Многофункциональный объект «синхронный генератор – распределённая электрическая сеть» в системе профессиональной подготовки в вузе

НА ГЛАВНУЮ

Прошин Иван Александрович,

доктор технических наук, профессор,

Прошин Дмитрий Иванович,

кандидат технических наук, доцент,

Прошина Раиса Дмитриевна,

соискатель.

Пензенская государственная технологическая академия, кафедра «Автоматизация и управление».

На нижней страте интегрированного комплекса сетевых автоматизированных лабораторий (ИКСАЛ) расположены многофункциональные объекты исследований (МФОИ), обеспечивающие проведение научных исследований и профессиональную подготовку по специальности в целом [1, 2]. Для специальности 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств (Энергетика)» одним из основных МФОИ является система «Синхронный генератор – распределённая электрическая сеть» (СГРС), представляющая собой совокупность технических средств, информационного, математического, программного и методического обеспечения.

На базе системы СГРС в ИКСАЛ обеспечивается проведение множества исследований по всему комплексу дисциплин специальности, среди которых можно выделить: «Введение в специальность», «Основы инженерного творчества», «Информатика», «Физика», «Электротехника», «Электроника», «Математические основы управления», «Управляемые вентильно-электромеханические системы», «Теория автоматического управления», «Моделирование систем», «Технические средства автоматизации», «Переходные процессы в электрических системах», «Автоматизация оперативных процессов в энергосистемах», «Автоматизированные системы учёта энергии и мощности в энергосистемах», «Технические измерения и приборы», «Электрические сети», «Энергетические установки электрических станций», «Электрическая часть станций и подстанций», «Автоматическое регулирование электрических систем», «Оптимальное управление» и множество других.

Многофункциональный объект исследования СГРС представляет собой программно-технический комплекс, направленный на автоматизацию научных исследований и профессиональной подготовки. Основная экранная форма при исследовании СГРС включает в себя схему базового модуля объекта, управляющие органы, средства графического и цифрового представления информации и др. (рис. 1).

Рис. 1. Основная экранная форма объекта СГРС.

Управление режимами многофункционального объекта СГРС включает в себя перевод системы для исследования характеристик генератора (холостого хода, короткого замыкания, регулировочной, внешней и др.), организацию исследований разомкнутой и замкнутой систем управления, оценки показателей качества электрической энергии и системы управления, управление частотным электроприводом, нагрузками и др. Взаимосвязь силовой части МФОИ осуществляется через канал RS-485.

Блок управления (БУ) может находиться в одном из двух рабочих режимов: «Дистанционный» или «Местный». В режиме «Местный» управление БУ осуществляется с панели управления (ПУ) БУ. ПЭВМ может только запрашивать данные, то есть работать в режиме монитора. В режиме «Дистанционный» управление системой СГРС передается ПЭВМ, которая может запрашивать данные, вводить параметры в память контроллера БУ, управлять подключенным к БУ оборудованием.

В режиме управления системой от ПЭВМ любое изменение данных, находящихся в регистрах доступных для записи, воспринимается системой СГРС как «Событие», приводящее к изменению выходных параметров системы. Например, изменение выходного напряжения синхронного генератора (СГ), тока в обмотке возбуждения синхронного генератора (ОВСГ), параметров ПИД-регулятора, подключение нагрузки распределенной сети (РС) и т.п. (рис. 2).

Рис. 2. Управление регуляторами и нагрузками от ПЭВМ.

При возникновении события для фиксации процесса изменения выходных параметров системы формируются два массива данных. Первый массив данных (буфер 1) содержит значения выходных параметров системы до начала события за определенный период времени. Второй массив данных (буфер 2) содержит значения выходных параметров системы с момента начала события за определенный период времени.

Содержимое буфера 1 и буфера 2 представляет собой следующие данные:

- мгновенные значения напряжений в фазах А, В, С (2 байта на фазу);

- мгновенные значения токов в фазах А, В, С (2 байта на фазу);

- мгновенные значения напряжения и тока в ОВСГ (по 2 байта).

Частота дискретизации – 2 КГц, то есть 40 точек на период сигнала. Всего в одном буфере накапливаются мгновенные значения напряжений и токов за 10 периодов сигналов.

Протокол взаимодействия СГРС и ПЭВМ основан на стандарте MODBUS. Режим работы MODBUS – RTU. Скорость передачи данных – 9600 бит/сек. Взаимодействие между ПЭВМ и СГРС организуется по принципу master/slave (ПЭВМ – master, СГРС - slave).

Данные по каналу RS-485 передаются 10-битными посылками, состоящими из стартового бита, 8 битов данных, стопового бита. Бит чётности не используется. Признак конца сообщения – тайм-аут, длительность которого не менее, чем время передачи 3.5 посылок. Для скорости 9600 бит/сек тайм-аут составляет 4 мс.

При взаимодействии ПЭВМ и СГРС выполняется запись/чтение 16-разрядных регистров СГРС, которые определяют режим работы СГРС и состояние устройства. Разрядность регистра – 16 бит. Во всех полях сообщения используется 16-ричный код.

Данные передаются в целочисленном формате (WORD – 2 байта) или формате с плавающей точкой (FLOAT – 4 байта). Каждому передаваемому четырёхбайтному значению соответствуют 2 регистра. Старший байт следует первым.

Рассматриваемая система используется в Пензенской государственной технологической академии на кафедре «Автоматизация и управление» при профессиональной подготовке по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств». На базе разработанной системы проводятся лабораторные работы по идентификации математических моделей и по исследованию статических и переходных характеристик синхронной машины, систем управления, построенных на основе синхронного генератора, оценке качества электрической энергии и др.

Таким образом, использование для исследования электрических и электромеханических процессов в ИКСАЛ многофункционального объекта исследования «Синхронный генератор – распределённая электрическая сеть» позволяет проводить исследования и проектирование систем управления, профессиональную подготовку не по отдельным дисциплинам специальности или комплекса специальностей, а по специальности в целом.

Литература

1. Прошин И.А., Прошин Д.И., Прошина Р.Д. Интегрированная система комплексных сетевых автоматизированных лабораторий / Академия профессионального образования. – Санкт- Петербург. – 2006. – № 2. – С. 23 – 29.

2. Прошин И.А., Прошин Д.И., Прошина Р.Д. Концепция интегрированных комплексов сетевых автоматизированных лабораторий с использованием виртуально-физической среды / Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. – Курск. – 2008. – № 12. – С. 33 – 37.

Поступила в редакцию 29.06.2009 г.