Автоматизированная система информационной поддержки наладочных работ электропривода в TrendWorX32

• Введение

1 Характеристика объекта

2 Характеристика проблем

3 Выбор системы прототипа

4 Постановка задачи

4.1 Объект информатизации

4.2 Ограничения

4.3 Критерий

4.4 База данных

4.5 Классификатор характеристик

4.6 Пакет программ для анализа

5 Типовые задачи

5.1 Многовариантное типирование интеллекта с профориентацией

5.2 Методы многокритериального выбора вариантов

Заключение

Введение

С повышением требований к точности изготовления изделий и их качеству при все более сложном процессе их обработки. Вместе с тем растет объем производства, что выдвигает требование повышения производительности машин за счет увеличения как их мощности, так и скорости обработки изделий. К ужесточению требований к электроприводу, на который возлагается задача осуществления сложных перемещений рабочих органов механизма. В процессе реализации этих перемещений возникает необходимость разгона, торможения, реверса электропривода, поддержания постоянства регулируемой величины (координаты), изменения ее по определенному закону и т. д.

Системы управления электроприводами могут быть подразделены на системы с разомкнутой и замкнутой цепью воздействий. В системе с разомкнутой цепью воздействий (разомкнутая система) отсутствует обратная связь, вследствие чего при возникновении отклонения выходной переменной от предписанного ей значения вызванного тем или иным возмущающим воздействием, сигнал управления на входе системы остается неизменным. Примером может служить двигатель, питающийся от преобразователя и приводящий в движение механизм, который включает в себя исполнительный орган и кинематическую связь. На преобразователь, двигатель и механизм действуют возмущения в виде изменений напряжения питающей сети, изменений момента нагрузки и т. п. Эти возмущения приводят к отклонению выходной координаты от предписанного ей значения, причем значение этого отклонения в статике и характер его в динамике при данном возмущении определяются параметрами преобразователя, двигателя и механизма.

В решении основной задачи для наладчиков лаборатории автоматизированного электропривода (ЛАЭП) находящейся в СибГИУ на кафедре АИЭМ где производится наладка и разработка электроприводов.

Было принято решение с целью уменьшения, а в идеальном случае — исключения ошибки приточном количественном определении параметров объекта позволяет значительно уменьшить время требуемое на наладку, повысить качество переходных процессов, тем самым преследует цель создание автоматизированной системы поддержки наладочных работ электропривода включающее при правильном выборе передаточных функций.

1 Характеристика объекта

Автоматизированный электропривод представляет собой комплекс электрических машин, аппаратов и систем управления, в котором электродвигатели конструктивно связаны с исполнительным механизмом.

«Всякая развитая совокупность машин состоит из трех существенно различных частей: машины-двигателя, передаточного механизма, наконец, машины-орудия или рабочей машины». 1]

Электроприводом называется машинное устройство, осуществляющее преобразование электрической энергии в механическую и обеспечивающее электрическое управление, преобразованное в механическую энергию.

Электропривод состоит из двух частей: 1) силовой части, включающей электродвигатель, и устройство для передачи механической энергии рабочему органу; 2) системы управления, содержащей командные органы, устройства для формирования свойств электропривода и защитные средства.

Основная функция электропривода — приводить в движения рабочий механизм — сохраняется за ним и в настоящее время. Однако современный автоматизированный электропривод, обладающий системой автоматизированного управления, выполняет более широкие функции, обеспечивая рациональное ведение технологического процесса. При автоматическом управление достигается высокая производительность и улучшается качество выпускаемой продукции[2].

В настоящее время разработаны и используются промышленностью электроприводы постоянного тока, они получили достаточно широкое применение в различных отраслях хозяйственной деятельности. Основными потребителями регулируемых электроприводов постоянного тока средней и большой мощности являются металлургическая, горнорудная, бумагодельная, резиновая, машиностроительная промышленность и др. Являясь неотъемлемой частью практически большинства технологических агрегатов, во многих случаях они определяют эффективность технологического процесса, потребления электрической энергии и условия труда обслуживающего персонала.

2 Характеристика проблем

Наладка современного автоматизируемого электропривода требует глубокого знакомства с условиями работы производственного механизма. Высокая производительность и высокое качество выпускаемой продукции могут быть пучены лишь при надлежащем сочетании статических и динамических характеристик привода и рабочей машины. Кинематика и даже конструкция рабочей машины в значительной мере определяются типом применяемого привода. Одновременно имеет место и обратное влияние рабочей машины на привод. В зависимости от конструктивных особенностей исполнительного механизма привод претерпевает значительные изменения. В связи с этим налаживать электропривод надо совместно с условием характеристик рабочей машины.

Таким образом, наладка и регулировка современной высокопроизводительной рабочей машины может быть обеспечена только совместными усилиями наладчиков и технологов.

Наладка электропривода может вестись лишь на основе тщательно разработанного технического задания, в котором должны быть учтены все особенности производственного процесса и условия работы исполнительного механизма. В техническом задании должны найтись отражающие вопросы, касающиеся характера статического момента, необходимых пределов регулирований скорости, плавности регулирования, требуемого комплекса механических характеристик, условий пуска и торможения, числа включений в час и др.

В основном наладка предопределяется требованиями, касающимися условий регулирования скорости, — диапазоном, плавностью, длительностью работы на пониженных скоростях и т. п. В настоящее время в промышленности внедряется ряд систем регулируемых приводов переменного тока. Однако большинство этих систем может использоваться лишь в том случае, если длительность работы на пониженных скоростях в общем балансе времени невелика. При необходимости иметь широкий диапазон изменения скорости и возможность длительной работы на пониженной скорости, как правило, пока еще приходится прибегать к приводам постоянного тока.

При этом, особое внимание должно быть уделено возможности получения всего комплекса механических характеристик, необходимых для осуществления заданных режимов работы исполнительного механизма. Если привод предназначен для работы в динамическом режиме с частыми пусками и остановками, то предварительно также должны быть сопоставлены условия протекания переходных процессов при различных системах привода.

Как правило, приводы, в которых автоматически регулируется какой-либо параметр, снабжаются одной из систем непрерывного управления.

Работа электрифицированного агрегата часто сопровождается изменением скорости движения его органов, что вызывается рядом причин для наладки и регулировки: колебаниями механической нагрузки вследствие изменения режима работы, включением и выключением пусковых и тормозных сопротивлений электродвигателя, непостоянством напряжения питающей сети. Особенно большие изменения скорости имеются при пуске и торможения электропривода. Поскольку эти режимы не рабочие, то за их счет удлиняется цикл работы и, следовательно, снижается производительность рабочего агрегата. Совершенно необходимо уметь определять длительность этих переходных процессов и принимать меры к их сокращению.

Практическое значение переходных режимов нагрузочных диаграмм электроприводов: как правило, электропривод того или иного исполнения, механизма не работает длительно с неизменной скоростью, а тем более с неизменной нагрузкой. В большинстве случаев режим работы электродвигателя является переменным — непрерывно изменяется нагрузка, периодически осуществляются пуски и остановки, а иногда в соответствии с требованиями технологии, регулировка скорости.

Работа электропривода характеризуется нагрузочными диаграммами, которые представляют собой зависимости вращающего момента двигателя, мощности, тока, скорости, пройденного пути от времени:

М, Р, I, n, б = f (t).

Построение нагрузочных диаграмм необходимо, прежде всего, для наладки двигателя. Как будет показано ниже, учитывать необходимую мощность двигателя по величине статической нагрузки не представляется возможным[1].

Весьма существенное значение имеет работа маховых масс и динамические свойства тиристорного электропривода. В динамике тиристорного преобразователя характеризуется двумя его основными особенностями как элемент системы управления:

1) поскольку в системе импульсно — фазового управления аналоговый входной сигнал дискретно преобразуется в сдвиг управляющихся импульсов, преобразователь управляется не непрерывно, а дискретно;

2) преобразователь представляет собой полу управляемое устройство тиристор открывается только тогда, когда ток через него станет равным нулю.

Таким образом, тиристорный преобразователь проявляет себя как существенно нелинейное звено, полоса пропускания которого ограниченна и характер переходного процесса в котором зависит от значения и знака входного сигнала, а также от момента подачи этого сигнала внутри периода напряжения питания[3]. Нелинейность преобразователя может являться причиной ряда специфических явлений таких, как появления низкочастотных биений при воздействии на преобразователь сигналов с частотой, большей частоты питания, возможность возникновения субгармонических колебании в замкнутых системах при попытках реализовать высокое быстродействие, появление постоянной составляющей электродвижущий силы при воздействии гармонического сигнала высокой частоты и.т.п. Все эти явления нежелательны и в правильно построенной системе тиристорного электропривода должны быть исключены. Поэтому всегда приходится предварительно задаваться мощностью двигателя, производить расчеты переходных процессов, строить нагрузочные диаграммы и лишь на основе последних производить проверку правильности работы двигателя.

Отдельные отрезки нагрузочных диаграмм представляют кривые переходных процессов. Под последними понимают процессы перехода электропривода от одного установившегося состояния к другому, т. е. режимы перехода от покоя к вращению или обратно, от одной скорости к другой, от прямого направления вращения к обратному, от одной нагрузки исполнительного механизма к иной и.т.п. Переходные режимы играют огромную роль в работе электропривода и механизма, и часто их характер предопределяет производственность механизма и качество выпускаемой продукции.

При анализе нагрузочные диаграммы могут быть представлены либо аналитически, либо графически.

Иногда к электроприводу предъявляются особо повышенные требования в отношении точности выполнения операций; может быть необходимым осуществление движения по определенному закону в зависимости от времени или перемещения рабочего органа, точной остановки механизма в заданном месте. Очевидно, что наладка привода в этих случаях может вестись только на основе анализа переходных режимов.

Для электроприводов, работающих большую часть времени в переходных режимах, существенное значение может иметь расход энергии, идущей на ускорение и торможение маховых масс. Очевидно этот непроизводительный расход энергии должен быть сведен к минимуму. Анализ переходных режимов позволяет выявить предельно допустимое с точки зрения нагрева число включений двигателя в час[1].

Из изложенного становится очевидным огромное практическое значение изучения переходных процессов и нагрузочных диаграмм. Анализ их дает возможность детально выявить поведения электропривода, произвести правильный его выбор и расчет, установить оптимальное сочетание механических (рабочих и тормозных) характеристик выявить параметры работы двигателей.

В результате исследования переходных процессов часто выявляется необходимость видоизменения предварительно принятой схемы автоматического управления приводом, а иногда даже пересмотра параметров электрических машин. Вопросы переходных процессов и нагрузочных диаграмм являются основой теории электропривода.

Анализ работы электроприводов с автоматическим регулированием исследование динамики работы привода, снабженного автоматическим регулятором, представляет достаточно сложную задач для наладчика, как с точки зрения физики происходящих явлений, так и особенно в отношении математического анализа.

Все основные требования сводятся к разработке комплексной информационной системы для обработки информации, при этом под обработкой понимается процесс решения вычислительных задач, адекватно отражающих функциональные задачи управления. Именно комплексная обработка информации позволяет повысить эффективность наладочных устройств которое должно информировать состояние работы электроприводов с целью экономии времени наладчика. Тем что наладчик может устранить все возможные недостатки с меньшими временными затратами связанные с поиском и выявлением проблем.

В настоящее время для наладки электропривода нет программных продуктов осуществляющие возможность детально выявить поведения электропривода и выявить параметры работы двигателей.

3 Выбор системы прототипа

Начиная с 1970;х гг., было разработано множество прикладных пакетов моделирования, автоматизирующих прежде всего этап представления математической модели для компьютера. Среди них лидирующее положение для исследования динамических систем занимают пакеты MATLAB и Simulink фирмы Math Work.

Первая версия пакета MATLAB была разработана уже более 20 лет тому назад. Развитие и совершенствование этого пакета происходило одновременно с развитием средств вычислительной техники. Название пакета MATLAB происходит от словосочетания Matrix Laboratory, он ориентирован в первую очередь на обработку массивов данных (матриц и векторов). Именно поэтому, несмотря на достаточно высокую скорость смены поколений вычислительной техники, MATLAB успевал впитывать все наиболее ценное от каждого из этих поколений.

В результате к настоящему времени MATLAB представляет собой богатейшую библиотеку функций, единственной проблемой работы с которыми заключается в умении быстро отыскать те из них, которые нужны для решения поставленной задачи.

Для облегчения работы с пакетом специалистам различных областей науки и техники вся библиотека функций разбита на разделы. Те из них, которые носят общий характер, входят в состав ядра MATLAB. Те же функции, которые являются специфическими для конкретной области, включены в состав пакетов расширения (Toolboxes, Blocksets).

В настоящее время появилась новая, существенно расширенная, версия R2006a, Simulink-6. Этой версии ниже уделено основное внимание. Однако необходимо отметить, что библиотеки старых версий с их интерфейсом сохранены.

Пакет Simulink является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотек стандартных блоков создает модель устройства и осуществляет расчеты. При этом, в отличие от классических способов моделирования, пользователю не нужно досконально изучать язык программирования и численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере и естественно, знаний той предметной области, в которой он работает[5].

Simulink является достаточно самостоятельным инструментом MATLAB и при работе с ним совсем не требуется знать сам MATLAB и остальные его приложения. С другой стороны, доступ к функциям MATLAB и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink (например, LTT-Viewer приложения Control System Toolbox — пакета для разработки систем управления). Имеются также дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например, Sim Power System — моделирование электротехнических устройств, Digital Signal Processing Blockset — набор блоков для разработки цифровых устройств и т. д.).

При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков.

При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящей в системе.

Развитие и совершенствование среды MATLAB — Simulink происходит достаточно быстро. С момента выхода MATLAB 6.0 для моделирования полупроводниковых систем, прошло около пяти лет. За это время разработано семь новых версий пакета, причем начиная с версии MATLAB 7.0 существенной переработки подвергся пакет расширения Sim Power System. Именно этот пакет расширения является основным при модельном исследовании и проектировании электромеханических систем.

Данная монография представляет собой учебник по моделированию электромеханических систем в среде MATLAB-Simulink и содержит всю необходимую информацию по всем разделам последней версии среды (R 2006 а), которые необходимы для изучения.

Целью разработки пакета является изучение физических основ функционирования отдельных элементов электромеханических системы и проектирования этих систем в среде MATLAB-Simulink.

Эта цель достигается последовательным изложением следующих вопросов:

1 Модельным исследованием общих задач анализа и синтеза динамики электромеханических систем в среде Matlab-Simulink.

2 Модельным исследованием устройств силовой электроники в пакете Sim Power System.

3 Модельным проектированием электромеханических систем постоянного тока.

4 Модельным проектированием асинхронных электромеханических систем.

5 Модельным проектированием синхронных электромеханических систем.

Рассмотрим пример установки — (прямого пуска асинхронного двигателя) с помощью пакета MATLAB и Simulink фирмы Math Work основано на замене исходного объекта объектом обладающим аналогичным поведением.

Пример

Виртуальная модель для исследования прямого пуска АКЗ на холостом ходу с последующим приложением номинального момента показана на рисунке 1- (файл AKZ_Virt).

Модель содержит трехфазную асинхронную машину (Asynchronous Machine SI Units), запитанную. от трехфазного источника (Three-Phase Source), блок для измерения скорости и момента машины (Machines Measurement Demux), блок момента нагрузки (Step) и блоки измерения (Scope, To Workspace).

При запуске модели осуществляется прямой пуск АКЗ, по истечению некоторого времени прикладывается момент нагрузки. Результаты моделирования машины тип двигателя 20HP, мощность -15 kw, напряжение 400V, частота 50Hz 1460 RPM, представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 Модель асинхронного короткозамкнутого двигателя составлена из библиотеки пакета Sim Power System

Рисунок 2- модель с блоками: To File и Form File динамическая характеристика машины 20HP

Из результатов моделирования видно, что при прямом пуске на холостом ходу и при приложении нагрузки наблюдаются значительные колебания момента и скорости.

Виртуальная установка для исследованиея механических, электромагнитных и энергетических характеристик асинхронной машины во всем диапазоне изменения скольжения.

Сложность построения модели для проведения исследования заключается в том, механическая характеристика асинхронных машин имеет только одну устойчивую область работы в диапазоне изменения скольжения.

Остальные области механических характеристик являются областями неустойчивой работы.

Задача построения модели с последующим исследованием механических, электромагнитных и энергетических характеристик АМ во всем диапазоне изменения скольжения может быть решена при использовании подхода, описанного ниже.

Этот подход базируется на формировании нагрузочного момента в точности совпадающего с моментом исследуемого АКЗ и одновременным управлением скоростью двигателя. Модель такой виртуальной установки показана на риснке 3 — (файл AKZ_stat).

Рисунок 3 — Модель виртуальной установки для снятия статических характеристик асинхронной машины

Модель содержит две электрические машины одну асинхронную машину (АМ) со своим источником питания (ASC). Вторую машину постоянного тока (DCM) с источником питания обмотки возбуждения (DCS) и регулируемым источником в якорной цепи (CVS). Электромагнитный момент асинхронной машины является нагрузкой на валу машины постоянного тока, а электромагнитный момент машины постоянного тока служит нагрузкой на валу асинхронной машины.

При таком построении моменты обеих машин будут всегда (в установившемся режиме) равны и противоположны по знаку. Для задания скорости вращения исследуемой асинхронной машины машина постоянного тока управляется от регулятора, на вход которого поступает сигнал задания и сигнал обратной связи — скорость асинхронной машины. Блок (Measurement) является библиотечным блоком для измерения переменных состояния асинхронной машины.

Блок (Output) служит для передачи в рабочее пространство переменных для вычисления механических, электромагнитных и энергетических характеристик асинхронной машины. Модель этого блока представлена на рис. 6.14. Здесь вычисляется скольжение, амплитуда тока статора и коэффициент мощности. Блок (To Workspace) служит для передачи данных в рабочее пространство Matlab.

Программа для расчета статических характеристик представлена в файле (AKZ_ Char), а сами характеристики показаны на рисунке 4.

Каждый из перечисленных разделов содержит теоретическую часть, подкрепленную практическими моделями. При этом пользователю рекомендуется самому реализовать модель согласно описанию. В том, что это описание далеко не всегда даст исчерпывающие ответы на массу вопросов, возникающих при разработке модели.

Пакет программ MATLAB-Simulink может быть полезен для следующих категорий пользователей: инженерам-проектировщикам электромеханических систем и желающим повысить уровень компьютерной грамотности.

Рисунок 4 — статические характеристики асинхронной машины

4 Постановка задачи

В настоящее время существует большое количество разнообразных информационно-измерительных систем, а также множество прикладных пакетов моделирования для математического анализа как например. Среди них лидирующее положение для исследования динамических систем занимают пакеты MATLAB и Simulink. Большинство из этих систем невозможно использовать в совокупности аналитического и измерительного инструмента для наладки электропривода.

Целью разработки является создание автоматизированной системы информационной поддержки наладочных работ электропривода, для повышения эффективности самого процесса наладки электропривода постоянного и переменного тока. Эта задача актуальна по следующим причинам:

— объекты управления электроприводами становятся более сложными; это выражается в том, что возрастает число задач, решаемых в процессе управления; одновременно с ростом числа задач сокращается допустимое время принятия решения и повышаются требования к надежности;

— наладка электропривода проводится достаточно долго в условиях неопределенности, т. е. при отсутствии в полном объеме информации, необходимой для правильного выбора технических решений.

Эти причины вызывают необходимость применения проектирования современной информационной системы в следующих областях: Первая область — применение вычислительной техники для выполнения численных расчетов, которые требует слишком больших затрат времени или вообще не реализуются вручную. Развитие этой области способствовало интенсификации методов численного решения сложных математических задач. Характерной особенностью данной области применения вычислительной техники является наличие сложных алгоритмов обработки, которые используются в простых по структуре данным, объем которых сравнительно невелик.

Вторая область, которая непосредственно относится к использованию средств вычислительной техники в автоматических или автоматизированных информационных системах. Информационная система представляет собой программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий выполнение следующих функций:

1. надежное хранение информации в памяти компьютера;

2. выполнение специфических для данного приложения преобразований информации и вычислений;

3. предоставление пользователям удобного и легко осваиваемого интерфейса. Однако в информационных системах совокупность взаимосвязанных информационных объектов фактически отражает модель объектов реальных событий. А потребность пользователей в информации, адекватно отражающей состояние реальных объектов, требует сравнительно быстрой реакции системы на их запросы. И в этом случае требуется наличие устройств хранения данных.

Процесс проектирования должен иметь иерархическую структуру. Этот принцип определяет последовательность анализа объекта при проектировании. В соответствии с ним анализ должен начинаться с выхода системы, рассматриваемой как единое целое. Затем система разбивается на небольшое число достаточно крупных подсистем, исследуется вклад каждой из них в результирующий выход системы. Иерархия проста и естественна в отображении взаимосвязи между классами объектов.

Основной метод проектирования сложной системы — метод декомпозиции. Иерархическая структура процесса проектирования и широкое использование метода декомпозиции объясняются особенностями процесса принятия решений ходе создания информационно-советующей системы и в ходе ее эксплуатации.

Качество принятого решения в общем случае зависит от информированности об объекте управления и временного ресурса, т. е. от многообразия просмотренных способов воздействии на процесс и оттого, насколько тщательно и полно проведен анализ хода процесса до некоторого момента времени. С другой стороны, закономерности управляемого процесса обычно таковы, что высокое качество управления может быть достигнуто лишь при достаточно малой задержке во времени управляющего воздействия. Таким образом, основное противоречие в требованиях к организации процесса принятия решения — противоречие между объемом работы по получению и переработке информации и отводимым на эту работу временем.

Одни из путей разрешения этого противоречия — использование иерархической структуры процесса принятия решения. Проблема или задача, подлежащая решению, разбивается на ряд задач (проводится декомпозиция задачи), каждая из которых по объему и сложности такова, что может быть решена за приемлемое время и содержит координирующие условия, обеспечивающие объединение решений частных задач. Управляемый процесс при этом, как правило, может быть разбит на ряд соответствующих взаимосвязанных подпроцессов.

Координирующие условия вырабатываются в результате декомпозиции исходной задачи, которая может осуществляться за меньшее время и при более ограниченном объеме информации, чем полное решение исходной задачи. Постановка частных задач и объединение их решений в решение полной задачи осуществляются на более высоком уровне соподчиненных решающих систем, чем решение частных задач, и представляют собой также процесс принятия решений. Указанное расслоение на два или большее число подчиненных один другому уровней может иметь место не только в результате дефицита времени или сложности задачи принятия решения.

Требования в эксплуатации системы, которые предназначены для решения задач, необходимых человеку при управлении сложными процессами или объектами; эти вычислительные системы не связаны с контурами управления, они вырабатывают информацию для уточнения (коррекции) сигналов управления, которая выдается наладчику через системы отображения принятия решений. Известны несколько режимов работы которые оказывают существенное влияние на формирования требований к их надежности:

Важными являются также вопросы эксплуатации. По этому необходимо иметь четкие представления о работе. Известны несколько режимов работы, которое оказывают существенное влияние на формирование требований и их надежностей:

1 Разовый режим — за период жизни используется для основной работы один раз;

2 Периодический режим — включается в основную работу через определенные интервалы времени и после ее выполнения выключается;

3 Длительность и непрерывный режимы — при длительном режиме работы системы включаются для работы на длительное время, связанное с периодами эксплуатации объекта, при непрерывном система включается на весь период жизни объекта.

Кроме того, по эксплуатационным требованиям можно ввести следующее деление.

Информационные системы которые не обслуживается в процессе основной работы, т. е. не могут ремонтироваться, но могут обслуживается человеком при подготовке к основной работе. Их программы после начала эксплуатации не изменяются, хотя их можно модернизировать.

Требования к надежности программ в процессе основной работы возможно было периодически модернизировать. При определении состава показателей надежной работы необходимо учитывать условия функционирования, области использования и условия эксплуатации.

Для неремонтируемых — необслуживаемых разового или периодического действия наиболее важным показателем является вероятность правильного функционирования в течение заданного времени. Для ремонтируемых — обслуживаемых — информационных систем длительного использования и периодической работы важен еще один показатель — коэффициент готовности.

Определения требований к основным параметрам производительности и емкости памяти — осуществляется на основе математических исследований алгоритмов, метода численного анализа, а также методов программирования. Кроме того для решения задач необходимо установить возможность параллельного выполнения программ вычислений.

Важным этапом в работе структуры является определение производительности работающей по временной диаграммы которая учитывает поступление, обработку и выдачу информации.

Информационные системы работающие в необходимых для человека условиях при управлении сложными процессами или объектами управляющих системах, можно условно классифицировать по принципу их построения:

— на вычислительных машинах;

— на вычислительных машинах с общем полем памяти;

— на отдельных устройствах (модулях) — процессорах — вычислителях, спецпроцессорах, модулях памяти, процессорах обмена и.т.п.

При построении информационные системы большое значение имеет принцип соединения вычислительных средств друг с другом. Известны следующие принципы соединения устройств для передачи информации:

— радиальные;

— магистральные;

— с помощью коммутатора;

— комбинированное;

По характеру используемых средств можно разделить следующим образом:

— однородные, состоящие из одинаковых вычислительных машин или процессоров — вычислителей, модулей памяти, имеющих одинаковую архитектуру;

— разнородные, состоящие из различных машин или процессоров вычислителей, т. е. имеющих различную архитектуру.

Информационно — советующая система может быть связана с различными источниками информации, по этому необходимо предусматривать возможность приема данных одновременно от нескольких источников, а также возможность приема информации по запросу источников и частоте ее поступления. Аналогичные условия необходимо предусматривать и при выдачи информации на исполнительные устройства, механизмы, а также на средства отображения информации. Принципы организации соединений с источниками и потребителями информации аналогичны принципам соединения информационно — советующей системы, т. е используется при ограничениях только магистральный и радиальный принципы, а также соединения с помощью коммутатора.

Правильность получении информации из информационно — советующей системы от правильного функционирования аппаратуры и схем контроля ее работы, так и от правильности поступающих данных алгоритмов и программ, по которым работает информационно — советующая система.

В ведем показатель, который комплексно оценивает характеристики, с вязаные с оценкой и построением правильно функционирующей аппаратуры. Это показатель достоверности работы, который представляет собой условную вероятность того что, работает правильно при отсутствии сигнала ошибки. При не избыточном построении системы (без аппаратного контроля) достаточным условием правильности работы информационно — советующей системы является исправное состояние правильного функционирования аппаратуры в этом случае равносильны и определяют достоверность работы. Достоверность работы системы зависит от качества методов контроля, которыми проверяется правильность функционирования устройств, а также от надежности работы аппаратуры контроля и основной аппаратуры информационно — советующей системы.

В информационно — советующей системе использующих важную информацию, предусматриваются меры регламентирующие возможность доступа к ней. Эти меры должны быть определены для каждого вида информации с учетом ранжирования ее по степени необходимости.

Для начала процесса ограничения информационно — советующей системы необходимо знать следующее:

— количество разрядов в числе, обеспечивающих получение заданной точности расчетов;

— предварительные алгоритмы решения задач и временную диаграмму работы системы

— количество абонентов информационно — советующей системы, объем и частоту принимаемой и выдаваемой информации;

— надежность работы и достоверность выдаваемой информации;

— условие работы при механических, климатических и специальных воздействиях окружающей среды;

— специальные требования по защите информации.

Построение «автоматизированной системы информационной поддержки наладочных работ электропривода»

Дано:

1 Объект информатизации

2 Ограничения

3 Критерий

4 База данных

5 Классификатор характеристик

6 Пакет программ для анализа и представления данных

4.1 Объект информатизации

Автоматизированная система информационной поддержки наладочных работ электропривода представляет собой систему комплексной обработки информации, при этом под обработкой понимается процесс решения вычислительных задач, адекватно отражающих функциональные задачи управления. Именно комплексная обработка информации позволяет повысить эффективность производства, В информационном процессе функционирования можно выделить следующие типовые фазы преобразования информации. Сбор, подготовку данных, ввод, передачу, обработку, накопление, вывод, воспроизведение, регистрацию. Их можно рассматривать как самостоятельные информационные процессы. Хотя в общем случае в реальной системе отдельные фазы преобразования информации могут присутствовать неявно, соотношение и значимость этих фаз зависят от уровня системы (т.е. от того, является ли она организационно-экономической, организационно-технологической либо технологической). Для рассматриваемой информационной советующей системы нужное значение приобретают такие фазы, как сбор, ввод, передача, вывод, отображение, регистрация. Особенностью обработки информации является то, что она должна осуществляться в реальном масштабе времени. Для верхних уровней может быть допущена пакетная обработка информации. Рассмотрим основные фазы преобразования информации Сбор информации. Фаза сбора информации является начальным этапом формирования осведомляющей информации. Сбор осуществляется с датчиков информации, встроенных в технологический процесс. По характеру изменения сигналы делятся на непрерывные и дискретные. С технологического оборудования с помощью датчиков снимается непрерывная информация, которая подвергается операциям преобразования и кодирования. Эти операции выполняются преобразователями. При преобразовании осуществляется дискретизация непрерывной величины. Эту операцию могут выполнять и датчики. При кодировании дискретное значение непрерывной величины превращается в код. Под кодом понимают определенный набор символов и знаков, однозначно отображающих любое сообщение, в том числе дискретизированное или мгновенно снятое с датчика значение непрерывной величины. Представленные в кодированном виде значения исходной информации хранятся в накопительных устройствах и через коммутатор по определенному закону выводятся на следующую фазу преобразования информации. Режим опроса, т. е. функционирования коммутатора, задается устройством программного управления. При этом могут быть реализованы режимы циклического опроса, случайного поиска, опроса по загрузке накопителей, а также по заданным приоритетам.

Процедуры считывания информации с датчика и последующего кодирования зачастую удается совместить. Для уменьшения ошибки считывания при наличии аналогокодовых преобразователей используют специальные виды кодов.

Подготовка информации. Фаза подготовки информации заключается в записи информации, снятой с объекта управления, на носитель с целью включения этой информации в процесс управления. Вид представления информации зависит от того, с какой следующей фазой сопрягается подготовка информации. При пакетной обработке информации фаза подготовки непосредственно сопрягается с фазой обработки.

Передача информации. Фаза передачи информации в информационном процессе зависит от того, когда существует взаимодействие между физически удаленными объектами Схема на рисунке. 5 отражает простейшее взаимодействие источника и потребителя информации, между которыми существует канал связи и возникает задача передачи заданного объема информации через канал связи с требуемой помехоустойчивостью. Сообщение, формируемое источником информации (ИИ), подвергается на передающей стороне трем процедурам: 1) преобразованию, что выполняется преобразователем (Пр); 2) кодированию, осуществляемому кодирующим устройством (КУ); 3) модуляции, что реализуется модулятором (М).

На приемной стороне над сигналом, который прошел через линейные согласующие устройства (ЛУ) и канал связи (КС), выполняются следующие процедуры: 1) демодуляция с помощью демодулятора (ДМ); 2) декодирование, что реализует декодирующее устройство (ДКУ); 3) преобразование полученной информации в соответствующую форму, что выполняет потребитель информации (ПИ). Особенностью процесса передачи является то, что сигнал, отображающий код, в канале связи подвергается действию помех.

Приемная часть

Рисунок 5 — Структурная схема процесса передачи информации

Обработка информации. Выделяется как под этап предварительная обработка информации. Целью обработки является решение с помощью ЭВМ вычислительных задач оптимизационного, расчетного характера, отображающих функциональные задачи управления в системе. Должны существовать модели обработки информации, соответствующие принятым алгоритмам управления. Для обработки необходимо создать набор вычислительных алгоритмов с программным обеспечением, проблемно-ориентированным на задачи управления. На этапе предварительной обработки основной задачей является выявление смысла принятого сообщения. Поэтому должно существовать правило интерпретации сообщения, которое принято по согласованию между источниками и приемниками информации. Процесс предварительной обработки информации — обязательная составляющая с информационно-советующей системой. Одной из задач создания системы обработки является рациональное распределение вычислительных ресурсов между модулями с целью минимизации информационных потоков и времени решения вычислительных задач[4].

Хранение информации. Хранение информации можно рассматривать как передачу информации во времени. Различают оперативное и долговременное хранение информации Необходимость хранения информации в ЭВМ связана не только с процессом арифметической обработки. При управлении создают информационные массивы, которые хранятся в информационной базе.

4.2 Ограничения

Основные ограничения при наладочных работах которые определяются по этапам.

Наладочные работы по любому объекту могут быть разбиты на четыре основных этапа (стадии):

Первый этап охватывает проверку отдельных элементов электрооборудования и начало его определяется степенью готовности монтажа, а именно должны быть закончены: установка оборудования (выключатели, разъединители, трансформаторы тока и напряжения, силовые трансформаторы, ртутные выпрямители, двигатели, щиты, станции управления, пульты и пр.), монтаж вторичных цепей в пределах щитов, станций управления, пультов и распределительных устройств.

На первом этапе работы ведутся одновременно с завершением монтажных работ. Проверка реле и аппаратуры производится только на тех панелях, где закончены монтажные работы. При испытаниях под напряжением аппаратов на панелях должны быть приняты меры против попадания напряжения на смежные панели или на другие участки установки, где могут вестись монтажные работы.

На первом этапе наладки проводятся также испытания заземляющих устройств. При выполнении этой работы электромонтажной организацией руководитель бригады должен убедиться по документам в удовлетворительности результатов испытаний. В тех случаях, когда применяется проверка некоторых видов оборудования вне зоны строительной площадки, обязательным условием является подготовка помещения для этого оборудования и подача временного питания электроэнергией.

Работы на первом этапе можно разбить на две группы: внешний осмотр оборудования, проверка механической части аппаратуры и некоторые замеры; проверка отдельных элементов оборудования со сборкой временных испытательных схем.

К первой группе работ относятся:

ознакомление состава звена с территориальным расположением оборудования, запись паспортных данных и сопоставление их с проектными спецификациями;

тщательный внешний и, по возможности, внутренний осмотр оборудования и выполненного монтажа, выявление недоделок и дефектов; измерение сопротивления изоляции элементов оборудования;

измерение сопротивления постоянному току обмоток машин, катушек аппаратов, ящиков сопротивлений и пр.; проверка соответствия результатов замеров необходимым параметрам по проекту;

проверка диаграмм командоаппаратов: ключей управления, путевых выключателей по данным проекта; проверка переходных сопротивлений контактов масляных выключателей (при условии заливки маслом); проверка ручного включения и отключения масляных выключателей, автоматов, разъединителей и других коммутационных; устройств; проверка механической части аппаратуры (зазоров, провалов, жесткости пружин), проверка газовых реле;

осмотр электрических машин, проверка правильности включения обмоток, определение нейтрали у машин постоянного тока.

Ко второй группе работ относятся:

снятие характеристик реле, проверка напряжения (или тока) втягивания и отпадания релейно-контакторной аппаратуры; проверка выдержек времени аппаратов;

проверка трансформаторов тока и напряжения (вольтамперные характеристики, полярность, коэффициент трансформации);

проверка силовых трансформаторов (группа соединений, коэффициент трансформации на всех отпайках);

проверка правильности показаний щитовых измерительных приборов;

испытание и формовка твердых выпрямителей;

проверка и снятие характеристик магнитных, электромашинных и электронных усилителей; необходимые проверки ртутных выпрямителей; проверка и настройка тепловой и максимальной защит пускателей, автоматов и других аппаратов в схемах электроприводов.

Все работы, относящиеся ко второй группе, связаны со сборкой испытательных схем и устройством временного питания. При этом должны быть соблюдены порядок подготовки рабочего места и правила безопасности. На этом этапе проводятся испытания только отдельных элементов схемы, а в саму схему напряжение ни в коем случае не должно подаваться. Сборку временных схем для испытания допускается производить только при снятом напряжении. Никакие переключения проводов по схеме, перестановки приборов, аппаратов и пр. после подачи напряжения не разрешаются.

При этом должна быть проявлена максимальная оперативность, имеющая целью не задерживать дальнейший ход наладки и ввод объекта в эксплуатацию.

Переход на второй этап работ определяется по отдельным узлам и участкам установки в зависимости от готовности вторичной коммутации и возможности подачи напряжения в схему[10].

Второй этап охватывает проверку под напряжением смонтированной схемы и взаимодействия ее элементов. Начало работ на втором этапе определяется: установкой всего оборудования по проекту, полной готовностью монтажа вторичных цепей — окончанием прокладки, разделки и подключения контрольных кабелей с вывешиванием бирок.

Наладочные работы на втором этапе заключаются в следующем:

измерение сопротивления изоляции вторичных цепей;

проверка правильности смонтированных схем управления, защиты и сигнализации (прозванивание или опробование под напряжением);

подача напряжения во вторичные цепи по постоянной схеме и комплексная проверка действия всех элементов, их взаимосвязи и блокировок во всех предусмотренных проектом режимах работы (ручной, автоматический и т. д.);

проверка работы схемы и отдельных ее элементов при нормированных отклонениях напряжения;

проверка действия и настройка коммутационной аппаратуры;

испытание вторичных цепей повышенным напряжением.

Работы на втором этапе связаны с приемом напряжения в схему оперативных цепей. Поэтому должны быть строго соблюдены порядок и условия подачи напряжения (с записью в журнале) и правила техники безопасности как в отношении персонала наладочных бригад, так и смежных организаций.

На установках, находящихся под напряжением, работы других каких-либо организаций, кроме наладочной бригады, должны быть категорически запрещены. Ликвидация недоделок может производиться только после снятия напряжения (с записью в журнале).

В результате работ на втором этапе должны быть выявлены все недоделки и монтажные ошибки во вторичных цепях; обеспечена четкость работы отдельных аппаратов и действия схемы в целом; соответствие проекту выполненного монтажа и необходимость внесения изменений. Обо всех замечаниях, недостатках и необходимых переделках следует извещать монтажную и проектную организации и производить, запись в журнале дефектов. Изменения в схемах обязательно согласовываются с проектной организацией. Реализация переделок должна быть проконтролирована наладчиками.

Третий этап охватывает проверку и испытания отдельных законченных электроустановок, и начало его определяется полным окончанием электрои механомонтажных работ; для линий электропередачи — окончанием монтажа распредустройств и готовности к приему высокого напряжения. Работы в этот период наладки заключаются в следующем:

1) Проверка правильности выполненных первичных цепей (как правило, методом прозвоики), если это невозможно было выполнить на втором этапе наладки; фазировка линий питания; проверка правильности подключения силовых цепей к приемникам или источникам электроэнергии (если этой проверки нельзя было выполнить на втором этапе наладки); проверка изоляции силовых цепей и испытания электрооборудования повышенным напряжением (кабелей, трансформаторов, машин и др.).

2) Проверка первичным током схем защиты и измерения, проверка действия релейной аппаратуры (максимальной, дифференциальной, земляной и пр.); перед включением — обязательный наружный осмотр установки и повторная проверка изоляции всех цепей; прием напряжения на установку по постоянной схеме.

3) Пробное включение электроустановки: для генераторов — подъем напряжения с нуля; для электродвигателей — холостой ход; для линий электропередачи — подача напряжения; снятие характеристик машин.

4) Опробование двигателей совместно с механизмами на разных режимах (регулировка скорости, реверс) при ручном и автоматическом управлениях; окончательная настройка функциональной и защитной аппаратуры, путевых выключателей, тормозов; настройка окончательных уставок реле.

Все работы на третьем этапе должны быть тесно увязаны с электромонтажной, механомонтажной и эксплуатационной организациями с соблюдением порядка заполнения документации.

Участие представителей этих организаций в процессе испытания является обязательным. Первые включения под напряжение электроустановки и первые прокрутки механизмов должны производиться под наблюдением и в присутствии руководителя наладочной бригады. Режимные наладки также производятся в присутствии руководителя бригады. Особое внимание следует уделять обеспечению безопасности всего персонала — электромонтажников и наладчиков, механиков и др.

На третьем этапе должна быть проведена постепенная передача отдельных установок в ведение эксплуатационного персонала. В этот период наладчики должны вести наблюдение за правильностью действия обслуживающего персонала, при необходимости проводить технический инструктаж и оказывать помощь в работе. Одновременно передается необходимая техническая документация (исполнительные принципиальные схемы и данные по настройке. аппаратов защиты). Полный комплект технической документации сдается по окончании работ на четвертом этапе. Переход к четвертому этапу наладки обусловлен окончанием опробования всех электроустановок, входящих в комплекс объекта. Однако в некоторых случаях объект вводится в действие не в целом, а частично. Тогда переход на четвертый этап наладки производится по определенному принятому графику очередности.

Четвертый этап относится к наладке электроприводов, является завершающим и охватывает два периода комплексного испытания объекта: «холодное» опробование — работа механизмов вхолостую; «горячее» опробование — работа механизмов под нагрузкой в рабочих режимах, определяемых технологией производства.

Перед комплексными испытаниями руководитель наладочной бригады проводит инструктаж всего состава бригады и четко разграничивает сферу деятельности каждого наладчика. Наладчики должны наблюдать за работой схем и электрооборудования, производить записи показаний приборов (по заданию) и оказывать по вызову эксплуатационного персонала оперативную помощь при обнаружении и устранении неполадок в электрической части.

Все работы на четвертом этапе производятся по программе, согласованной со всеми смежными строительно-монтажными организациями, службой эксплуатации и технологами предприятия. Во время комплексных испытаний обслуживание электроустановок должно полностью находиться в ведении эксплуатационного персонала, который по заявкам из цеха производит включение и отключение схем управления механизмами, дает операторам разрешение на работу и ведет ответственное наблюдение за состоянием электрооборудования. Доступ наладочного персонала к переданным в эксплуатацию схемам разрешается только по согласованию со службой эксплуатации.