7.2 Требования к взаимосвязанным электроприводам многодвигательных агрегатов
Технология производства и обработки большинства изделий химической, текстильной и ряда других отраслей промышленности характеризуется непрерывностью технологического процесса (линии по обработке металлических лент, проволочные и кабельные агрегаты; агрегаты по обработке различных пленочных материалов, химических волокон; агрегаты по переработке хлопка, шерсти, льна, поточные линии нетканых материалов; производства прядения, ткачества, отделки материалов и другие). Тенденция развития современного производства такова, что создание новых, более современных и точных технологических процессов неизбежно ведет к увеличению числа управляемых приводных точек.
Несмотря на большое разнообразие поточных линий, общим является то, что размерная точность и качественные свойства обрабатываемых изделий в основном определяются скоростью вращения валов, соотношением скоростей смежных машин, синфазностью их вращения, другими словами - выходными координатами исполнительных устройств. Следовательно, наибольшую эффективность мы можем получить при комплексном решении задачи управления технологическим процессом, что приводит к все более тесному слиянию систем автоматического регулирования технологических параметров, определяющих физико-механические свойства и размеры продукции, и параметров электропривода (тока, напряжения, скорости, момента, угла поворота и т.п.).
В общем случае необходимость в управлении вызывается сочетанием :следующих факторов:
- для надлежащего преобразования сырья в конечный продукт соотношение и величины входящих потоков материалов должны поддерживаться на заданном уровне внутри допустимых отклонений; изменяющийся состав сырья требует подстройки параметров технологического процесса для целей сохранения постоянного качества конечного продукта;
- пуск и останов некоторых процессов включает в себя выполнение специфических точно синхронизированных операций, что невозможно без четкого управления;
- изменение потребительского спроса (для целей народного хозяйства) может потребовать быстрого перехода на выпуск другой продукции, причем с минимальной перестройкой оборудования;
- для получения максимальной прибыли от капитальных вложений должно быть обеспечено оптимальное использование оборудования и материалов.
Выявление требований к взаимосвязанным электроприводам следует рассматривать в совокупности с требованиями к управляющим устройствам, работающим в автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП). Целесообразно рассмотреть некоторый условный многодвигательный агрегат, обобщающий различные функциональные структуры поточных линий и агрегатов. Каждый механизм имеет индивидуальный регулируемый электропривод, например, по системе вентильный преобразователь - двигатель (М).
Связь между приводными механизмами осуществляется через обрабатываемый материал, кроме этого связь между электроприводами может существовать по линии питания (сеть) и по линиям управления. В агрегате материал может проходить следующие примерные стадии обработки. Дозированная подача полуфабриката в линию обеспечивается устройством, с помощью которого поддерживается уровень скорости или соотношение скоростей между смежными машинами с высокой точностью. В частности, в качестве выходного устройства может быть применен раскат, где с помощью регулируемого электропривода должны быть обеспечены управляемые входные параметры полуфабриката. В качестве конечного агрегата могут использоваться складальные машины или намоточные устройства .Обычно на агрегатах конечной стадии обработки электропривод работает по соответствующей программе с управлением плотности, равномерности и т.п.
Диапазон регулирования скорости подобных механизмов зависит от диапазона 1 изменения диаметров паковки (обычно 5:1-10:1) и скоростного (базисного) диапазона движения материала в агрегате (Д2),т.е. Д=Д1 *Д2 (рисунок 7.1).
Рисунок 7.1 - Технологическая схема обобщенного агрегата
Зона обработки материала между механизмами 1-2-3 характеризуется такой технологической обработкой, при которой косвенно поддерживается определенный технологический параметр (например: нанесение покрытия на пленки, вытяжка материала, лужение металлической ленты и т.п.). Получение требуемых выходных параметров в данном случае обеспечивается точным и управляемым поддержанием соотношения скоростей во всем скоростном диапазоне работы линии. Причем базовая скорость линии должна устанавливаться и поддерживаться с точностью до 1% (реже до 0,1% и выше), тогда как соотношение скоростей смежных машин а агрегате должно быть на порядок, а то и два выше. Только при таких условиях возникает возможность управлять качеством выпускаемой продукции в непрерывном потоке. В некоторых случаях синхронизация работы смежных механизмов осуществляется путем коррекции задания скорости с помощью датчика петли компенсатора, когда его положение отличается от заданного (секция 3-4). Подобные системы получили широкое распространение в агрегатах по производству нетканых материалов, где ведется контроль свободного провиса материала, не допускающего натяжения, и в низкоскоростных поточных линиях обработки текстильных материалов(до 100-150 м/мин). Управляющий (задающий) сигнал автоматической системы регулирования (АСР) скорости в таких механизмах может корректироваться в функции изменения выходных координат обрабатываемого материала относительно заданного(штрих пунктирные линии).
С увеличением скоростей обработки выше 160-200 м/мин и необходимостью стабилизации натяжения материала с точностью до 1-3% системы согласования строят с датчиками прямого измерения натяжения (секции 4-5). Заданное соотношение скоростей между смежными секциями корректируется сигналом от датчика натяжения.
На последнем этапе обработки материала обычно ведется контроль качества выпускаемой продукции (например, толщина, вес погонного метра и т.п.). И в зависимости от отклонения технологических величин производится корректировка скоростных режимов или всей линии, или отдельных секций, влияющих на качество выходной продукции.
Совершенно очевидно, что эксплуатационные показатели, и прежде всего, точность, диапазон регулирования, быстродействие и надежность автоматизированных электроприводов, оказывают самое непосредственное и существенное влияние на качественные показатели взаимосвязанного электропривода и АСУ в целом.
Следует напомнить, что большинство химических, текстильных производств, а также ряд металлургических производств связаны с переработкой веществ, являющихся пожаро- и взрывоопасными, разрушающе действующих на изоляцию и металлические части электротехнических установок. При конструировании электрооборудования и комплектных устройств управления, следует учитывать условия применения этих изделий, а двигатели выбирать бесконтактными (асинхронные с к.з. ротором, синхронные с постоянными магнитами и т.п.).
Анализируя опыт по разработке и внедрению взаимосвязанных электроприводов и учитывая фактор унификации в изготовлении и эксплуатации подобных систем, можно сформулировать ряд четких и конкретных требований:
- поскольку связь машин или секций, входящих в состав поточной линии (агрегата), осуществляется через обрабатываемый материал, необходимым условием является обеспечение устойчивой согласованной (по производительности, скорости, ускорению или их совокупности) работы взаимосвязанных электроприводов при любом количестве двигателей;
- основной (базисный) плавный диапазон регулирования скоростных режимов электроприводов составляет 20:1-40:1, реже рабочий диапазон достигает 100:1 и более;
- для получения заданных качеств выходного продукта, (таких как плотность материала, удельный вес, размерность и т.п.), в некоторых зонах обработки необходимо создание вытяжки (усадки) продукта с высокой степенью стабилизации как скорости (не хуже 0,1 %), так и управляемого соотношения скоростей в диапазоне - 40% - +20% от базисной с точностью поддержания заданного соотношения 0,01 - 0,001%;
- условия пуска и останова агрегатов с взаимосвязанным электроприводом помимо синхронного, а часто и синфазного движения требуют ограничения ускорения (не более 0,2-0,35 м/с2), так как часть машин (например, чесальные и другие) обладают большим моментом инерции и при возникновении недопустимых пиков динамических моментов возможны нарушения нормальной работы и даже возникновение аварийных ситуаций ;
- при комплексной автоматизации, т.е. при работе в АСУ ТП к взаимосвязанным ЭП необходимо предъявить еще ряд требований, вызванных спецификой автоматического управления технологическими процессами от вычислительного комплекса:
- необходимо иметь стандартизированный переходной процесс, т.е. известное максимально возможное время переходного процесса и величину перерегулирования;
- высокую статическую точность обработки различных возмущений.
Эти дополнительные требования дают основание считать, что взаимосвязанные системы электроприводов должны быть самонастраивающимися;
- алгоритмы управления и регуляторы технологическими процессами нельзя рассматривать в отрыве от выбранной системы взаимосвязанных электроприводов;
- необходимо обеспечить минимальное влияние вентильных электроприводов друг на друга, на сеть и другие потребители.