ИНЖИНИРИНГ ЗЛЕКТРОПРИВОДОВ

Моделирование и исследование аварийных ситуаций

Аварийные ситуации в технологическом процессе могут возникать на трех уровнях:

При включении (запуске) оборудования в технологическую цепочку. На этом уровне производится самотестирование систем оборудования (в основ­ном это проверка цепей питания и соответствующих напряжений и токов, а в ряде случаев — выявление неисправных ячеек памяти);

При пусковых режимах. На этом уровне кроме проверки соответствующих напряжений и токов контролируются и технологические параметры (напри­мер, заправочная скорость бумаги или другого материала и т. д.);

При рабочем функционировании технологического оборудования. На этом уровне кроме проверки соответствующих напряжений и токов контролиру­
ются и технологические параметры обрабатываемого материала (толщина, натяжение, размер петли, прогиба и т. д.), а также ситуации, связанные с нарушением технологического процесса (например, заклиниванием механиз­мов нажимного устройства прокатного стана, возникающим при нарушении синхронизации движений нажимных винтов, или остановкой вращения вала двигателя, возникающей при завале камнями бункера дробильного агрегата и т. п.).

При моделировании аварийных ситуаций первого уровня в компьютерные модели вводят специальный логический блок, который при отклонении ка­кого-либо параметра (или параметров) от условий нормальной эксплуата­ции, выдает сообщение либо о наступлении аварийной ситуации, либо о со­ответствующих отклонениях параметров. В этом случае возможны прекраще­ние исследования и продолжение исследования, но с новыми параметрами (в реальных системах управления срабатывают требуемые защиты и блокировки). Формирование соответствующих сообщений выполняется с использованием алгоритмов логического управления. Реализация любого из этих алгоритмов основана на использовании операций сравнения (>, >=, <, <= и др.), типовых логических операций (AND, OR, NOT, XOR, NXOR) и других логических преобразований. Для этих целей можно применить раздел Logical Operator Math MATLAB (рис. 6.22).

Кроме того, для выявления отклонений параметров технического объекта на входе исследуемой модели формируются тестовые (испытательные) сигна­лы [8]. Обычно в качестве детерминированных моделей сигналов используют­ся следующие математические представления: 8 — импульс; функция включе­ния (скачок) о(0 = 1(/); треугольный импульс; последовательность прямо­угольных импульсов; гармонические функции sin ш и cos cot; экспоненциальная функция ехр(а/) и др. Для этих целей возможно применение стандартных S-функций раздела Sources Matlab (см. рис. 6.10).

В основе моделирования аварийных ситуаций второго и третьего уровней лежит формирование определенных управляющих воздействий:

Ступенчатых y3(t) =у30 при t < 0 и y3(t) =y'i0 при t > 0;

Main j Signal data types Operator:

- Щ Simulink

ІЗ-j Commonly Used І3ч Continuous ifr-j Discontinuities Id Discrete :Ы Logic and Bit Op ІЗ-j Lookup Tables Math Operation; Model Verificatio Model-Wide Utilities Ports fit Subsystems Signal Attributes ІИ Signal Routing

Рис. 6.22. Раздел Logical Operator Math MATLAB 328

Линейных y3(t) = Узо + Узої при t = 0 ... /0, Уз(Г) = у"0 при t > t0

Гармонических y3(t) = у30 + у'30 sin со,/, y3(t) = у30 + у30 cos со,/;

Траекторных y3(t), которые задаются в виде таблицы переменных с исполь­зованием линейной интерполяции, а также следующих возмущающих воздей­ствий:

Ступенчатых/(/) =f0 при / < 0 и /(/) =/0 при / > 0;

Гармонических /(/) =/0 +f0 sin со,/, /(/) =/0 +f0 cos со,/;

Волновых /(/) = с0 + ^ (ск - sin mkt + с'к cos соА /);

К-

Случайных.

Здесь частоты соА — преимущественный спектральный состав возмущений, а изменяющиеся случайным образом коэффициенты с0, ск, с'к отражают меру неопределенности в описании этих возмущений.

При этом задают граничные значения управляющих или возмущающих воз­действий или значения, превышающие граничные. Например, для осуществ­ления процесса непрерывной прокатки без натяжения необходимо чтобы длина петли удовлетворяла допустимым значениям: /,mjn < /,(/) < //тах.

Таким образом, формируя, например, на входе компьютерной модели про­катного стана различные входные воздействия, по соотношению скоростей клетей можно определить возможный диапазон изменения скоростного режи­ма прокатки, а также соотношения скоростей, при которых может произойти разрыв металла или возникновение разнотолщинности по длине проката.

Аналогичные результаты можно получить и в бумага - или картонодела - тельных машинах, кордных линиях и т. д.

Исходя из сказанного можно отметить, что возникновение аварийных ре­жимов, связанных с отклонением от технологии производства продукции, в основном обусловлено отклонениями скоростных режимов или возникнове­нием перегрузок электродвигателя, т. е. уменьшением (увеличением) момента на его валу.

Других отличий методики моделирования и проведения исследований на компьютерных моделях от рабочего функционирования нет.

Для моделирования аварийных режимов можно также применить пакет событийного моделирования Stateflow, являющегося специальным расшире­нием Simulink MATLAB. При этом функционирование системы представляет­ся на основе последовательности правил, которые определяют соответствие событий и действий, выполняемых в ответ на эти события. Данный пакет можно использовать для проектирования и моделирования детерминирован­ных систем управления, диспетчерской службы городского транспорта и др.

Пакет Stateflow имеет свой графический интерфейс пользователя, позво­ляющий создавать модели в виде SF-диаграмм динамического типа. В процессе моделирования на SF-диаграмме отражаются все изменения модели. При этом динамическое изменение параметров модели представляется в виде измене­ния цвета модулей математической модели в зависимости от их состояния, построения диаграмм переходов и др.

Подробное описание основных объектов SF-диаграмм приводится в [22].

В качестве примера моделирования аварийного режима рассмотрим иссле­дование обрыва полотна бумаги в секции бумагоделательной машины [8].

Рис. 6.23. SF-модель и SF-диаграмма для исследования работы секции бумагоделатель­ной машины

Исходные данные для предварительных расчетов и исследования аварий­ного режима см. в подразд. 6.2.2.

На рис. 6.23 представлены SF-модель и SF-диаграмма исследования работы секции бумагоделательной машины.

На рис. 6.24 представлены переходные процессы, происходящие до и после обрыва бумажного полотна (/обр = 0,1 с). Обрыв бумажного полотна произошел при увеличении скорости второго электропривода по отношению к первому на 5%, что автоматически вызвало увеличение силы натяжения бумажного полотна до критического значения. Характеристика натяжения бумажного по­лотна при обрыве показана на рис. 6.25. В этом случае до остановки секции бумагоделательной машины электроприводы работают в режиме холостого хода.