ИМИТАТОР СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ СЕРИИ ЭЛЕКТРОЛИЗЁРОВ ПРОИЗВОДСТВА ФТОРА ДЛЯ ТРЕНАЖЁРНОГО КОМПЛЕКСА

Полезная модель относится к вычислительной технике и может быть использована в качестве неотъемлемой части тренажерного комплекса операторов-технологов производства фтора.
Не известны устройства аналогичного назначения.
Задачей полезной модели является имитирование системы электропитания серии электролизеров производства фтора для тренажерного комплекса операторов-технологов.
Поставленная задача решена за счет того, что имитатор системы электропитания содержит многофункциональный контроллер, к которому параллельно подключены ЭВМ, электрические сопротивления для имитирования сопротивления электролизеров, автоматы шунтирования, электрические сопротивления для имитирования сопротивления изоляции электролизеров, а также источник ЭДС, соединенный последовательно с нормирующими преобразователем. Также многофункциональный контроллер соединен с имитаторами измерительных каналов и технологического процесса электролиза.
Разработанное устройство обеспечивает имитирование системы электропитания серии электролизеров производства фтора для тренажерного комплекса операторов-технологов. Имитирование напряжения питания серии электролизеров, сопротивлений электролизеров и сопротивлений изоляции осуществляется с помощью источника ЭДС, и электрических сопротивлений. Признаки неполадок задаются с ЭВМ. Для имитации «шунтирования» электролизеров применяются автоматы шунтирования.
На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства.
Имитатор системы электропитания содержит многофункциональный контроллер 1 (МФК), к которому параллельно подключены ЭВМ 2 (ЭВМ), электрические сопротивления 3 (ЭС) для имитирования сопротивления электролизеров, автоматы «шунтирования» 4 (АШ), электрические сопротивления 5 (СИ) для имитирования сопротивления изоляции электролизеров, а также источник ЭДС 6 (ИП), соединенный последовательно с нормирующими преобразователем 7 (НП). Также многофункциональный контроллер соединен с имитаторами измерительных каналов и технологического процесса электролиза (на фиг.1 не показано).
Многофункциональный контроллер 1 (МФК) может быть реализован на модульном программируемом контроллере Siemens SIMATIC S7-300, предназначенном для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.
ЭВМ 2 (ЭВМ) может быть реализована на ноутбуке Acer E1-571-44G50Mnks.
Электрические сопротивления 3 (ЭС) и 5 (СИ) могут быть реализованы на резисторах переменных 1 кОм RS09-R-30 и резисторах переменных R-17N1-B1M, L15KC 1Мом соответственно.
Автоматы шунтирования 4 (АШ) могут быть реализованы на тумблерах ASW-15(D).
Источник ЭДС 6 (ИП) может быть реализован на источнике питания лабораторном MPS-3003L-3
Нормирующий преобразователь 7 (НП) может быть реализован на микросхеме L272.
Многофункциональный контроллер 1 (МФК) выполняет функцию производить все вычислительные операции имитатора системы электропитания описанные ниже.
Из фиг. 2 видно, что напряжение катод-«земля» для каждого i-го электролизера численно равно потенциалу этого электролизера относительно «земли»:
i
Для расчета потенциалов φ применим метод узловых потенциалов, основанный на первом законе Кирхгофа и законе Ома для электрических цепей постоянного тока.
В соответствии с методом узловых потенциалов для каждого i-го узла расчетной схемы (фиг. 2) записываем соотношения для первого закона Кирхгофа с учетом возможного «шунтирования» электролизеров:
для 1-го узла:
для i-го узла, 1<i<N
для N-го узла:
При этом токи в ветвях рассматриваемой схемы в случае, если электролизеры включены в работу, согласно закону Ома, определяются по следующим соотношениям:
Подставляя соотношения (5) в (2)-(4) и приводя подобные, получаем систему уравнений для расчета значений потенциалов электролизеров, относительно «земли»:
1
2
N
Для обеспечения возможности имитации нарушения электрической изоляции электролизеров в выражения проводимостей изоляции системы (6) внесены понижающие коэффициенты, ранее названные признаками неполадок (Ke, Ke, …, Ke), которые задаются с ЭВМ 2 (ЭВМ). Значения признаков изменяются в интервале (0, 1]. При этом значение 1 соответствует штатной работе изоляции, все другие из указанного интервала -нештатной.
При «шунтировании» электролизеров сопротивления «шунтов» в расчетной схеме принимаются равными нулю. В этом случае проводимости электролизеров должны быть обращены в ноль. Для этого в выражения проводимостей электролизеров системы (6) добавлены множители, соответствующие положениям автоматов «шунтирования» 4 (АШ) электролизеров (, , …, …, ), которые принимают значение 0 в случае «шунтирования» электролизеров и 1 в противном.
При этом потенциал i-го «зашунтированного» электролизера, кроме первого (i=1), в соответствии с принятой расчетной схемой становится равен потенциалу ближайшего слева «незашунтированного» электролизера:
Для сохранения верности процедуры расчета, в случае «шунтирования» электролизеров, в системе (6) необходимо выполнить ряд преобразований: в соответствии с (7) устранить лишние уравнения и осуществить перерасчет коэффициентов, стоящих у потенциалов «зашунтированных» электролизеров.
Таким образом, разрешив систему (6) с учетом (7) и (1), получим значения напряжений катод - «земля» для каждого i-го электролизера.
Используя результаты решения системы (6), выражения (5) и принятые допущения о проводимостях «зашунтированных электролизеров» и их потенциалов, запишем выражения для расчета токов через электролизеры:
0
1
2
N
1
2
N
Необходимые для расчета значения , , …,  задаются с помощью электрических сопротивлений 3 (ЭС), E задается с источник ЭДС 6 (ИП). Сопротивления изоляции электролизеров (Ry, Ry, …, Ry) задаются с помощью электрических сопротивлений 5 (СИ). Рассчитанные значения напряжений катод-«земля» (Uz, Uz, …, Uz) и токов через электролизеры (, , …, ) передаются затем в имитаторы измерительных каналов и технологического процесса электролиза компьютерного тренажера операторов-технологов производства фтора.