КУРСОВОЙ ТДУ. Курсовой проект ТДУ. Курсовой проект по дисциплине Теория дискретных устройств на тему Синтез дискретного устройства управления напряжением в электротяговой сети
 Скачать 7.42 Mb.
|
1 2 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральноегосударственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВО ПГУПС) Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии» Кафедра «Электроснабжение железных дорог» Специальность (направление) Системы обеспечения движения поездов Специализация (профиль, магистерская программа) Электроснабжение железных дорог курсовой проект по дисциплине «Теория дискретных устройств» на тему: «Синтез дискретного устройства управления напряжением в электротяговой сети»
Санкт-Петербург 2022 ОглавлениеВВЕДЕНИЕ 3 1СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ В ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ 6 1.1Современные технологии управления устройствами электроснабжения 6 1.2Обоснование системы управления напряжением в электротяговой сети 6 2ПОЛУЧЕНИЕ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ В СИСТЕМЕ ТЕЛЕРУГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ 9 2.1 Получение сигналов, отображающих передаваемое сообщение об уровне напряжения на межподстанционной зоне 9 2.2 Структурная схема канала связи и электрические сигналы 10 2.3Включение дискретного устройства телерегулирования напряжения в многоканальную систему связи 11 3РАЗРАБОТКА ЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДИСКРЕТНОГО УСТРОЙСТВА ТЕЛЕРУГУЛИРОВАНИЯ (СИНТЕЗ) 14 3.1Словесное описание задачи телерегулирования напряжения в электротяговой сети 14 3.2Обозначение независимых логических переменных и логических функций при разработке дискретного устройства 14 3.3Формирование логической задачи (словесное задание логической функции) 16 3.4Составление таблицы истинности 17 3.5Переход от таблиц истинности к структурным формулам 20 3.6Минимизация функций и преобразование к заданному логическому базису 20 3.7Переход от структурных формул к логическим 21 4КОНСТРУИРОВАНИЕ ЯЧЕЙКИ ДИСКРЕТНОГО УСТРОЙСТВА 26 4.1Выбор способа конструирования ячейки 26 4.2 Разработка монтажной схемы ячейки 28 Заключение 31 Библиографический список 32 ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. Увеличение скорости движения, в том числе и на железнодорожном транспорте, наряду с повышением его безопасности, экономической эффективности, экологической чистоты, а для пассажирского - комфортабельности перевозок, относится к важнейшим целям прогресса в данной области человеческой деятельности. Одним из главных инновационных явлений на железнодорожном транспорте в последние полвека, удовлетворяющих указанным целям, стали высокоскоростные железнодорожные магистрали (ВСМ). Темп их строительства повышается, несмотря на сокращение общей протяженности железнодорожной сети в мире. Россия к настоящему времени не имеет высокоскоростных железнодорожных магистралей, налицо отставание, исчисляющееся несколькими десятилетиями в этой важной области транспортных технологий. В настоящее время на магистральном железнодорожном транспорте в эксплуатации находится более 43000 км электрифицированных линий, в том числе свыше 18000 км на постоянном токе напряжением в контактной сети 3 кВ. В планах ОАО «РЖД» предусмотрен интенсивный рост абсолютных и удельных показателей работы всех технических средств подвижного состава и устройств инфраструктуры, включая железнодорожное электроснабжение. Основные цели и задачи развития электрифицированного железнодорожного транспорта определены в «Стратегии развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 г.» утвержденной распоряжением Правительства РФ 17 июля 2008 г. № 878-р [1]. Данная директива требует от хозяйства электрификации и электроснабжения ОАО «РЖД» гарантированного обеспечения тяги поездов электроэнергией и обоснованного снижения расходов по содержанию инфраструктуры. Развитие полигона скоростного и высокоскоростного движения предусматривает не только рост транспортной мобильности населения, но и увеличение общей протяженности скоростных и высокоскоростных магистралей [2]. Для повышения работоспособности и энергетической эффективности необходимо усовершенствовать методы теоретических и экспериментальных исследований, разработать новые технические решения, направленные на повышение нагрузочной способности и энергетической эффективности железнодорожного электроснабжения. Цель курсовой работы. Разработка дискретного логического устройства, включаемого в энергодиспетчерский комплекс телемеханического управления устройствами тягового электроснабжения для реализации программы поддержания уровня напряжения в контактной сети. Получение навыка в разработке цифровых управляющих систем для обеспечения энергоэкономичных режимов при пропуске скоростных и высокоскоростных поездов с поддержанием на межподстанционных зонах заданного уровня напряжения у токоприёмников движущегося электроподвижного состава (ЭПС). С учётом указанных особенностей работы электротяговой сети, для создания системы телерегулирования на заданном участке в курсовом проекте необходимо выполнить следующие проектные решения: 1. Разработать исходные данные электрифицированного участка высокоскоростной линии с энергодиспетчерским телемеханическим управлением. Составить словесное описание функционирования дискретного устройства телерегулирования напряжения в электротяговой сети. 2. Составить структурную схему системы управления напряжением в электротяговой сети. Обосновать формы сигналов при передаче информации в канале прямой и обратной связи объекта управления и управляющего устройства. 3. Решить задачу синтеза комбинационной логической схемы устройства управления напряжением в электротяговой сети. 4. Разработать конструктивное исполнение ячейки устройства управления на основе интегральных микросхем (ИМС). Для разработки проекта телерегулирования напряжения студенту предлагается выбрать участок электрифицированной линии, включающий 3-5 межподстанционных зон, оснащенный устройствами телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС) и телеизмерения (ТИ). Устройства ТУ-ТС-ТИ включают диспетчерский полукомплект на диспетчерском пункте (ДП) и полукомплекты контролируемых пунктов (КП). Полукомплекты ТУ-ДП, ТС-ДП, ТИ-ДП связаны с полукомплектами ТУ-КП, ТС-КП, ТИ-КП каналами цифровой связи (КС). На рисунке 1 приведён пример исходной схемы электрифицированного участка высокоскоростной линии Санкт-Петербург-Сартавала. Рисунок 1  СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ В ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ Современные технологии управления устройствами электроснабжения Оперативное управление объектами электроснабжения, расположенными на железнодорожной линии (высоковольтные выключатели, преобразовательные агрегаты, разъединители с моторным приводом и другие аппараты и агрегаты тяговых подстанций, различных линейных пунктов, контактной сети), осуществляется энергодиспетчерами, находящимися на диспетчерском пункте, как правило, расположенном рядом с диспетчером по управлению движением. С энергодиспетчерского пункта по устройствам связи посылаются приказы на контролируемые пункты о необходимых переключениях силового электрооборудования. Эти приказы направляются по назначению вручную путем передачи телефонограммы, либо с помощью специальных устройств управления на расстоянии – телеуправлению. Сведения о фактическом состоянии объектов электроснабжения поступают к энергодиспетчеру по устройствам телесигнализации и телеизмерений. В устройства телемеханики включают часть автоматических блоков, вырабатывающих ряд функций управления без участия энергодиспетчера. На современных диспетчерских пунктах применяются также автоматизированные рабочие места (АРМ). В настоящее время электрические железные дороги оснащены такими автоматизированными системами управления, в которых наиболее ответственные операции выполняются оператором, а часть – выполняются автоматически в зависимости от состояния объектов. Обоснование системы управления напряжением в электротяговой сети Напряжение в электротяговой сети при нагрузке от электропоездов в различных точках по длине межподстанционной зоны неодинаково: выше в близи тяговых подстанции и несколько снижается в середине межподстанционной зоны ближе к посту секционирования. Наиболее достоверная оперативная информация об уровне напряжения у токоприемников движущихся поездов фиксируется измерительными приборами, устанавливаемыми на ЭПС. Вместе с тем, передача этой информации к объектам управления технически сложна. В проекте предусматривается контроль уровня напряжения у постов секционирования, расположенных примерно в середине межподстанционной зоны. Наибольшее снижение напряжения ожидается в точке контактной сети, удаленной от подстанции на одну треть межподстанционной зоны. Ближайшим линейным устройством тягового электроснабжения, для этой точки является пост секционирования. Расположение подстанций участка железной дороги постоянного тока 3 кВ «Орехово – Кузнечное» с интенсивным движением показано на рисунке 2.  Рисунок 2. Схема расположения объектов тягового электроснабжения Схема расположения объектов на линии и питания электрояговой сети приведена на рисунке 3 Рисунок 3  ПОЛУЧЕНИЕ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ПЕРЕДАЧА СИГНАЛОВ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ В СИСТЕМЕ ТЕЛЕРУГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЯГОВОЙ СЕТИ Получение сигналов, отображающих передаваемое сообщение об уровне напряжения на межподстанционной зоне В системе управления напряжением посредством телемеханических устройств происходит передача на значительное расстояние сообщений от контролируемых пунктов (ТС-ТИ-КП) на диспетчерский пункт (ТС-ТИ-ДП) об уровне напряжения в контактной сети и от диспетчерского пункта (ТУ-ДП) на контролируемый пункт (ТУ-КП) при необходимости повышения (или понижения) напряжения на шинах подстанции. Такой способ управления соответствует технологии телерегулирования напряжения в электротягой сети. Для передачи сообщения телемеханическим способом необходим переносчик информации, который по линии связи с заданной скоростью и с наименьшими искажениями будет доставлять получателю адресованное ему сообщение. В телемеханике в качестве таких переносчиков обычно используются электрические сигналы в виде импульсов переменного тока (амплитуда, длительность, частота или фаза которого могут изменяться под воздействием сообщения). В проекте принимаются следующие дискретные сообщения: уровень напряжения в контактной сети ниже минимального допустимого значения («1»), выше номинального («0»); включение устройства регулировании на повышение напряжения («1»), включение устройства регулирования на понижение напряжения («0»). Для надежной передачи сообщений с заданной скоростью сигналы преобразуются в наиболее эффективный для передачи вид. Процесс преобразования сигнала для передачи сообщения по линии связи из одной формы в другую, производимой по определенному закону или правилу, называется кодированием. При построении кодов применяют двоичную систему исчисления и называют коды двоичными. В данном проекте принимается простейший одноразрядный код. В качестве параметра импульсных сигналов принимается частота переменного тока: сигналу «1» соответствует частота  ; сигналу «0» – частота  . Здесь  – среднее значение несущей частоты канала, Гц, принимается из диапазона от 450 Гц до 3200 Гц с шагом fнес = 180 Гц;  – половина диапазона разнесения частот данного частотного канала, Гц. Ориентировочно можно принять = 45 Гц.Структурная схема канала связи и электрические сигналы Канал связи включает технические средства, обеспечивающие передачу сигнала от некоторою пункта А к пункту В. На рисунке 4 приведена структурная схема связи источника сообщения и получатели сообщения.  Рисунок 4. Структурная схема системы связи: 1 – источник сообщения; 2 – преобразователь сообщения в сигнал; 3 – передатчик; 4 – приемник; 5 – преобразователь сигнала в сообщения; 6 – получатель сообщения Преобразователь в предающем устройстве преобразует сообщение  , которое имеет различную природу: в канале обратной связи – уровень напряжения ниже минимально допустимого или выше номинального значения; в канале прямой связи с объектами – вид регулирования на повышение или понижение напряжения в первичный электрический сигнал b(t). В передатчике этот сигнал превращается во вторичный сигнал S( ,t), являющийся функцией не только времена t, но и вида сообщения. В результате модулированные сигнал приводятся к виду, пригодному для передачи по используемой линии связи. Преобразование сообщения в сигнал должно быть обратимым, чтобы не потерять переданную информацию даже при отсутствии помех.Линия связи – это среда, по которой распространяются сигналы. Для радиоканала это среда распространения радиоволн, для электрических каналов – симметричный или коаксиальный кабель, для опто-электронных систем – волоконно–оптический кабель. При передаче сигнала по линии связи он может искажаться из-за помех n(t). В результате на выходе линии связи сигнал описывается функцией y[S( ,t),n(t)]. Приемное устройство обрабатывает этот сигнал, формируя в начале копию первичного сигналя b(t) на выходе приемника, а затеем копию  переданного сообщения. Приемник на основе анализа y[S( ,t),n(H)], должен определить какой из возможных сообщений предавалось. В данном проекте количество одновременно предаваемых сообщений зависит от числа тяговых подстанций (ТУ – КП) и от числа точек измерения уровня напряжения на межподстанционных зонах заданного участка железнодорожной линии. Их количество более единицы. Поэтому для каждого сообщения, передаваемого одновременно с другими сообщениями, требуется отдельный частотный канал, отличающийся своей несущей частотой . На рисунке 5 приведена структурная схема многоканальной связи.  Рисунок 5. Структурная схема многоканальной связи: M1, M2…, Mn – модуляторы; D1, D2…, Dn – демодуляторы Сообщения от нескольких источников  преобразуются модуляторами в электрические сигналы  которые в устройстве уплотнения (объединения) преобразуются в групповой сигнал S(t), предаваемый по общей линии связи. Далее искаженный сигнал Ŝ(t), из которого выделяются с помощью фильтров копии индивидуальных сигналов  преобразуемых канальными демодуляторами в копии соответствующих сообщений  Для организации многоканальной системы используются принципы частотного и временного разделения каналов. В данном проекте рекомендуется принимать частотное разделение каналов. Включение дискретного устройства телерегулирования напряжения в многоканальную систему связи На рисунке 6 показана схема многоканальный симплексной связи системы телерегулирования напряжения для участка линии, включающей четыре межподстанционные зоны с пятью тяговыми подстанциями ТП1,…..,ТП5, на каждой из которых имеются по два объекта управления ОУ1, ОУ2 (управляемые выпрямители), четырьмя постами секционирования, на каждом из которых установлен датчик напряжения ДН1,……, ДН4. Контролируемые пункты ТУ – КП1…….ТУ – КП4 и   посредством частотных каналов связи объединены в систему телерегулирования напряжения с управляющим устройством на диспетчерском пункте ДП. В телемеханическое устройство  включено логическое устройство телерегулирования напряжения (ЛУТН). На вход ЛУТН по каналам обратной связи с межподстанционных зон поступают сообщения об уровне напряжения. В ЛУТН осуществятся логическая обработка поступившей информации и преобразование ее для формирования управляющих воздействий, передаваемых по каналам прямой связи на объекты управления тяговых подстанций. Таким образом, с помощью многоканальной системы связи достигается объединение устройств управления и объектов управления в сложную систему телерегулирования напряжения для участка электрифицированной линия, обеспечение электроэнергией которого осуществляется от четырех тяговых подстанций.  Рисунок 6  1 2 |