Билет№16

1. Автоматизация турбомеханизмов.

Турбомеханизмы – машины массового применения. Основные условия работы:

• зависимость производительности, статического момента и мощности от скорости;

• длительный режим, отсутствие реверсов и торможений;

• ограниченный диапазон регулирования скорости;

• отсутствие перегрузок.

Основные причины, обуславливающие необходимость использования регулируемых ЭП для турбомашин:

• стремление повысить эксплуатационный КПД установок;

• стремление улучшить качество продукции за счет рег-я и оптимизации тех. процесса;

• переход от частичной к полной или комплексной автоматизации производственных процессов;

• рост единичных мощностей турбомашин.

Расчет мощности на валу турбомеханизма

Развиваемая турбомеханизмом полная мощность P_тм =, кВт,

где Q = VF – производительность (расход) (V – скорость, F – сечение), Н – полный напор, м.

Мощность приводного двигателя P_тм =

_тм – КПД турбомеханизма при данном режиме его работы.

Регулирование производительности турбомеханизмов

Характеристика сети обычно имеет вид H = H_ст + RQ², где H_ст – предварительный напор (высота, на которую приходится под­нимать жидкость или преодолевать противодавление); H_дин харак­тери­зует гидравлическое сопротивление магистрали.

можно регулировать производительность турбомеханизмов четырьмя основными способами.

1. Изменить скорость (см. рис. 15.1).

2. Изменить сопротивление трубопровода с помощью заслонок (дросселирование) (рис. 15.2).

3. Изменить угол наклона лопаток направляющего аппарата (см. рис. 15.3).

15.1. Q–H-характеристики турбомеханизма при регулировании скорости

15.2. Q–H-характеристики турбомеханизма при дросселировании

Рис. 15.3. Q–H-характеристики турбомеханизма при применении направляющего аппарата

4. Изменить число параллельно или последовательно работающих на одну сеть турбомеханизмов (см. рис. 15.4, 15.5).

Регулировка производительности параллельным соединением насосов выгодна при пологой характеристике сети (см. рис. 15.4), последовательное соединение – при крутой характеристике сети (см. рис. 15.5).

15.4 Q–H-характеристики при параллельном соединении турбомеханизмов

15.5 Q-H - характеристики при последовательном соединении турбомеханизмов

1-й, 3-й, 4-й способы экономичны, так как одновременно со снижением расхода снижается и напор. 2-й способ – изменением сопротивления – пока наиболее широко применяемый, но самый затратный.

Другие недостатки данного способа:

• износ задвижек, необходимость их ремонта и замены (особенно в агрессивных средах);

• износ электродвигателя и турбомеханизма из-за работы на преодоление дополнительного сопротивления регулирующей задвижки.

Следует отметить, что при необходимости поддерживать в магистрали постоянный напор при изменении гидродинамического сопротивления, что весьма желательно для долговременной работы трубопроводов и предотвращение разрывов в ночное время, регулирование скорости – единственный способ регул-я производительности (рис. 15.6).

15,6Регулирование производ. турбомех.скоростью при постоянстве напора

На практике реализуют совместно два способа регулирования производительности: скоростью и числом параллельно работающих агрегатов. Этим достигается несколько целей:

• высокая степень резервирования;

• возможность регулирования скорости только у одного турбомеханизма;

• значительное снижение мощности силового преобразователя регулируемого электропривода, т.е. капитальных затрат.

Кроме четырех основных способов, имеются и другие способы регулирования производительности турбомеханизмов:

• обрезка рабочих колес;

• впуска воздуха во всасывающий патрубок.

• перепуск части подаваемой жидкости или газа через байпас на вход;

В результате автоматизации были сделаны следующие достижения:

• уменьшается износ подшипников электродвигателей и насосов

• уменьшаются протечки теплоносителя, в том числе через сальник насосов

• уменьшается износ коммутационной аппаратуры;

• уменьшается опасность аварий на трубопроводах вследствие гидроударов,

• эффективность защиты технологического оборудования повышается,

• внедрение частотно-регулируемых электроприводов позволяет уменьшить годовое потребление электроэнергии (для сетевых насосов – до 30-60 %, для насосов ГВС – до 40-70 %.

• комплексная автоматизация технологического процесса на ЦТП и определенные изменения тепловой схемы дают возможность экономить тепловую энергию в объеме 30–40 % в год.

2. Дистанционные защиты

Дистанционные защиты – это сложные направленные или ненаправленные защиты с относительной селективностью, выполненные с использованием минимальных реле сопротивления, реагирующих на сопротивление линии до места КЗ, которое пропорционально расстоянию, т.е. дистанции. Отсюда и происходит название дистанционной защиты (ДЗ). Дистанционные защиты реагируют на междуфазные КЗ (кроме микропроцессорных ДЗ). Для правильной работы дистанционной защиты необходимо наличие цепей тока от ТТ присоединения и цепей напряжения от ТН. При отсутствии или неисправности цепей напряжения возможна излишняя работа ДЗ при КЗ на смежных участках.

В сетях сложной конфигурации с несколькими источниками питания простые и направленные МТЗ (направленные токовые защиты – НТЗ) не могут обеспечить селективного отключения КЗ. Так, например, при КЗ на ЛЭП №2 (см. рис. 8.1) НТЗ 3 должна подействовать быстрее РЗ I, а при КЗ на ЛЭП №1, наоборот, НТЗ 1 должна подействовать быстрее РЗ 3. Эти противоречивые требования не могут быть выполнены с помощью НТЗ. Кроме того, МТЗ и НТЗ часто не удовлетворяют требованиям быстродействия и чувствительности. Селективное отключение КЗ в сложных кольцевых сетях может быть обеспечено с помощью дистанционной релейной защитой (ДЗ).

Рис. 8.1. Кольцевая сеть с двумя источниками питания:

О – максимальная токовая направленная защита; Δ – дистанционная защита

Выдержка времени ДЗ зависит от расстояния (дистанции) (см. рис. 8.1) между местом установки РЗ (точка Р) и точкой КЗ (К), т. е. L_PK, и нарастает с увеличением этого расстояния. Ближайшая к месту повреждения ДЗ имеет меньшую выдержку времени, чем более удалённые ДЗ.

Например, при КЗ в точке К1 (см. рис. 8.2) Д32, расположенная ближе к месту повреждения, работает с меньшей выдержкой времени, чем более удалённая Д31. Если же КЗ возникает и в точке К2, то время действия Д32 увеличивается, и К3 селективно отключается ближайшей к месту повреждения ДЗ3.

Основным элементом ДЗ является дистанционный измерительный орган (ДО), определяющий удалённость КЗ от места установки РЗ. В качестве ДО используются реле сопротивления (PC), реагирующие на полное, реактивное или активное сопротивление повреждённого участка ЛЭП (Z, X, R).

Сопротивление фазы ЛЭП от места установки реле Р до места КЗ (точка К) пропорционально длине этого участка, так как величина сопротивления до места КЗ равна длине участка умноженному на удельное сопротивление линии:

Рис. 8.2.Выдержки времени дистанционной защиты от расстояния до места КЗ

Таким образом, поведение дистанционного органа, реагирующего на сопротивление линии, зависит от расстояния до места повреждения. В зависимости от вида сопротивления, на которое реагирует ДО (Z, X или R), ДЗ подразделяются на РЗ полного, реактивного и активного сопротивлений. Реле сопротивления, применяемые в ДЗ для определения сопротивления PKZ до точки К3, контролируют напряжение и ток в месте установки ДЗ (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Подключение цепей тока и напряжения реле сопротивления

К зажимам PC подводятся вторичные значения Uр и Iр от ТН и ТТ. Реле выполняется так, чтобы его поведение в общем случае зависело от отношения Uр к Iр. Это отношение является некоторым сопротивлением Zр. При КЗ Z_p=Z_PK, и при определённых значениях Z_PK, РC срабатывает; оно реагирует на уменьшение Zр, поскольку при КЗ Uр уменьшается, а Iр возрастает. Наибольшее значение, при котором PC срабатывает, называется сопротивлением срабатывания реле Zср.

Характеристики выдержки времени дистанционных защит

Зависимость времени действия ДЗ от расстояния или сопротивления до места КЗ называется характеристикой выдержки времени ДЗ. По характеру этой зависимости ДЗ делятся на три группы: с нарастающими (наклонными) характеристиками времени действия, ступенчатыми и комбинированными характеристиками (см. рис. 8.4).

Ступенчатые ДЗ действуют быстрее, чем ДЗ с наклонной и комбинированной характеристиками и, как правило, получаются проще в конструктивном исполнении. ДЗ со ступенчатой характеристикой выполнялись обычно с тремя ступенями времени, соответствующими трём зонам действия ДЗ (рис. 8.4, б). Современные микропроцессорные защиты имеют 4, 5 или 6 ступеней защиты. Реле с наклонной характеристикой разрабатывались специально для распределительных сетей (например, ДЗ-10).

3. Программируемые контроллеры.

Программируемые контроллеры - микропроцессорные системы, циклически исполняющие в реальном времени постоянную управляющую программу, записанную в ППЗУ или в энергонезависимом ОЗУ. Выделяют:

• программируемые логические контроллеры (PLC), решающие задачи логического управления (вход/выход дискретных сигналов, решение комбинационных задач и задач булевой алгебры);

• программируемые регулирующие контроллеры, выполняющие функции регуляторов в системах автоматического управления (линейных и нелинейных, адаптивных и оптимизационных);

программируемые комбинированные контроллеры, выполняющие и логические задачи, и функции регуляторов.

ПК бывают встроенные и выделенные.

Встроенные ПК имеют вычислительную часть, решающую наряду с логическими задачами большой круг других задач, как правило, основных. Характерным примером являются СЧПУ класса CNC.

Выделенные ПК имеют все функциональные узлы, специально выполненные под решение логических задач обработки данных и управления.

Особенности работы ПК:

• постоянная цикличность работы в реальном времени;

• простой цикл работы («фотография» состояния объекта, вычисление по постоянному алгоритму, выдача управляющих сигналов);

• реализация большого числа логических операций с одноразрядной последовательной, а не параллельной обработкой данных;

• специализированные языки программирования, доступные пользователю, не имеющему специальной подготовки в области программирования и работы на ЭВМ;

• использование без вмешательства технологических операторов в программу работы. Чаще устройство загрузки программ переносное и автономное (программа записывается в ППЗУ).

ПК может иметь 32 или 64 входа, 64 или 128 выходов. Количество таймеров и счётчиков обычно произвольно и реализуются они программным путем. Программы электроавтоматики выполняются за 20 мс (быстрый цикл) или 100 мс (медленный цикл). На программу электроавтоматики выделяется до 20% ресурсов МПС в медленном цикле и до 10% в быстром цикле. Выделяется память под системные программы (память программ) и текущие данные электроавтоматики - 8 КБ.

Характерные дискретные выходные сигналы управления для станков, требующие подтверждения о выполнении: включение и отключение гл. привода, приводов подач, охлаждения, смазки, ограждения, зажима, смены инструмента. Имеются сигналы с ограничивающих и аварийных конечных выключателей, сигналы с пульта станка, сигналы перегрузки и аварий и т.д.

В настоящее время требуется, чтобы для любого контроллера поставлялось программное обеспечение с возможностью программирования на 5-ти языках:

SFC –Stquentiol Function Chart-язык последовательных функциональных блоков

FBD –Function Block Diagram- язык функциональных блоков диаграмм

LD – Ladder Diagrams – язык релейных диаграмм

ST – Structured Text – язык структурированного текста

IL – Instruction List – язык инструкций

для ПК в СЧПУ МС2101 программа электроавтоматики подготавливается обычно на языке ЯРУС-2 (язык релейного управления символический, вторая версия).

Рассмотрим подробнее язык ЯРУС-2 и структуру программ на этом языке.

Символы языка:

• ключевые слова: НЗ (начало задания), КЗ (конец задания), вх (вход), вых (выход), ПРП (промежуточные переменные), нач (начать), конец, стоп, ст всё (стоп всё), прод (продолжить), БП (блокировки), УП (управляющая программа), П (программа), ПП (подпрограмма), сит (ситуация), если, то, иначе, на, в теч (в течение), через, мин, с, мс.

• цифры 0-9,наки арифметических и логических действий: +, -,  (и), ^ (не).

• знаки отношений: =, >, <, , , .,спецзнаки: (,), (), (/).

Логические переменные: входные Х, выходные У, промежуточные Р.

Арифметические переменные: входные АХ, выходные АУ, промежуточные АР.

Арифметические переменные служат для упаковки и быстрой передачи логических переменных. Номера переменных могут содержать до 3-х цифр. Переменные Р0..Р23, АР0..АР31, АР48..АР63 уже определены в СЧПУ.

Структура программы следующая:

Программные модули состоят из:

• блокировок БП, описывающих условия, без проверки которых выполнение программного модуля не может быть начато;

• ситуационных условий (ситуаций), при выполнении (невыполнении) которых происходит ветвление программы.

Языки программирования ПК (рис. 1)

• ЯРКС - язык релейно-контакторной символики, исторически первый и до сих пор достаточно популярный (рис.1а);

• язык ассемблерного типа (рис.1б);

• графические языки логических схем (рис.1в);

• язык мнемонического символьного кодирования в виде набора строк-уравнений сложных булевых структур (рис.1г);

• язык мнемонического задания многоситуационных процессов управления с естественным логическим описанием управления (рис.1д);

• оригинальные проблемно-ориентированные мнемонические языки высокого уровня с элементами организации работы в реальном времени (рис.1е). (См. ЯРУС-2 в данной лекции.);

• процедурные языки высокого уровня общего назначения (Бейсик, Паскаль), адаптированные для программирования ЭА;

• языки графического отображения текущего состояния и взаимодействия процессов программ управления (например, GRAFCET, рис.1ж).

Приведём инструкции языка программирования ЯРКС дляПК МБ57.0 серии КТС МикроДАТ.

Длина каждой инструкции - одно слово. Номер инструкции задаётся 4-значным десятичным числом в интервале 0000..1991.

ПРС ПРК

0000..37778 0000..409510

Параметр - адрес слова Параметр - константа

Из инструкций следует, что программа структурирована на сегменты (до 14 штук), а в сегментах на блоки (до 64 штук). Формат адреса инструкций:

Номер бита (0..7)

Номер байта (0..1)

Адрес слова

3 7 7 1 1