6

Доклад к диплому

В промышленности эксплуатируется огромное количество систем с устаревшей автоматикой, полная замена которой требует значительных капиталовложений. В последние годы на рынке электронной промышленности ведущие позиции захватили западные фирмы - европейские и американские. Они предлагают богатый выбор электронных компонентов и устройств для построения систем промышленной автоматики, а также готовые системы. Цены готовых систем делают их недоступными для большого класса потребителей. В этих условиях становится выгодным создание управляющих систем на базе предлагаемых компонентов по требованиям заказчика.

В настоящем проекте предлагается блок управления двигателем для САУ газотурбинной энергоустановки ГТУ‑2,5.

Целью дипломного проекта является синтез аппаратной части блока управления двигателем, как измерительно-вычислительного комплекса, входящего в состав САУ ГТУ и отвечающего требованиям, предъявляемым к САУ ГТУ-2,5.

Для того чтобы выявить место и задачи блока управления двигателем (БУД), рассмотрим блочную схему САУ ГТД Укрупненно, БУД включает в себя центральный процессор (вычислитель), устройство сопряжения с объектом (включающее устройства ввода-вывода) и источник бесперебойного питания.

Центральный процессор кроме функций управления осуществляет соединение по каналу связи RS-485 с пультом оператора (ПО) и пультом инженерным (ПИ). Устройства ввода принимают и обрабатывают сигналы, поступающие с датчиков ГТД, и квитанции, подтверждающие работу устройств. Устройства вывода выдают управляющие сигналы на исполнительные механизмы ГТД и устройства, обеспечивающие работу двигателя на различных режимах.

Главным исполнительным органом в системе управления ГТД является дозатор топливного газа (ДГ). Блок управления шаговым двигателем управляет положением дозирующей иглы в ДГ.

ОГК является механизмом, который по команде с БУД перекрывает подачу топливного газа при нормальном останове и в случае аварийной ситуации.

Блок управления двигателем проектируется на основе модулей Micro-PC фирмы Octagon Systems и совместимых с ними устройств сопряжения с объектом.

В качестве вычислителя выбран IBM-совместимый компьютер промышленного исполнения 5066 фирмы Octagon Systems. Его характеристики соответствуют характеристикам процессора Pentium 133 и являются наиболее подходящими для решения задач управления.

В качестве модуля ввода-вывода выбрана плата UNIO-96-5, совместимая с модулем 5066.

Программируемый модуль ввода-вывода UNIO-96-5 предназначен для обработки и выдачи 96 сигналов.

Из-за большого количества дискретных сигналов, в БУД кроме модуля UNIO используется модуль ввода-вывода дискретных сигналов 5600, могущий принимать и обрабатывать 96 дискретных сигналов.

Для обнаружения отказа вычислителя БУД, защиты от ложных управляющих воздействий на исполнительные механизмы и обеспечения аварийного останова при отказе вычислителя, в БУД включен АСВК.

Для обеспечения ввода-вывода аналоговых сигналов были выбраны преобразователи фирмы Grayhill серии 73G, позволяющие преобразовать электрический параметр в сигнал с частотой, пропорциональной этому параметру и наоборот.

Для обеспечения ввода дискретных сигналов были выбраны входные преобразователи фирмы Phoenix Contact, позволяющие преобразовать сигналы с датчиков напряжением 24 В постоянного тока и 220 В переменного тока в сигналы напряжением 5 В постоянного тока.

Для обеспечения вывода дискретных сигналов были выбраны выходные преобразователи фирм Grayhill серии 70G и Phoenix Contact, позволяющие преобразовать сигналы напряжением 5 В постоянного тока в сигналы напряжением 24 В постоянного тока и 220 В переменного и постоянного тока.

Для обеспечения связи по каналу RS 485 был выбран модуль ADAM 4520, преобразующий интерфейс RS 432 в интерфейс RS 422/485. Наличие встроенного микропроцессора позволяет ему осуществлять нормализацию сигналов, операции аналогового и дискретного ввода-вывода, передачу (прием) данных по интерфейсу RS 485.

Более подробно состав преобразователей входных и выходных аналоговых и дискретных сигналов приведен на структурной схеме БУД.

Блок управления имеет конструктивное исполнение в виде шкафа. Функциональные устройства и клеммные соединители установлены на DIN-рейки.

БУД имеет пограммно-аппаратную систему встроенного контроля (СВК).

Аппаратная часть СВК должна обнаруживать отказы вычислительной части. При обнаружении отказа на работающем ГТУ, АСВК должен формировать сигналы на выполнение аварийного останова.

Существует АСВК, контрольный таймер которого реализован на микросхемах средней степени интеграции и состоит из кварцевого генератора, счетчиков и дешифраторов. Данное устройство представляет собой жестко зашитый автомат, перестройка функций которого представляет большую проблему, т.е. требует фактически новой разработки.

В спецчасти дипломного проекта предлагается новый АСВК с более гибкой логикой, так как одним из требований к нему является возможность перенастройки как контрольного времени, так и алгоритма реакции автомата на факт превышения времени поступления сигнала.

Модуль АСВК, выполнен на основе однокристального микроконтроллера МС‑51. Это недорогой и очень распространенный микроконтроллер, характеристики которого отвечают задачам управления несложными устройствами в реальном масштабе времени.

Блок-схема разработанного модуля включает все требуемые устройства. Микроконтроллер выполняет функции таймера, реализует функцию формирования сигнала аварийного останова двигателя, а также логику выдачи сигналов индикации состояния автомата.

Коммутатор команд управления предназначен для блокирования сигналов управления при отказе вычислителя.

Коммутатор сигналов аварийного останова при отказе вычислителя замещает команды управления, формируемые вычислителем.

Микроконтроллер должен обеспечивать программную поддержку работы АСВК.

Программа осуществляет текущий контроль за превышением контрольного времени прихода сигнала подтверждения работы вычислителя БУД (FMC). Если БУД не выдает сигнал FMC в течение 5-ти циклов своей работы (0,1 с), то АСВК переходит на режим аварийного останова:

МК блокирует выдачу управляющих сигналов от вычислителя на все ИМ-ы. Далее МК выдает команду блокировки коммутатора команд управления и отключает питание (+5 В) выходных преобразователей.

При отсутствии превышения контрольного времени МК снимает команду блокировки коммутатора выходных сигналов вычислителя и ключа подачи питания +5 В на выходные преобразователи и возвращается на ожидание прерываний.

Программа функционально состоит из следующих подпрограмм:

• подпрограммы начального запуска МК;

• подпрограммы разрешения и ожидания прерываний (по таймеру и по сигналу подтверждения работы вычислителя БУД);

• подпрограммы обработки прерывания по таймеру;

• подпрограммы обработки прерывания по сигналу подтверждения работы вычислителя БУД;

• подпрограммы режима аварийного останова двигателя.

В технологической части дипломного проекта разработаны технические требования и рабочая документация на печатную плату АСВК. Трассировка платы проведена с помощью пакета PCAD.

В экономической части дипломного проекта представлено экономическое обоснование разработки блока управления двигателем газотурбинной установки (БУД). Доказано, что разработка и внедрение БУД экономически выгодно: окупаемость проекта происходит за 3 с половиной года.

В разделе "Охрана труда" разработан комплекс мер по защите от вредных и опасных факторов в цехах по производству АСВК.