ДП 140604.65. ПЗ 658 (1232986), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

3.2 Разработка принципиальной электрической схемы системы автоматизированного учета расхода электроэнергии на электровозах переменного тока

3.2.1 Функциональная схема управления автоматизированной системы учета электрической энергии на электроподвижном составе

В настоящее время в локомотивном хозяйстве существует информационно-справочная незамкнутая система учета расхода электричсекой энергии на тягу поездов. Характерным для нее является то, что процесс работы системы не зависит непосредственно от результата ее воздействия на управляемый объект, т.е. в ней отсутствует обратная связь. Переход от информационно-справочной к планирующе-управляющей автоматизированной системе возможно при замыкании ее выхода со входом так, чтобы контрольные приборы, измерив некоторые величины, характеризующие определенный процесс в управляемом объекте, служили бы одновременно и источником воздействия на систему. Величина этого воздействия должна зависеть от того, насколько отличаются измеренные величины на управляемом объекте от требуемых значений. Таким образом, возникает замкнутый контур управления.

Замкнутый контур управления автоматизированной системой учета электрической энергии на электроподвижном составе может иметь следующую функциональную схему (рисунок 3.5). Функциональная схема управления автоматизированной системы учета электрической энергии на электроподвижном составе приведена на чертеже ДП 140604.65 025 Э23.

Рисунок 3.5 – Функциональная схема управления автоматизированной системы учета электрической энергии на электроподвижном составе

Норму расхода электрической энергии определяют в Росжелдорснабе для каждого филиала ОАО «РЖД» на год при анализе энергозатрат за два предыдущих года. Такие же расчеты делают и в локомотивной службе каждого филиала. Далее этими структурами согласовывается величина годовой нормы электрической энергии. На основе этой информации в управлении дороги устанавливаются нормы по отделению. Норма электрической энергии на отделение выдается раз в квартал с разбивкой по месяцам.

Инженер-теплотехник локомотивного депо распределяет спущенную норму электрической энергии на поездки, исходя из предыдущих опытов поездок по существующим маршрутам и очевидного задания.

Задающее воздействие в виде инструкций, распоряжений, указаний внешних организаций, информации входящих документов преобразуется задающим элементом (АРМ инженера-теплотехника локомотивного депо) в величину - запланированную норму расхода электрической энергии на поездку той же физической и информационной природы, что и величина, сравниваемой с , воздействия обратной связи .

Элемент сравнения выявляет рассогласование в системе управления путем вычитания сравниваемых величин: . Элементом сравнения в локомотивном депо выступает система учетных и отчетных форм, рассчитанная на ручную технологию обработки информации.

Управляющий элемент в лице машиниста-инструктора и машиниста локомотивной бригады непосредственно, руководствуясь анализом причин вызванного рассогласования и опытом работы, формирует управляющее воздействие . Машинист, воздействуя на исполнительный элемент, вносит в систему управления звено субъективного характера, тем самым, создавая не автоматическую, а автоматизированную систему управления.

Исполнительный элемент (система управления электровоза) под действием управляющего воздействия машиниста производит регулирующее воздействие на объект регулирования, направленное на ликвидацию рассогласования .

Объектом регулирования является электроподвижной состав, как совокупность электрооборудования, входящего в силовую и управленческую схемы электроподвижного состава.

К внешним воздействующим факторам относятся – климатические условия, изменения напряжения в контактной сети, изменение условий сцепления колес локомотива с рельсом и др.

Информация о показателях работы электроподвижного состава отражается на контрольных приборах. В данной системе управления к звену контрольных приборов относятся не только устройства с возможностью наблюдения за состоянием локомотива в процессе поездки, но и устройства сбора, хранения, преобразования и передачи данных. Выходной информацией звена контрольных приборов является данные о расходе и качестве электрической энергии с первичной обмотки тягового трансформатора электровоза, которые, минуя запись в маршрутном листе машиниста в графе «показания счетчиков», собираются и хранятся в съемном накопителе электронной информации (flash card) в течение всей поездки. Далее как приложение к заполненному маршрутному листу машиниста накопитель электронной информации поступает в группу учета локомотивного депо.

Анализируя показатели работы электровоза, «экспертная система – советчик» вырабатывает оценку состояния энергопотребления электрической энергии по сравнению энергетическими показателями, полученными от управляющего воздействия управляющего элемента (машиниста) на исполнительный элемент (система управления электровоза), исходя из определенного уровня отклонения. Это означает, что система управления электровозом во время поездки может использовать возможные корректирующие действия по снижению расхода электрической энергии.

Наличие такого звена в автоматизированной системе управления позволяет автоматизировать один из самых трудоемких этапов обработки информации и выработки корректирующего воздействия.

3.2.2 Принципиальная электрической схема системы учета расхода электроэнергии на электровозах переменного тока с системой измерения

Рассмотрим подробно звено контрольных приборов замкнутого контура автоматизированной системы учета расхода электрической энергии на электровозах переменного тока. Имея в своем составе датчики тока и напряжения, устройство сбора и передачи данных, ЭВМ с пакетом программ для оперативной обработки данных, такое звено представляет собой измерительную систему (ИС). ИС – это совокупность измерительных, связующих, вычислительных компонентов, образующих измерительные каналы, и вспомогательных устройств (компонентов измерительной системы), функционирующих как единое целое, предназначенная для:

- получения информации о состоянии объекта с помощью измерительных преобразований в общем случае множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние;

- машинной обработки результатов измерений;

- регистрации и индикации результатов измерений и результатов их ма-шинной обработки;

- преобразования этих данных в выходные сигналы системы в разных целях.

Измерительная система реализована на основе современных средств вычислительной и информационной техники, используя измерители, принцип работы которых основан на регистрации мгновенных значений электрических параметров, характеризующих работу электровоза, и дальнейшей их обработке.

Принципиально в состав технических средств автоматизированной системы учета расхода электрической энергии входят:

- система измерения параметров (ток и напряжение) электрической энергии, оснащенная датчиками и преобразователями, преобразующими аналоговые параметры измеряемой энергии в цифровой код;

- устройства сбора и передачи данных, обеспечивающие сбор информации от датчиков и преобразователей и передачи ее на верхние уровни управления;

- каналы связи с соответствующей каналообразующей аппаратурой для передачи измерительной информации;

- средства обработки информации (как правило, персональные ЭВМ).

Предлагаемый макетный образец автоматизированной системы учета электрической энергии включает в себя:

- датчики напряжения и тока компенсационного типа фирмы LEM, широко применяемые на железнодорожном транспорте. Они предназначены для электронного преобразования переменных величин напряжения и тока в первичной обмотке тягового трансформатора электровоза в пропорциональные выходные величины напряжения и тока датчиков с гальванической развязкой между первичной (силовой) и вторичной (измерительной) цепями;

- устройство сбора и передачи данных типа USB-6009 data acquisition (DAQ) device National Instrument (NI);

- электронно-вычислительная машина (ЭВМ) Notebook ASUS X553MA с пакетом программ для обработки данных NI-DAQmx Software, VI Logger 2.0 и LabVIEW.

Через устройство сбора и передачи данных ЭВМ получает исходные данные. Далее они обрабатываются в приложении, написанном в среде графического программирования LabVIEW. Сбор и обработка данных в LabVIEW осуществляется по средствам виртуальных приборов (ВП).

Принципиальная схема системы учета расхода электроэнергии с системой измерения приведена на чертеже ДП 140604.65 025 Э34.

Предварительная обработка данных, поступающих с датчиков, осуществлялась при помощи устройства сбора и передачи данных USB 6009. Обработка результатов измерений с оценкой параметров качества электроэнергии осуществлялась непосредственно с помощью ПЭВМ ASUS X553MA с использованием программных продуктов National Instruments (VI Logger 2.0, LabVIEW 7.1) и Microsoft Excel 2003.

Использование датчиков тока, напряжения, устройства сбора и передачи данных и персонального компьютера с программным обеспечением National Instrument LabVIEW позволяет вести регистрацию мгновенных значений тока и напряжения, а также осуществляет разложение в гармонический ряд Фурье кривых тока и напряжения в первичной обмотке тягового трансформатора электровоза. Это позволяет непрерывно определять расход электрической энергии и коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. В результате не используются промежуточные элементы обработки информации (счетчики электрической энергии, маршруты машиниста), что исключает человеческий фактор.

3.2.3 Виртуальный прибор для измерения расхода и показателей качества электрической энергии, потребляемой электровозами

Современное развитие информационных компьютерных технологий привело к появлению новых направлений научных исследований и практической инженерной деятельности. Одним из перспективных направлений в области автоматизации научного, промышленного эксперимента и управления технологическими процессами стал виртуальный инструмент, позволяющий автоматизировать процесс измерения параметров физических и электромагнитных процессов.

Виртуальный прибор (ВП) – это компьютер, оснащенный набором аппаратных и программных средств и выполняющий функции информационно-измерительного прибора таким образом, что пользователь получает возможность взаимодействовать с компьютером как со специально разработанным для него электронным прибором [18].

Практическим воплощением виртуального прибора является пакет LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). Это мощная интегрированная среда для разработки программных приложений, называемых виртуальным прибором, она включает в себя наиболее перспективные подходы и решения современной технологии автоматизации проектирования и сопровождения программных систем - объектно-ориентированный подход и потоковое программирование, принципы модульности и иерархии, использование языка визуального (графического) программирования.

Пользуясь LabVIEW, можно оперативно сконструировать на базе персонального компьютера переднюю панель для представления результатов и управления прибором, создать алгоритм функционирования необходимого измерительного прибора или системы, максимально приспособленных для решения конкретной задачи. LabVIEW - среда разработки программ, подобная аналогичным средам разработки программ на языках С или BASIC. Программы, созданные в среде LabVIEW, называются виртуальными приборами (ВП), поскольку их назначение и функционирование имитирует реальные приборы.

Среда LabVIEW включает набор подпрограмм ВП, позволяющих конфигурировать, собирать и посылать данные на устройства сбора данных, так называемые DAQ-устройства (Data Acquisition – сбор данных). DAQ-устройство может выполнять различные функции, например, такие как, аналого-цифровое преобразование и цифровой ввод/вывод. Его с одной стороны подключают к компьютеру, а с другой к реальной электрической цепи через преобразователи и датчики. Получая сигнал от электрической цепи, DAQ-устройство обрабатывает его и передает компьютеру. На базе персонального компьютера создается измерительная система. При этом DAQ-устройство только преобразует входящий сигнал в дискретную форму, читаемую компьютером. Далее при помощи различных ВП и подпрограмм осуществляется сбор данных, последующий их анализ и отображение результатов анализа на экране компьютера.

Таким образом, используя среду LabVIEW можно разработать ВП для измерения расхода потребляемой электрической энергии. Процесс создания ВП в среде LabVIEW состоит из двух этапов – это формирование лицевой панели и разработка блок-диаграммы.

Лицевая панель виртуального прибора автоматизированной системы учета расхода электрической энергии, потребляемой на тягу поездов, содержит элементы управления, индикации и графического представления данных (рисунок 3.6). Данная панель позволяет отображать:

- кривые тока и напряжения первичной обмотки тягового трансформатора электровоза с возможностью выбора масштаба шкал и положения кривых относительно оси абсцисс в процессе работы измерительной системы;

- гармонический состав кривых тока и напряжения;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициент искажения синусоидальности кривой тока;

Характеристики

Список файлов ВКР