WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Принцип действия системы автоматического поддержания скорости внутритрубного снаряда дефектоскопа таков: штатные одометры, которыми оборудован снаряд при его движении выдают информацию о пройденном пути, которая поступает на вычислитель, расположенный в герметичной аппаратурной секции снаряда. Вычислитель производит преобразование информации о пути в скорость движения снаряда, затем производит анализ этой информации по специальному алгоритму для определения необходимости изменения положения заслонок и величины этого изменения. В случае, если необходима коррекция скорости движения, вычислитель при помощи электропривода приводит в движение заслонки, изменяющие переток газа через снаряд, и перемещает их на необходимую величину. В результате изменения перетока газа через снаряд происходит изменение скорости его движения, вычислитель снова определять необходимость изменения положения заслонок. Этот процесс повторяется периодически на всём пути движения снаряда, что обеспечивает поддержание необходимой скорости его движения по газопроводу.

Третья глава содержит описание разработки отдельных элементов устройства автоматического регулирования скорости движения от механических узлов для алгоритмов, реализованных во встроенном программном обеспечении.

Проектирование первого действующего байпасного механического узла внутритрубного снаряда было выполнено для магнитного очистного поршня ПМО-1200. Этот снаряд до появления байпасного механизма не обладал собственной электроникой, однако механически был практически идентичен дефектоскопу ДМТ1-1200, что позволило выполнить механическую часть устройства автоматического поддержания скорости снаряда выполнить одинаковой для всех типов снарядов комплекса КВД-1-1200.

Устройство снаряда, оснащённого байпасным устройством, показано на рис. 1.

Рис. 1. Устройство внутритрубного магнитного снаряда дефектоскопа ДМТ-1200Б

1 - ярмо снаряда;

2 - передний фланец;

3 - привод байпасного механизма;

4 - байпасный механизм.

Для регулирования потока газа, проходящего через снаряд, между ярмом 1 и передним фланцем 2 установлен байпасный механизм 4 с приводом 3. Такая конструкция байпасного механизма позволила свести увеличение длины снаряда к минимуму, которая ограничена в связи с условием проходимости поворотов газопровода. Также не была нарушена силовая конструкция снаряда, так как аппаратурная секция передней своей частью осталась соединена с передним фланцем через неподвижную часть байпасного механизма.

Байпасный механизм внутритрубного снаряда представляет собой устройство, состоящее из подвижных заслонок, установленных на неподвижном пилоне и вспомогательных элементов, обеспечивающих движение заслонок и формирование газового потока в области заслонок. Части, из которых состоит байпасный механизм, показаны на рис.2.

Рис.2. Устройство байпасного механизма.

1 - неподвижный пилон

2 - заслонки

3 - обтекатели

4 - фланец пилона

Байпасный механизм смонтирован на неподвижном пилоне 1, который своим фланцем 4 крепится на ярмо снаряда. С двух сторон пилона установлены заслонки 2, со стороны набегающего потока газа на пилоне устанавливаются обтекатели 3.

Пилон 1 служит основой силовой конструкции байпасного механизма и устанавливается между передним фланцем внутритрубного снаряда (см. рис. 3.3), также пилон соединяется с аппаратурной секцией снаряда, что придаёт общую жёсткость конструкции байпасного механизма. Вращение заслонок байпасного механизма и из удержание от самопроизвольного вращения обеспечивает привод байпасного механизма, смонтированный в центральной части неподвижного пилона.

Электронное оборудование системы автоматического регулирования было спроектировано для работы как в автономном режиме так и для работы совместно с регистраторами серии СОРД-6, которыми оснащаются внутритрубные магнитные дефектоскопы производства ЗАО «НПО Спектр». Особым требованием к этому оборудованию является высокая степень надёжности и предусмотрение аварийных режимов работы в случае отказа различных систем, так как снаряд с незакрытыми заслонками байпасного устройства почти всегда невозможно извлечь из газопровода (доставить в камеру приёма) за счёт создания перепада давления газа.

При проектировании электронного оборудования байпасного устройства использовались различные микроконтроллеры, микросхемы программируемой логики и другие элементы, требующие создания программного обеспечения. Также были использованы блоки и модули системы питания, которые уже были для регистратора дефектоскопа, что потребовало доработки программного обеспечения для введения новых функций в логику работы электронного оборудования внутритрубного снаряда в целом.

Для электронного оборудования внутритрубного снаряда разработано программное обеспечение, которое распределено по различным блокам и модулям. Для создания встроенного ПО создана единая структурная схема функциональности, которую обеспечивает программное обеспечение, при этом разнесение ПО по блокам и выбор аппаратной платформы для обеспечения работы этого ПО может меняться в зависимости от конфигурации снаряда. Общая структурная схема встроенного ПО внутритрубного снаряда показана на рис.3.

Рис.3. Структурная схема встроенного ПО внутритрубного снаряда.

Программное обеспечение внутритрубного снаряда представляет собой ПО реального времени, то есть обработка каждого события заканчивается до поступления ближайшего следующего события того же типа. Для обеспечения функционирования ПО в реальном времени, оно разделено на:

- модули работы с аппаратным обеспечением;

- распределитель потоков данных;

- система управления и синхронизации;

- алгоритм регулирования.

Первичная информация для обеспечения общей работоспособности системы получается от датчиков, одометров и внутреннего таймера, что позволяет системе управления и синхронизации обеспечивать связь всех данных и событий через время. Данные от всех систем поступают в систему распределения данных, откуда они становятся доступными для алгоритма регулирования и системы управления, также все данные сохраняются при работе снаряда и считываются, а затем передаются в терминал пользователя.

Алгоритм регулирования - это часть системы автоматического регулирования (САР), который был разработан на основании эмпирических данных, теоретической газодинамической модели и компьютерного симулирования поведения снаряда в газопроводе.

В САР используется метод регулирования по отклонению текущего значения скорости от номинального. Самый распространённый вид регулятора для такого метода - ПИД-регулятор, выходной сигнал которого складывается из линейной, интегральной и дифференциальной составляющих:

где e=Vсн-V0 - разность между текущей и оптимальной скоростью.

Самой трудоёмкой частью при разработке ПИД-регулятора является подбор весовых коэффициентов k, а в нашем случае, ввиду дискретности системы, сложность состоит ещё и в подборе пределов интегрирования и способов дифференцирования.

Определение достоверной мгновенной скорости движения снаряда - это отдельный алгоритм, т.к скорость вычисляется по датчикам пройденного расстояния. Для проверки правильности работы этого алгоритма была использована информация, полученная в ходе эксплуатации внутритрубных снарядов на участках суммарной длиной около 1000км, обрабатываемая на программном симуляторе. Наиболее достоверным оказался алгоритм доверительных интервалов, основанный на сравнении разности показаний четырёх датчиков пути с величиной доверительного интервала. Также в результате этой работы был получен оптимальный способ фильтрации входного сигнала скорости:

Для использования интегральной составляющей уравнения ПИД-регулятора были опробованы различные временные интервалы и весовые коэффициенты, но все они не давали необходимого сочетания скорости реакции с отсутствием перерегулирования, связанного с большим временем реакции системы снаряд-газопровод на управляющее воздействие. В результате экспериментов было решено ввести величину задержки между последовательными регулированиями, которая является функцией скорости по закону, близкому к экспоненте:

Дифференциальная часть ПИД-регулятора, отвечающая за реакцию на быстроизменяющиеся возмущения, оказалась самой проблемной. В результате исследований на симуляторе не удалось найти метод вычисления производной по дискретным значениям скорости, который бы не давал большого количества ложных выбросов. Связано это как с характером движения снаряда, так и с особенностями работы датчиков расстояния. Таким образом, реакция на быстрые изменения внешних условий легла на линейную часть ПИД регулятора через подстройку его весового коэффициента. Для введения в алгоритм быстродействующей составляющей было решено сделать весовые коэффициенты зависимыми от скорости движения.

В результате проведённой на программном симуляторе исследовательской работы по проверке качества работы регулятора из уравнения ПИД-регулятора мы получаем совершенно другой тип регулирования, который учитывает не только текущую разность, но скорость и наличие регулирующего воздействия на предыдущем этапе регулирования. В общем виде функцию регулятора путём подстановок для каждого момента времени можно записать в простой линейной форме, нелинейность зависимости заложена в коэффициенте:

Эта зависимость справедлива при условии, что от предыдущего регулирующего воздействия прошло время, определяемое вычисляемой величиной задержки.

Для уравнений величины временной задержки и управляющего воздействия при помощи симулятора были выбраны оптимальные коэффициенты, на этом адаптация САР при помощи симулятора, основанного на газодинамической модели, была завершена.

Затем была произведена работа по практической реализации САР в виде создания программного обеспечения СУРД, основной частью которого является алгоритм регулирования. Полученная модель САР воплощена в виде программы микроконтроллера, суть работы которой приведена в виде блок-схемы на рис.4.

Рис.4. Определение необходимости регулирования.

Цикл работы алгоритма запускается раз в кадр. Кадр - это отрезок времени 0.131072сек. В начале каждого кадра происходит обновление состояния привода байпасного механизма и фактического угла открытия заслонок, затем вычисляется величина отклонения текущей средней за кадр скорости движения снаряда от оптимальной. После этого по значению статусного слова байпасного устройства определяется остановлен ли электродвигатель, в случае если он вращается алгоритм завершает свою работу, т.к. ещё не закончено предыдущее регулирование. Затем определяется прошло ли время реакции системы на предыдущее воздействие, которое было вычислено при предыдущем регулировании системы. В случае, если это время не прошло, новое регулирование не происходит, т.к. скорость движения снаряда по трубопроводу ещё возможно изменится в связи с предыдущим регулированием.

Далее происходит определение необходимости регулирования и его величины а именно: сравнение текущей усреднённой за кадр скорости движения Vср с заданным допустимым диапазоном от Vмин до Vмакс. Затем производится определение необходимого угла открытия заслонок байпасного устройства а1 как функции от усреднённой за кадр текущей скорости движения снаряда, отклонения текущей скорости от оптимальной dV и текущего угла открытия заслонок а.

Для обеспечения паузы после движения заслонок, за время которой гарантированно закончатся переходные процессы изменения скорости. связанные с изменением угла открытия заслонок, производится определение её величины как функции от усреднённой за кадр текущей скорости движения снаряда, отклонения текущей скорости от оптимальной dV и текущего угла открытия заслонок а.

По завершению всех этих вычислений выполняется проверка необходимости регулирования, которая зависит от величины отклонения текущей скорости от оптимальной, текущего положения заслонок и прочих факторов. В случае, если регулирование необходимо, производится отправка команды на вращение вала электродвигателя и величина угла поворота, вычисляемого из величины необходимого угла открытия a1 с использованием известного передаточного отношения привода байпасного устройства.

Описанное функционирование алгоритма регулирование скорости происходит всегда, пока снаряд находится в трубопроводе и давление газа превышает пороговую величину, что позволяет обеспечить поддержание скорости движения снаряда в необходимом диапазоне.

Устройством автоматического поддержания скорости движения для осуществления пробных запусков был оборудован магнитный очистной поршень ПМО-1200Б, предназначенный для очистки от магнитного мусора трубопроводов диаметром 1220 мм. Краткие технические характеристики байпасного устройства, установленного на этот снаряда, приведены в табл.1.

Табл.1. Краткие технические характеристики байпасного устройства

Наименование

Значение

Ед.

изм

1

Типы снарядов, на которые устанавливается байпасное устройство

ПМО-1200

ДМТ-1200

ДМТП-1200

-

2

Номинальная скорость движения снаряда

2 (*)

м/сек

3

Допустимый диапазон скорости движения снаряда

1.5-2.5 (*,**)

м/сек

4

Максимальная скорость потока газа, при которой обеспечивается поддержание скорости

12 (***)

м/cек

5

Максимальная пиковая скорость движения снаряда

40

м/сек

6

Максимальная относительная площадь сечения газового канала байпасного устройства

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»