Бесконтактные СУИМ постоянной скорости

Пуско-тормозные режимы бесконтактных СУИМ постоянной скорости реализуют, как правило, с применением асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором или синхронных двига- телей с постоянными магнитами. Для маломощных ИМ (до не- скольких десятков-сотен ватт) применяют однофазные двигатели, для более мощных – трехфазные. В любом случае речь идет о СУИМ с ЭИМ.

По принципу управления такие СУИМ подразделяются на сле- дующие типы:

– ручного управления «на месте» с помощью кнопок или ключей управления на стационарном или местном переносном проводном пульте управления без обратных связей по координа- там объекта управления;

– ручного дистанционного управления по командам операто- ра, передаваемым по промышленной сети от пульта управления, промышленного контроллера, сервера верхнего уровня управления без обратных связей по координатам объекта управления;

– ручного/автоматического управления «на месте» или дис- танционного управления с контролем как минимум выходной ко-

ординаты объекта управления, по промышленной сети от пульта управления, промышленного контроллера, сервера верхнего уров- ня управления;

– ручного/автоматического управления «на месте» или дис- танционного управления с реализацией функций интеллектуально- го микропроцессорного управления.

Заметим, что в любом случае СУИМ постоянной скорости предполагают возможность ручного управления (кнопки, ключи управления «на месте» или дистанционного управления, а также штурвалы управления ЗРА РО).

Кроме того, все бесконтактные СУИМ постоянной скорости содержат как минимум бесконтактные малоточные элементы управления (транзисторы, симисторы, тиристоры), как макси- мум – бесконтактные силовые элементы (симисторы или тири- сторы).

На рис. 5.6 приведена обобщенная функциональная схема СУИМ, сочетающая изложенные выше принципы управления ИМ постоянной скорости.

 

 

U _з                                      U уа

          

 

U ур

Ручной «пуск-стоп-реверс»

 

U у                                          ω                         y

                                    

Рис. 5.6. Обобщенная функциональная схема СУИМ постоянной скорости

 

Обозначения на схеме:

ИУ – измерительное устройство; ФЭ – формирующий элемент;

ПРР – переключатель режима работы; СПЭ – силовой преобразователь энергии; Д – двигатель (привод) ИМ;

ИМ – исполнительный механизм; РО – рабочий орган;

ДТК – датчик технологической координаты;

U _з, U _ос – маломощные сигналы задания и обратной связи (на-

пряжение, ток или цифровой код);

U _уа, U _ур, U _у – сигналы управления: автоматического, ручного, результирующего;

ω – скорость вращения (перемещения) привода ИМ;

y – выходная координата СУИМ.

Измерительное устройство ИУ предназначено для масшта- бирования, линеаризации сигналов задания U _з и обратной связи U _ос и вычисления сигнала ошибки регулирования выходной коор- динаты СУИМ.

Формирующий элемент ФЭ выполняет следующие функции автоматического управления:

– формирование двухпозиционного регулирования неревер- сивными ИМ типа «нагреватель» или «холодильник» (ТЭНы, вен- тиляторы, компрессоры и др.) с реализацией функции «пуск-стоп» с контролем конечного положения РО;

– формирование трехпозиционного регулирования реверсив- ными ИМ (клапаны, пробковые и шаровые краны, подъемно- транспортные механизмы и др.) с реализацией функции «пуск- стоп-реверс» как с датчиком положения РО, так и без него;

– формирование того или иного линейного закона регулиро- вания реверсивными ИМ с контролем как минимум выходной тех- нологической координаты СУИМ.

Формирующий элемент – основной элемент такой СУИМ, обеспечивающий требуемое качество управления. Синтез его – одна из основных задач исследования и проектирования СУИМ.

Переключатель режима работы ПРР – логический элемент, выполняющий функции безударного перехода с автоматического на ручной режим работы и обратно.

Силовой преобразователь энергии (СПЭ) – контактный или бесконтактный реверсивный пускатель, обеспечивающий соответ-

ствующие функции подключения обмоток двигателя к питающей сети и защиты двигателя.

Функции контактного пускателя выполняют силовые реле, контакторы или магнитные пускатели. Среди отечественных кон- тактных пускателей в СУИМ наиболее распространены магнитные пускатели серии ПМ.

Функции бесконтактного пускателя выполняют симисторные или тиристорные реверсивные пускатели и устройства плавного пуска, торможения и защиты серий ПБР, ПБК, БКР, БУЭР, ФЦ, БСТ и др.

Остальные элементы представленной схемы СУИМ анало- гичны рассмотренным ранее. Следует отметить, что среди отече- ственных ЭИМ постоянной скорости наибольшее применение на- шли ЭИМ фирм «ЗЭиМ» (г. Чебоксары), ОАО «МЗТА» (г. Моск- ва), ЗАО «Тулаэлектропривод» и др. Среди зарубежных – ЭИМ фирм KROMSHCRODER (Германия), REGADA (Словакия), DANFOSS (Дания) и др.

Остановимся более подробно на функциях и реализации алго- ритмов ФЭ, поскольку именно этот элемент обеспечивает качество СУИМ в автоматическом режиме работы.

Релейно-импульсное управление (двух- и трехпозиционное) формируется релейными регуляторами с широтно-импульсной (ШИМ) или время-импульсной (ВИМ) модуляцией при постоян- ном уровне задания скорости движения ИМ на время включения ЭИМ.

Широтно-импульсное управление ЭИМ предполагает задание двух параметров – периода T и скважности λ задания постоянной номинальной скорости двигателя. Период обычно задается посто- янным в пределах от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от характера и требуемой производительности тех- нологического процесса. Скважность меняют автоматически от 0 до 1 (в аналоговых СУИМ – обычно токовым сигналом 4–20 мА, в цифровых СУИМ – цифровым 8–16-разрядным кодом в зависи- мости от величины ошибки и алгоритма регулирования). Многие

неполноповоротные ИМ функционируют в повторно-кратковре- менном режиме с нормированной предельной скважностью 25 %.

Релейно-импульсное управление с ШИМ-модуляцией позво- ляет реализовать типовые законы управления, свойственные регу- ляторам «вход-выход». На рис 5.7 проиллюстрирован принцип формирования формирующим элементом ПИ-закона управления положением координаты φ РО ИМ.

 

 

0          T     2 T     3 T     4 T     5 T     6 T     7 T    8 T

Рис. 5.7. Широтно-импульсная модуляция в СУИМ постоянной скорости

 

Координата положения РО является интегралом от скорости вращения ИМ. Поскольку на интервале включения скорость ИМ постоянна и равна ω_н, положение φ РО меняется линейно в функции времени. Поскольку на первом интервале скважность управления значительно выше, чем на последующих, величина изменения по- ложения на первом периоде T значительно выше, чем на последую- щих периодах управления. В целом, аппроксимируя кривую изме- нения положения (см. пунктирную линию на рис. 5.7), можно заме- тить, что изменение положения подчиняется ПИ-закону.

Релейно-импульсное управление с ВИМ-модуляцией, как и с ШИМ-модуляцией, позволяет реализовать типовые законы управления. На рис. 5.8 проиллюстрирован принцип формирова- ния формирующим элементом (ФЭ) ПИ-закона управления поло- жением РО ИМ.

Частота следования импульсов управления и, соответственно, включения ЭИМ в начальный период времени значительно выше,

чем в последующее время. При этом аппроксимированная кривая изменения положения РО (см. пунктирную линию на рис. 5.8) со- ответствует ПИ-закону.

 

 

U _м

 

0

 

Рис. 5.8. Время-импульсная модуляция в СУИМ постоянной скорости

 

ФЭ реализуют как на аналоговой, так и на цифровой элемент- ной базе.

Среди первых в отечественной промышленности наиболее распространены элементы, реализуемые комплексами АСУТП

«Контур», «Контур-2», «Каскад» и др. Среди вторых – системы на базе микропроцессорных контроллеров «МЕТАКОН», МС8 ООО НПФ «КонтрАвт», контроллеров и приводов ЗАО «Тулаэлектро- привод», интеллектуальных модулей вывода МВУ8 и контролле- ров фирмы «ОВЕН» и др.

На рис. 5.9 представлен пример схемы управления наиболее распространенными электрическими исполнительными механиз- мами типа МЭО, МЭОФ производства ОАО «ЗЭиМ» (г. Чебокса- ры), который в данной схеме осуществляет управление заслон- кой. Для измерения технологического параметра (температуры) используется термопара, непосредственно подключенная ко вхо- ду микропроцессорного измерительного регулятора  типа

«МЕТАКОН 514-Т», специально разработанного для управления исполнительными механизмами интегрирующего типа. Они пред- ставляют собой ПДД-регуляторы микропроцессорные и относят- ся к серии «МЕТАКОН-5×4». Осуществляют ПДД-регулирование

 

А1 – механизм электрический однооборотный типа МЭО, МЭОФ;

ЕС1 – регулятор микропроцессорный измерительный типа «МЕТАКОН 514-Т»;

ЕР1 – блок питания постоянного тока БП-24-0,5; ES1 – фильтр сетевой ФС-220;

ESC1 – блок коммутации реверсивный БКР;

ЕТ1 – преобразователь термоэлектрический (термопара); FU1, FU2, FU3 – предохранители плавкие;

Х1 – зажим электрический наборный

Рис. 5.9. Управление однооборотным исполнительным механизмом постоянной скорости типа МЭО 16/63 0,25-У–01

с широтно-импульсным управлением реверсивными механизма- ми, обеспечивают аварийную сигнализацию по двум независи- мым уровням в каждом канале (число каналов: 1, 2, 3), а также реализуют режим автонастройки.

При большом удалении вторичных приборов от датчиков темпе- ратуры последние подключают к регулятору «МЕТАКОН-5×4» через преобразователь «напряжение – ток» с выходным током 4–20 мА.

В качестве усилителя выходного сигнала регулятора приме- нен симисторный блок коммутации реверсивный типа БКР. Этот блок предназначен для бесконтактного управления асинхронными электродвигателями исполнительных механизмов типа МЭО, электромагнитными клапанами. Применяется совместно с регуля- торами «МЕТАКОН-5×4», «МЕТАКОН 614».

Конечные выключатели S1, S2 крайних положений исполни- тельного механизма в соответствии с рекомендациями производи- теля механизмов включены в цепи управления, формирующие сигналы «больше» и «меньше». Дополнительные конечные вы- ключатели S3, S4 механизма и потенциометрические датчики по- ложения R1, R2 могут быть использованы по своему прямому функциональному назначению при решении задач автоматизации конкретной технологической установки.

На рис. 5.10 представлена схема управления исполнительным механизмом постоянной скорости типа ВПК производства ЗАО

«Тулаэлектропривод». Большинство приводов данного производи- теля предназначено для установки на запорную арматуру, что не исключает использование такой арматуры и в качестве регулирую- щей. Вместе с тем запорная арматура, как правило, используется в качестве двухпозиционных регуляторов. В этом случае целесооб- разно применение контроллеров типа «МЕТАКОН-512». Питание встраиваемого в головку удаленной термопары преобразователя температуры в токовый сигнал 4–20 мА обеспечивается постоян- ным стабилизированным напряжением 24 В, а контактами реле БПР включаются магнитные пускатели подачи на трехфазный электро- двигатель напряжения 380 В частотой 50 Гц.

М – электропривод типа ВПК;

SQ1 – конечный микровыключатель открытия; SQ2 – конечный микровыключатель закрытия; S1 – дополнительный путевой выключатель; HL1…HL6 – световые сигнализаторы;

HLN1 – неоновая лампа сигнализации перегорания предохранителя; SB1…SB3 – кнопки управления;

QF1 – автоматический выключатель; KM1 – магнитный пускатель открытия; KM2 – магнитный пускатель закрытия;

AC1 – преобразователь «напряжение – ток» измерительный ПНТ;

EC1 – регулятор микропроцессорный измерительный типа «МЕТАКОН 512-Т»; EP1 – блок питания и реле БПР;

ES1 – фильтр сетевой ФС-220;

ET1 – преобразователь термоэлектрический (термопара); FU1, FU2, FU3 – предохранители плавкие

Рис. 5.10. Управление электроприводом типа ВПК производства ЗАО «Тулаэлектропривод»

В представленной на рис. 5.10 схеме предусмотрено также ручное управление запорной арматурой.

Некоторые ИМ постоянной скорости, например фирмы KROMSHCRODER (Германия), могут управляться как сигналами напряжения или тока, так и от подключаемого к определенным входным клеммам потенциометра. Преобразование непрерывного аналогового сигнала тока управления 4–20 мА в импульсные ко- манды управления осуществляется специальным преобразовате- лем, установленным непосредственно в исполнительном механиз- ме. Поскольку в этом случае напряжение питания 220 В частотой 50 Гц всегда присутствует на механизме, пост ручного управления в этой модификации механизмов устанавливается стационарно и обеспечивает управление механизмом «по месту» в обход элек- тронной схемы управления. При управлении исполнительными механизмами такого типа может успешно применяться быстродей- ствующий микропроцессорный универсальный ПИД-регулятор типа «МЕТАКОН 515-З1-У-x», который благодаря встроенному источнику напряжения и активному токовому выходу позволяет минимизировать всю схему измерения и управления, обеспечивая при этом высокое качество и высокую надежность контура управ- ления.