Исследование системы управления двухдвигательным электроприводом навивочного станка

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621.3. 078. 3
Л. Б. Иванов, канд. техн. наук, А. Г. Бурцев
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НАВИВОЧНОГО СТАНКА
Волжский политехнический институт (филиал) ВолгГТУ
E-mail: vae@volpi. ru
В статье рассматривается система управления двухдвигательным электроприводом навивочного станка. Проводится теоретическое и экспериментальное исследование возможности создания системы управления. Предложен алгоритм, реализующий управление двухдвигательным электроприводом станка на базе промышленного контроллера ОВЕН ПЛК 150.
Ключевые слова: двухдвигательный электропривод, система управления, навивочный станок.
The control system for two-impellent electric drive of winding machine tool is considered in the article. Theoretical and experimental research of a possibility of creation of the control system is carried out. Algorithm realizing the management of two-impellent electric drive of the machine tool on the basis of industrial controller OVEN PLC 150 is offered.
Keywords: the Two-impellent electric drive, a control system, winding machine tool.
Одной из наиболее важных технологических операций в процессе изготовления дорновых рукавов является операция навивки спирали стальной проволоки или хлопчатобумажного шнура на заготовку рукава с заданным шагом.
Для осуществления этой операции на предприятии Волжского научно-технического комплекса ВолгГТУ разработан станок, НО 579. Электропривод станка состоит из двух трехфазных асинхронных двигателей. Первый двигатель (М1) вращает дорн, на котором находится заготовка рукава, а второй — (М2) перемещает каретку, на которой располагается барабан с проволокой, вдоль дорна. Схема станка показана на рис. 1.
Величина шага спирали ґ определяется соотношением линейной скорости перемещения бобины с проволокой V и частоты вращения дорна п:
ґ _ и п
Таким образом, для регулирования шага намотки проволоки необходимо осуществлять

3-
M1) Дорн
О-
?-
& quot-0"-
Каретка
-Q-.2 О------
Рис. 1. Схема станка, НО 579:
1 — педаль «пуск-стоп" — 2 — трос «аварийный стоп" — 3, 4 — конечные положения каретки «слева — справа" — 5 — рамка «вперед -назад»
согласованное управление скоростями сепаратных электродвигателей дорна и каретки.
Вследствие отсутствия системы управления станком имеются недостатки: 1) не осуществляется точное соотношение скоростей двигателей, и, как следствие, не обеспечивается точный шаг намотки- 2) из возмущающих факторов учитывается только прогиб дорна- 3) нет возможности автоматически менять шаг намотки при сборке одного рукава.
Была поставлена задача повышения эффективности производства рукавов с помощью системы частотного управления электроприводом станка. Для этого выбрана система «частотный преобразователь — асинхронный двигатель», как наиболее современная и качественная. Предложена схема системы автоматического управления соотношением скоростей станка, НО 579 с применением частотноуправляемых асинхронных электроприводов (рис. 2).
Система управления должна обеспечить выполнение технологических требований: 1) диапазон частоты вращения электродвигателя дорна 20: 1- 2) диапазон частоты вращения электродвигателя каретки в рабочем режиме 87,5: 1- 3) статическая точность стабилизации частоты вращения не более ± 2,8%- 4) перерегулирование при отработке скачка задания частоты и момента сопротивления не более 5%.
Для достижения цели работы необходимо было решить следующие задачи:
1) выбрать типовые преобразователи частоты и электродвигатели для электроприводов станка-
5
1
3М-50Гц, 380/220 В
Рис. 2. Схема станка с системой автоматического управления соотношением скоростей: М1, M2 — асинхронные двигатели дорна и каретки-1, ^2 — частотные преобразователи двигателей дорна и каретки- BR — тахогенератор на валу двигателя дорна- SQ1, SQ2 — конечные выключатели- QF1, QF2 — автоматические выключатели
2) теоретически и экспериментально исследовать возможность создания двухдвигательного электропривода по системе «преобразователь частоты — асинхронный двигатель» с согласованной скоростью вращения, обеспечивающего достижение технологических требований при сборке напорно-всасывающих рукавов-
3) разработать систему управления станком на базе контроллера.
Для реализации системы выбраны преобразователи частоты Міегоша8Іег 440. Для теоретического исследования динамики асинхронного электропривода выбрана упрощенная математическая модель, так как работа электропривода станка носит установившийся характер и исследование двигателей происходит только в области рабочей зоны механической характеристики. Передаточные функции двигателей рассчитаны по паспортным данным [1].
В пакете УІ88Іш 5.0 проведено моделирование сепаратных незамкнутых электроприводов и с обратной связью по скорости. Методом заданного расположения корней характеристического уравнения рассчитаны настройки ПИ-регуляторов скорости. Моделирование динамики выполнялось при задании воздействия по управлению и по возмущению. Применение ПИ-регулятора скорости позволит: для элек-
тропривода дорна исключить перерегулирование- для электропривода каретки значительно уменьшить (до 0,4 с) время переходного процесса.
Установлен оптимальный режим согласованной работы двигателей в процессе сборки рукава, при котором обеспечивается максимальная производительность процесса сборки рукава и минимизируется влияние возмущений на шаг навивки. Для этого рекомендуется проводить переход от одного шага к другому (от одного соотношения скоростей к другому) на малых скоростях с последующим синхронным разгоном двигателей до рабочих скоростей. В пакете МаШСАБ проведено моделирование режима работы двигателей для условий: шаг заправочный — 3 мм, шаг рабочий — 35 мм, начальная частота вращения дорна — 5 мин-1, возмущение составляет 10−15% от номинальной силы натяжения проволоки F = 100 Н (рис. 3).
В результате сделан вывод, что время работы двигателей на малых скоростях и при рабочем шаге спирали должно быть минимально, так как на этом участке наблюдается наибольшее отклонение шага (до 30%).
Для исследования режимов управления скоростью двигателей выполнены экспериментальные работы на установке, содержащей два
Рис. 3. Моделирование изменения шага навивки проволоки
асинхронных двигателя, преобразователи частоты Micromaster Vector и нагрузочные устройства. Исследованы статические характеристики для режимов: u/f с IR компенсацией (FCC) и векторного бессенсорного режима. Механические характеристики получены измерением частоты вращения двигателя и механического момента на валу. Режим FCC имеет статическую ошибку 2,3%, что сокращает его диапазон регулирования до 70:1. При использовании компенсации скольжения или векторного режима управления статическая ошибка практически отсутствует и диапазон равен 75:1.
Исследованы способы реализации системы управления скоростями сепаратных электроприводов: последовательный и параллельный [2]. При последовательном режиме была выявлена значительная ошибка (до 100 мин1) в выходном значении частоты ведущего электропривода. Из этого следует, что использование аналогового выхода частотного преобразователя в качестве сигнала задания или обратной связи невозможно.
При экспериментальном исследовании динамических режимов сепаратной системы использованы показания дисплея и осциллографа, состоящего из аналого-цифрового преобразователя ADB 13×100 и персонального компьютера. Обработка осциллограмм выполнялась в среде MathCAD. Анализ осциллограмм показал, что в режиме u/f наблюдается динамическая ошибка, которая на частоте вращения n = 300 мин-1 составляет d = 60 мин1. Этот режим также нельзя применять без использования датчика скорости. При векторном режиме просадка скорости (или динамическая ошибка) при n = 300 мин1 составляет 130 мин1. Но по истечении времени переходного процесса (около 1 секунды), ошибка сводится, практически, до нуля. На час-
Рис. 4. Функциональная схема системы управления с применением контроллера
тоте 1400 мин-1 при возникновении динамической ошибки шаг намотки спирали увеличивается на 2 мм, что составляет ошибку по шагу примерно 13%. Время динамической ошибки соответствует технологическим условиям. Поэтому этот режим приемлем для обеспечения заданной точности.
Можно сделать вывод, что для управления электроприводом дорна может быть предложено скалярное u/f регулирование с /R-компенсацией (FCC) и компенсацией скольжения или векторное управление без датчика скорости. Для управления электроприводом каретки целесообразно применить скалярное u/f-регулирование с датчиком скорости. При некотором снижении диапазона регулирования (до 50: 1) за счет введения в кинематическую цепь дополнительной ступени редуктора возможно использование скалярного u/f-управления
с /^-компенсацией (FCC) и компенсацией скольжения (80%) или векторное управление без датчика скорости.
Разработана система управления электроприводом станка на основе промышленного контроллера ОВЕН 150. Функциональная схема показана на рис. 4.
Алгоритм управления электроприводом станка разработан в соответствии с регламентом технологического процесса намотки (тахо-граммами двигателей). Управление скоростью двигателей осуществляется через аналоговые входы преобразователей частоты Micromaster 440. Параметрирование преобразователей осуществляется с персонального компьютера через интерфейс RS-485. Контроллером опрашиваются датчики: датчик вращения дорна (энкодер), конечные выключатели крайних положений каретки. Программа для контроллера разработана с помощью пакета CoDeSys. Для написания алгоритма использовались стандартные языки МЭК: FBD, ST.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Терехов, В. М. Системы управления электроприводом / В. М. Терехов. — М.: Академия, 2005. — 304 с., ил.
2. Белов, М. П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов / М. П. Белов, В. А. Новиков, Л. Н. Рас-судов. — М.: Академия, 2004. — 577с., ил.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой