Устройство для обучения операторов систем управления электроприводом постоянного тока

ОЮЗ СОВЕТСНИХ ЦИАЛИСТИЧЕСНИХ Н 9) 80 и 43 РЕСПУБЛИК(21) 4264789/ (22) 23.06.87 (46) 30. 1188 (75) Г, Е, Коно (53) 681, 3. 07 (56) Авторско У 744713, кл,4-2 Б валов 1(088,8)е свидетельство ССС С 09 В 9/00, 1978. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н ДВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, вчастности к техническим средствамобучения и может быть использованодля обучения и тренировки операторовнавыкам по ремонту модульных системуправления автоматизированного электропривода постоянного тока, Цельюизобретения является расширение дидактических возможностей устроиства,Устройство содержит пульт оператора1 со сменными модулями, блок заданияпрограммы 3 обучения, кольцевые сдвигающие регистры 7, дешифратор 8, элементы И 9,ИЛИ 12,блок оценок 1 О,блок ввода ответов 11,блок имитаторов 13 электрооборудования, содержащий моделитиристорных преобразователей и модель электродвигателя, Блок имитаторов силового электрооборудования подключается на пульте оператора к проверяемой системе регулирования в виде сменных модулей вместо реальногосилового электрооборудования, Оператор обнаруживает неисправные модули,введенные преподавателем, и определя- -ет совокупность модулей, подлежащихзамене, и оптимальную очередностьих замены, 6 ил.1441443 Составитель Г.Лев Техред ц. Ходанич Редактор А.Лежнин атай оррек каз 6294/55 Подписное одственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная Тираж ВНИИПИ Государственно по делам изобретений 3035, Москва, Ж, РИзобретение относится к автоматикеи вычислительной технике, в частностик техническим средствам обучения,и может быть использовано для обучения и тренировки операторов навыкам5по 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; нафиг. 3 - функциональная схема регулирования скорости автоматизированного электропривода постоянного тока; на фиг. 4 и 5 - структурные схемы якорной цепи и цепи возбужденияэлектродвигателя; на фиг. б - Функ Оциональная,схема, регулирования скорости динамического торможения автоматизированного электропривода постоянного тока,Устройство содержит (Фиг, 1) 25пульт 1 оператора со сменными модулями 2, блок 3 задания программы обучения, одноименные разряды 4, 5 и 6регистров 7, дешифратор 8, элементыИ 9, блок 10 оценок, блок 1 вводаответов, элементы ИЛИ 12, блок 13имитаторов электрооборудования, выход 14 пульта оператора, входы 15-17пульта оператора, вход 18 блока ими"таторов и выход 19 блока имитаторов,Блок 13 имитаторов (Фиг. 2) злек 35трооборудования содержит узлы моделирования якорной цепи электродвигателя 20, цепи возбуждения электродвигателя 21 и электродвигателя 22.Узлы 20 и 21 моделирования содержатинверторы 23 и 24 с перемещеннымирезисторами в цепи обратной связи исумматоры 25 .и 26. Узел 22 моделирования электродвигателя содержит первый сумматор 27 с переменным резис 45тором в цепи обратной связи, первыйинтегратор 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, второйинтегратор 33, третий сумматор 34 спеременным резистором в цепи обратной связи, операционный усилитель35, имеющий в цепи обратной связипоследовательно включенные резистори конденсатор, третий инвертор 36,Функциональный преобразователь 37,второе множительное устройство 38,разделительные диоды 39 и 40, четвертый и пятый инверторы 41 и 42 спеременными резисторами в цепях обратных связей.Блок 13 имитаторов содержиттакже переключатель 43 режимов ра"боты.Блок 44 силового электрооборудования (Фиг,З) содержит шунт 45, тахогенератор 46, делитель 47, якорь 48,обмотку 49 возбуждения, шунт 50 итиристорные преобразователи 51 и 52.Устройство работает следующимобразом,На пульте 1 оператора устанавливаются блоки со сменными модулями 2системы управления автоматизированного электропривода постоянного тока.Вместо реального блока 44 силового электрооборудования (силовой исполнительный электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения,имеющий якорь 48 и обмотку 49 возбуждения, тиристорный преобразователь51 якорной цепи и тиристорный преобразователь 52 цепи возбуждения) кблоку 1 со сменными модулями .2 к входам-выходам 14 - 19 подключены обратные связи по току якоряи токувозбуждения хБ соответственно с шунтов 45 и 50, обратная связь по напряжению от с делителя 47 из активных резисторов, обратная связь поскорости и от тахогенератора 46 и управлягощие напряжения Ци 0 д соответственно тиристорного преобразователя 51 якорной цепи и тиристорногопреобразователя 52 цепи возбужденияблока 13 имитаторов (Фиг.1) электрооборудованияПосле этого системауправления автоматизированного элект.ропривода начинает Функционироватьтак же, как и с реальным силовымэлектрооборудованием, и можно, задавая неисправности в сменных модулях,обучать и оценивать знания операторов и наладчиков систем управленияавтоматизированного элехтроприводав поиске и замене неисгравных модулей.Перед началом работы преподавательвводит в состав блока 1 несколько неисправных модулей и кодыэтих модулей вводит в блок 3, представляющий клавиатуру общей емкостиот О до 99 кодов с преобразованиемдесятичных кодов в параллельные двоичные. 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 5 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 2 О 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 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 ЭО определении неисправных модулей.В процессе выполнения задания оператор на пульте 1 обнаруживает Функциональные признаки неисправности, введенной преподавателем, определеяет З 5 совокупность модулей, подлежащих замене, и оптимальную очередность их замены.При определении первого модуля из блока 2 сменных модулей, который он 4 О считает неисправным, оператор с пульта 1 вводит код этого модуля нажатием соответствующих кнопок блока 11. В случае, если оператор верно определил последовательность замены мо я дулей и замененный им первый модуль соответствует модулю, заменяемому первым при оптимальном поиске неисправности, на входах соответствующего элемента И 9 сигналы с выходов дешиф О 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, совпадениесигналов 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 блок10 оценок, в котором производится подсчет числа замененных оператором модулей, и на сдвигающие входы регистров7, При этом коды модулей, записанныхв одноименных разрядах регистров 7,сдвигаются в последующие разряды, например из разрядов 4 в разряды 5,причем из последних разрядов 6 - впервые разряды 4, что обеспечиваетсохранение программы поиска неисправности, После первого сдвига, соответстВующего первой замене, в разрядах 6 находится код модуля, которыйдолжен заменяться вторым.При замене оператором очередногомодуля описанный процесс повторяется.В процессе поиска неисправности вблок 10 оценок поступают сигналы чис"ла замененных оператором модулей свыхода элемента ИЛИ 12, сигналы совпадений очередности замены модулей свыходов элементов И 9 и код оптималь"ного числа заменяемых модулей с группы выходов блока 3 задания программы.Блок ответов, представляющий клавиатуру с преобразованием десятичногокода в параллельный, аналогично блокупрограммы и набору схем совпадения И,ИЛИ различных комбинаций количествазаданных неисправных модулей и количества правильно замененных модулейвыдает визуальный сигнал оценки вцифровой Форме по пятибальной системе согласно таблице оценок нахождения неисправностей, в момент совпаде ния количества заданных преподавателем в блок программы неисправныхмодулей и количества замененных модулей оператором в процессе поиска неисправностей,Блок имитаторов (Фиг. 2) силовогоэлектрооборудования предназначен дляимитации 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 цепи и цепи возбужденияи математическая модель электродвигателя, представлено следующимобразом.Выходные напряжения моделей тиристорных преобразователей якорной цепии цепи возбуждения 1 т и 1), пропорциональны выходным напряжением реаль1443 Ьгде Ц - напряжение на якоре электроЯдвигателя;С - постоянная электродвигателя;еФ - магнитный поток электродви "гателя;и - число оборотов электродвигателя;" индуктивность якорной цепи;яц10 К - активное сопротивление якорачной цепи.Запишем уравнение (3) в относительных единицах, принимая за базовые величины номинальные значения переменЕтя 1 ЯКта 111 тв Ете - 1 в Ктвд где чтя, О,Етя ф15 ных 1 . 1 Й 1 аО =п ф+.1 +Т; (4)К, Я К, п1 я Ктя, е К те- внутренние падениянапряжения тиристорных преобразователей, 20Коэффициент передачи тиристорных преобразователей определяется из выра жений Ьяцде Т = - электромагнитная постоянная времени якорнойцепи; 1ККаац Етя КЩ е еттЯ 11 э твЕтв2 25ПреобразуемПеторной форме где 11 я, Б е - управляющие напряженияна выходе тиристорныхпреобразователей.Внутреннее падение напряжения тири З 0 сторных преобразователей имитируется путем введения отрицательной обратной связи по напряжению на вход сумматоров 25 и 26 пропорционально соответственно токам якоря и возбуждения. 35Выходное 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 наузел 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"5 В ющий вид: Кя(5) где е = й 4 - ЭДС электродвигателя.Уравнение движения электродвигателя имет вид СЭ пр йпш - п 1375 с 1 С(6) где СВ - маховый момент электройедвигателя, приведенный квалу;ш = С Ф 1 " движущий момент электродвигателя;С- конструктивный коэффициент пропорциональности;щ - момент сопротивления,В относительных единицах уравнение (6) примет вид:(7) С учетом соотношения щ- См фн 1 н,где ф,щ ,н - номинальные величинынпотока, момента и то"ка якоря электродвигателя,СЭпе ПнТм= -- . --(8)375 шгде п 1 = ,. ф - движущий момент. По уравнениям (5) и (8) строят структурную схему якорной цепи элект 5 144 ных тиристорных преобразователей согласно выражениям: выходные напряженияи ЭДС тиристорныхпреобразователей;токи якоря и возбуждения;внутренние активныесопротивления тиристорных преобразователей; С фп+ Ьа + Кац 1 а, (3) коэффициент передачиякорной цепи.уравнение (4) к опера1441443 1.а Квгде Т =(1+)К Кв К,(1+ в ,)Кв Кк обобщенная постоянная времени обмотки возбуждения; КвТкКк- постоянная времениконтура вихревыхтоков;Ф - магнитный поток обмоткивозбуждения;К . - активное сопротивление обмотки возбуждения;- фактический намагРничивающий ток;- ток возбуждения;е - ЗДС тиристорногогввозбужденияПо системе уравнений (13) строят структурную схему цепи возбуждения электродвигателя (фиг.5).В узле моделирования якорной цепи звено с передаточной функцией Ка/1 + Тэр реализовано на сумматоре 27, интеграторе 28 и инверторе 29 и получается следующим образом.Передаточная функция звена при размыкании обратной связи имеет вид 10(14) где Ктю К 19 - коэффициенты передачисоответственно сумматора 27 и инвертора29;Тэ;- постоянная времениинтегратора 28,Передаточная функция звена призамыкании единичной отрицательнойсвязи с выхода инвертора 29 на входсумматора 27 имеет вид; 40(12) Ы (р) - -- ----- , (15)( 1 3+ я,(р) р(р)ф где М (р) = 1 - передаточная функция единичной обратной связи,После преобразования выраженияФ = 2(др)50 В операторной Форме в относительных единицах система уравнений (12) примет вид:(р):(р) (1 + Т р) 1Ф(РЭ = Ср(РН э(16) родвигателя, которая приведена на фиг4.Для режима динамического торможения который наиболее часто использу 15 ется в автоматизированном электроприводе постоянного тока (фиг.б), в уравнении (3) 11 цО, а выражение (5) примет вид: где К ч = 1/К ц+К - коэффициент передачи тока якорнойцепи;К, - сопротивление об- .моток динамического торможения,подключаемых наякорь электродви.20гателя.Уравнение движения в режиме динамического торможенияйпфф щ - щ,375 йг. В операторной Форме в относительныхединицах уравнение (11) имеет вид Мат ематич е ско е опис ание 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: йЕта дз11 +Т -- К( + - ); т 6 к,1 в в в Б Последнее уравнение системы представляет кривую намагничивания электродвигателя. 1Я,(р)11 + ----- .Тэ, рК . КНа инверторах 41 и 42 и диодах 39и 40 выполнена обратная связь по ЭДС(19) 14414 для режима движения: инвертор 41 и диод 39 и для режима динамического торможения инвертор 42 и диод 40.Коэффициент обратной связи по ЭДС регулируется переменным резисто 5 ром в цепях обратных связей инверторов 41 и 42. Переключатель 43 служит для переключения режимов 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 КС-цепоч кой в цепи обратной связи и инверторе Зб, охваченных общей единичной отрицательной обратной связью.Передаточная функция звена при размыкании обратной связи имеет вид: 20 1 р(Р) = 1 ф 1,(Р) 1 с(Р) 11 з(Р)(1")1+Тпн (р)Р 34 Т р(18)1+Ткп 25 где 14 (Р) = , - передаточнаяФункция ОУ 35;Т - постоянная времениКконтура вихревых токов(произведение КС в цепи обратной связи опеЗОрационного усилителя35);Т- постоянная временизвена на операционномусилителе 35 (произве- Збдение К во входнойцепи на С в цепи обратной связи),Передаточная функция звена при замыкании обратной связи согласно выражению (15) после преобразования имеет вид: Т во 1где Т = Т + --- обобщенная посад =к,тоянная временицепи возбуждения.С помощью Функционального преобразователя 37, выполненного по схемекусочно-линейной аппроксимации, зада"ется кривая намагничивания электродвигателя.С помощью переменных резисторовв цепях обратных связей инверторов23 и 24 узлов моделирования тиристорных преобразователей и инверторов 41,43 1030 и 42 узла моделирования электродвигателя настраиваются следуящие динамические параметры силового электрооборудования соответственно: К,.;К тв й Т1 К1 Т 1 Т о для воэможностиперестройки блока имитаторов силовогоэлектрооборудования под разное силовое электрооборудование. Коэффициентыобратной связи по ЭДС для двух режимов работы электропривода регулируются переменными резисторами в обратныхсвязях инверторов 41 и 42,Проверяемая система управления автоматизированного электропривода,установленная на пульте 1 оператора(Фиг.1), в виде сменных модулей 2подключается к блоку имитаторов силового электрооборудования к входамвыходам 14 - 19, т.е. в тех точках,в которых она отключается от реального силового электрооборудования(фиг.З и 6). Предварительно экспериментально определенные динамическиепараметры силового электрооборудованияс помощью переменных резисторов вцепях обратных связей инверторов 23,24, 30, 41, 42 (фиг.2) вводятся в узлы моделирования электродвигателя итиристорных преобразователей. Послеэтого можно считать, что динамическиепараметры блока имитаторов силовогоэлектрооборудования соответствуютдинамическим параметрам реальногосилового электрооборудования и прове-.ряемая система управления должнафункционировать совместно с блокомимитаторов силового электрооборудования по тем же законам, что и совместно с реальным силовым электрооборудованием формула изобретения 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 соединеныблица оценок нахождения неисправностей 1 14414 с выходамн :оотнет.тиуних регистров, вход разрешения пока оценок соединен с выходом блока задания программы обучения, о т л и ч а ю щ е е с яфэ5 тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены блок ввода ответов и блок имитаторов электрооборудования, содержащий узел моделирования якорной О 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 соедини с первым входом узла моделирования якорной цепи элект О 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 кото 43рого соединен с вторым входом узла моделирования якорной цепи электр- двигателя, второй вьход узла моделирования электродвигателя соединен с вторым входом узла моделирования цепи возбуждения электродвигателя и с вторым информационным входом пульта оператора, третий выход узла моделиро вания электродвигателя соединен с вторым входом переключателя, выход которого соединен с третьим входом узла моделирования электродвигателя, четвертый выход которого соединен с третьим информационным входом пульта операйора, четвертый информационныйвход которого соединен с пятым выходом 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.