Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

Далее в зависимости от значения, полученного ИАЦП от конкретного компаратора, значение разряда сохраняется в «1», т.е. уравновеши­ вающее напряжение меньше входного, либо возвращается в «О», в случае когда уравновешивающее напряжение превысило входное.

Работа НС делится на три этапа:

-этап формирования ИАЦП с определенным количеством разрядов;

-этап аналого-цифрового преобразования на сформировав­ шемся ИАЦП;

-этап разрушения ИАЦП.

Рассмотрим принцип работы ОИН. Структура ОИН включает в себя 3 основных блока (рис. 3): измерительную часть, систему кон­ троля и систему управления.

Рис. 3. Структурная схема ОИН в НС

Все блоки связаны друг с другом для обмена информацией и ко­ мандами. Кроме основных блоков в структуре имеются блоки вход­ ных и выходных ключей для соединения измерительной части одного ОИН с измерительными частями предыдущего и следующего ОИН для образования измерительной части всего ИАЦП. ОИН в ИАЦП работают поочередно, начиная со старшего, соответствующего стар­ шему разряду в ИАЦП. Для этого используется специальный слу­ жебный сигнал метки, представляющий собой импульс длительно­ стью один такт.

Система управления принимает сигналы измерительной части предыдущего ОИН и передает сигналы со своей измерительной части следующему ОИН с помощью входных и выходных ключей, которыми управляет данная система. Для того чтобы правильно подключить вход и выход измерительной части своего ОИН, система управления

использует флаги команд от других элементов НС [4]. Флаги, посту­ пающие от коммутаторов СЗР (старший значащий разряд) и МЗР (младший значащий разряд), задают для ОИН соответственно первое и последнее положение в формируемом ИАЦП. В зависимости от фла­ га готовности следующего нейрона система управления будет выда­ вать команду о том, куда дальше подключаться, т.е. передавать сигна­ лы метки и т.д. Возможен вариант, что следующий нейрон вышел из строя, тогда необходимо отправлять данные в следующий исправный нейрон, который подключен к данному через один или несколько нейронов. В зависимости от количества дополнительных связей между нейронами в НС определяется отказоустойчивость всего АЦП. Флаг готовности, генерируемый системой самоконтроля ОИН, говорит о возможности использования нейрона в качестве следующего разряда. По поступающим флагам система управления активирует один из входных ключей и один из выходных, соединяя измерительную часть своего ОИН с остальными. Таким образом, формирование ИАЦП на­ поминает продевание нитки через бусы, когда мы с каждым тактом присоединяем еще одно звено матрицы R-2R, а соответственно, увели­ чиваем разрядность ИАЦП на один.

Сигнал метки в случае, если нейрон является самым первым в цепи (поступил флаг СЗР от коммутатора), поступает из генератора метки, а не с предыдущего нейрона. В случае последнего нейрона (поступил флаг МЗР) метка выводится из ИАЦП, а не передается следующему ОИН. Важно отметить, что метка является элементом управления, поэтому входит в систему управления, а все остальные входные сигналы поступают в измерительную часть, так как являются неотъемлимой частью схемы матрицы R-2R и компаратора поразрядного взвешивания.

Цифровой тракт отвечает за сбор информации с измерительной части ОИН, он представляет собой длинный сдвиговый регистр, часть которого распределена между ОИН в качестве отдельных D-триггеров, а «хвост» находится в выходном нейроне НС, в нем накапливается полное значение отсчета. Аналоговым трактом являет­ ся последовательность связанных сопротивлений R. В одном случае тракт выводится на отрицательный вход компаратора, в другом - продолжается до следующего ОИН. Для каждого входного сигнала возможно определить PWR, т.е. максимальное значение из­ меряемого сигнала.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКОВЫХ НАГРУЗОК СИЛОВЫХ КАБЕЛЕЙ

С ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ ПВХ-ПЛАСТИКАТА НА НАПРЯЖЕНИЕ 6 КВ

Студентка гр. КТЭИ-10 К.Ф. Корзникова

Научный руководитель-д-ртехн. наук, профессор А.Г. Щербинин Пермский национальный исследовательский политехнический yHHBepcnfeT

Силовые кабели с различными типами изоляции обладают свои­ ми достоинствами и недостатками, обусловленными их конструкцией и изоляционным материалом. В связи с этим использование силовых кабелей с различной изоляцией зависит от условий их прокладки, эксплуатации и, кроме того, от требований, предъявляемых к надеж­ ности и долговечности кабельных линий.

Изоляция силовых кабелей постоянно совершенствуется. В на­ стоящее время значительно расширяется производство силовых кабе­ лей с пластмассовой изоляцией. Большое распространение в электри­ ческих сетях России имеет применение силовых кабелей с ПВХ-изо- ляцией, которые в свое время заменили силовые кабели с пропитан­ ной бумажной изоляцией.

Применение в силовых кабелях пластмассовой изоляции имеет определенные преимущества по сравнению с бумажно-пропитанной изоляцией. Кабели с пластмассовой изоляцией более просты в изго­ товлении, удобны при монтаже и в эксплуатации. Применение пла­ стмасс для изоляции силовых кабелей позволяет значительно упро­ стить технологию их изготовления. Пластмассовая изоляция может быть наложена на токопроводящие жилы методом выдавливания (экструзии) на червячных прессах. Этот процесс значительно более производителен, чем изолирование методом обмотки лентами. Кроме того, при этом отпадает необходимость сушки и пропитки изоляции. Применение пластмасс позволяет существенно облегчить конструк­ цию кабелей (не обязательна металлическая оболочка), снизить эко­ номические затраты, упростить прокладку и монтаж, а также произ­ водить прокладку на трассах с большой разностью уровней [1].

Изоляция силовых кабелей имеет одну важнейшую характери­ стику - допустимую температуру нагрева токопроводящих жил. Это

значение максимальной температуры, при котором изоляционный материал сохраняет свои свойства в течение эксплуатации силового кабеля. С этим показателем связаны величины токов нагрузки, кото­ рые допускается пропускать через конкретный силовой кабель. Зада­ ча по определению токовых нагрузок является одной из наиболее важных задач с точки зрения конструирования силовых кабелей и их эксплуатации. Надежная эксплуатация этих кабелей зависит, кроме прочего, и от условий их прокладки. Именно способы прокладки в большой мере определяют тепловой режим эксплуатации кабелей, а, следовательно, и надежность как самого кабеля, так и электропита­ ния потребителей [2].

Более универсальный и точный подход к определению токовых нагрузок базируется на использовании законов сохранения массы, количества движения и энергии, с помощью которых строятся мате­ матические модели теплообмена кабелей с окружающей средой. На­ стоящий уровень развития вычислительной техники и наличие со­ временных пакетов вычислительных программ позволяют сущест­ венно повысить универсальность и точность решений различного круга задач, в том числе и рассмотренных в данной работе.

Одним из наиболее мощных и универсальных программных продуктов этого класса является ANSYS, в основу которого положен метод конечных элементов.

В работе рассмотрена задача определения токовых нагрузок си­ лового кабеля ВВГ с ПВХ-изоляцией, проложенного в воздухе, с се­ чением одной жилы 16 мм2 на номинальное переменное напряжение 6 кВ частотой 50 Гц [3].

На рис. 1 приведена конструкция исследуемого кабеля марки ВВГ с медной токопроводящей жилой и изоляцией из ПВХ-пластиката [4].

Геометрические размеры расчетной области и расположение ка­ беля показаны на рис. 2 [5].

При построении математической модели решаемой задачи были сделаны следующие допущения: задача двухмерная стационарная; движение воздушного потока ламинарное; процесс неизотермиче­ ский; изменения температуры вдоль кабельной линии не происходит.

При решении задачи учитываются естественная конвекция воз­ духа в расчетной области, лучистый теплообмен.

2

3

4

5

6

7

Рис. 1. Кабель марки ВВГ на напряжение 6 кВ: 1 - медная токопроводящая жила; 2 - изоляция из поливинилхлоридного пластиката (ПВХ); 3 - поясная изоляция из ПВХ-пластиката; 4 - электропроводящий экран из электропроводящего материала; 5 - металлический экран из двух медных лент; 6 - разделительный слой:

две ленты из ПВХ-пластиката; 7 - оболочка из ПВХ-пластиката

Рис. 2. Геометрические размеры и граничные условия расчетной области

С учетом сделанных допущений определяющая система диффе­ ренциальных уравнений примет следующий вид:

Из таблицы видно, что рабочие токи, рассчитанные с помощью ANSYS, имеют несколько большие значения. Можно отметить доста­ точно хорошее совпадение результатов между представленными ме­ тодиками расчета токовых нагрузок. Полученные результаты свиде­ тельствуют об адекватности работы методики, построенной с помо­ щью программного комплекса ANSYS. Методики, построенные на базе моделирования тепловых процессов, являются более универ­ сальными. Преимущества этих методик будут проявлять себя при решении задач с более сложными условиями теплообмена кабелей и окружающей среды.

Библиографический список

1. ЭлектроТехИнфо // Силовые кабели с пластмассовой и рези­ новой изоляцией [Электронный ресурс]. - URL: http://www.eti.su/ articles/kabel-i-provod/kabel-i-provod_563.html (дата обращения: 29.04.2015); Технические условия ТУ 16.К09-144-2005. Кабели сило­ вые с пластмассовой изоляцией на напряжение 6 кВ. 2005.

2. Кабель. РФ всегда рядом // Изоляция силовых кабелей [Элек­ тронный ресурс]. - URL: http://cable.ru/poleznoe/id-1276.php (дата об­ ращения: 29.04.2015).

3. Технические условия ТУ 16.К09-144-2005. Кабели силовые с пластмассовой изоляцией на напряжение 6 кВ. 2005 // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

4. Электрические кабели, провода и шнуры: справочник / Н.И. Белоруссов, А.Е. Саакян, А.И. Яковлева; под ред. Н.И. Белоруссова. - 5 изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 536 с.

5. Ковригин Л.А. Основы кабельной техники: учеб, пособие. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2006. - 94 с.

ОБЗОР СТРУКТУРЫ КОММУТАТОРА В НЕЙРОННОЙ СЕТИ САМОМАРШРУТИЗИРУЮЩЕГОСЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Студент гр. АТ-13 Н.Г. Макагонов

Научный руководитель - ассистент А.И. Посягин Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Системы автоматического управления (САУ) в наше время на­ бирают все большую и большую популярность. Системы автоматиче­ ского управления, повсеместно используемые на производственных предприятиях, все чаще находят применение в обыденной человече­ ской жизнедеятельности, неуклонно сокращая количество процессов, требующих непосредственного участия человека. Одним из состав­ ных звеньев практически любой системы автоматического управле­ ния являются всевозможные датчики, собирающие информацию о состоянии объекта управления, требуемую для передачи на устрой­ ство управления (УУ). Зачастую датчики генерируют аналоговый сигнал, который требуется преобразовать в цифровой. Данное преоб­ разование осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразо­ вателя (АЦП). Очень часто к АЦП предъявляются требования, свя­ занные с уровнем отказоустойчивости, так как при использовании САУ на объектах повышенной важности (таких как ядерные станции) выход из строя хотя бы одного элемента цепочки «Датчик-АЦП-УУ» может привести к техногенной катастрофе. Поэтому создание АЦП с высокой отказоустойчивостью является весьма актуальной задачей.

Для создания такой архитектуры было предложено использовать нейронную сеть (НС). НС - система, состоящая из однотипных уни­ версальных блоков (нейронов), способных устанавливать между со­ бой соединения, образуя структуру, способную выполнять опреде­ ленные задачи. Так как нейроны являются универсальными, то при появлении неисправности в одном из нейронов структура имеет воз­ можность заменить вышедший из строя нейрон. Данный факт и явля­ ется источником повышенной отказоустойчивости предлагаемой архитектуры [1]. В качестве нейронов было решено использовать одноразрядные АЦП, которые, объединяясь в зависимости от запра­ шиваемой разрядности, образуют индивидуальные аналого-цифровые