Устройство для обучения операторов систем управления электроприводом постоянного тока Советский патент 1988 года по МПК G09B9/00 

(21)426Д789/24 24

(22)23.06.87

(46)30.11.88. Бюл. № 44 .

(75)Г.Е.Коновалов

(53)681.3.071(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 744713, кл. G 09 В 9/00, 1978.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ОПЕРАТОРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

(57)Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к техническим средствам обучения, и может быть использовано для обучения и тренировки операторов навыкам по ремонту модульных систем управления автоматизированного электропривода постоянного тока. Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства. Устройство содержит пульт оператора 1 со сменными модулями, блок задания программы 3 обучения, кольцевые сдвигающие регистры 7, дегаиф ратор 8, элементы И 9,ИЛИ 12,блок оценок 10,блок ввода ответов 11, блок имитаторов 13 электрооборудования, содержащий модели тиристорных преобразователей и модель электродвигателя. Блок имитаторов силового электрооборудования подключается на пульте оператора к проверяемой системе регулирования в виде сменных модулей вместо реального силового электрооборудования. Оператор обнаруживает неисправные модули, введенные преподавателем, и определя-S ет совокупность модулей, подлежащих /Л

замене, и оптимальную очередность их замены. 6 ил.

I

00

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике, в частност к техническим средствам обучения, и может быть использовано для обучения и тренировки операторов навыкам по 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; на фиг, 3 - функциональная схема регулирования скорости автоматизированного электропривода постоянного тока; на фиг, 4 и 5 - структурные схемы якорной цепи и цепи возбуждения электродвигателя; на фиг, 6 -.функциональная , схема, регулирования скорости динамического торможения автоматизированного электропривода постоянного тока.

Устройство содержит (фиг, 1) пульт- 1 оператора со сменными модулями 2, блок 3 задания программы обучения, одноименные разряды 4, 5 и 6 регистров 7, дешифратор 8, элементы И 9, блок 10 оценок, блок 11 ввода ответов, элементы ШШ 12, блок 13 имитаторов электрооборудования, выход 14 пульта оператора, входы 15-17 пульта оператора, вход 18 блока ими- таторов-и выход 19 блока имитаторов. Блок 13 имитаторов (фиг, 2) электрооборудования содержит узлы моделирования якорной цепи электродвигателя 20, цепи возбуждения электродвигателя 21 и электродвигателя 22, Узлы 20 и 21 моделирования содержат инверторы 23 и 24 с перемещенными резисторами в -цепи обратной связи и сумматоры 25 и 26, Узел 22 моделирования электродвигателя содержит первый сумматор 27 с переменным резистором в цепи обратной связи, первый интегратор 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, второй интегратор 33, третий сумматор 34 с переменным резистором в цепи обратной связи, операционный усилитель |35, имеющий в цепи обратной связи последовательно включенные резистор и конденсатор, третий инвертор 36,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

функциональный преобразователь 37, второе множительное устройство 38, разделительные диоды 39 и 40, четвертый и пятый инверторы 41 и 42 с переменными резисторами в цепях обратных связей.

Блок 13 имитаторов содержит также переключатель 43 режимов работы,

I BjfoK 44 силового электрооборудования (фиг.З) с одержит шунт 45, тахо- генератор 46, делитель 47, якорь 48, обмотку 49 возбуждения, шунт 50 и тиристорные преобразователи 51 и 52.

Устройство работает следующим образом.

На пульте 1 оператора устанавливаются блоки со сменными модулями 2 системы 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 преобразователь 51 якорной цепи и тиристорный преобразователь 52 цепи возбуждения) к блоку 1 со сменными модулями 2 к входам-выходам 14 - 19 подключены обратные связи по току якоря i 5, и току возбуждения i g соответственно с щун- тов 45 и 50, обратная связь по напряжению U-fj, с делителя 47 из активных резисторов, обратная связь по скорости п от тахогенератора 46 и уп- равля щие напряжения и соответственно тиристорного преобразователя 51 якорной цепи и тиристорного преобразователя 52 цепи возбуждения блока 13 имитаторов (фиг,1) электрооборудования. После этого система управления автоматизированного электропривода начинает функционировать так же, .как и с реальным силовым электрооборудованием, и можно, задавая неисправности в сменных модулях, обучать и оценивать знания операторов и наладчиков систем управления автоматизированного электропривода в поиске и замене неисправных модулей.

Перед началом работы преподаватель вводит в состав блока 1 несколько неисправных модулей и коды этих модулей вводит в блок 3, представляющий клавиатуру общей емкости от О до 99 кодов с преобразованием десятичных кодов в параллельные дво-

3lA

ичные. На выходе блокя 3 формируются параллельные коды неисправных моду-лей , которые должны быть заменены оператором в процессе поиска неис- правностей. Эти коды через группы выходов блока 3 задания программы поступают на входы одноименных разря дов А,5 и 6 регистров 7.

Каждая совокупность одноименных разрядов регистров 7 образует регистр, который хранит код одного модуля, а последовательности размещения кодов модулей в разрядах 4,5 и 6 соответ ствует оптимальной последовательности их замены при поиске неисправности. При этом в последних разрядах 6 размещается код модуля, который должен заменяться первым, а в первых разрядах 4 - код модуля, который должен заменяться последним. С выходов последних разрядов 6 код модуля, заменя емого первым, поступает на дешифратор 8. При этом на соответствуюсцем выходе дешифратора 8 формируется сигнал, поступающий 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 определении неисправных модулей,

В процессе выполнения задания оператор на пульте I обнаруживает функциональные признаки неисправности, введенной преподавателем, определеяет совокупность модулей, подлежапшх .замене, и оптимальную очередность их Ьамены.

При определении первого модуля из блока 2 сменных модулей, который он считает неисправным, оператор с пульта вводит код этого модуля нажатием соответствующих кнопок блока П. В случае, если оператор верно определил последовательность замены модулей и замененный им первый модуль соответствует модулю, заменяемому первым при оптимальном поиске неисправности, на входах соответствующего элемента И 9 сигналы с выходов дешифратора 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, совпадение сигналов на входах элементов И 9 не происходит и в блок 10 оценок сигнал совпадения не поступает. Одновременно сигнал с выхода блока 11 оценок

4434

через элемент ШШ 12 поступает в блок 10 оценок, в котором производится подсчет числа замененных оператором модулей, и на сдвнгаюиц1е входы регистров 7. При этом коды модулей, записанных в одноименных разрядах регис тров 7, сдвигаются в последующие разряды, на-- пример из разрядов 4 в разряды 5,

Q причем из последних разрядов 6 - в первые разряды 4, что обеспечивает сохранение программы поиска неисправ- нрсти. После первого сдвига, соответствующего первой замене, в разря-

5 дзх 6 находится код модуля, который долже й заменяться вторым.

При замене оператором очередного модуля описанный процесс повторяется. В процессе поиска неисправности в

0 блок 10 оценок поступают сигналы числа замененных оператором модулей.с выхода элемента ИЛИ 12, сигналы совпа дений очередности замены модулей с выходов элементов И 9 и код оптималь-

5 ного числа заменяемых модулей с группы выходов блока 3 задания программы. Блок ответов, представляющий клави атуру с преобразованием десятичного кода в параллельный, аналогично блоку

0 программы и набору схем совпадения И, ИЛИ различных комбинаций количества заданных неисправных модулей и количества правильно замененных модулей выдает визуальный сигнал оценки в цифровой форме по пятибальной систе - ме согласно таблице оценок нахождения неисправностей, в момент совпаде - ния количества заданных преподавателем в блок программы неисправных

0 модулей и количества замененных моду- лей оператором в процессе поиска неисправностей.

Блок имитаторов (фиг.2) силового электрооборудования предназначен для

с имитации всех возможных статистических и динамических режимов работы силовой части электрооборудования.

Математическое описание блока имитаторов силового электрооборудования,

Q в состав которого входят математичес - кие модели тиристорных преобразователей якорной цепи и цепи возбуждения и математическая модель электродвигателя, представлено следуюш им

c образом.

Выходные напряжения моделей тирис- торных преоб разователей якорной цепи и цепи возбуждения Ur и UTB пропорциональны выходным напряжением реаль-

ных тиристорных преобразователей со- гласно выражениям:

т,

и Т. де и

тя тя

ТЯ ЕТЙ

UT,. ЕТВ

- 1

( 5

Tв

(О

тя

те

выходные напряжения , и ЭДС тиристорных преобразователей; токи якоря и возбуждения;

внутренние активные сопротивления тиристорных преобразователей;

внутренние падения напряжения тиристорных преобразователей. передачи тиристорных й определяется из выра

Eli, V,,

те

Его

live

(2)

где Us,,, и

V8

управляющие напряжения на выходе тиристорных преобразователей.

Внутреннее падение напряжения тири сторных преобразователей имитируется путем введения отрица тельной обратной связи по напряжению на вход сумматоро 25 и 26 ,пропоргщонально соответственн токам якоря и возбуждения.

Выходное напряжение модели тирис- торного преобразователя якорной цепи ч ерез замкнутый контакт переключателя 43 поступает иа 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 на узел 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

ющий вид:

С„ Фп + L.Jr - + ..

и

(3)

электродвигателя; поток электродвн

5

где Uj, - напряжение на якоре электродвигателя;постоянная магнитный гателя;

число оборотов электродвигателя;

индуктивность якорной цепи; активное сопротивление якорной цепи. Запишем уравнение (3) в относительных единицах, принимая за базовые величины номинальные значения переменных

Се - Ф , «ц

и

п +

1Ча

и; заг--

где Tj

LJ3 ,

К,

Ч4

электромагнитная постоянная времени якорной

цепи;

коэффициент передачи якорной цепи.

Преобразуем уравнение (4) к операторной форме

где

.-(и, - ё).

(5)

Я ТТтГр .

ё и - ЭДС электродвигателя. Уравнение движения электродвигателя имеет вид

dn dt

ш т.

(6)

где GD

0

m

5

маховый момент электродвигателя, приведенный к валу;

движущий момент электродвигателя;

конструктивный коэффициент пропорциональности; момент сопротивления.

единицах уравнение

пр

СмИл В относительных (6) примет вид:

г

Ф га.

(7)

5

0

С учетом соотношения m

н

CM- Hгде Ф,

,т

н

00%

375 т

IMI

- номинальные величины потока, момента и тока якоря электродвигателя, Пн

(8)

где m

°

Ч

d - движущий момент, уравнениям (5) и (8) строят структурную схему якорной цепи электродвигателя, которая приведена на фиг.4.

Для режима динамического торможения, который наиболее часто используется в автоматизированном электроприводе постоянного тока (фиг.6), в уравнении (3) Ufl О, а выражение (5) примет вид:

де К ,,

.Kj

1 + Tjp

.(9)

10

Мт

коэффициент пере-; дачи тока якорной цепи;

сопротивлени е обмоток динамичес кого торможения, подключаемых на якорь злектродви 20 гателя.

Уравнение движения Ь режиме динамиеского торможения

(10) 25

GD 375

dn dt

ш - m .

В операторной форме в относительных единицах уравнение (11) имеет вид

. (И) 3

-1- (и , - fn)

Передаточная функция звена при размыкании обратной связи имеет вид

(14)

Математическое описание обмотт и возбуждения электродвигателя дан с учетом вихревых-токов в массивных частях машины. Потоки рассеяния малы по 35 сравнению с основным потоком и вихре- где К, Kjg - коэффициенты передачи выми токами и ими можно пренебречь.

,. К 1Т К 19

соответственно сумма тора 27 и инвертора 29; Т,,- постоянная времени

Уравнения цепи возбуждения могут быть записаны в виде системы:

14ДЗ

где TBO

О

к

Re(i) обобщенная постоянная времени обмотки возбуждения;

0

R

RK

;

0

постоянная времени контура вихревых токов;

Ф - магнитный поток обмотки возбуждения; Rg - активное сопротивление обмотки возбуждения;i,, - фактический намаг

ничивающий ток; ig - ток возбуждения; - ЭДС тиристорного

возбуждения.

По системе уравнений (13) строят структурную схему цепи возбуждения 5 электродвигателя (фиг.5).

В узле моделирования якорной цепи звено с передаточной функцией KO/I « ТэР реализовано на сумматоре 27, интеграторе 28 и инверторе 29 и 0 получается следующим образом.

Передаточная функция звена при размыкании обратной связи имеет вид

5где К, Kjg - коэффициенты передачи

(14)

К, Kjg - коэффициенты передачи

,. К 1Т К 19

К, Kjg - коэффициенты передачи

соответственно сумма тора 27 и инвертора 29; Т,,- постоянная времени

tt 4. т г, UTB T - --RgU

+ i -iS-N. в в dt

IB

Ф f (i).

i + т М - dt

Последнее уравнение системы представляет кривую намагничивания электродвигателя.

В операторной форме в относительных единицах система уравнений (12) примет вид:

(p)(l + Т,р) Кб-1в(р)(1+Тв„р); ig(p)--i(p)0 + Т,р); (13) ф(р) (p)l,

интегратора 28.

Передаточная функция звена при замыкании единичной отрицательной связи с выхода инвертора 29 на вход 45 сум атора 27 имеет вид:

W.(p)

3VH/ - )

где (p)

WOC(P)

(15)

0

1 - передаточная функция

единичной обратной связи.

После преобразования выражения (15) оно примет вид:

55

W3(p)

(16)

1 ,+

у

К К jg J1

На инверторах 41 и 42 и диодях 39 40 выполнена обратная связь по ЭДС

I г /

14

для режима движения: инвертор Д1 и диод 39 и для режима динамического торможения инвертор 42 и диод 4(}.

Коэффициент обратной связи по ЭДС регулируется переменным резисто- ром в цепях обратных связей инверторов ft и 42. Переключатель 43 служит для переключения режимов работы элек тродвигателя (движение, динамическое -JQ торможение).

В модели обмотки возбуждения звено с передаточной функцией 1 + + + Tgpp реализовано на сумматоре 34,

443И)

30 и 42 узла моделировлиил злоктро двигателя настраиваются следующие намические параметры силового элек рооборудования соответственно: К,-, KTB Kj,; Т,; Т (, для возможнос перестройки блока имитаторов силов электрооборудования под разное сил вое электрооборудование. Коэффицие обратной.связи по ЭДС для двух реж мов работы электропривода рег улиру ся переменными резисторами в обрат связях инверторов 41 и 42,

Проверяемая система управления

операционном усилителе 35 с RC-цепоч--15 томатизированного электропривода,

кой в цепи обратной связи и инверторе 36, охваченных общей единичной отрицательной обратной связью.

Передаточная функция звена при размыкании обратной связи имеет вид:

Wp(p) W3jp)-W,,(p)W3(p); (17)

(18)

w,(p) K3,

де W ,.(p)

R01 P

T so,P

25

30

передаточная функция ОУ 35; постоянная времени контура вихревых токов (произведение RC в цепи обратной связи операционного усилителя 35); постоянная времени звена на операционном усилителе 35 (произве- 35 дение R во входной цепи на С в цепи об- ратнрй связи).

Передаточная функция звена при амыкании обратной связи согласно ыражению (15) после преобразования

во t

40

(19)

обобщенная постоянная времени цепи возбуждения.

С помощью функционального преобразователя 37, выполненного по схеме кусочно-линейной аппроксимации, задается кривая намагничивания электродвигателя.

С помощью переменных резисторов в цепях обратных связей инверторов 23 и 24 узлов моделирова}шя тиристор- ных преобразователей и инверторов 41,

43И)

30 и 42 узла моделировлиил злоктро двигателя настраиваются следующие динамические параметры силового электрооборудования соответственно: К,-,,; KTB Kj,; Т,; Т (, для возможности перестройки блока имитаторов силового электрооборудования под разное силовое электрооборудование. Коэффициенты обратной.связи по ЭДС для двух режимов работы электропривода рег улируют- ся переменными резисторами в обратных связях инверторов 41 и 42,

Проверяемая система управления ав0

5

0

5

0

установленная на пульте 1 оператора (фиг.1), в виде сменных модулей 2 подключается к блоку имитаторов силового электрооборудования к входам- выходам 14 - 19, т.е. в тех точках, в которых она отключается от реального силового электрооборудования (фиг.З и 6), Предварительно экспериментально определенные динамические параметры силового электрооборудования с помощью переменных резисторов в цепях обратных связей инверторов 23, 24, 30, 41, 42 (фиг.2) вводятся в узлы моделирования электродвигателя и тиристорных преобразователей. После этого можно считать, что динамические параметры блока имитаторов силового электрооборудования соответствуют динамическим параметрам реального силового электрооборудования и проверяемая система управления должна функционировать совместно с блоком имитаторов силового электрооборудова кия 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 соеди- иены с информационньми входами блока оценок, первые входы элементов И соединены с соответствующими входами дешифратора, входы Которого соединен :

с выходами cooTBijTCTJfVHjpinx регистров, вход разрешения блока оценок с выходом блока задания программы обучения,, отличающееся тем, что, с целью расширения дидактических возможностей устройства, в него введены блок ввода ответов и блок имитаторов электрооборудования,

рого соединл н с BTopf.iM BXCVIOM узлп моделирования якорной цепи электро-- двигателя, второй выход узла модели- рования электродвигателя соединен с вторым входом узла моделирования цетти возбуждения электродвигателя и с вторым информационным входом пульта оператора, третий выход узла моделиро содержащий узел моделирования якорнойю вания электродвигателя соединен с цепи электродвигателя, узел моделиро- вторым входом переключателя, выход вания цепи возбуждения электродвигате которого соединен с третьим входом ля, узел моделирования электродвига- узла моделирования электродвигателя, теля и переключатель, первый вход четвертый выход которого соединен с которого соединен с выходом узла моде 15 третьим информационным входом пульта лирования якорной цепи электродвига- оператора, четвертый информационный i теля и с первым информационным входом пульта оператора, первый выход которого соединен с первым входом узла моделирования якорной цепи элёкт- 20 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 котовход 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.

Таблица оценок нахождения неисправностей

рого соединл н с BTopf.iM BXCVIOM узлп моделирования якорной цепи электро-- двигателя, второй выход узла модели- рования электродвигателя соединен с вторым входом узла моделирования цетти 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 оператора, четвертый информационный i

вход 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.

1

О О 1 2

5 1 1

3 5

О 1 2 3

О

1

3

4 5 1

4 4 4 4 5

5 5 5 5 5 6 6 6 6 6

6 6 7

7 7 7

7 7 7

1 2 3 4 О

2 3

4 5 I

2 2 3

4 5 1

2 3 4 4

4 5 1

2 2

3

4 5 6

3 4 4

9 9 9 9 9

9 9 9

7 8

7 О

1 2 3

4 5

2

2 2 3 3

8 8 8 9 9

6 7 8 О 1

4 4 5 Г 2

2 -3 4 5 6

2 2.

3 3 3

7 8 9

4 4 5

If, О ig фгсг, 2

(гя 20 О /7

/7 .

Фи$,

(ftue.S