БЛОК УПРАВЛЕНИЯ СТЕНДОМ ИСПЫТАНИЙ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ШТАНГОВЫМ ГЛУБИННЫМ НАСОСОМ

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике, в частности, к системам управления испытательного оборудования, предназначенного для испытания интеллектуальных систем управления штанговым глубинным насосом (ИСУ ШГН).
Известен стенд [Р.Л. Барашкин, В.Е. Попадько, О.Д. Антипов, С.А. Зуев, B.C. Северенко, Имитационный стенд для тестирования алгоритмов управления объектов нефтегазовой отрасли, Компьютерные измерительные технологии: Материалы I Международного симпозиума. / Научн. ред. А.Н. Тихонов; Общ. ред. С.У. Увайсов; Отв. ред. И.А. Иванов - М.: ДМК Пресс, 2015, 352 с.] для проверки функционала и алгоритмов управления автоматизированной системы управления технологическим процессом. Стенд оснащен динамической моделью, осуществляющей имитацию поведения реального объекта и способен обеспечивать автоматизированное тестирование алгоритмов управления.
Недостатком стенда является то, что он представляет собой программный продукт, направленный на решение узкоспециализированной задачи и не позволяет испытать систему управления в целом.
Наиболее близкой по существу решаемой задачи является система [Р.Л. Барашкин Система автоматизации стенда для испытания насосного оборудования в условиях повышенного содержания солей // II Всероссийская научно-практическая интернет-конференция: сборник трудов / редкол.: А.П. Веревкин, и др. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 2014. - С. 63-66], предназначенная для автоматизации стенда испытаний насосного оборудования. Каждый блок в данной системе, в том числе и шкаф управления стендом, представляют собой модельные блоки, реализованные на базе контроллера NI PXI-8109 и модулей NI PXI-6239, NI PXI-6511, NI PXI-2569, N1-6221, PXI PROFIBUS, установленных в шасси NI PXI-1044. В качестве среды разработки использовалось NI Lab VIE 2012.
Недостатком данной системы является то, что она носит лишь исследовательский характер и не предназначена к использованию в полевых условиях и на реальных объектах управления.
В основу настоящей полезной модели положена задача расширения функциональных возможностей стенда для исследования и испытания ИСУ ШГН, за счет использования блока управления стендом.
Достижение указанного результата обеспечивается за счет того, что блок управления стендом испытаний ИСУ ШГН позволяет получить мгновенные значения фазных токов и линейных напряжений, действующих на выходе ИСУ. Для этих целей используется три датчика тока и три датчика напряжения. При этом датчики тока представляют собой трансформаторы тока со встроенной резистивной нагрузкой, обеспечивающей чувствительность 8,9 мВ/А, с тороидальным магнитопроводом ГМ414 2-го класса фирмы Гаммамет. Использование трансформаторов тока обусловлено простотой обеспечения изоляции измерительного выхода от сильноточных цепей. Применение магнитопровода ГМ414 обусловлено его малыми потерями на перемагничивание и, соответственно малыми амплитудными и фазовыми искажениями измерительного сигнала. Непосредственное измерение линейных напряжений производится при помощи высоковольтных резистивных делителей, соединенных звездой. Это также минимизирует амплитудные и фазовые искажения сигнала. Кроме этого, для аварийного отключения нагрузки от выхода ИСУ применен электромагнитный контактор КМИ-49512 с номинальным током 95 А. Выбор контактора обусловлен меньшей стоимостью и меньшими потерями при передаче силового сигнала в нагрузку. Управление нагрузкой ИСУ производится подачей токового сигнала на обмотку ротора синхронного генератора стенда. Для обеспечения хорошей динамики регулирования мощности нагрузки стенда применены три блока питания с суммарным выходным напряжением 72 В при номинальном токе 5 А. Регулятор тока находится в контроллере БУ-НС и выполнен по схеме импульсного понижающего стабилизатора с обратной связью по току.
На фиг. изображен внешний вид блока управления стендом.
На дверце блока размещены следующие элементы:
- контроллер управления с двухстрочным жидкокристаллическим текстовым дисплеем;
- кнопки управления сервисным меню блока: «<<» - меньше, «>>» - больше и «<>» - ввод;
- тумблер включения питания «СЕТЬ»;
- тумблер переключения режима работы «МЕСТ/ДИСТ»;
- кнопка включения/отключения нагрузки «ПУСК/СТОП»;
- светодиодные индикаторы: «СЕТЬ», индицирующий включенное состояние блока, «НАГРУЗКА» и «ПЕРЕГРУЗКА», индицирующие включенное состояние нагрузки и ее аварийное отключение, «ОКС-ТХ» и «ОКС-RX», индицирующие передачу данных по оптоволоконному кабелю ОКС.
На боковой стенке блока расположен разъем для подключения питания ~220 В, 50 Гц, предохранитель и болт заземления. В полу блока предусмотрены 3 отверстия для ввода входного и выходного силовых кабелей, а также оптического кабеля.
Блок управления работает следующим образом.
ИСУ ШГН подключают к блоку управления стендом. Включают блок управления стендом. Посредством программного обеспечения, установленного на автоматизированном рабочем месте, контролируется обмен информацией между блоком управления стендом и автоматизированным рабочим местом. При этом блок управления стендом выполняет следующие функции:
- производит подключение асинхронного электродвигателя к выходу ИСУ ШГН через контактор по команде оператора;
- производит измерение фазных токов и линейных напряжений на обмотках асинхронного электродвигателя (нагрузка ИСУ ШГН) и производит вычисление активной мощности, потребляемой стендом от ИСУ ШГН, по измеренным значениям фазных токов и линейных напряжений асинхронного электродвигателя;
- обеспечивает прием и передачу информационных сообщений через интерфейс ОКС по протоколу обмена MODBUS RTU;
- передает в автоматизированное рабочее место по оптоволоконному каналу связи измеренные значения токов, напряжений и активную мощность;
- принимает от автоматизированного рабочего места по оптоволоконному каналу связи команды на включение и отключение нагрузки, а также задание текущего тока нагрузки ИСУ ШГН при использовании токового профиля нагрузки или текущей мощности при использовании мощностного профиля нагрузки;
- формирует управляющее воздействие на обмотку ротора синхронного генератора в виде напряжения постоянного тока в диапазоне от 0 В до 48 В;
- производит автоматическое регулирование напряжения на обмотке ротора синхронного генератора для получения значений фазных токов в обмотках асинхронного электродвигателя равных заданию с отклонением не более ±1 А при использовании токового профиля нагрузки;
- производит автоматическое регулирование напряжения на обмотке ротора синхронного генератора для получения значения мощности, потребляемой асинхронным электродвигателем, равного заданию с отклонением не более ±1 кВт при использовании мощностного профиля нагрузки;
- обеспечивает защиту ИСУ ШГН от перегрузки и короткого замыкания в обмотках асинхронного электродвигателя;
- оповещает АРМ по ОКС о возникновении аварийной ситуации при помощи передачи контрольной информации;
Блок управления стендом обеспечивает возможность работы в местном режиме без участия автоматизированного рабочего места.
Предлагаемое в качестве полезной модели техническое решение - блок управления стендом испытаний ИСУ ШГН можно активно применять для испытаний систем автоматического управления технологическими процессами, в частности, в интеллектуальных системах управления штанговыми глубинными насосами.
Положительный результат, проявляющийся при изготовлении и использовании предлагаемого блока управления - расширение функциональных возможностей стенда испытаний интеллектуальной системы управления штанговым глубинным насосом.