6.2 Расчет переходных процессов и определение показателей качества
Произведем моделирование работы привода в двух режимах: пуск и стабилизация напора при изменении расхода. Пуск производится при нулевом расходе до номинального напора. В режиме стабилизации происходит изменение расхода от нуля до номинальной величины.
В результате моделирования получили графики переходных процессов основных величин: тока, момента, скорости вращения и напора, которые представлены на рисунках 6.5 - 6.10 для участка пуска привода и 6.11 - 6.14 для участка стабилизации напора.
Рисунок 6.5 - Действующее значение тока статора
Рисунок 6.6 - Момент двигателя
Рисунок 6.7 - Скорость двигателя
Рисунок 6.8 - Скорость двигателя (в увеличенном масштабе)
Рисунок 6.9 - Напор
Рисунок 6.10 - Напор (в увеличенном масштабе)
Из графиков видно, что переходные процессы при пуске протекают без значительных колебаний и отклонений регулируемой величины от заданного значения. Процесс пуска происходит с примерно постоянным ускорением. Стабилизация давления при изменении расхода происходит без резких скачков и колебаний.
По результатам моделирования получили:
) максимальное значение тока статора не превышает максимально-допустимого значения преобразователя частоты;
) перерегулирование по скорости при пуске равно:
;
) перерегулирование по напору при пуске равно:
;
) статическая ошибка по напору равна нулю.
.3 Построение статических характеристик
Статические характеристики при применении ПИ-регулятора напора будут астатическим, т.е. отклонение напора в установившемся режиме рано нулю. Это вытекает из того, что в установившемся режиме сигнал на входе интегрирующих звеньев равен нулю. Тогда можно записать:
.
Следовательно: Н = Нзад.
Статические характеристики представлены на рисунке 6.11.
Рисунок 6.11 - Статические характеристики
7. Окончательная проверка правильности выбранного двигателя
7.1 Построение точной нагрузочной диаграммы за цикл работы автоматизированного электропривода
Так как насосная установка работает в длительном режиме с редкими пусками и остановками, то построение точной нагрузочной диаграммы за цикл работы автоматизированного электропривода не требуется.
Проверим правильность выбранного двигателя по пусковым условиям. Двигатель выбран правильно, если пусковой момент двигателя больше пускового момента механизма.
Мп > Мп. с
По результатам моделирования переходных процессов в пункте 6 пусковой момент механизма Мп. с=95 Н∙м.
Учтем падение напряжения на 10%
Условие соблюдается, следовательно двигатель выбран верно.
Проверка двигателя на нагрев проведена в пункте 3.6.
8. Проектирование системы автоматизации промышленной установки
8.1 Формализация условий работы установки
Насосная станция должна качать воду в сеть завода, при выходе из строя преобразователя частоты с переходом на неуправляемый режим работы насоса, при аварийном останове одного насоса обеспечить регулируемый пуск и работу другого, при большом расходе воды, когда работа одного насоса не обеспечивает рабочее давление, включать дополнительный. Для реализации поставленных задач применяется макропрограмма ACS 550 для управления насосами и вентиляторами (PFC).
Макропрограмма управления насосами и вентиляторами (PFC) может управлять насосной станцией с одним-четырьмя параллельными насосами. Используется следующий принцип управления насосной станцией с тремя насосами:
Привод ACS550 управляет двигателем насоса №1, изменяя скорость двигателя для управления производительностью насоса. Двигатель работает в режиме с регулированием скорости.
На двигатели насосов № 2, № 3 питание подается непосредственно.
Привод ACS550 включает и выключает насос № 2 (а затем насос № 3) по мере необходимости. Эти двигатели являются вспомогательными.
ПИД-регулятор привода ACS550 использует два сигнала: задание
регулируемой величины и обратную связь по регулируемой величине. ПИД-регулятор управляет скоростью (частотой) первого насоса таким образом, чтобы поддерживать регулируемую величину, равной уставке.
Когда заданная производительность (определяемая уставкой регулируемой величины) превышает производительность первого насоса (определяемую предельной частотой, заданной пользователем), функция управления PFC автоматически включает вспомогательный насос. При этом скорость первого насоса уменьшается на величину, соответствующую вкладу вспомогательного насоса в общую производительность. После этого ПИД-регулятор продолжает регулировать скорость (частоту) первого насоса таким образом, чтобы поддерживать регулируемую величину равной уставке. Если заданная производительность продолжает расти, следующий вспомогательный насос включается аналогичным образом.
Когда заданная производительность падает настолько, что скорость первого насоса становится меньше минимального предела (заданной пользователем минимальной частоты), функция управления PFC автоматически останавливает вспомогательный насос. При этом скорость первого насоса увеличивается для компенсации производительности отключенного вспомогательного насоса.
Функция блокировки (если активна) идентифицирует отключенные (выведенные из эксплуатации) двигатели, а функция PFC исключает эти двигателя из последовательности управляемых двигателей.
Функция авточередования (если включена и в системе имеется соответствующее коммутационное оборудование) выравнивает время работы используемых двигателей насосов. Эта функция периодически изменяет положение каждого двигателя в последовательности включения - управляемый двигатель становится последним вспомогательным двигателем, первый вспомогательный двигатель становится регулируемым двигателем и т.д.
В конкретном случае нижний предел частоты вращения составляет 0,6 от номинальной, верхний предел― 1,1ωНОМ. Верхний предел обусловлен рабочей областью насоса, нижний соответствует частоте вращения двигателя насоса при поддержании заданного давления с минимальным расходом.
По умолчанию при выборе макропрограммы PFC преобразователь получает опорный сигнал (уставку) по аналоговому входу 1, действительное значение технологической переменной по аналоговому входу 2 и команды Пуск/Стоп ― по цифровому входу 1. Контроль состояния подключается к цифровому входу 4 (двигатель с регулируемой скоростью) и цифровому входу 5 (двигатель с постоянной скоростью). Сигнал "Разрешение пуска" подается на цифровой вход 2 и управление PFC активизируется/деактивизируется по цифровому входу 3. По умолчанию выходной сигнал подается через аналоговый выход (частота).
Обычно автоматическое шунтирование управления насосами и вентиляторами производится при подключении преобразователя ACS 550 в местный режим управления (на панель управления выводится LOK). В этом случае ПИД-контроллер процессора не используется и двигатель с постоянной скоростью не запускается. Однако если установить для параметра 1101 тип зад от клав значение 2 (задание 2 (%)), то в местном режиме опорное значение PFC может подаваться с пульта управления.
Преобразователь оснащен встроенным ПИД-контроллером, который используется, если выбрана макропрограмма управления. ПИД-контроллер имеет следующие основные функции:
Функция выключения ПИД для прекращения регулирования, когда выходной сигнал ПИД-контроллера падает ниже заданного предела, восстановление, когда действительное значение технологической переменной падает ниже заданного предела.
Программируемые выдержки выключения и включения. Режим выключения может также быть активизирован по цифровому входу.
Два набора ПИД, выбираемые по цифровому входу.
Параметры ПИД-контроллера находятся в группах 40 и 41.
Преобразователь ACS 550 имеет два программируемых релейных выхода. Работа релейных выходов 1 и 2 управляется параметрами 1401 релейный вых 1 и 1402 релейный вых 2. Значение 29 (PFC) выделяет релейный выход для блока управления насосами и вентиляторами. При выборе макропрограммы PFC это значение устанавливается по умолчанию для обоих релейных выходов.
При использовании блока управления насосами и вентиляторами преобразователь может использовать поставляемые по отдельному заказу модули расширения ввода/вывода (NDIO). Эти модули обеспечивают дополнительные релейные выходы и цифровые входы. Расширение ввода вывода требуется в следующих случаях:
Когда стандартные релейные выходы преобразователя ACS 550 (R01 и R02) нужны для других целей и/или используется большое количество вспомогательных двигателей.
Когда стандартные цифровые входы преобразователя ACS 550 (ДВХ1 и ДВХ2) нужны для других целей и/или используется большое количество сигналов контроля состояния (вспомогательных двигателей).
Модули расширения вводы вывода подключаются к преобразователю ACS 550 по волоконно-оптической линии DDCS. Для использования DDCS необходим поставляемый по отдельному заказу коммутационный модуль DDCS.
К каналу DDCS могут быть подключены один или два модуля NDIO. Каждый модуль NDIO содержит два цифровых входа и два релейных выхода.