Устройство для обучения операторов систем управления электроприводом постоянного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО11ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 С 09 В 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЬ Й НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4264789/24-24 (22) 23.06.87 (46) 30. 11 ° 88. Бюл, 11=- 44 . (75) Г.E Коновалов (53) 681.3.071(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 - 744713, кл. G 09 В 9/00, 1978. (54) УСТРОЙ(:ТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к техническим средствам обучения, и может быть использовано для обучения и тренировки операторов навыкам по ремонту модульных систем управления автоматизированного электропривода постоянного тока. Целью изобретения является расширение ди„„SU„, 1441443 А1 дактических возможностей устройства, Устройство содержит пульт оператора

1 со сменными модулями, блок задания программы 3 обучения, кольцевые сдвигающие регистры 7, дешифратор 8, эле= менты И 9,ИЛИ 12,блок оценок 1О,блок вво да ответов 11,блок имитаторов 13 электрооборудования, содержащий модели тиристорных преобразоватслей и модель электродвигателя. Блок имитаторов силового электрооборудования подключается на пульте оператора к проверяемой системе регулирования в виде сменных модулей вместо реального силового электрооборудования. Оператор обнаруживает неисправные модули, введенные преподавателем, и определя-— ет совокупность модулей, подлежащих замене, и оптимальную очередность их замены, 6 ил.

1441443

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к техническим средствам обучения, и может быть использовано для обучения и тренировки операторов навыкам

5 по ремонту модульных систем управления автоматизированного электропривода постоянного тока, Цель изобретения — расширение дидактических возможностей устройства, На фиг. 1 и 2 изображена функциональная схема устройства для обучения операторов систем управления; на фиг. 3 — функциональная схема регулирования скорости автоматизированного электропривода постоянного тока; на фиг. 4 и 5 — структурные схемы якорной цепи и цепи возбуждения электродвигателя; на фиг, б — функциональная,схема, регулирования скорости динамического торможения автоматизированного электропривода постоянного тока.

Устройство содержит (фиг. 1) 25 пульт- 1 оператора со сменными модулями 2, блок 3 задания программы ohyчения, одноименные разряды 4, 5 и 6 регистров 7, дешифратор 8, элементы

И 9, блок 10 оценок, блок 11 ввода ответов, элементы ИЛИ 12, блок 13 имитаторов электрооборудования, выход 14 пульта оператора, входы !5-17 пульта оператора, вход 18 блока ими таторов и выход !9 блока имитаторов.

Блок 13 имитаторов (фиг. 2) злек35 трооборудования содержит узлы моделирования якорной цепи электродвигателя 20, цепи возбуждения электродвигателя 21 и электродвигателя 22.

Узлы 20 и 21 моделирования содержат инверторы 23 и 24 с перемещенными резисторами в цепи обратной связи и сумматоры 25 .и 26. Узел 22 моделирования электродвигателя содержит первый сумматор 27 с переменным резис45 тором в цепи обратной связи, первый интегратор 28, первый инвертор 29, второй инвертор 30 с переменным резистором в цепи обратной связи, первое множительное устройство 31, второй сумматор 32 с переменным резистором в цепи обратной связи, второй интегратор 33, третий сумматор 34 с переменным резистором в цепи обратной связи, операционный усилитель

i35 имеющий в цепи обратной связи последовательно включенные резистор и конденсатор, третий инвертор 36, функциональный преобразователь 37, второе множительное устройство 38, разделительные диоды 39 и 40, четвертый и пятый инверторы 41 и 42 с переменными резисторами в цепях обратных связей.

Блок 13 имитаторов содержит также переключатель 43 режимов работы.

Блок 44 силового электрооборудования (фиг.3) содержит шунт 45, тахогенератор 46, делитель 47, якорь 48, обмотку 49 возбуждения, шунт 50 и тиристорные преобразователи 51 и 52.

Устройство работает следующим образом.

На пульте 1 оператора устанавливаются блоки со сменными модулями 2 системы управления автоматизированного электропривода постоянного тока.

Вместо реального блока 44 силово»

I.u электрооборудования (силовой исполнительный электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, имеющий якорь 48 и обмотку 49 возбуждения, тиристорный преобразователь

51 якорной цепи и тиристорный преобразователь 52 цепи возбуждения) к блоку 1 со сменными модулями .2 к входам-выходам 14 — 19 подключены обратные связи по току якоря i и току возбуждения iö соответственно с шунтов 45 и 50, обратная связь по напряжению от„ с делителя 47 из активных резисторов, обратная связь по скорости и от тахогенератора 46 и управляющие напряжения U „„ и 0 соответственно тиристорного преобразователя 51 якорной цепи и тиристорного преобразователя 52 цепи возбуждения блока 13 имитаторов (фиг.l) электрооборудования ° После этого система управления автоматизированного электропривода начинает функционировать так же, как и с реальным силовым электрооборудованием, и можно, задавая неисправности в сменных модулях, обучать и оценивать знания операто ров и наладчиков систем управления автоматизированного элехтропривода в поиске и замене неисправных модулей.

Перед началом работы преподаватель вводит в состав блока 1 несколько неисправных модулей и коды этих модулей вводит в блок 3, представляющий клавиатуру общей емкости от О до 99 кодов с преобразованием десятичных кодов в параллельные дво1441443 4 ичные. На выходе блока 3 формируются параллельные коды неисправных модулей, которые должны быть заменены оператором в процессе поиска неисправностей. Зти коды через группы выходов блока 3 задания программы поступают на входы одноименных разря,цов 4,5 и 6 регистров 7.

Каждая совокупность одноименных разрядов регистров 7 образует регистр, который хранит код одного модуля, а последовательность размещения кодов модулей в разрядах 4,5 и 6 соответствует оптимальной последовательности 15 их замены при поиске неисправности.

При этом в последних разрядах 6 размещается код модуля, который должен заменяться первым, а в первых разря дах 4 — код модуля, который должен 2О заменяться последним. С выходов последних разрядов 6 код модуля, заменя. емого первым, поступает на дешифратор

8. При этом на соответствующем выходе дешифратора 8 формируется сигнал, по- 25 ступающий на один из входов соответствующего элемента И 9. Одновременно блок 3 выдает в блок 10 оценки код числа, соответствующего оптимальному числу модулей, подлежащих замене при 30 определении неисправных модулей.

В процессе выполнения задания оператор на пульте 1 обнаруживает функциональные признаки неисправности, введенной преподавателем, определеяет 3 совокупность модулей, подлежащих .замене, и оптимальную очередность их замены.

При определении первого модуля из блока 2 сменных модулей, который он 40 считает неисправным, оператор с пульта 1 вводит код этого модуля нажатием соответствующих кнопок блока

11. В случае, если оператор верно определил последовательность замены мо- 45 дулей и замененный им первый модуль соответствует модулю, заменяемому первым при оптимальном поиске неисправности, на входах соответствующего элемента И 9 сигналы с выходов дешиф- 5О ратора 8 и блока 11 совпадают. При этом в блок 10 оценок выдается сигнал совпадения кодов. В случае, если замененный модуль не соответствует модулю, заменяемому первым, совпадение сигналов на входах элементов И 9 не происходит и в блок 10 оценок сиг. нал совпадения не поступает. Одновременно сигнал с выхода блока 11 оценок через элемент ИЛИ 12 поступает в блок

10 оценок, в котором производится подсчет числа замененных оператором модулей, и на сдвигающие входы регистров

7. При этом коды модулей, записанных в одноименных разрядах регистров 7, сдвигаются в последующие разряды, например из разрядов 4 в разряды 5, причем из последних разрядов 6 — в первые разряды 4, что обеспечивает сохранение программы поиска неисправности. После первого сдвига, соответстВующего первой замене, в разрядах 6 находится код модуля, который должен заменяться вторым.

При замене оператором очередного модуля описанный процесс повторяется.

В процессе поиска неисправности в блок 10 оценок поступают сигналы чис= ла замененных оператором модулей с выхода элемента ИЛИ 12, сигналы совла дений очередности замены модулей с выходов элементов И 9 и код оптималь". ного числа заменяемых модулей с группы выходов блока 3 задания программы.

Блок ответов, представляющий клави атуру с преобразованием десятичного кода в параллельный, аналогично блоку программы и набору схем совпадения И, ИЛИ различных комбинаций количества заданных неисправных модулей и количества правильно замененных модулей выдает визуальный сигнал оценки в цифровой форме по пятибальной систе ме согласно таблице оценок нахождения неисправностей, в момент совпаде-ния количества заданных преподавателем в блок программы неисправных модулей и количества замененных модулей оператором в процессе поиска неисправностей.

Блок имитаторов (фиг.2) силового электрооборудования предназначен для имитации всех возможных статистических и динамических режимов работы си"ловой части электрооборудования.

Математическое описание блока имитаторов силового электрооборудования, в состав которого входят математические модели тиристорных преобразователей якорной цели и цепи возбуждения и математическая модель электродвигателя, представлено следующим образом.

Выходные напряжения моделей тирис.торных преобразователей якорной цепи и цепи возбуждения Пт< и U,< пропорциональны выходным напряжением реаль1443 Ь где U — напряжение на якоре электроЯ двигателя;

С - постоянная электродвигателя; е г

Ф - магнитный лоток электродви гателя;

n — число оборотов электродвигателя;

" индуктивность якорной цепи;

Яц

10 R — активное сопротивление якорац ной цепи.

Запишем уравнение (3) в относитель. ных единицах, принимая за базовые величины номинальные значения перемен11 тя E тя э- яКтя»

Етя 1 в R»s» д" чтя ° П,в

Етя» Етв

"Я» Е тя тв ных

1 . 1 п1я

О = II.Ô+ -- -i + -- Т; (4)

К, Я К, de g тЯ»

16 1 тв — внутренние падения напряжения тиристорных преобразователей. 20

Коэффициент передачи тиристорных преобразователей определяется из выра жений где Т = — электромагнитная постоЬяц

Э=В янная времени якорной цепи;

K

g ац

К =, ()

Егв 25

Преобразуем

Пте торной форме

Етя

К щ» ° тя Я

5 144 ных тиристорных преобразователей согласно выражениям: выходные напряжения и ЭДС тиристорных преобразователей; токи якоря и возбуж дения; внутренние активные сопротивления тиристорных преобразователей; коэффициент передачи якорной цепи. уравнение (4) к опера где 11 g» U e — управляющие напряжения на выходе тиристорных преобразователей.

Внутреннее падение напряжения тири З0 сторных преобразователей имитиру тся путем введения отрицательной обратной связи по напряжению на вход сумматоров

25 и 26 пропорционально соответственно ,токам якоря и возбуждения. 35

Выходное напряжение модели тиристорного преобразователя якорной цепи через замкнутый контакт переключателя

43 поступает на вход узла моделирования якорной цепи электродвигателя, состояний из сумматоров 27 и,32 интеграторов 28 и 33, инверторов 29, 30, 41 и 42, множительных устройств

31 и 38 и диодов 39 и 40.

Выходное напряжение узла моделирования тиристорного преобразователя возбуждения поступает на узел моделирования обмотки возбуждения электродвигателя, состоящий из сумматора

34, операционного усилителя 35 с последовательно соединенными резистором и конденсатором в цепи обратной связи, инвертора 36 и функционального преобразователя 37.

Уравнение якорной цепи имеет следу-5В ющий вид:

С Фп + Ьяц + R ац а» (3) Кя (u — е), (5)

+ Тэp где е = и . @ — ЭДС электродвигателя.

Уравнение движения электродвигателя им ет вид

GD np dn L ш — m

375 dt. (6) где GD — маховый момент электроАр двигателя, приведенный к валу;

m = С .Ф 1Я" движущий момент электром двигателя;

С „ - конструктивный коэффициент пропорциональности;

m — момент сопротивления.

В относительных единицах уравнение (6) примет вид:.dn

Тм — 1 ° ф-m ю (7) где т =,„. Ф вЂ” движущий момент.

По уравнениям (5) и (8) строят структурную схему якорной цепи электС учетом соотношения я „ = См Ф„ 1„, где Ф„,m, i н - номинальные величины н» потока, момента и то" ка якоря электродвигателя, Тм= — —.— — --

GDme Пн

1 (8)

375 m q

1441443 родвигателя, которая приведена на фиг ° 4.

Для режима динамического торможения, который наиболее часто используется в автоматизированном электропри5 воде постоянного тока (фиг.6) в уравнении (3) Uq О, а выражение (5) примет вид:

-е . Кя

1 .

Я 1 + (9) где К = 1/Квц+К, — коэффициент передачи тока якорной цепи;

R — сопротивление об-моток динамического торможения, подключаемых на якорь электродви 20 гателя.

Уравнение движения в режиме динамического торможения

СВ adn

375 йс (10) 25

В операторной cbopMe в относительных единицах уравнение (11) имеет вид

1 и = — — (m -m)

Т„р (11) Зо

Математическое описание обмот и возбуждения электродвигателя дан с учетом вихревых токов в массивных частях машины. Потоки рассеяния малы по сравнению с основным потоком и вихревыми токами и ими можно пренебречь.

Уравнения цепи возбуждения могут быть записаны в виде системы:

dE гв .. die

U +T — — R(i +i — -) тв к dt. в в вdt

di t

+ Т вЂ”вЂ” в р (12) Ф = f (it}.

Последнее уравнение системы представляет кривую намагничивания электродвигателя. 60

В операторной форме в относительных единицах система уравнений (12) примет вид: е в (p) (1 + Т„р) = R, в(р) (1+Тв,Р) 1

iв(р)=it,(р)(1 + Т„р); (13) ф(р) = Сд„(р)) 1e Rs где Т = -- (1+--) ва в

- R (1+ —.) Кв

Ra — обобщенная постоянная времени обмотки воз буждения;

Rs

T к — постоянная времени контура вихревых токов

Ф - магнитный поток обмотки возбуждения;

Rв . — активное сопротивление обмотки возбуждения; — фактический намаг»

Р ничивающий ток; — ток возбуждения;

e - ЗДС тиристорного возбуждения.

По системе уравнений (13) строят структурную схему цепи возбуждения электродвигателя (фиг.5).

В узле моделирования якорной цепи звено с передаточной функцией

K>/1 + Тэр реализовано на сумматоре

27, интеграторе 28 и инверторе 29 и получается следующим образом.

Передаточная функция звена при размыкании обратной связи имеет вид

К й1 К19

w (1) = — — — ——

Т„р (14) W (W з(Р) э (15) 1 + w,(р) . W„(1) где М (р) = 1 — передаточная функция единичной обратной связи.

После преобразования выражения (15) оно примет вид.

w,(р) ° (16) 1

1 + — — — — --Т р.К ., ° К

На инверторах 41 и 42 и диодях 39 и 40 выполнена обратная связь по ЭДС где К9, К99 - коэффициенты передачи соответственно сумма» тора 27 и инвертора

29;

Тэ;- постоянная времени интегратора 28.

Передаточная функция звена при замыкании единичной отрицательной связи с выхода инвертора 29 на вход сумматора 27 имеет вид:

1 + т

W (р) =.- — -- -"1+ т,р (19) 14414 для режима движения: иннертор 41 и диод 39 и для режима динамического торможения инвертор 42 и диод 40.

Коэффициент обратной связи по

ЭДС регулируется переменным резисто5 ром в цепях обратных связей инверторов 41 и 42. Переключатель 43 служит для переключения режимон работы электродвигателя (движение, динамическое торможение).

В модели обмотки возбуждения звено с передаточной функцией 1 + Ткр/1 +

+ Т,р . реализовано на сумматоре 34, операционном усилителе 35 с RC-цепоч- 15 кой в цепи обратной связи и иннерторе

Зб, охваченных общей единичной отрицательной обратной связью.

Передаточная функция звена при размыкании обратной связи имеет вид: 2р р(Р} = W, (P) 1" „÷,(P) W з (Р) 1 (17)

1+Тп (V) =К р т„„р (18}

1+T n 25 где 11 „(p) = ------ — передаточная

Функция ОУ 35;

Т вЂ” постоянная времени к контура вихревых токов (произведение RC в цепи обратной связи опеЗО ряционного усилителя

35);

Т,, — постоянная времени звена на операционном усилителе 35 (произве- Зб дение R во входной цепи на С в цепи обратной связи).

Передаточная функция звена при замыкании обратной связи согласно выражению (15) после преобразования имеет вид:

T soi где Т = Т + — — — обобщенная поск„ тоянняя времени цепи возбуждения.

С помощью функционального преобразователя 37, выполненного по схеме кусочно-линейной аппроксимации, зада" ется кривая намагничивания электродвигателя.

С помощью переменных резисторов в цепях обратных связей инверторов

23 и 24 узлов моделирования тиристорных преобразователей и инверторов 41, 43 10

30 и 42 узла моделировяпия эл ктродвигателя настраиваются следуя>щие динамические параметры силового электрооборудования соответственно: К,.„;

К уТуК1ТдуТрддля возможности перестройки блока имитаторов силового электрооборудования под разное силовое электрооборудование. Коэффициенты обратной связи по ЭДС для двух режимов работы электроприводя регулируются переменными резисторами в обратных связях иннерторов 41 и 42, Проверяемая система управления автоматизированного электропривода, установленная на пульте 1 оператора (фиг.1}, в виде сменных модулей 2 подключается к блоку имитаторов силового электрооборудования к входамвыходам 14 - 19, т.е. в тех точках, в которых она отключается от реально го силового электрооборудования (фиг.3 и 6). Предварительно экспериментально определенные динамические параметры силового электрооборудования с помощью переменных резисторов в цепях обратных связей инверторов 23, 24, 30, 41, 42 (фиг.2) вводятся в уз-лы моделирования электродвигателя и тиристорных преобразователей. После этого можно считать, что динамические параметры блока имитаторов силового электрооборудования соответствуют динамическим параметрам реального силового электрооборудования и прове-. ряемая система управления должна функционировать совместно с блоком имитаторов силового электрооборудова ния по тем же законам, что и совместно с реальным силовым электрооборудованием..

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для обучения операторов систем управления электроприводом постоянного тока, содержащее пульт оператора, блок задания программы обучения, регистры, дешифратор, элемент И, блок оценок и элемент ИЛИ, информационные входы регистров соединены с выходами группы блока задания программы обучения, входы которого соединены с выходами группы пульта оператора, выходы элементов И соединены с информационными входами блока оценок, первые входы элементов И соединены с соответствующими входами дешифратора, входы которого соединены

Таблица оценок нахождения неисправностей

О

l4414 с выходами с<><>тнет<.тну«>щих регH<.òðot<, вход разрешения б>п>ка оценок соединен с выходом блока задания программы обучения, о т л и ч а ю щ е е с я въ

5 тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены блок ввода ответов и блок имитаторов электрооборудования, содержащий узел моделирования якорной 10 цепи электродвигателя, узел моделирования цепи возбуждения электродвигате ля, узел моделирования электродвигателя и переключатель, первый вход которого соединен с выходом узла моде 15 лирования якорной цепи электродвигателя и с первым информационным входом пульта оператора, первый выход которого соединен с первым входом узла моделирования якорной цепи элект- 2р родвигателя, второй выход пульта оператора соединен с первым входом узла моделирования цепи возбуждения электродвигателя, выход которого соединен с первым входом узла моделирования 25 электродвигателя, первый выход кото4:> ! 2 рого соединен с вторым вход<>м vs вход Kotopot.o < oe HHeH < nRTb BbMo дом узла моделирования электродвигателя, а третий выход пульта оператора соединен с входом блока ввода ответов, выходы которого соединены с вторыми входами элементов И и с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со стробирующим входом блока оценок и входом сдвига регистров.

1441443

Продолжение таблицы

2

1441443

16

Продолжение таблицы

О

1441443

1441443

Составитель Г.Левин

Техред ц. Ходанич

Редактор А.Лежнина

Корректор Л.Патай

Тираж 459

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6294/55

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4