Одной из основных и приоритетных задач в политике государства является интенсификация и модернизация промышленных предприятий и производств. В соответствии с этим в стране особенно актуально стоят вопросы по разработке новых технологий и совершенствованию существующих, что невозможно без разработки эффективных систем и алгоритмов автоматического управления технологическими процессами с применением современных средств контроля и мониторинга.
Такие средства контроля и мониторинга, в том числе различные датчики (сенсоры) и приборы, как правило, тесно интегрируются с автоматизированными системами управления технологическими процессами, которые позволяют сократить издержки предприятия на обслуживание основных фондов, увеличить активные мощности предприятия, уменьшить простои, лучше управлять персоналом и, в целом, всем технологическим производством. При проектировании технологических циклов и их автоматизации учитываются масса параметров, которые необходимо контролировать и мониторить для достижения оптимальных результатов [1]. При этом каждый этап производства необходимо контролировать на предмет правильности выполнения того или иного процесса, следить за его состоянием и обеспечивать эффективное использование средств.
Ввиду этого, как одна из задач комплексной автоматизации в работе предлагается создание устройства, позволяющего регулировать производительность перекачки технологической жидкости путем изменения скорости вращения рабочего органа, в качестве которых в данной работе выступают асинхронные двигатели [2].
В настоящее время известно устройство перекачки технологических жидкостей, реализующее метод дросселирования, содержащее датчик уровня (ДУ), этот датчик уровня определяет уровень технологической жидкости в напорном баке и падает сигнал в регулятор уровня, регулятор уровня в зависимости от задания регулирует расход технологической жидкости из напорного бака по средством подачи своего выходного сигнала на вход исполнительного механизма (ИМ), который управляет за-порной арматурой дроссельного типа, насос (Н) служит для создания постоянного напора в процессе откачки технологической жидкости:
Рисунок 1 – дроссельное управление
Недостатком данного устройства является уменьшение К.П.Д. насоса при уменьшении производительности дросселированием, так как скорость рабочего колеса насоса остается без изменения, то потребляемая мощность насоса так же не изменяется, в результате мощность бесполезно расходуется на сопротивление дросселирующего устройства.
Использование устройств, реализующее скалярное управление непосредственно насоса перекачки технологической жидкости имеет такие недостатки, как низкая статическая и динамическая точность электропривода при отработке задания, сложность конструкции.
Целью разработки является повышение К.П.Д. и качества регулирования насоса перекачки технологической жидкости (быстродействия, точности) при относительной простоте конструкции.
Поставленная цель достигается созданием устройства, позволяющего регулировать производительность перекачки технологической жидкости путем изменения скорости вращения рабочего органа. Поскольку в качестве двигателя в насосных установках используют асинхронный, то предлагаемое устройство реализует самую передовую теорию управления асинхронных электроприводов: векторное управление по средствам переключающей таблицы: при управлении технологическим процессом необходимо управлять потоком электрической энергии, потребляемой и вырабатываемой электроприводом, таким образом, чтобы механические переменные (момент двигателя, скорость, производительность насоса, и т.д.), либо поддерживались на требуемом уровне, либо изменялись по заданным законом с требуемой по условиям технологии точностью.
Развитие современных средств контроля и мониторинга, a также вычислительной техники, и внедрение их в системы автоматического управления технологическими процессами промышленного производства позволяют практически реализовать качественное управление приводов переменного тока [3].
Возможность контроля и управления текущими координатами машин переменного тока в различных пространственных осях отсчета открыло новые возможности развития и совершенствования регулируемых приводов переменного тока: асинхронный двигатель в управлении можно представить как двигатель постоянного тока, т.е. разделить на контуры по управлению потоком и моментом двигателя.
Для реализации данного метода управления предлагаемое устройство использует микроконтроллер, применение которого дает следующие преимущества: усовершенствование функционирования – возможность создание интеллектуальных контуров управления; увеличение диапазона контролируемых неисправностей, что приведет к увеличению ресурса работы привода; способность к взаимодействию с другими системами дает возможность создания глобальной системы управления всего предприятия в целом [4].
Данное устройство основано на управлении момента и потока с помощью предельных циклов, путем подачи с выхода инвертора на вход АД оптимального напряжения. Использование в системе управления переключающих таблиц позволяет увеличить быстродействие электропривода в целом.
Система управления представлена на рисунке 2: Задание по моменту и потоку сравниваются с действующими значениями на соответствующих сумматорах, а их ошибки поступают на вход гистерезисных устройств управления момента (УУМ) и потока (УУП). Выходной сигнал УУМ может принимать три значения:
-1 соответствует уменьшению моменту;
+1 соответствуют увеличению момента;
0 соответствуют поддержанию момента на определенном уровне. Выходной сигнал УУП может принимать два значения:
-1 соответствует уменьшению потока;
+1 соответствуют увеличению потока.
Рисунок 2 Устройство векторного управления по переключающей таблице.
Эти сигналы подаются на вход переключающей таблицы (ПТ). Для определения оптимального вектора напряжения на вход ПТ поступает с вычислительного устройства (ВУ) специальная информация о том, в каком секторе в настоящий момент находится вектор потока.
В зависимости от сигналов, пришедших с УУМ, УУП и ВУ выбирается оптимальный вектор напряжения, его код в виде трехзначной комбинации Sa; Sb; Sс подается на драйвера инвертора. Sa; Sb; Sс могут принимать два значения:
“1”соответствующая фаза двигателя подключается к источнику постоянного тока прямой полярности;
“0”соответствующая фаза двигателя подключается к источнику постоянного тока обратной полярности.
Сигнал “Sa” управляет ключами фазой “А” двигателя; “Sb” управляет ключами фазой “B”; “Sс” управляет ключами фазой “С” соответственно.
Фазные токи и напряжения снимаются с помощью датчиков и переводятся из трехфазной системы в эквивалентную двухфазную неподвижную систему координат. Далее, система управления по полученным координатам тока и напряжения с помощью двухфазной модели асинхронного двигателя определяет действующие значения потока и момента согласно и скорости двигателя и, сравнивая эти значения с соответствующим заданием, выдает сигналы рассогласования в устройства УУМ и УУП соответственно.
Переключающая таблица является ядром данной системы управления. Статические и динамические показатели рассматриваемого электропривода зависят от того, насколько корректно будет сформирована переключающая таблица. Ее правильное формирование позволяет достичь быстрой реакции электропривода на изменения как задающего, так и возмущающего воздействий.
Таким образом, использование данного способа управления асинхронным электроприводом насоса снижает расход электроэнергии на проведения технологического режима, что ведет к снижению себестоимости выпускаемой продукции; позволяет управлять потоком перекачиваемой технологической жидкости в широких пределах, что ведет к увеличению качества выпускаемой продукции и позволяет произвести автоматизацию технологического процесса в полной мере.
В результате мы достигаем упрощения архитектуры данного устройства управления, в результате чего возникает возможность компенсировать электромагнитную инерционность двигателя в динамических режимах при изменении его скорости, что приводит к увеличению быстродействия электропривода и обеспечивает достижение более высокой экономической эффективности используемого метода.
Предлагаемая разработка позволяет совершенствовать существующие технологии контроля и управления технологическим процессом при интеграции автоматизированных систем управления, что обеспечивает экономию основных фондов и ресурсов, увеличивает активные мощности предприятия, уменьшает простои, и, соответственно, повышает качество выпускаемой продукции [5].
Предлагаемая разработка относится к области мониторинга и контроля добычи и переработки полезных ископаемых, производств в цветной и черной металлургии и может быть применена при автоматизации технологических процессов других промышленных производств.
ЛИТЕРАТУРА
- Даровских В.Д. Перспективы комплексной автоматизации технологических систем. – Фрунзе: Кыргызстан, 1989. – 191 с.
- Абитова Г.А. Оптимизация технологических процессов современных промышленных предприятий на основе создания пакета прикладных программ. // Материалы международной научнопрактической конференции. – г. УстьКаменогорск. Изд-во ВКГУ. 2002.с. 192-194.
- Бельгибаев Б.А., Шахмухамбетов Б.А., Абитова Г.А. Новые информационные технологии в трансфере технических решений в базовые отрасли промышленности. // Региональный вестник Востока. Научный журнал ВКГУ. – УстьКаменогорск. Изд-во ВКГУ. 1999. №1. с.107-109.
- Бельгибаев Б.А., Абитова Г.А. Повышение эффективности экстракционного процесса получения теллура на основе современных программно-аппаратных средств. // Вестник Казахской академии транспорта и коммуникаций им. М. Тынышпаева. Алматы. Изд-во "ОАО "Казахская академия транспорта и коммуникаций им.М.Тынышпаева"", 2004. №2 (27). с.164-167.
- Павлов А.В., Абитова Г.А., Бельгибаев Б.А., Ушаков Н.Н. О совершенствовании технологии извлечения теллура из плавов свинцового производства. // Комплексное использование минерального сырья. Алматы: НИЦ "Гылым", 2004.
№6.