330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 1КорабГазотурбоген

ВВЕДЕНИЕ

Получив заказ на изготовление пар

разработку САУР нужно было начинать

Специальная

и

военная техника,

тии газотурбогенераторов, ИПП «Энер

с нуля, и за разработку взялся НИИА

разработанная

и

изготавливавшаяся

гия» попало в сложное положение –

чермет (г. Днепропетровск).

советским

военно промышленным

предприятия поставщики системы ав

Практика проектирования подобных

комплексом, создавалась с привлече

томатического управления и регулиро

систем (с учётом специфики примене

нием обширных научных ресурсов и

вания (САУР) оказались не готовы по

ния и повышенных требований к каче

зачастую опережала время. Благодаря

ставить свою продукцию в требуемые

ству и надёжности) подразумевает дли

этому многое ранее созданное не по

сроки, более того, выяснилось, что не

тельный этап разработки с последую

теряло актуальность и по сей день,

которые предприятия или остановлены,

щим многократным повторением цик

обеспечивая

функциональность, на

или вообще ликвидированы, поэтому

ла макетирование – испытания – до

дёжность, долговечность,

неприхот

ливость и простоту в обслуживании –

качества, которые всегда будут ценить

в вооруженных силах любой страны. В

полной мере это утверждение отно

сится к 100 киловаттному газотурбо

генератору ГТГ 100К, изготавливае

мому инжинирингово производст

венным

предприятием

«Энергия»

(г. Кривой Рог) и предназначенному

для питания трёхфазной бортовой се

ти 220 В/400 Гц кораблей на воздуш

ной подушке (рис. 1). Являясь компо

нентом

корабельного электрообору

дования, он, в свою очередь, пред

ставляет

собой

сложный

комплекс,

состоящий из тысяч деталей и узлов,

производством которых в свое время

занимались заводы, разбросанные по

территории СССР от Казахстана до

56

Башкирии, от Ленинграда до Севасто

поля.

Рис. 1. Многоцелевой десантный корабль на воздушной подушке «Мурена»

www.cta.ru

СТА 1/2006

САУР должна сохранять работоспо

собность при следующих условиях:

● вибрационные нагрузки в диапазоне

частот до 60 Гц с ускорением 2g;

a

● ударные

нагрузки

многократного

действия с ускорением 15g;

● температура от –10 до +50°C в рабо

чем состоянии, от –50 до +65°C в не

рабочем состоянии;

● относительная влажность

95 98%

б

при +40°C, морской туман.

АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Рис. 3. Модуль управления электромагнитом (МУЭМ): a — внешний вид, б — вид со снятым

Наиболее полно указанным требова

кожухом и извлечённой электрической платой

ниям отвечают модули производства

ных аналоговых сигналов останови

органами системы, а также два вспомо

компаний Octagon Systems и Fastwel в

формате MicroPC. Эти изделия харак

лись на модулях Dataforth (нормализа

гательных модуля — модуль питания

теризуются

высокой надёжностью,

тор напряжения SCM5B30 50 мВ/5 В и

(МП) и модуль трансформаторов

большим временем наработки на отказ,

нормализатор

частоты

SCM5B45

(МТ) — были разработаны и изготов

широким диапазоном рабочих темпе

500 Гц/5 В), устанавливаемых на пла

лены собственными силами. Внешний

ратур, влажностей, вибраций и прочих

тах SCMPB03 и SCMPB04 фирмы

вид МУЭМ приведён на рис. 3.

параметров окружающей среды. Пол

Dataforth.

Оборудование САУР расположили в

ная совместимость контроллеров фор

Система имеет трёхкратное резерви

двух навесных корпусах (условно на

мата MicroPC с платформой IBM PC

рование по питанию от линий основ

званных блоками РЧМ и СУ), соеди

предполагает использование накоплен

ного питания 27 В, резервного питания

нённых дискретными и аналоговыми

ного разработчиками опыта и простоту

24 В и модуля питания (на рис. 2 не по

линиями связи и установленных в по

модификации программного кода, по

казан),

собранного

на конверторах

мещении главного электрического рас

зволяя

реализовать

самые

сложные

фирмы

Traco

Power

AC/DC

пределительного щита (РЧМ) и поме

системы в крайне жёсткие сроки.

TPM 40112C (220/12 В, 40 Вт), кото

щении газотурбогенератора (СУ). При

Для решения поставленной задачи

рый включается в работу после запуска

этом РЧМ содержит все основные эле

был выбран модуль центрального про

ГТГ 100К, вырабатывающего 220 В/

менты системы: микроконтроллер с

цессора 5070, а также модуль дискрет

400 Гц. На рис. 2 не показаны также

платами ввода вывода, модули норма

ного ввода вывода 5600 (96 дискретных

конверторы

фирмы

Traco Power

лизации сигналов, цепи питания, орга

каналов ввода вывода), модуль счётчи

DC/DC TEN 5 2411 (24/5 В, 5 Вт, ис

ны управления и индикации, гальвани

ков таймеров 5300 (9 счётчиков тайме

пользуются для управления модулями

ческую развязку внешних цепей, в том

ров) производства Octagon Systems и

Grayhill), DC/DC TEN 5 2422

числе и с блоком СУ. С внутренней сто

модуль аналогового ввода вывода с

(24/±12 В,

6 Вт,

используется для

роны двери РЧМ находится панель

гальванической развязкой AI 16 5A

включения реле времени пуска ГТГ

управления и индикации, обеспечи

(16 каналов 14 разрядного аналогового

100К), а также DC/DC конвертор фир

вающая настройку контуров регулятора

ввода, 2 канала аналогового вывода)

мы Nemic Lambda PH50S 24 5 (24/5 В,

частоты и мощности, а также контроль

производства Fastwel (рис. 2).

50 Вт,

используется

для

питания

состояния САУР и ГТГ. СУ в основном

Для согласования дискретных сигна

MicroPC). В модуле управления элек

содержит коммутирующее оборудова

лов с модулем дискретного ввода вы

тромагнитом установлены два конвер

ние: цепи основного и резервного пи

вода были выбраны платы с гальвани

тора AC/DC TML 15124L (220/24 В,

тания САУР (27 и 24 В постоянного

ческой

развязкой

фирмы

Fastwel

15 Вт). Конверторы выбирались с запа

тока) с автоматическим переключени

(TBI 24/0C, TBI 0/24C, TBI 16/8C), а

сом по мощности с учётом температур

ем, контрольный разъём, модули галь

также

электронные

реле

фирмы

ной деградации.

ванической развязки, индикацию ре

Grayhill (70G ODC5B) и твердотель

Модули управления электромагни

жимов питания и аварийных состоя

ные реле фирмы Omron (G3NA

том (МУЭМ)

и

серводвигателем

ний, тумблер перевода ГТГ в особый

58

D210B524DC для коммутации больших

(МУСД), решающие специфические

режим запуска, а также нормализатор

токов 3 10 А). Для нормализации вход

задачи управления исполнительными

напряжения термоэдс термопары.

www.cta.ru

СТА 1/2006

а

б

Рис. 4. САУР ГТГ#100К: а — РЧМ (вверху слева направо модули МУСД, МП, МУЭМ, МТ), б — СУ

По прошествии 4 месяцев от момен

тоты: 1) по отклонению частоты от за

раемой

мощности изображено на

та начала работ были разработаны и из

данной и 2) по возмущению (величина

рис. 5.

готовлены нестандартные модули, соз

отбираемой от генератора активной

Программное обеспечение САУР на

дан работающий макет САУР (рис. 4).

мощности). Исполнительным меха

писано на языке С++ и функциониру

низмом первого контура является сер

ет под

управлением

операционной

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

водвигатель центробежного регулято

системы ROM DOS. При написании

Параллельно с разработкой и конст

ра скорости, изменяющий

усилие

ПО исходили из того, что алгоритмы

руированием электрических схем шла

сжатия пружины регулятора

(канал

функционирования системы могут и

работа по созданию программного

характеризуется высокой точностью,

должны быть доработаны по результа

обеспечения, которое должно решать

но имеет малое быстродействие, ос

там макетирования и предварительных

четыре независимые группы задач:

новное назначение — поддержание

испытаний, в ходе которых будут уточ

● управление режимами работы газо

частоты в пределах допуска в статиче

нены статические и динамические ха

турбогенератора и переходами между

ских режимах работы ГТГ 100К). Вто

рактеристики ГТГ 100К. Поэтому пе

ними;

рой контур при помощи пропорцио

речень настраиваемых параметров ока

● термоконтроль отходящих газов с це

нального электромагнитного клапана

зался значительно более широким, чем

лью предотвращения выхода турби

изменяет подачу топлива в камеру сго

того требует штатная настройка и экс

ны из строя из за перегрева лопаток;

рания турбины, обеспечивая мини

плуатация

газотурбогенератора. Эти

● поддержание частоты вырабатывае

мальное время реагирования на изме

настройки были разделены на две

мого газотурбогенератором тока в

нения нагрузки. Влияние контуров ре

группы. В первую группу вошли те па

пределах допуска, в том числе при

гулирования на скорость восстановле

раметры, которые допускается на

скачкообразных изменениях отби

ния частоты при набросе 100% отби

страивать

в ходе

эксплуатации

раемой от газотурбогенератора мощ

ности;

P, %

● обеспечение равномерного распре

100

Нагрузка

деления активной мощности между

двумя работающими на общую на

0

t, с

грузку генераторами.

Первая задача представляет собой

∆f, %

реализацию автомата состояний с ком

+0,3

t, с

плексом блокировок и защит. При ре

Оба контура регулирования

шении задачи термозащиты и термоог

–0,3

Только 1 й контур

раничения большая тепловая инерци

онность термопар НК СА компенси

Только 2 й контур

ровалась прогнозированием темпера

туры по её мгновенному значению и

первой производной.

Наиболее сложной и ресурсоёмкой

являлась задача регулирования часто

ты переменного тока, вырабатываемо

го газотурбогенератором, в функциях

отклонения частоты от номинальной

Условные обозначения:

и активной мощности, отбираемой от

P — мощность, % от номинальной; t — время, с; ∆f — рассогласование частоты, % от номинальной.

генератора. При этом в системе име

Рис. 5. Зависимость переходного процесса восстановления частоты генератора при набросе

59

ются два контура регулирования час

100% мощности от используемых контуров регулирования

СТА 1/2006

www.cta.ru

www.cta.ru

СТА 1/2006