Система управления термонагревательной установкой с самодиагностированием и автоматическим резервированием каналов регулирования

О.Г. Брылина

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕРМОНАГРЕВАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ С САМОДИАГНОСТИРОВАНИЕМ И АВТОМАТИЧЕСКИМ РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ КАНАЛОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Проблема диагностирования работоспособности электронных систем управления (СУ) и их автоматическое резервирование является одной из наиболее сложных технических задач ввиду того, что традиционно требует введения в СУ либо формирователя тестового воздействия и анализатора отклика системы на это воздействие, либо относительно сложной микропроцессорной системы, осуществляющей процесс параметрического диагностирования путем сравнения текущих координат системы с заранее заданной матрицей исправного состояния объекта [1]. В этих условиях структурная избыточность СУ, обусловленная ее каналами диагностирования и резервирования, может оказаться недопустимо высокой и, фактически, привести к обратному результату, т.е. к снижению надежности всего комплекса оборудования. Кроме того, всегда возникает вопрос о том, кто будет диагностировать систему диагностирования объекта? Очевидно, что единственным эффективным путем решения подобных задач является применение простых структур систем управления, обладающих свойством самодиагностирования и автоматического резервирования каналов управления [2]. К их числу относятся системы управления на базе многозонных интегрирующих развертывающих преобразователей (МРП) с широтно- или частотно-широтно-импульсной модуляцией (ЧШИМ) [3].

Рассмотрим принцип построения подобной системы на примере термонагревательной установки (рис.1).

В ее состав входят непосредственно МРП с ЧШИМ на основе сумматоров (Е1, Е2), интегратора (И) и нечетного числа п > 3,5,7.... релейных элементов РЭ1 - РЭ3 (в дальнейшем ограничимся числом п = 3 ) с симметричными относительно нулевого уровня порогами переключения |±Ь7| <|±Ь2|<|±Ь3|, где индекс при «Ь » соответствует порядковому номеру РЭ.

Рис. 1. Структурная схема термонагревательной установки с самодиагностированием и автоматическим резервированием каналов регулирования

Выходные сигналы РЭ меняются дискретно в пределах ± А /п . РЭ1 - РЭ3 выполнены со стробирующим входом, который обеспечивает принудительное переключение РЭ в состояние — А/ п при подаче на него сигнала логической «1».

Силовую часть электрооборудования составляют тиристорные регуляторы напряжения ТРН1, ТРН2 и ТРН3, которые включаются при наличии «1» на входе управления «С». В состав ТРН входит также логическое устройство ЛУ, блок встречно - параллельно включенных силовых ключей «тиристор - тиристор» и комплекс селективных защит с

выходными координатами А1......А|. С помощью ЛУ обеспечивается

режим, когда при ЧШИМ, реализуемой в МРП, на теромнагреватели ТЭН1, ТЭН2, ТЭН3 через соответствующий ТРН подается целое число периодов напряжения сети в соответствии со скважностью выходных импульсов РЭ МРП, определяемой сигналом рассогласования на входе интегратора И. Один из каналов регулирования, например, ТРН3 и ТЭН3 является резервным. Контроль за температурой на объекте управления ОУ осуществляется с помощью датчика Д1, структура которого идентична МРП. Фильтр Ф служит для выделения полезной составляющей выходного сигнала . Блоки Л1 - Л3 функции «ИЛИ»

формируют сигнал «1» при переходе любой из координат А1......А1 в

состояние «1» (аварийный режим ТРН), что приводит к принудительному переводу соответствующего РЭ в положение — А /п и выключению ТРН.

МРП работает следующим образом.

Число модуляционных зон МРП равно к = (п +1)/2 (рис.1 б).

Режим автоколебаний всегда возникает в тракте РЭ, имеющего наименьшее значение порогов переключения. Остальные РЭ находятся в статическом и противоположном по знаку выходного сигнала состояниях. Переход МРП из одной модуляционной зоны в другую определяется величиной сигнала управления на его информационном входе (рис.1, рис.2 а). При этом реализуется ЧШИМ, когда интервалы дискретизации

и Т01 оказываются зависимыми от величины сигнала управления ХВХ (рис.2 б). Среднее значение сигнала на выходе сумматора Е2 У01...У01 за период Т01 линейно относительно ХВХ . Подробно режимы работы МРП, включая катастрофические отказы его элементов и их влияние на характеристики многозонного преобразователя, рассмотрены в работах [3, 4]. Поэтому в дальнейшем остановимся только на отказах силового оборудования системы управления термонагревателями.

В исходном состоянии ТРН1 работает в режиме ЧШИМ, а ТРН2 -находится в статическом состоянии, когда ТЭН2 постоянно подключен к напряжению сети. Канал ТЭН3 выключен, и представляет собой резервный канал регулирования.

а)

б)

= /

= /

То, = ( п + ( 2 = еот(

у» = ап [(2^/То) -1]

у 02 =а +а * /Т 01 02 21 0 1 1

у 0п п-1 \ = (£ + а0п1щ/Т0

1=1

Рис.2. Временные диаграммы сигналов МРП

Предположим, что в момент времени 10 (рис.3 в) произошло аварийное отключение ТРН2 по причине срабатывания какой-либо из его

защит. В этом случае хотя бы на одном из входов Л2 формируется «1», что приводит к принудительному переключению РЭ2 в положение — А/3 (фиг.3 в). После этого МРП автоматически переходит на поиск работоспособного канала управления.

Интервал переориентации состояний РЭ -

Момент отказа ТРН2 и блокировки РЭ1 в со-

0

д)

А/3

-А/3

-А/3

-А ±

А/3

{^Вь1ходной сигнал РЭ2^] *

V

Момент включения ТРН3

Выходной сигнал РЭЭП

Выходной сигнал сумматора 22

Рис.3. Временные диаграммы сигналов системы управления при отказах ТРН

Под действием импульса -А (рис.3 д), сформированным из-за идентичного по знаку выходного напряжения РЭ1-РЭ3 (рис.3 б - г), сигнал на выходе интегратора И (рис.3 а) нарастает в положительном направлении до тех пор, пока не будет выполнено условие УИ (г) = +Ь1

и УИ (г) = +Ь3 . После переориентации РЭ2 в состояние +А/3 (рис.3

г, момент г2 ) произойдет подача на вход «С» ТСУ3 сигнала задания и автоматический запуск резервного канала «ТРН3-ТЭН3». Кратность

г

2

г

0

резервирования может быть повышена за счет увеличения числа релейных элементов МРП и каналов «ТРН-ТЭН».

Таким образом, в предлагаемой системе управления достигается автоматическое включение ТЭН и повышается надежность работы технологической установки в целом. Это обусловлено тем, что Л1-Л3 обеспечивают «введение» ТРН1 -3 в прямой канал замкнутого контура МРП по логической функции «ИЛИ», характеризующей степень готовности (или аварийного состояния) элементов системы, первоначально находящихся вне этого замкнутого канала регулирования. В результате система приобретает свойства адаптации к аварийным отключениям не только элементов МРП, но и силового оборудования «ТРН-ТЭН». Реализация основных законов регулирования на основе МРП, например, интегральн6ого, пропорционально-интегрального и др. рассмотрены в работе [2].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Осипов О.И. Техническое диагностирование автоматизированного электропривода постоянного тока: Дис. докт. техн. наук.- Челябинск: ЧПИ, 1995.- 405 с.

2. Терещина О.Г. Электроприводы с параллельными каналами регулирования на основе многозонных интегрирующих развертывающих преобразователей. Дис. к.т.н., Челябинск: ЮУрГУ, 2007, - 235с.

3. Цытович Л.И. Многозонный развертывающий преобразователь с адаптируемой в функции неисправности активных компонентов структурой // Приборы и техника эксперимента. - М.: АН СССР , 1988.- №1.-С.81-85.

4. А.с. № 1336039 СССР, 00607/12. Многозонный развертывающий преобразователь / Л.И. Цытович. - № 4058307/24; заявл. 19.02.86; опубл. 03.04.87, Бюл. №25.

УДК 621.314

М.В. Гельман, О.Г. Брылина, М.М. Дудкин

КОМПЛЕКС ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

На кафедре «Электропривода и автоматизации промышленных установок» Южно-Уральского государственного университета при изучении курса «Преобразовательная техника» используется автоматизированный лабораторный комплекс, разработанный совместно кафедрой и