close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 2451

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2451
(13)
C1
6
(51) G 01R 13/04,
(12)
H 02J 13/00,
H 02H 3/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СЕТЕЙ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
(21) Номер заявки: 960058
(22) 14.02.1996
(46) 30.12.1998
(71) Заявитель: Белорусская
государственная
политехническая академия (BY)
(72) Авторы: Беляев В.П., Морозов И.М. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусская государственная
политехническая академия (BY)
(57)
1. Информационно-управляющая система для сетей электроснабжения, содержащая датчики напряжения сети
электроснабжения, связанные с преобразователем сигналов датчиков, подключенным к узлу включения системы на
запись при снижении напряжения одной из фаз ниже предельно допустимого нормированного напряжения, устройство отсчета времени, накопитель информации, отличающаяся тем, что в систему введены блок управления процессом
самозапуска электроприводов и связанное с ним информационной магистралью микропроцессорное устройство, содержащее микропроцессор, выполняющий функции включения системы на запись и отсчета времени, и связанные с
ним информационной магистралью накопитель, выполненный в виде электронного блока памяти, преобразователь
сигналов датчиков, выполненный в виде аналого-цифрового преобразователя, и блок связи с внешней, по отношению
к микропроцессорному устройству, ЭВМ.
Фиг. 1
BY 2451 C1
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления процессом самозапуска электроприводов
выполнен в виде группы контроллеров самозапуска электроприводов, представляющих собой микропроцессорные устройства.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что контроллеры самозапуска снабжены средствами контроля напряжения сети электроснабжения и средствами формирования автономного сигнала разрешения включения
электроприводов на самозапуск.
(56)
1. Осциллограф светолучевой Н13. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.-М.: Машприборинторг, 1985 (прототип).
2. Блок-реле устройства пуска осциллографов УПО 1У4 и УПО 1Т4. Техническое описание и инструкция
по эксплуатации. ОБК 469.406. Издание 07, 1982.
Изобретение относится к системам для записи напряжений сети электроснабжения по фазам при кратковременных перерывах электроснабжения или глубоких снижениях напряжения в сети электроснабжения (нарушениях электроснабжения) с возможностью управления процессом самозапуска электроприводов, в том
числе регулируемых, после восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения и может
быть применено в отраслях промышленности, где останов электроприводов технологического оборудования,
из-за нарушений электроснабжения, приводит к массовому браку или недоотпуску продукции.
В настоящее время для записи напряжений сети электроснабжения при нарушениях электроснабжения в
сети в энергетике широко используется система на базе светолучевого осциллографа типа Н13 [1], блока реле устройства пуска осциллографов (узел включения устройства на запись) типа УПО IУ4 или УПО IТ4 [2] и
датчиков напряжений сети электроснабжения.
В осциллографе запись электрических колебаний осуществляется с помощью осциллографических гальванометров (преобразователя), зеркала которых при регистрации освещаются источником света - лампой накаливания.
Отраженный луч, направление которого зависит от угла поворота гальванометра, фокусируется на светочувствительной поверхности движущейся фотобумаги (накопителе информации). В конце каждого кадра регистрации на
фотобумаге фотографируется циферблат часов, стрелки которых указывают день недели, часы и минуты (устройство отсчета времени). После химического проявления экспонированной фотобумаги получаются осциллограммы
регистрируемых напряжений сети электроснабжения и изображение циферблата часов.
Блок реле устройства пуска осциллографа (узел включения системы на запись) обеспечивает пуск осциллографа при коротких замыканиях и качаниях, фотографирование часов и повторную протяжку (при необходимости) для исключения наложения последующей записи на изображение часов. Устройство имеет: пусковой орган
напряжения обратной последовательности, пусковой орган напряжения нулевой последовательности, пусковой
орган минимального напряжения. При появлении на входе пусковых органов сигнала аварии устройство обеспечивает: пуск двигателя протяжки фотобумаги и подключение лампы осветителя блока гальванометров на все
время поступления сигнала, при возврате пусковых органов - последующую запись в течение установленного
времени, а затем отключение двигателя протяжки фотобумаги и лампы осветителя, включение с некоторым замедлением ламп подсвета циферблата часов на заранее установленное время и отключение их, повторную протяжку ленты, возврат схемы в исходное состояние.
Система, описанная выше, обладает рядом недостатков, ограничивающих ее массовое использование на
промышленных предприятиях, такими, как: низкая надежность, сложность в обслуживании (необходимость
постоянного контроля за наличием расходных материалов, за состоянием преобразователя). Эти недостатки
обусловлены тем, что в этой системе используется ненадежный преобразователь, а накопитель информации
является расходным материалом. Кроме того, в этой системе не предусмотрена возможность управления самозапуском электроприводов и нет средств связи с внешней, по отношению к системе, ЭВМ.
Задачей, решаемой изобретением, является обеспечение исключения аварийных остановов электроприводов
технологического оборудования из-за кратковременных нарушений электроснабжения. При этом достигается
технический результат, выражающийся в повышении надежности технологического оборудования, а также надежности, гибкости и усовершенствовании технологии обработки информации самой информационноуправляющей системы.
Для решения задачи в информационно-управляющую систему для сетей электроснабжения, содержащую датчики напряжения сети электроснабжения, связанные с преобразователем сигналов датчиков, подключенным к узлу
включения системы на запись при снижении напряжения одной из фаз ниже предельно допустимого нормированного напряжения, устройство отсчета времени, накопитель информации, введены блок управления процессом самозапуска электроприводов и связанное с ним информационной магистралью микропроцессорное устройство,
содержащее микропроцессор, выполняющий функции включения системы на запись и отсчета времени, и связанные с ним информационной магистралью накопитель, выполненный в виде электронного блока памяти, преобра2
BY 2451 C1
зователь сигналов датчиков, выполненный в виде аналого-цифрового преобразователя, и блок связи с внешней, по
отношению к микропроцессорному устройству, ЭВМ.
Кроме этого, блок управления процессом самозапуска электроприводов выполнен в виде группы контроллеров самозапуска электроприводов, представляющих собой микропроцессорные устройства, а к тому
же контроллеры самозапуска снабжены средствами контроля напряжения сети электроснабжения и средствами формирования автономного сигнала разрешения включения электроприводов на самозапуск.
Отличительным признаком изобретения является микропроцессорное устройство, выполняющее функцию устройства отсчета времени и функцию узла включения системы на запись при снижении напряжения одной из фаз
ниже предельно допустимого нормированного напряжения. Устройство отсчета времени системы позволяет фиксировать дату, время начала и длительность кратковременного нарушения электроснабжения. Эта информация
может быть полезна при анализе аварийной ситуации. В структуру микропроцессорного устройства включен электронный блок памяти. Это дает возможность повысить надежность системы и делает ее значительно более простой, по сравнению с прототипом, в эксплуатации (отсутствует оптико-механический преобразователь, а также
накопитель информации в виде расходного материала, фотобумаги). В отличие от прототипа в систему включен
блок управления процессом самозапуска электроприводов. Микропроцессорное устройство и блок управления
процессом самозапуска электроприводов связаны между собой информационной магистралью. В отличие от прототипа в структуру информационно-управляющей системы включен блок связи с внешней, по отношению к системе, ЭВМ. Он позволяет переписать из электронного блока памяти микропроцессорного устройства в
оперативное запоминающее устройство внешней ЭВМ кривые напряжений сети электроснабжения, записанные
при нарушении электроснабжения. Эту информацию можно обрабатывать средствами внешней, по отношению к
системе, ЭВМ, например, создавать базу данных нарушений электроснабжения, выводить на печатающее устройство кривые напряжений сети электроснабжения и т.п. В отличие от прототипа преобразователь выполнен в виде
аналого-цифрового преобразователя, который предназначен для преобразования аналоговых сигналов, снимаемых
с датчиков напряжений, в цифровой код, который поступает в микропроцессорное устройство для его дальнейшей
обработки. Совокупность существенных признаков, описанных выше, позволяет создать систему, способную исключить аварийные остановы технологического оборудования из-за кратковременных нарушений электроснабжения. Информация об изменениях напряжений сети электроснабжения, записанная в электронный блок памяти во
время нарушения электроснабжения, может служить материалом при анализе аварийной ситуации и поиске причины нарушения электроснабжения, а также является средством самоконтроля работоспособности информационно-управляющей системы. Накопление и обработка параметров нарушения электроснабжения во внешней, по
отношению к системе, ЭВМ, позволяет совершенствовать технологию обработки информации.
Блок управления процессом самозапуска электроприводов реализован в виде группы контроллеров самозапуска электроприводов, представляющих собой микропроцессорные устройства, которые устанавливаются
вблизи систем управления электроприводами. Связь между микропроцессорным устройством и контроллерами самозапуска осуществляется по информационной магистрали. При восстановлении нормированного напряжения в сети электроснабжения микропроцессорное устройство формирует сигналы разрешения включения
электроприводов на самозапуск, которые по информационной магистрали поступают к контроллерам самозапуска. С этого момента контроллеры самозапуска принимают на себя управление процессом самозапуска электроприводов. При определении последовательности включения электроприводов на самозапуск могут
учитываться разные факторы, например, удаленность электроприводов от источника питания, важность электропривода в технологическом процессе и т.д. Алгоритм включения электроприводов на самозапуск реализуется программно в микропроцессорном устройстве, это дает возможность легко адаптировать систему к
конкретным условиям. Контроллер самозапуска, установленный в непосредственной близости от системы
управления электропривода, после получения сигнала разрешения включения электропривода на самозапуск,
формирует сигналы управления в блок управления электропривода, для его эффективного самозапуска. Алгоритм формирования сигналов управления реализован программно, и поэтому контроллер самозапуска достаточно просто можно адаптировать к любой системе управления электропривода.
В архитектуру контроллера самозапуска включены средства контроля за напряжением сети электроснабжения
и средства формирования автономного сигнала разрешения включения электропривода на самозапуск, после восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения. Это дает возможность увеличить вероятность
успешного самозапуска электроприводов. В случае, если по какой-то причине прекращается связь между микропроцессорным устройством и контроллером самозапуска контроллер самозапуска самостоятельно фиксирует момент восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения и формирует автономный сигнал
разрешения включения на самозапуск. После чего, контроллер самозапуска начинает формирование сигналов
управления в блок управления электропривода для его успешного самозапуска. Автономный сигнал разрешения
включения на самозапycê контроллер самозапуска формирует только в случае, если прекращается связь между
микропроцессорным устройством и контроллером самозапуска.
3
BY 2451 C1
На фиг. 1 и 2 изображены структурные схемы соответственно первого и второго вариантов конкретного выполнения информационно-управляющей системы для сетей электроснабжения, предназначенной для осуществления самозапуска частотно-регулируемых электроприводов. На фиг. 3 изображена структурная схема контроллера
самозапуска частотно-регулируемого электропривода.
Структурная схема первого варианта конкретного выполнения изображена на фиг. 1. Информационноуправляющая система для сетей электроснабжения состоит из микропроцессорного устройства 1, блока управления процессом самозапуска электроприводов 2, информационной магистрали 3, связывающей микропроцессорное устройство с блоком управления процессом самозапуска, и датчиков напряжений сети
электроснабжения 4, 5, 6. Микропроцессорное устройство состоит из микропроцессора 7, электронного блока
памяти 8, аналого-цифрового преобразователя 9, блока связи с внешней, по отношению к микропроцессорному
устройству, ЭВМ 10. Блок управления процессом самозапуска электроприводов состоит из контроллеров самозапуска электроприводов II. Принцип работы системы заключается в следующем: с датчиков напряжения сети
электроснабжения 4, 5, б снимаются аналоговые сигналы, пропорциональные фазным напряжениям сети электроснабжения, и подаются на вход аналого-цифрового преобразователя 9. С выхода аналого-цифрового преобразователя цифровой код, соответствующий мгновенным значениям фазных напряжений, посредством
информационной магистрали 3, поступают для обработки в микропроцессор 7. Микропроцессор 7 управляет
процессом записи мгновенных значений фазных напряжений в блок памяти 8 в доаварийном режиме и во время
протекания аварии. После восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения, в электронном блоке памяти 8 микропроцессорного устройства 1, хранятся мгновенные значения фазных напряжений, соответствующие заданному времени до нарушения электроснабжения, и мгновенные значения фазных
напряжений, соответствующие времени, в течение которого в сети электроснабжения напряжение отличалось
от нормированного. Микропроцессор 7 микропроцессорного устройства 1 управляет процессом обмена информацией между электронным блоком памяти 8 и блоком связи с внешней ЭВМ 10, к которому можно присоединить внешнюю, по отношению к информационно-управляющей системе ЭВМ, для обработки информации.
Узел включения системы на запись при снижении напряжения одной из фаз ниже предельно допустимого нормированного напряжения, функции которого выполняет микропроцессорное устройство, фиксирует момент начала нарушения электроснабжения, формирует сигнал записи фазных напряжений в блок памяти и
одновременно формирует сигнал блокировки, который по информационной магистрали поступает в блок
управления процессом самозапуска 2. После восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения микропроцессорное устройство I прекращает запись фазных напряжений и, по определенному алгоритму, формирует сигналы разрешения включения электроприводов на самозапуск в блок управления процессом
самозапуска 2. Функции устройства отсчета времени выполняет микропроцессорное устройство I, которое
формирует текущее время, фиксирует дату, время и длительность нарушения электроснабжения.
Примером второго варианта конкретного выполнения является информационно-управляющая система для организации группового самозапуска частотно-регулируемых электроприводов (фиг. 2), которая состоит из микропроцессорного устройства I, выступающего в качестве ведущей микроЭВМ и блока управления процессом
самозапуска 2, который состоит из группы контроллеров самозапуска II, работающих в режиме ведомых микроЭВМ. Микропроцессорное устройство и контроллеры самозапуска связаны между собой информационной магистралью 3. Микропроцессорное устройство состоит из процессора 12, подсистемы ввода-вывода информации
13 и блока питания с датчиками напряжений сети электроснабжения 4, 5, 6. Процессор состоит из микропроцессора 7, на базе однокристального микроконтроллера типа i80C31, электронного блока памяти 8. Электронный блок
памяти состоит из постоянного запоминающего устройства 14 и оперативного запоминающего устройства 15.
Микропроцессор 7 и электронный блок памяти 8 связаны между собой локальной информационной шиной 16.
Информационные потоки между процессором и подсистемой ввода-вывода проходят через системную шину 17,
выведенную на разъем процессорной платы. Подсистема ввода-вывода включает блок сопряжения логических
уровней 18, модуль отображения информации 19, контроллер связи 20, клавиатуру 21, блок связи с внешней, по
отношению к микропроцессорному устройству, ЭВМ 10 и аналого-цифровой преобразователь 9. Блок сопряжения
логических уровней 18 преобразует сигналы линии передачи данных микроконтроллера ТТЛ-уровней в сигналы
±12В для информационной магистрали 3, и сигналы ± l2B информационной магистрали в ТТЛ-уровни. Модуль
отображения информации 19 предназначен для вывода параметров текущего времени и напряжении по фазам в
рабочем режиме, вывода устанавливаемого параметра текущего времени в режиме установки и вывода информации об аварии. В контроллере связи 20 формируются сигналы управления, объединяющие отдельные узлы микропроцессорного устройства I в одно целое. Клавиатура 21 предназначена для ввода параметров текущего времени, а
также для выбора порядкового номера нарушения электроснабжения с целью последующего вывода параметров
нарушения электроснабжения (даты и времени начала, длительности нарушения электроснабжения, глубины снижения напряжения по фазам) в модуль отображения информации 19. С помощью сканирующего устройства, входящего в состав контроллера связи 20, на аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя 9, после
предварительного преобразования, последовательно подаются мгновенные значения напряжений фаз сети элек4
BY 2451 C1
троснабжения. С выхода аналого-цифрового преобразователя 9, цифровой двоичный код поступает через контроллер связи 20 на шину данных процессора 12 для его дальнейшей обработки. Блок питания предназначен для питания узлов микропроцессорного устройства в нормальном и аварийном режимах. В блок питания включены
датчики напряжений сети электроснабжения 4, 5, 6. Блок связи с внешней, по отношению к микропроцессорному
устройству, ЭВМ 10 предназначен для присоединения к микропроцессорному устройству I внешней ЭВМ с целью
обработки информации.
Микропроцессорное устройство I работает в следующих режимах:
I. Рабочий режим. В этом режиме:
а). Осуществляется постоянная связь по информационной магистрали 3 с контроллерами самозапуска регулируемых электроприводов II. Эта связь необходима для определения последовательности включения на самозапуск электроприводов в случае нарушения электроснабжения;
б). Определяются действующие значения напряжений по фазам Ua, Ub, Uc;
в). Определяется момент начала нарушения электроснабжения в сети;
г). Определяется параметр текущего времени или напряжение одной из фаз для последующего вывода в
модуль отображения информации 19;
д). Формируются параметры текущего времени (текущие значения даты и времени).
2. Режим установки параметров текущего времени. Этот режим служит для установки текущих значений
даты и времени.
3. Режим отработки аварийной ситуации в котором:
а). По информационной магистрали 3 к контроллерам самозапуска электроприводов II посылается команда, блокирующая управляющие импульсы на управляемые выпрямители и автономные инверторы тока
преобразователей частоты;
б). Запускается счетчик длительности нарушения электроснабжения в том случае, если напряжение в сети
становится ниже порогового значения UïI;
в). Определяется глубина снижения напряжения по фазам;
г). Фиксируется момент предполагаемого окончания аварии, в том случае, если напряжение в сети по
трем фазам становится выше порогового значения Uï2;
д). Запускается счетчик задержки. Если в течение времени задержки напряжение сети не уменьшилось ниже порогового значения UïI, то авария считается оконченной, иначе продолжается отсчет времени нарушения электроснабжения и поиск минимального действующего напряжения по фазам;
е). Производится запись параметров нарушения электроснабжения в оперативное запоминающее устройство
15 в случае окончания аварии. Кроме того, в оперативное запоминающее устройство записываются номера
электроприводов, которые находились в работе до возникновения аварии. В разработанном устройстве использовано оперативное запоминающее устройство с объемом 2Кбайт, что позволяет записать в него параметры нарушений электроснабжения для 99 аварийных случаев. После записи в оперативное запоминающее устройство
15 параметров нарушения электроснабжения, микропроцессорное устройство I переходит к режиму осуществления самозапуска регулируемых электроприводов.
4. Режим осуществления самозапуска регулируемых электроприводов. После восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения по информационной магистрали 3 к контроллерам самозапуска регулируемых электроприводов II через определенные интервалы времени подаются команды разрешения
самозапуска. При определении очередности включения электроприводов на самозапуск учитывается удаленность электропривода от источника питания. Очевидно и то, что на самозапуск должны включаться только те
электроприводы, которые находились в работе до момента возникновения аварии. Получив сигнал разрешения
на самозапуск, контроллер самозапуска II принимает на себя управление процессом самозапуска электропривода. Групповой самозапуск электроприводов со сдвигом во времени увеличивает вероятность успешного самозапуска за счет более высокого напряжения на зажимах преобразователей частоты в момент их подключения к
сети электроснабжения, по сравнению с напряжением при одновременном самозапуске. Он особенно эффективен, когда группа регулируемых приводов питается от общего шинопровода. После разгона двигателей до номинальных скоростей в оперативное запоминающее устройство 15 микропроцессорного устройства 1
записываются номера электроприводов, которые остались в работе после восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения. Таким образом, после окончания аварии в оперативном запоминающем
устройстве микропроцессорного устройства сохраняются: параметры нарушения электроснабжения, номера
электроприводов, которые работали до возникновения аварии, номера электроприводов, которые остались в
работе после восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения. Эта информация позволяет контролировать работоспособность информационно-управляющей системы и помогает при анализе аварийных ситуаций.
5. Режим вывода информации об аварии. В этом режиме последовательно выводятся на цифровое табло модуля отображения информации 19 параметры нарушения электроснабжения и информация о том, какие приводы на5
BY 2451 C1
ходились в работе до момента возникновения аварии и какие остались в работе после восстановления нормированного напряжения в сети электроснабжения.
6. Режим обмена информацией с внешней, по отношению к микропроцессорному устройству, ЭВМ. В
этом режиме информация об нарушениях электроснабжения может быть считана из ОЗУ 15 микропроцессорного устройства I в ОЗУ внешней ЭВМ, через блок связи 10, с целью обработки информации.
Структурная схема контроллера самозапуска II показана на фиг.3 и состоит из микропроцессора 22, на базе однокристального микроконтроллера i80Ñ31, постоянного запоминающего устройства 23, прецизионного выпрямителя
24, блока компараторов 25, блока связи с преобразователем частоты 26 и схемы сопряжения логических уровней 27.
Блок компараторов 25 состоит из компаратора 28, на выходе которого формируется сигнал логического нуля в случае,
если напряжение в сети электроснабжения стало ниже порогового значения UпI, и компаратора 29, на выходе которого формируется сигнал логической единицы в случае, если напряжение в сети электроснабжения стало выше порогового значения Uï2, (Uï2>UïI). Микропроцессорное устройство I связано с контроллером самозапуска II посредством
информационной магистрали 3. Контроллер самозапуска II присоединен к преобразователю частоты 30 с помощью
шины управления 31. В контроллерах самозапуска регулируемых электроприводов II, с целью повышения надежности информационно-управляющей системы, предусмотрено два режима работы: режим работы под управлением
микропроцессорного устройства I и автономный режим. В режиме работы контроллеров самозапуска II под управлением микропроцессорного устройства I, микропроцессорное устройство I фиксирует моменты начала и окончания
нарушения электроснабжения, формирует сигналы блокирования преобразователей частоты 30 при нарушении электроснабжения и сигналы разрешения самозапуска. В автономном режиме вышеописанные действия выполняются
контроллерами самозапуска II автономно. В автономный режим контроллеры самозапуска II переходят автоматически в том случае, если прекращается связь с микропроцессорным устройством I по информационной магистрали 3.
После того, как контроллер самозапуска II получил от микропроцессорного устройства I сигнал разрешения самозапуска, или сформировал автономный сигнал разрешения самозапуска, последовательно происходит следующее: формируется сигнал разрешения работы управляемого преобразователя частоты 30, корректируется коэффициент
усиления и постоянная времени пропорционально-интегрального регулятора скорости, разблокируется система
управления преобразователя частоты 30, формируется сигнал разрешения работы автономного инвертора тока, с выдержкой времени принимают исходные значения коэффициент усиления и постоянная времени пропорциональноинтегрального регулятора скорости.
6
BY 2451 C1
Фиг. 2
Фиг. 3
Cоставитель Е.В. Федоров
Редактор В.Н. Позняк
Корректор Т.Н. Никитина
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
212 Кб
Теги
патент, 2451
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа