Типарь (СУЭП, 8 сем, Пахом, ЭЛ-100-500)

Рис. 2. Диаграмма работы привода с начала цикла до первой паузы

Рис. 3. Диаграмма работы привода после первой паузы до конца цикла

11

Описание логики системы управления

Тип и состав системы управления

Система управления полностью релейно-контакторная. РКСУ состоит из двух основных контуров: контур счётчика циклов и контур цикла. В контуре счётчика циклов обеспечивается счёт циклов, определение сигнала окончания работы устройства и разделение реакции на нажатие среднего концевого выключателя при движение в прямом и обратном направлениях. В контуре цикла обеспечивается переключение дополнительных сопротивлений ротора, схемы питания машины (прямое и реверсивное) и включение-отключение источника постоянного напряжения при динамическом торможении, а также требуемые выдержки времени при упомянутых переключениях.

Особенности использования элементов системы управления

Торможение по принципу скорости обеспечивается с помощью тахогенератора и реле времени. В силу электрической инерции цепей статора источник постоянного напряжения принимается с напряжением больше рассчитанного с тем условием, что максимальный достигаемый за время торможения ток не превышает амплитуду номинального тока статора (результаты моделирования показали, что это происходит при напряжении 60 В). Концевые выключатели установлены: первый – в месте начала и конца цикла; второй – в месте первых остановки и паузы; третий – в месте реверса.

Реле времени предполагается использовать как и обычные реле времени, т.е. при появлении сигнала включения реле должно начать включаться, сработать и быть включенным до появления сигнала выключения вне зависимости от дальнейшего изменения сигнала включения. Такой подход подразумевает самоподхват реле при появлении сигнала включения. Однако модели реле времени имеют только контакты с задержкой, которые могут не успеть подхватить реле до изменения сигнала включения. Поэтому было принято решение подключать к катушке реле времени параллельно и простое реле напряжения и использовать его быстродействующие контакты для самоподхвата обоих реле.

Особенности модели SymPowerSystem и связанные с этим дополнения

Модель асинхронного двигателя SymPowerSystem требует наличие контура тока для всех фаз статора с небольшим сопротивлением в любой момент симуляции. Это обеспечивают дополнительные межфазные НЗК. Однако наличие контуров тока после завершения динамического торможения вызывает определённые трудности. В реальной машине при отключении источника постоянного напряжения энергия, запасённая в магнитном поле индуктивностях фаз статора, расходуется в электрической дуге, так что после этого процесса ток в обмотке статора равен нулю. В используемой модели машины в связи с наличием контуров тока эта энергия рассеивается на сопротивлениях фаз статора с большой постоянной времени из-за малости

12

этих сопротивлений. Таким образом, может оказаться, что к моменту следующего пуска двигателя в обмотке статора будут протекать ненулевые токи (в случае заданного цикла это происходит в момент включения реверсивного питания на третьем концевом выключателе), что приводит к возникновению интенсивных переходных процессов с токами, многократно превышающими номинальные, с биениями моментов и малыми декрементами затухания. Это нарушает дальнейшее воспроизведение работы привода. В связи с этим последовательно с межфазными НЗК добавлены резисторы с максимально возможными сопротивлениями при используемом шаге дискретизации модели, которые уменьшают постоянную времени снижения токов статора до такой степени, что к моменту последующего пуска двигателя можно считать, что токи в обмотке статора равны нулю.

Подобное решение вносит определённый побочный эффект в симуляцию: появляются броски момента между отключением переменного напряжения и включением постоянного и после отключения постоянного напряжения. Броски момента после отключения постоянного напряжения не вносят значительных погрешностей в воспроизведение процесса работы привода, в то время как броски момента после отключения переменного питания создают резкое снижение скорости машины, боле быстрое, чем при динамическом торможении. Из дальнейших графиков будет видно, что и при отсутствии этого эффекта темп торможения будет достаточным для нормальной работы привода.

Организация ручной остановки привода

Нажатие кнопки «Стоп», вместо создания собственного состояния, имитирует состояние окончания последнего цикла, поэтому этот сигнал не имеет собственных цепей управления, а вместо этого вмешивается в другие: принудительно сбрасывает счётчик и сигнал общей работы привода, имитирует сигнал первого концевого выключателя и т.д.

13

Циклограммы и схемы системы управления

Контур счётчика циклов

Циклограмма работы контура счётчика циклов в обычном режиме показана на рис. 4.

Расшифровка обозначений:

KV1 – реле напряжения, дублирующее сигнал первого концевого выключателя;

KV2 – реле напряжения, дублирующее сигнал второго концевого выключателя;

KV3 – реле напряжения, дублирующее сигнал тертьего концевого выключателя;

KV4, KV5, KV6, KV7 – реле напряжения, представлющие собой счётчик циклов;

KV8, KV9 – реле напряжения, создающие сигналы для разделения реакции на нажатие среднего концевого выключателя при движение в прямом и обратном направлениях;

KV15 – реле наряжения, сигнал которого показывает период работы привода; KV16 – реле напряжения, дублирующее сигнал кнопки включения;

KV17 – дополнительное реле напряжения, обеспечивающее включённую работу KV15 в самом первом включении KV1.

Рис. 5. Циклограмма работы контура счётчика циклов при ручной остановке

14

Логика работы контура счётчика циклов:

KV1 SQ1 KV18; KV 2 SQ2 KV18; KV 3 SQ3 KV18;

KV 4 KV1 KV 4 KV1 KV 5 KV15 KV18;

KV 5 KV1 KV 5 KV1 KV 4 KV15 KV18;

KV 6 KV 5 KV 6 KV 5 KV 7 KV15 KV18;

KV 7 KV 5 KV 7 KV 5 KV 6 KV15 KV18;

KV 8 KV 2 KV 8 KV 2 KV 9 KV15 KV18;

KV 9 KV 2 KV 9 KV 2 KV 8 KV15 KV18;

KV15 KV16 KV15 KV 4 KV 5 KV 6 KV 7 KV17 KV18; KV16 SB1;

KV17 KV16 KV17 KV 2 KV18;

KV18 SB2.

Схема контура счётчика цикла представлена на рис. 6.

Контур цикла

Циклограммы работы контура цикла в обычном режиме показаны на рис. 7 и рис. 8.

Расшифровка обозначений:

KM1 – контактор, шунтирующий доп. сопротивление 1-й ступени пуска; KM2 – контактор, шунтирующий доп. сопротивление 2-й ступени пуска; KM3 – контактор, шунтирующий доп. сопротивление хар-ки раб. скорости; KM4 – контактор, шунтирующий доп. сопротивление ДТ с рабочей скорости; KM5 – контактор, шунтирующий доп. сопротивление ДТ c повыш. скорости; KM6 – контактор, включающий прямое питание машины;

KM7 – контактор, включающий реверсивное питание машины; KM8 – контактор, включающий питание постоянным напряжением; KV10 – реле напряжения, фиксирующее сигнал с тахогенератора;

KT1 – реле времени, обеспечивающее задержку перехода с 1-й ступени пуска на 2-ю ступень;

KT2 – реле времени, обеспечивающее задержку перехода со 2-й ступени пуска на естественную характеристику;

KT3 – реле времени, обеспечивающее задержку перехода с 1-й ступени пуска на хар-ку рабочей скорости;

KT4 – реле времени, обеспечивающее технологические паузы;

KV11, KV12, KV13, KV14 – реле напряжения, обеспечивающие быстрый подхват соответственно KT1, KT2, KT3, KT4.

15

Рис. 9. Циклограмма работы контура цикла при ручной остановке

Логика работы контура цикла:

KM1 KT1 KM1 KV1 KM 6 KM 7 KV10KV 2 KM 6 KV 8 KV10 KV18;

KM 2 KT 2 KM 2 KV1 KM 6 KM 7 KV10KV 2 KM 6 KV 8 KV10 KV18;

KM 3 KV16 KT 4 KV 3 KM 8 KV10 KM 3

KT 3 KV1 KM 6 KM 7 KV10 KV 2 KM 6 KV 8 KV10 KV18;

KM 4 KV16 KT 4 KV 3 KM 8 KV10 KM 4

KV 3 KM 6 KM 7 KV10 KV1 KM 6 KM 7 KV10

KV 2 KM 6 KV 8 KV10 KV18;

KM 5 KV16 KT 4 KM 5 KV1 KM 6 KM 7 KV10KV 2 KM 6 KV 8 KV10 KV18;

16

KM 6 KV1 KM 5 KV10 KV 2 KV 8 KM 5 KV10 KM 6KV 3 KV10 KV 2 KV 8 KV14 KV10 KV18;

KM 7 KV 3 KM 4 KV10 KM 7 KV1 KV10 KV18;

KM 8 KM 4 KV10 KV 2 KV 8 KV1 KV 3 KM 8 KV10;

KV11 KT1 KV1 KM 6 KV 3 KM 7 KV11

KV1 KM 6 KM 7 KV10 KV 2 KM 6 KV 8 KV10 KV18;

KV12 KT 2 KM1 KV12 KV1 KM 6 KM 7 KV10KV 2 KM 6 KV 8 KV10 KV18;

KV13 KT 3 KV 2 KV 8 KM 6 KV10 KV13KV 3 KM 6 KM 7 KV10 ;

KV14 KT 4 KV1 KV 2 KV10 KV15

KV 2 KV 8 KM 8 KV10 KV1 KV15 KM 8 KV10 KV14 .

Схема контура цикла представлена на рис. 10 Схема силовых цепей представлена на рис. 11

17

Отладка системы управления

Устанавливаем выключатели на расстоянии 0,6 м друг от друга, ширина зоны срабатывания выключателя – 0,4 м. На время отладки пятисекундные паузы сокращены до 0,3 с.

Графики основных координат привода за 1 цикл показаны на рис. 12.Из графиков видно, что модель машины не соответствует расчётам по линейной характеристике: есть сильные колебания момента при пуске, реостатная характеристика рабочей скорости не обеспечивает достижение установившейся скорости (точнее, установившаяся скорость больше) и т.п.

По результатам совместной симуляции (не являющейся предметом этого типового расчёта) модели SymPowerSystem, модели обобщённой машины и линеаризованной модели были определены следующие особенности модели

SymPowerSystem:

в качестве дополнительного сопротивления цепи ротора необходимо задавать не реальные значения сопротивлений резисторов, а их приведённые значения. Другими словами, модель не учитывает трансформацию напряжений и токов в машине.

модель начинает хорошо соответствовать линеаризованной модели при добавлении постоянного дополнительного сопротивления в ротор

величиной 2,5 Ом на фазу. Причина такого явления и такого размера дополнительного сопротивления не были выяснены.

Используя эти результаты, скорректируем модель двигателя и снимем графики ещё раз (также расстояние между конечниками увеличено до 2 м, скорректирована уставка времени с учётом времени срабатывания реле).

Как видно из графиков на рис. 13, ступенчатый пуск позволяет обеспечить более щадящую работу двигателя, обеспечивая значение момента в пределах критического и значение тока в пределах двух номиналов. Однако это негативно сказывается на быстродействии привода: время выхода на повышенную скорость сильно увеличивается, так что при расстоянии между конечниками 0,6 м двигатель бы не успел достигнуть повышенной скорости.

Графики работы привода за всё время работы показаны на рис. 14. На них видно, что работа двигателя после 4-го цикла прекращается.

Проверяем работу ручной остановки. Все настройки остаются теми же, только момент нажатия кнопки «Стоп» ставим 1 с. Получаем графики (рис. 15), демонстрирующие корректную работу ручной остановки.

18

Заключение

Разработанная система управления показала себя работоспособной в компьютерной симуляции. Выбранная схема пуска двигателя может быть неоптимальной или вовсе неподходящей в определённых ситуациях (например, когда быстродействие системы имеет бо́льший приоритет, чем срок службы и надёжность двигателя). Также причина рассогласования модели SymPowerSystem и обобщённой машины с линеаризованной моделью двигателя не была до конца выяснена. Определение этой причины может оказаться полезным в дальнейших применениях модели SymPowerSystem при разработке систем управления с другими двигателями.

Указанные в расчёте недостатки модели SymPowerSystem и создаваемые ими проблемы могут послужить причиной поиска или создания более удачной модели для практических применений, лишённой этих недостатков.

19

Рис. 6. Схема контура счётчика циклов