автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка микропроцессорной системы регулирования скорости главных электроприводов стана горячей прокатки

На правах рукописи

1МУЛЛАБАЕВ ВИКТОР НАИЛОШЧ

РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕШ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ГЛАВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включал их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

Иосква - 1995

Работа выполнена на кафедре Автоматизированного электропривода Московского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший

научный сотрудник Ладыгин А.Н.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Иванов Г. и.

Ведущее предприятие - ВНИИ металлургического машяостроения

Защита состоится "16" февраля 1996г. в 16 час. 00 мин. в аудитории и-21Л на васедании диссертационного совета К-053.16. 06 в Московском энергетическом институте (Технической университете), адрес: 111250, Иэсква, Е-250, ул. Краснокаварданная, 14, Совет ЫЭИ(ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Цосковского энергетического института (Технического университета).

кандидат технических наук Круглянский И. Ы.

Автореферат разослан

///<Г г.

Ученый секретарь диссертационного совета К-053.16. 06. к. т. н. , доц.

Анчарова Т. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ.

Задача повышения качества и конкурентноспособности продукции листопрокатного производства на современных металлургических заводах решается наиболее эффективно путем модернизации оборудования существующих прокатных станов. Комплекс мероприятий по модернизации содержит, как правило, создание автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая собирает информацию о состоянии параметров прокатки и выдает оадаюсэге воздействие на соответствующие системы регулирования. Современные АСУ ТП предъявляют повышенные требования к главным электроприводам прокатных станов, вследствии чего одновременно возникает задача создания новых систем автоматического регулирования (САР) скорости для зтих электроприводов.

Настоящая работа ориентирована на модернизацию электроприводов чистовых клетей непрерывного стана горячей прокатки 1700 Мариупольского металлургического комбината им. Ильича( МарМК) на Украине. Модернизация включает в себя создание АСУ ТП стана с современной системой регулирования геометрии прокатываемой полосы. Система предполагает усложнение функции управления различными звеньями технологической цепи, осуществление обмена информацией с устройствами управления различных уровней, обеспечение непрерывной автоматической диагностики состояния, а такяе высокую надежность и быструю восстанавливаемость при нарутениях нормального режима. Одно из условий кюдернизации электроприводов - замена устаревшей САР на микропроцессорную, хороио согласованную с АСУ ТП стана, при сохранении имеющейся, хорошо зарекомендовавшей себя, силоеой схемы главных электроприводов.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в разработке микропроцессорной системы регулирования скорости главных электроприводов непрерывного стана горячей прокатки. Для достиязния указанной цели в работе поставлены и реиены следующие вадачи;

1. Синтез структуры системы регулирования скорости.

2. Аппаратная реализация разработанной структура

3. Разработка алгоритмов и программного обеспечения САР.

4. Экспериментальные исследования разработанной системы.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА проведенных исследований заключается в следующем:

1. Предложена тридды переключаюищся структура регулятора тока, учитывающая все многообразие режимов тока в якорной цепи системы ТП-Д, работающей с 12-ти пульсной схемой преобразователя и обеспечивающая высокое быстродействие во всех режимах тока превосходящее в несколько раз быстродействие традиционного.

2. Предложена оригинальная аппаратно-программная структура СИФУ, обеспечивающая эффективное прямое цифровое управление 12-ти пульсной схемой ТП-Д с реверсом на 6-ти пульсную.

3. Предложена оригинальная структура аппаратного и программного обеспечения двухпроцессорной САР скорости, наиболее полно отвечающая требованиям эксплуатации на непрерывном стане горячей прокатки с АСУ ТП.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

Разработана микропроцессорная САР скорости, которая может быть использована при модернизации непрерывных станов горячей прокатки с главными электроприводами по схеме ТП-Д.

Предложен компьютеризированный аппаратно-программный комплекс для испытаний и исследований микропроцессорных САР скорости систем ТП-Д.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты работы использованы при разработке технического проекта по заказу Мариупольского металлургического комбината им. Ильича для целей модернизации главных электроприводов стана горячей прокатки 1700.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ^ Основные результаты работы докладывались на заседании кафедры Автоматизированного электропривода Московского энергетического института в июне 1995 года.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной работы опубликовано две печатные работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из наи-

менований. Общий оСьем диссертации составляет страниц: /О 9'

страниц основного текста, 39~ рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность работы, сформулированы задач« и цель исследования, проведена краткая аннотация работы по разделах«.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен аналиэ особенностей процесса горячей прокатки металла в непрерывном стане, особенности силовых схем электроприводов чистовых клетей и проведен синтез оптимальной структуры системы регулирования скорости.

Отмечается,что для обеспечения нормального технологического процесса горячей прокатки элктроприводы чистовых клетей должны удовлетворять следупцнм основным требованиям:

- минимально возможные значения статической и динамической просадки скорости при входе полосы в валки - не более 1-2Х-,

- время протекания переходных процессов, вызванных входом полосы в клеть - не более 0,1-0,3 с:

- быстродействие САР скорости по управляющему воздействию, должно обеспечивать эффективную работу САР натяжения полосы и системы автоматического управления скоростным реяимом прокатки;

Для мощных электроприводов клетей станов горячей прокатки получили распространение эквивалентные 12-ти пульсные схемы выпрямления с параллельным соединением мостов. В частности, на модернизируемом стане 1700 ЫарНК используется тиристорный преобразователь (ТП) типа ТВРЧ 6300/3150/1050Т. Особенностью силовой схеыы ТП рассматриваемого электропривода является, что в прямом направлении тока двигатель получает питание от двух параллельно соединенных эквивалентных 12-ти пульсных схем, а в обратном направлении тока от двух параллельно соединенных иестипульсных схем. Мосты соединены с двигателем через сглаживающие реакторы.

Установлено, что система подчиненного регулирования, настроенная на модульный оптимум, обеспечивает удовлетворение требований предъявляемых к динамическим и статическим характеристикам рассматриваемого электропривода. Рассматривался таюгэ ряд дополнительных требований к эксплуатационным показателям САР:

- удобство согласования САР с системой АСУ ТП;

- высокая отказоустойчивость;

- удобство обслуживания;

- 1*алое врекя поиска и устранения отказов.

Было предложено использование двухконтурной системы регулирования с внутренним контуром тока и внепякм контуром скорости. В качестве регулятора Тока (РТ) принят ПИ-регулятор, и П-регулятор предложен в качестве регулятора скорости (РС).

Показано, что для рассматриваемого электропривода, система подчиненного регулирования с пропорциональным регулятором скорости обеспечивает требуемый уровень статической ошибки (менее 27.).

Проведен анализ особенностей работы 12-ти пульсной схемы ТП-Д во всем диапазоне якорного тока. Выявлено, что 12-ти пульсный ТП имеет три режима тока- зона прерывистого тока на двигателе и в мостах; зона прерывистого тока в мостах и непрерывого на двигателе;зона общэго непрерывного тока. Коэффициент передачи тиристорного преобразователя существенно меняется в зависимости от режимах тока. Поэтому ПИ-регулятор тока, выбранный по условиям непрерывного тока, непригоден для режима прерывистых токов, т. к. вследствии малости коэффициентов регулятора имеет место больше время регулирования. Для обеспечения качественного регулирования во всех режимах был выбран сложный ПИ-регулятор тока, который переключает свою структуру три раза в зависимости от режима тока. Известно, что структура регулятора тока существенно зависит от вида сигнала обратной свяви 'по току. Применение обратной связи по мгновенному току в аналоговых системах приводит к тому, что в режиме прерывистого тока может работать только регулятор интегрального типа. Показано, что хорошие результаты дает применение обратной свяви по среднему значению тока за интервал проводимости тиристора. В таком варианте можно использовать один тип регулятора во всех режимах тока, меняя лишь его настройку.

Структурная схема предлоденной САР скорости приведена ка рис.1.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ проведена разработка общей архитектуры САР скорости клетей стана, предложена схе>^а распологэния САР в цехе »модернизируемого стана 1700 и аппаратные средства системы на уровне отдельных блоков.

ЕУбрана микропроцессорная реализация САР, обладающая следую-Е/Ш31 преимуществами: более стабильное регулирование при заданной точности,возможность эффективного решения сложных нелинейных задач, возможность эффективной реализации диагностик!! и резервирования, простота стыковки с АСУ ТП.

Определявшими критериями при разработке архитектуры аппаратной части САР явились:

- обеспечение необходимых регулировочных свойств;

- удовлетворение требований эксплуатации по удобству обсдужива-

РТ

Рис.1. Структурная схема системы регулирования скорости

- ь -

ния и надежности системы.

Обеспечение надежности работы САР и удобства обслуживания велось по нескольким направлениям:

- локальное размещение САР в комфортных условиях, в помещзнии АСУ ТП;

- резервирование основных узлов САР;

- реализация централизованного контроля и диагностики, путем объединения всех САР в локальную компьютерную сеть.

Особенностью размещения электрооборудования на непрерывном стане горячей прокатки является то, что шкафы ТП главных электроприводов прокатного стана расположены на значительном удалении друг от друга. Помещение, в котором установлены эти шкафы не является комфортным для работы электронного оборудования. Поэтому, желательно вывести максимальное количество оборудования САР из помещения с ТП и максимально локализовать это оборудование для удобства управления, диагностики и обслуживания.

В результате рассмотрения нескольких вариантов архитектуры аппаратной части системы выявлено, что для рассматриваемой системы целесообразно разделить аппаратную часть САР каждой клети на два уровня: CAPI и САР2, из которых, CAPI распологается в помещении АСУ ТП, обеспечивая удобство сопряжения с АСУ ТП и централизованного контроля и диагностики, и выполняет функции регулятора скорости, а САР2 распологается в помещении ТП и выполняет .функции регулятора тока и СИФУ.

При проведении синтеза архитектуры непосредственно CAPI и САР2 решалась задача двойного резервирования на каждом уровне с целью повышения надежности системы.

CAPI состоит из двух контроллеров PC, основного и резервного, работающих одновременно, и специального блока диагностики и резервирования, производящего оперативное переключение на резервный контроллер в случае возникновения аварийных ситуаций в основном контроллере.

САР2 состоит из двух контроллеров РТ/СИФУ для управления соответственно двумя эквивалентными 12-ти пульсннми преобразователями питающими один двигатель. Резервирование на уровне САР2 осуществляется за счет использования для питания двигателя двух реверсивных ТП, включенных параллельно и управляемых каждый своим контроллером

г

т 5М

рлг

ГРУ

ТР2

ТП1

-П-

тпг

?

-Й:

тпз

ТТ5

7774

и

/6/171

Р1 : 25АТ<

}\РЗ

ЗЬАТ

АН

БП{ —

I

гр с ищу.

УШ

Контроллер

РТ/СИфУ I

4-

Р4)\ 45АТ\

1_ Ь-=-

-Хг

Контроллер РС (осн.)

1_

САР2 ^

уиг

Контроллер РТ/СИфУ 2

5пг.

Гр.

Симур

АТ1

— Д/ £

БДир

Контрол**Р _а

РС (ре} ) Ц—I

^Г™—Л САР'

1

ЧЭ I

Рис. 1. Функциональная схема САР Скорости двигателя одной клети..

РТ/СИФУ. Б случае выхода из строя одного ТП или системы его управления предусмотрена возможность его отключения, и продолжения прокатки с помощью исправного ТП.

Разделение САР на два уровня позволяет решить задачу регулирования скорости двух прокатных двигателей используя один контроллер PC, работа которого дублируется вторым контроллером PC, являющимся резервным. При этом достигается двойная экономия аппаратных средств на уровне CAPI, при повышенной надежности системы.

4ункциональная схема микропроцессорной САР скорости двигателя для одной клети представлена на рис. 2.

Сигналы обратной связи по току с трансформаторов тока ТТ1-ТТ4 поступают на блоки датчиков тока ДТ1 и ДТ2, где выпрямляется и масштабируется, а затем обрабатываются в контроллерах РТ/СИФУ1 и РТ/СИФУ2 . соответственно. В блоках датчиков тока ДТ1.2 имеются узлы выделения нулевого тока, которые в виде логических сигналов подаются в соответствующие контроллеры РТ/СИФУ.

Трехфазное напряжение 380v, подаваемое на блоки питания БП-1, БП-2 связано через трансформаторы с силовым питающим напряжением и поэтому использовано для синхронизации. Модули УИ1 и УИ2 слукат для умошнения управляющих импульсов подаваемых от контроллеров РТ/СИФУ на тиристорные преобразователи. 3-х фазное напряжение поступает на модуль гальванических развязок и синхронизации ГР-синхр, где преобразуются в импульсы синхронизации, которые подаются в контроллеры РТ/СИФУ для синхронизации работы СИФУ соответствующих мостов.

Сигнал задания на скорость изс подается на контроллер PC (CAPI) от АСУ ТП станом в цифровом виде по последовательному каналу связи. Сигналы задания на ток 11зт поступают на контроллеры РТ/СИФУ (САР2) по каналу последовательной сязи.

Принята блочная организация аппаратного содержания контроллеров каждой САР, при которой отдельные блоки связаны между собой черев шинный интерфейс.

Контроллер РТ/СИФУ состоит из следующих блоков: блок микроконтроллерный БЖ-88, блок АЦП, блок СИФУ, блок интерфейсный БИНТ.

Блок БМК-88, созданный на кафедре АЭП, выполнен на базе микропроцессора Inte1-8088. Быстродействие соответствует работе при тактовой частоте 5МГц. Имеет lb-ти разрядное представление данных и адресацию к 1 Кйайт памяти.

Блок АЦП выполнен по принципу поразрядного уравновешивания, принимает 16 аналоговых сигналов. Время преобразования одного сигнала 9,6 мкс. Через блок АЦП в контроллер РТ/СИФУ поступают сигналы обратной связи по мгновенному току и средний ток за пульсу.

Блок БИНТ обеспечивает обмен данными между CAPI и САР2 по последовательному каналу связи. Для уменьшения временной задержки с момента окончания расчета PC до момента получения нового задания регулятором тока необходимо максимально повысить скорость передачи задания на ток. Разработанный блок БИНТ передает информацию не уровнями логических сигналов, а импульсами выделения переднего и заднего фронта логического сигнала, что позволяет поднять скорость передачи до 72000 бит/с.

При синтезе аппаратной части СИФУ предлояен вариант одноканаль-ного,синхронного СИФУ с горизонтальным принципом управления, функциональная схема которого приведена на рис. 3.

В данной системе по одной из фаз сети синхронизируется начало отсчета так называемого "реального времени" в генераторе развертки. Процессор преобразует сигнал с выхода регулятора тока в задание на угол cL3 и производит расчет времени задержки "t3 от момента расчета до момента включения тиристора. Для расчета времени задержки используется реальное время с генератора развертки и т. о. производится синхронизация момента включения очередного тиристора с сетью. Для получения линейной регулировочной характеристики преобразователя используется арккосинусоидальная таблица зависимости задания на угол 6L} от сигнала управления Uy . Алгоритм СИФУ заканчивается установкой кода тиристора в распределитель импульсов и занесением расчетного врекюни задержки в таймер задержки ТЗ. После досчитывания ТЗ установленного времени происходит выдача импульса на тиристор, прерывание работы процессора и повторная отработка алгоритма СИФУ.

Для устранения известного недостатка одноканальных СИФУ, влияния сетевой частоты на сю^зтрию управляющих импульсов, разработан узел подстройки частоты (УПЧ). 1"икропроцессор, один раз за два периода сети, проверяет длительность периода сети и выдает сигнал коррекции на УПЧ. Внходнкы сигналом является тактовая частота работы СИФУ.

Для организации обратной свяви по току разработан узел выделения среднего тока на интервале проводимости тиристора, построенный на

Процессор

~| - трр

'А

У Чу

"3

Таймер ¿адерХ-ки

Форп-АЬ иип-ов

л.

Распр-

тель

имп.

КоЪ тиристора.

На тир-ры

Генератор развертки

Рис.5. Функциональная схема СИФУ.

Рис.4. бременная диаграмма, синхронизации

основе интегратора и узла выборки-хранения.

Контроллер PC состоит из следующих блоков: блок микроконтроллерный БМК-88. блок АПП, блок датчика скорости БДС, блок интерфейсный БИНТ.

В целях унификации оборудования и в контроллере PC, и в контроллере РТ/СИФУ используются одинаковые блоки БМК-88, АЦП и БИНТ. В блоке БМК-88 имеется последовательный порт, через который CAPI поддерживает связь с локальной сетью для централизованного контроля и диагностики. Через блок БИНТ контроллер PC принимает задание на скорость от АСУ ТП и передает задания на ток на контроллеры РТ/СИФУ. Обратная связь по скорости принимается от фотоимпульсного датчика ДИФ а также , для резервирования, от тахогенератора

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ проведена разработка программного обеспечения CAPI и САР2, включающего программное обеспечение СИФУ, регуляторов тока и скорости.

Структура программного обеспечения CAPI состоит из фоновой программы и программы прерывания.

В программе прерывания выполняется прием заданий на скорость двух двигателей и расчет задания на ток для каждого тиристорного преобразователя (по два ТП на каждый двигатель).

В фоновой программе решаются следующие задачи:

- передача заданий на ток на САР2 двух двигателей;

- прием и обработка сообщений от САР2 двух двигателей;

- опрос и накопление мгновенных значений скорости 2-х двиг-лей;

- самодиагностика;

- обслуживание запросов с локальной сети, осуществляющей централизованную диагностику и контроль.

Программное обеспечение САР2 структурно также состоит из двух частей:

1. Фоновая программа, которая начинает работать после инициализации системы и выполняет следующие основные функции:

а) прием нового задания на ток;

б) контроль аварийного тока;

в) подстройка частоты;

г) задачи самодиагностики.

2. Программа прерывания - начинает работать в момент включения очередного тиристора. Здесь решаются две задачи. Расчет РТ

и отработка алгоритма СИФУ. Программное обеспечение СИФУ состоит из двух частей:

- блок данных, где последовательно хранятся значения смещений и коды масок для каждого тиристора;

- подпрограмма обработки прерывания, которая реализует алгоритм СИФУ.

Смещением тиристора является точка его естественного открывания относительно начала фазы "а". Код маски тиристора - это 2 байта информации, где младшие 12 битов зарезервированы под номер тиристора, а старший значащий бит указывает на группу "Вперед" (если логическая 1) или группу "Назад" (если логическая 0).

Сигнал с выхода таймера задержки, которое идет на разрешение включения тиристора, одновременно вызывает прерывание работы процессора и отработку алгоритма СИФУ. В подпрограмме обслуживания прерывания используется переменная- "указатель на тиристор", которая всегда, перед началом отработки данной подпрограммы указывает на тиристор, который предстоит включить. Таким образом, программа СИФУ используя этот указатель проходит последовательно по всем элементам блока данных считывая нужные смещения и маски. При достижении последнего элемента блока ( отработка включения 12-го тиристора для 12-ти пульсной схемы) указатель снова указывает на первый элемент блока ( 1-ый тиристор).

Алгоритм СИФУ, вычисляющий время задержки ^з предстоящего к включению [п+13-го тиристора производится по следующим формулам:

гА[ПЧ]= [пч] - Ьт Сп],

где Ь[П]=/*'[Л]-Т"[ПН] Vй

[ [п]-Т£и[пЧ]-Тс при ±р[п]-Т£М>Л

где - задание на угол [п+1]-го тиристора;

¿г - текущее время на Сп]-ом тиристоре;

- время реальное, снимаемое с генератора развертки; Тс* - точка естественного открывания (п+1]-го тиристора; Тс. - период сети. Таким образом, для расчета текуи^го времени ¿г тиристора ис-

пользуются реальное время и смешение Т£Ы . Конструктивно выполнено так, что сигнал синхронизации снимается с фазы "а"', который сдвинут относительно фазы "а" на 30 эл. градусов и подается в контроллер РТ/СИФУ через фильтр, который сдвигает его еще на 60 эл. градусов. В итоге оказывается, что начало сигнала синхронизации (начало "пилы") отстает от начала положительной полуволны фазы "а" на 90 эл. градусов. Диаграмма, показывающая реальное время с таймера синхронизации и смещения всех тиристоров относительно этого времени приведены на рис. 4.

Программа РТ работает один раз за интервал проводимости тиристора и выполняется непосредственно перед работой программы СИФУ. Исходя из этого, было целесообразным объединить программы РТ и СИФУ в один программный модуль, называемый подпрограммой обслуживания прерывания, которая решает задачи реального времени. Время затрачиваемое на исполнение программ РТ и СИФУ занимает около 0,8мс (800850 мкс). В контроллер РТ/СИФУ всегда поступает положительный сигнал обратной связи по току от схемы выпрямления. В начале программы РТ производится расчет среднего тока по показаниям датчика обратной связи по току. Затем анализируется знак задания на ток и, если он совпадает со знаком установленной группы (плюс для "Вперед" и минус для "Назад") то выполняется участок программы "Нет реверса". На этом участке отрабатывается алгоритм ПИ-регулятора тока

В случае использования в качестве сигнала обратной связи по току среднего тока за интервал проводимости тиристора возникают проблемы с устойчивостью системы, вызванные с запаздыванием ввода информации обратной связи на один интервал проводимости. Для компенсации этого недостатка в режиме непрерывного тока расчет пропорциональной части регулятора тока производится с использованием мгновенного тока на текущей пульсе, т.е. без запаздывания на интервал вычисления.

Алгоритм ПИ-регулятора тока для непрерывного тока имеет следующий вид:

иы[п]= ип[п] + иа[п]}

где - пропорциональная часть,

где Кл - пропорциональный коэффициент;

и¡г - задание на ток; ■¿[п] - мгновенный ток на текущей пульсе;

им [п] = Ц* [п Ч] (и^п]-

интегральная часть.

где Ки - интегральный коэффициент;

- средний ток за предыдущую пульсу.

Считывание мгновенного тока производится после выдержки времени 0,7мс для 6-ти пульсной схемы и 0,35мс для 12-ти пульсной с момента включения тиристора Выявлено,что в этот момент ток на текущей пульсе близок к среднему значению. Этим достигается компенсация запаздывания на вычислительный цикл.

Огличие алгоритма регулятора тока для прерывистого тока от непрерывного состоит в том, что при расчете пропорциональной части в качестве сигнала обратной связи берется средний ток на предыдущей пульсе, а так же используются другие коэффициенты.

Если знак задания на ток не совпадает со знаком работающей группы выполняется ветвление на участок программы "Реверс". Поскольку сигнал обратной связи по току всегда положительный, для расчетов используются только модули задания на ток и обратной связи. Поэтому, чтобы погасить ток в работающей группе производится расчет ПИ-регулятора тока с нулевым заданием на ток и переход на программу СИФУ. В последующих подпрограммах обслуживания прерывания анализируется значение тока, которое было перед включением последнего тиристора После снижения тока в работающей группе до значения близкого к нулевому начинается отсчет бестоковой паузы. Бестоковая пауза считается выдержанной если имеет место определенное количество считываний активного состояния датчика нулевого тока. Затем производится смена группы, инвертирование знака интегральной составляющей регулятора тока, обнуление счетчика бестоковой паузы и переход на программу СИФУ для включения очередного тиристора в противоположной группе тиристоров.

Программа регулятора скорости выполняет алгоритм П-регулятора и результат передает в виде задания на ток на контроллер РТ/СИФУ.

Алгоритм П-регулятора с1соростк имеет вид.*

изтШ=Кл(изс[п]- а)[п])>

где Кп - пропорциональный коэффициент РС; изс - сигнал задания на скорость; м - сигнал обратной связи по скорости.

Максимальное задание на ток имеет значение 2000 машинных единиц. Для его передачи используются два информационных байта, которые определенным образом кодируются для идентификации младшего и старшего байта В контроллере регулятора тока эти два байта декодируются и используются как новое задание на ток.

1&явлено, что для устойчивой работы САР скорости рассматриваемого электропривода дискретность расчета регулятора скорости должна быть не меньше Юме. В разработанной системе дискретность РС выбрана равной 5мс.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ описаны результаты экспериментальных исследований разработанной САР в лабораторных и производственных условиях.

Для проверки САР в лабораторных условиях разработан компьютеризированный испытательный комплекс. Испытательный комплекс включает-в себя:

а) обьект исследования:

- двигатель с нагрузочной машиной;

- тиристорний преобразователь;

- реальные контроллеры РС, РТ/СИФУ, используемые в цеху;

б) контрольно-испытательное оборудование:

- персональный компьютер 1ВМ/АТ;

- коммутатор каналов связи;

- контроллер испытании (КИ).

Программное обеспечение комплекса делится на две части:

- базовое ПО загружаемое и находящееся в компьютере;

- технологическое ПО загругиемое и исполняемое в соответствующих контроллерах РС, РТ/СИФУ, КИ.

Компьютер и.чоет возшяность подключаться к 1саддому отдельно взятому контроллеру через коммутатор каналов связи. При исследовании САР скорости в целом, последовательно загружаются и запускаются ПО контроллера РТ/СИ1У, ПО контроллера РС и ПО 1сонтроллера испытаний. При исследовании только контура тока ПО контроллера РС не загружается.

Контроллер испытаний выдает через свой ЦАП аналоговые сигналы задания 11^ и на исследуемый обьект, а контроллеры РС и РТ/СИФУ

через свои АЦП могут принимать эти задания. В самом контроллере испытании имеется 16-ти канальный АЦП для приема аналоговых сигналов и узел приема 8 гальванически развязанных логических сигналов.

Для работы с комплексом, в качестве базового ПО, разработаны и использованы универсальные программные средства, такие как:

- программа проведения испытаний "Интерпретатор", которая обеспечивает удобство связи с контроллерами и прием собранной инфориации;

- программная среда "Диагностика", ранее разработанная на кафедре АЭП МЭИ, используемая для статистической обработки полученных данных и удобного графического представления.

Программа проведения эксперимента "Интерпретатор" по принципу работы похожа на Ьазю-интерпретатор. Она извлекает очередную команду из Ьх1-файла проведения эксперимента, расшифровывает ее, выполняет и переходит к ¿лезущей команде.

Проведение эксперимента состоит из следующих этапов:

1. Разработка плана проведения эксперимента.

2. Создание протокола проведения эксперимента в форме текстового файла (Ьх1-файл), используя для этого специальные операторы.

3. Запуск программы проведения эксперимента "Интерпретатор", которая используя 1х1.-файл обеспечивает диалог ПЭВМ с пользователем, загрузку и исполнение программ в контроллере РС, КИ, РТ/СИФУ и прием массива с собранной информацией.

4. Запуск ПС "Диагностика" и используя предлагаемые програмной средой инструментальные средства обработать полученный массив данных и вывести график в удобной форме.

Пример результирующего графика скорости и тока при набросе нагрузки, полученный на лабораторном стенде приведен на рис.7. Из графика видно, что статическая просадка.скорости равна 1,4% при набросе нагрузки равной номинальной. При этом, динамическая просадка равна 1,6%, что не превышает допустимое значение 2%. Время переходного процесса равна 0,14 с, что не превышает допустимое значение 0,3 с. Это время выделено вертикальными курсорами Тк - Тм.

В неполном объеме, данный испытательный комплекс был использован для проведения экспериментальных исследований разработанной САР в производственных условиях. В цеху испытывался контур тока с 12-ти пульсным тиристорным преобразователем.

Пример результирующего графика тока в 12-ти пульсной схеме ТП

- IУ -

йыУор групп.

Скорость двигателя

7.02 8

31977Ä.00 мкс 1039230 икс

Врзия 508913.56 икс Тк-Тм H 2099.91 «г Гжсп. Iéé5500.00 мне

Рис. 7. Переходный процесс. при npuAoweMuú нагрузки скачком.

Рис. 6. Переходный процесс, при скаУкаХ задании на ток.

- -

приведен на рис. 8. Проиллюстрированы отработки скачков задании на ток с 0-го значения до 0,3 1н при ЭДС - 0. Время переходного процесса в замкнутом контуре тока равна 10 мс.

Результаты цеховых испытаний контура тока показали, что разработанный регулятор с тройным переключением структуры обеспечивает во всех режимах тока оптимальный характер переходных процессов, длительность которых не превышает 12 мс, что в несколько раз превышает показатели существовавшей аналоговой системы.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ изложены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. Предложена оригинальная структура микропроцессорной САР скорости с триады переключающимся регулятором тока, быстродействие которого в несколько раз превышает быстродействие традиционного,благодаря учету всех режимов тока в якорной цепи.

2. Предложена двухпроцессорная архитектура САР скорости, улучшающая эксплуатационные показатели главных электроприводов прокатного стана с АСУ ТП.

3. Синтезированы алгоритмы регулятора тока и СИФУ, обеспечивающие высокое качество регулирования тока в 12-ти и 6-ти пульсных схемах ТП-Д с прямым цифровым управлением.

4. Разработано программное обеспечение двухпроцессорной САР скорости обеспечивающее требуемые динамические качества регулирования скорости.

5. Разработаны аппаратные и программные средства для испытаний микропроцессорной САР скорости в лабораторных и цеховых условиях.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Козырев С. К , Ладыгин А. Н. , Муллабаев ЕН. Компьютерный комплекс для исследования электроприводов/ 1-я международная (12-я всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу: Тез. докл. - Санкт-Петербург, 1995. - с. 135.

2. Муллабаев Е Н. Микропроцессорная система импульсно-фазового управления тиристорным преобразователем. -К , 1995 г. -17 с. -Деп. в Информэлектро, N 12-эт95.

Л--

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Типография МЭИ. Красноказарменная, 13,