистемы, в которую входят блоки импульсно-фазового управления, цифровой ПИ-регулятор, а также блоки для моделирования работы специально разработанного нового алгоритма управления приводом.
Рис. 3. Модель системы управления тянущим электромагнитом
Модель электромагнита привода также оформлена в виде подсистемы. При ее построении использовались результаты расчета магнитных потоков, которые корректировались по реально измеренным токам и напряжениям магнита.
Результаты моделирования (рис.4) позволили разработать новый алгоритм управления приводом. Его суть заключается в том, что с увеличением скорости сближения полюсов будет уменьшаться ток, и, как следствие, тянущее усилие. В результате (рис.5) существенно уменьшилась конечная скорость подвижного полюса при ударе о неподвижный полюс.
Рис. 4. Графики напряжения VI, его постоянной составляющей и2, тока 12, его постоянной составляющей 13, задающего сигнала II, величины зазора й, скорости V и силы Г по результатам моделирования
Рис. 5. Графики напряжения VI, его постоянной составляющей и2,
тока 12, его постоянной составляющей 13, задающего сигнала II, величины зазора й, скорости V и силы Г для предлагаемого алгоритма
управления
3. Разработка алгоритмов работы микроконтроллеров.
Проведенное моделирование позволило разработать алгоритмы работы основного микроконтроллера. В качестве основного микроконтроллера был выбран сигнальный процессор Texas Instruments TMS320F2812.
К оборудованию, поставляемому на АЭС, предъявляются повышенные требования по надежности. Для защиты от сбоев управляющего контроллера (программного или аппаратного характера) была разработана схема самоконтроля блока.
За основу схемы самоконтроля был выбран микроконтроллер фирмы "SiLabs" (совместим с Intel 8051).
4. Проектирование схем и конструкции блока БУ2. Разработка программного обеспечения.
Разработанный блок БУ2 с микропроцессорным управлением устанавливается в шкаф ШСУ2 вместо блока БУ1 и может быть использован в качестве ремонтного блока.
5. Проведение испытаний.
Разработанная на основе проведенных исследований микропроцессорная система управления приводом ШЭМ-3 успешно прошла функциональные, квалификационные, предкомплексные и комплексные испытания и внедрена на 2-м энергоблоке Ростовской АЭС в составе комплекса электрооборудования СУЗ.
Преимущества разработанного цифрового блока по сравнению с прототипом на дискретных элементах:
1. Гибкость системы управления обеспечивает простоту корректировки алгоритмов работы блока, а также возможность реализации перспективных алгоритмов управления и диагностики без изменения схемотехнической части блока. В качестве перспективного алгоритма управления предлагается алгоритм, обеспечивающий снижение тока тянущего электромагнита с возрастанием скорости плунжера в процессе перемещения.
Применение предложенного алгоритма позволит обеспечить снижение ударов - вредных нагрузок на привод.
2. Цифровая фильтрация сигналов повышает помехозащищенность и устойчивость работы блока.
3. Упрощение процесса наладки и контроля. Наладка не требуется. В разработанном модуле МУ1 нет ни одного подстроечного элемента, в отличие от набора плат ПРТ, ПСС и ПУВ. Процесс контроля микропроцессорного модуля выполняется в автоматизированном режиме за несколько минут. При контроле автоматически диагностируется неисправность.
4. Высокая стабильность характеристик блока при воздействии дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, старения элементов).
5. Добавлены возможности по диагностике неисправностей при работе блока на АЭС.
K. Shukin
Advantages of conversion of stepper magnetic drive's power control equipment into microprocessor element base
The appropriateness of conversion of stepper magnetic drive's power control equipment into microprocessor-based control is analysed. The approaches to getting advanced characteristics of designed microprocessor-based control system is offered.
Keywords: stepper magnetic drive, microprocessor element base, algorithms of control and diagnostics of drive.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:004
И.С. Хромов, ведущий инженер, (495) 721-11-51, I.Khromov@elsiel.ru (Москва, ЗАО "ЭЛСИЭЛ")
СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В СОСТАВЕ ВЫСОКООБОРОТНОГО ВЕНТИЛЬНОГО ПРИВОДА
Описан статический преобразователь частоты, предназначенный для без-датчикового управления высокооборотным СДПМ.
Ключевые слова: статический преобразователь частоты, синхронный двигатель.
Все чаще современные руководители предприятий, стремящиеся к созданию комфортных условий труда, уделяют внимание централизованным системам кондиционирования и отопления. В новых зданиях изначально устанавливаются высокоэффективные климатические установки, в существующих строениях вентиляционное оборудование подвергается существенной модернизации.
В обоих случаях НПА «ЭЛСИЭЛ» в качестве привода компрессора кондиционера предлагает использовать статический преобразователь частоты (СПЧ) совместно с синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ). Данное техническое решение позволяет сократить габаритные размеры холодильной установки, повысить ее эффективность, существенно уменьшить затраты на обслуживание и эксплуатацию.
Рассмотрим СПЧ, предназначенный для бездатчикового управления высокооборотным СДПМ.
Требуемые характеристики СПЧ:
1) потребляемая из сети мощность не более 100 кВт;
2) входное напряжение 380 В;
3) мощность потерь не более 5 кВт;
4) номинальное выходное напряжение 280 В;
5) номинальный выходной ток 200 А;
6) диапазон регулирования выходной частоты 500.. .1050 Гц;
