42

Глава 2. Разработка блока защиты двигателя.

2.1 Техническое задание на разработку.

Область применения: блок защиты двигателя предназначен для защиты газо-турбинной установки на базе двигателей ПС-90ГП1, ПС-90ГП2, ПС-90ГП25 ГПА серии «Урал» от превышения предельно допустимых параметров.

Цель и назначение разработки: разработка блока защиты двигателя, обеспечивающего снижение вероятности аварийных ситуаций за счет применения многоканальной системы защиты.

Параметры, по которым производится защита двигателя:

• Частота вращения ротора свободной турбины (Nст).

• Частота вращения ротора газогенератора (Nгг).

• Температура газа

Технические требования.

Каналы ввода аналоговых сигналов. Датчиками температуры газа ??????? являются датчики температуры градуировки ХА с тарировочной характеристикой по ГОСТ Р.50431-92. Датчиками частоты вращения являются датчики типа ДЧВ-2500А.

Каналы выдачи дискретных сигналов. Блок защиты двигателя должен управлять закрытием стопорного клапана по физическим линиям связи коммутацией цепи U=24В с током не более 3А при достижении контролируемых параметров, следующих значений:

• Nст = (5000…10000) об/мин;

• Nтк = (10500…12000) об/мин;

• ТТ = (700…1000) К.

Блок защиты двигателя должен формировать информационный сигнал «БЗД исправен», при исправности всех каналов Nгг, Nст, ТТ .

Блок защиты двигателя должен обеспечивать выдачу сигнала на стопорный клапан при конкретной отрегулированной величине параметра с точностью:

• ±0.15 % по частоте вращения;

• ±10К по температуре газа.

Задержка управляющего сигнала на стопорный клапан (СК) должна быть не менее 0.03с с момента выдачи первичным преобразователем соответствующего превышению сигнала контролируемых параметров.

Электропитание блока защиты двигателя осуществляется от аккумуляторной батареи с буферным источником питания напряжением от 21В до 29В.

Блок защиты двигателя должен снижать установочное значение параметров ТТ на 100К и Nст, Nгг на 3000 и 1000 об/мин соответственно по сигналу «Контроль» соответственно. Сигнал «Контроль» используется только при пуско-наладочных работах.

Блок защиты двигателя должен быть выполнен в виде моноблока. Подключение внешних электрических цепей должно осуществляться с помощью клеммных колодок проводом сечением 0.35…1 мм². Компоновка блока защиты двигателя должна обеспечивать свободный доступ к его элементам для осуществления наладки, замены и ремонта.

Срок службы блока защиты двигателя не менее 12 лет. Наработка на отказ, приводящий к останову двигателя не менее 125000 часов, на отказ, приводящий к невыдаче управляющего сигнала на стопорный клапан не менее 150000 часов.

2.2 Разработка структурной схемы.

2.2.1 Выбор и анализ базиса исполнения блока.

При выборе элементной базы предпочтение отдается элементам и устройствам, применяемым при производстве других блоков и устройств системы автоматического управления газотурбинной установкой.

В качестве центрального вычислителя блока выбран модуль центрального процессора 5066 фирмы OCTAGON SYSTEMS. Для реализации функции ввода-вывода дискретных, частотных сигналов и сигналов термопар выбран программируемый модуль ввода/вывода UNIO96-5 совместно модулями ввода-вывода фирмы GRAYHILL серии OpenLine. Для ввода в систему частотных каналов используются две платы усилителей формирователей импульсов УФИ 8Т5.104.227 производства АО ”СТАР”. Для реализации функции системы встроенного контроля используется плата ИП/АСВК. В качестве источника питания устройств подключаемых к шине ISA используется модуль блока питания 7124 фирмы OCTAGON SYSTEMS.

Краткая характеристика используемых модулей.

Модуль центрального процессора 5066.

• процессор 5х86/133 МГц

• операционная система – DOS 6.22 в ПЗУ

• встроенное программное обеспечение самодиагностики

• питание напряжением 5В

• среднее время безотказной работы 13,6 лет.

Модуль сохраняет работоспособность в диапазоне температур от -40 до +70⁰С.

Программируемый модуль дискретного ввода-вывода UNIO 96-5 предназначен для ввода-вывода 96 сигналов логического уровня (5В, ТТЛ). В модуле используются четыре программируемые логические микросхемы (FPGA).

Основные характеристики:

• 96каналов цифрового/частотного ввода-вывода в произвольной комбинации

• обслуживание аналоговых модулей Grayhill серии 73G и 73L без использования ресурсов системы и с возможность формирования прерываний

• измерение частоты по любому каналу до 50 МГц

• преобразование кодов по любому каналу

• напряжение питания 5В

• диапазон рабочих температур от -40 до +85⁰С

• среднее время наработки на отказ не менее 100 000 часов.

Модуль блока питания 7124.

• импульсная защита > 100 В

• выходное напряжение 5В, ток 4 А.

• напряжение питания от 9 до 36 В

• диапазон рабочих температур от -20 до +85⁰С

Модули ввода-вывода GrayHill серии OpenLine. Один модуль УСО серии OpenLine содержит два канала определенного типа.

Цифровые модули позволяют управлять мощными нагрузками с током до 4А и осуществлять ввод сигналов постоянного и переменного тока с номинальным значением напряжения до 280В.

Модули аналогового ввода-вывода обеспечивают ввод сигналов от термопар и термометров сопротивления и других аналоговых датчиков. Диапазон рабочих температур составляет от -40 до +80⁰С.

Модуль 73L-ITCK.

• точность – 0,05% от полной шкалы;

• формат данных – 16-разрядный;

• время преобразования – 500 мкс на каждый канал;

• напряжение питания логической части – 4,75…5,25В;

• тип подключаемой термопары – термопара типа К;

Модуль 70L-IDCG. Быстродействующий сдвоенный неполяризованный модуль дискретного ввода-вывода со светодиодом состояния.

• диапазон входных напряжений – 35…60В

• входной ток при максимальном входном напряжении – 6 мА

• время включения – 10 мс

• время включения – 10 мс

• напряжение срабатывания – 35В

• напряжение отпускания – 9В

• номинальное значение питания логической части – 5В

• ток потребления логической части – 6мА/канал

Модуль 70L-II420. Модуль ввода стандартных сигналов тока 4…20 мА

Модуль 70L-ODC. Модуль коммутации цепей постоянного тока. Модуль сдвоенный, защищен плавким предохранителем, нормально разомкнут.

• диапазон коммутируемого напряжения – 3…60В

• максимальное время включения – 20 мс

• максимальное время выключения – 50 мс

• номинальное напряжение питания логической части – 5В

• максимальный ток потребления логической части при номинальном значении напряжения – 7мА/канал

Объединительная плата TBI-16L предназначена для установки 8 модулей гальванической развязки серии 70L/73LC фирмы GrayHill. Плата может быть установлена на панель или DIN-рейку.

Блок ИП/АСВК. Блок предназначен для реализации функции системы встроенного контроля, а также для питания модулей ввода-вывода от изолированного источника питания.

Блок усилителя формирователя импульсов УФИ 8Т5.104.227. Блок формирует на входе импульсы с ТТЛ совместимым уровнем, частота следования которых пропорциональна частоте входного сигнала. Входным сигналом блока является синусоидальный сигнал с датчика частоты вращения. Каждый блок позволяет сформировать два частотных канала.