Автоматическая система управления процессом испытаний электропривода лифтов (стр. 2 из 9)
Стенд позволяет задавать и регулировать тормозные режимы, а также измерять следующие технические характеристики испытываемых устройств:
нагрузочный момент
скорость вращения
время разгона и торможения
величину и частоту формируемых напряжений, токов
В состав типового испытательного стенда входят стенд нагрузочный, шкаф управления, автоматизированное рабочее место.
Автоматизированное рабочее место позволяет управлять процессом испытаний как в ручном, так и в автоматическом режиме, визуализировать задаваемые команды управления и информационные сигналы с исследуемых изделий, осциллографировать временные зависимости измеряемых параметров и проводить их исследование.
Типовой нагрузочный стенд состоит из рамы, нагрузочного устройства, датчиков крутящего момента, датчика положения и гидравлического или механического тормоза.
В качестве нагрузочного устройства при испытаниях приводов и двигателей используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
Типовой шкаф управления состоит из цепей коммутации трехфазного напряжения, преобразователя напряжения сети в напряжение требуемой частоты и амплитуды, цепей фильтрации напряжения, интерфейсных модулей связи с персональным компьютером, высоковольтного генератора импульсных высоковольтных помех, а также необходимых органов управления и индикации. Шкаф управления дополнительно может быть укомплектован автоматизированным рабочим местом на базе персонального компьютера с необходимым программным обеспечением.
1.2 Технологические схемы процесса и оборудования
Высокие достижения в области микропроцессорной техники, успехи в разработке управляющих алгоритмов и развитие силовой преобразовательной базы с учётом общеизвестных преимуществ АД обуславливают применение в составе нагрузочного ЭП двигателя именно данной конструкции.
На рисунке 1 представлено устройство испытательного стенда для проведения нагрузочных испытаний ЭП.
Рисунок 1 – Устройство испытательного стенда для нагрузочных испытаний
Испытательный нагрузочный стенд состоит из следующих компонентов:
1 – АД нагрузочного моментного ЭП,
2 – место для установки испытуемого ЭП,
3 – измерительное плечо,
4 – тензометрический датчик момента,
5 – редуктор,
6 – инкрементный датчик скорости.
Моментное усилие, развиваемое на валу АД 1, передаётся к редуктору 5 и далее поступает к выходу испытуемого ЭП 2. Необходимость введения редуктора 5 обусловлена стремлением согласовать между собой моменты и частоты вращения выходного вала ЭП 2 и двигателя нагрузочного ЭП 1. Контроль за величиной момента на выходном валу ЭП 2 выполняется с помощью тензометрического датчика момента 4, установленного между корпусом редуктора 5 и основанием ЭП 2. При увеличении момента сопротивления со стороны нагрузочного ЭП основание ЭП 2 стремится повернуться относительно корпуса редуктора 5. С помощью измерительного плеча 3 датчик 4 регистрирует крутящий момент, развиваемый на выходном валу ЭП 2. Одновременно с измерением момента, происходит считывание информации о текущем угловом перемещении выходного вала ЭП 2. Для данных целей используется импульсный оптический датчик положения. Для измерения скорости вращения вала АД нагрузочного моментного ЭП 1 используется инкрементный оптический датчик 6.
Элементы механической передачи нагрузочного электропривода
Для согласования моментов и скоростей вращения между АД нагрузочного ЭП и выходным валом испытуемого ЭП применяется стандартный шестеренчатый редуктор, цилиндрическая зубчатая и ременная передачи. Кинематическая схема нагрузочного ЭП представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Кинематическая схема элементов передач нагрузочного моментного ЭП
На кинематической схеме элементов передач нагрузочного ЭП приняты следующие обозначения:
1 – АД нагрузочного моментного ЭП,
2 – зубчатый ремень,
3 – датчик скорости, установленный на валу АД нагрузочного ЭП,
4 – цилиндрическая передача колесо-шестерня,
5 – понижающий редуктор с коэффициентом i=33.64,
6 – датчик положения, установленный на выходном валу редуктора,
7 – датчик момента, развиваемого испытуемым ЭП,
8 – редуктор, входящий в состав испытуемого ЭП,
9 – АД испытуемого ЭП.
Для целей исследования и создания полной имитационной модели асинхронного нагрузочного ЭП необходимо учесть особенности механической конструкции стенда. Элементы передач представляет собой сложную многомассовую систему с упругими связями и зазорами. Основная упругость в данном случае сосредоточена в зубчатом ремне, что позволяет легко перейти от многомассовой механической системы к эквивалентной двухмассовой системе. Расчётная схема двухмассовой системы передач применительно к нагрузочному моментному асинхронному ЭП представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Расчётная схема двухмассовой системы передач нагрузочного ЭП
1.3 Классификация и перечень технологических переменных, анализ видов связи между технологическими переменными
Схема технологического процесса испытаний электропривода лифтов представлена на рисунке 4:
Рисунок 4 – Схема технологического процесса испытаний электропривода лифтов
На данной схеме представлены следующие обозначения типовых блоков:
Р – регулятор;
ЭП – электропривод, включающий питающую сеть, совместно с трансформатором, необходимым для согласования напряжений питающей сети и двигателя; приводной двигатель и преобразователь;
ТО – технологическое оборудование, включающее все необходимое оборудование, непосредственно участвующее в технологическом процессе;
ТП – технологический процесс;
Ф – формирователь момента, включенный в обратную отрицательную связь на вход задающего воздействия – в данном случае это тензометрический датчик момента.
Основными технологическими переменными являются:
- Мзад – задающее воздействие, характеризующее требуемую величину нагрузочного момента, создаваемого нагрузочным двигателем;
- ωзад – сигнал задания скорости с выхода регулятора Р (управляющее воздействие), пропорциональный задающему воздействию;
- ω – сигнал управления (переменная состояния ЭП), формируемый электроприводом для управления технологическим оборудованием;
- М – выходное значение нагрузочного момента (переменная состояния ТП), отработанное замкнутым контуром схемы технологического процесса;
- Мос – сигнал отрицательной обратной связи, поступающий с блока формирования момента.
В качестве датчика скорости и датчика угла поворота используется два импульсных датчика (инкрементные энкодеры).
Технологический процесс состоит в следующем: задающее воздействие Мзад суммируется с сигналом обратной связи Мос, поступающим с тензометрического датчика момента и поступает на регулятор Р, на выходе которого формируется сигнал задания скорости ωзад, пропорциональный значению входного сигнала Мзад-Мос (ошибки по управлению ε). Сигнал задания скорости ωзад является управляющим воздействием для электропривода ЭП, задатчик скорости которого формирует сигнал напряжения управления Uу и подает на вход системы управления преобразователем, который, в свою очередь управляет двигателем и приводит его во вращение с скоростью ω. Далее приводной двигатель, работающий с заданной скоростью ω, приводит в движение редуктор который преобразует величину входного момента и формирует выходной сигнал Мэп.
На рисунке 5 представлена структура системы векторного управления нагрузочным асинхронным ЭП для случая работы в режиме упора. Система базируется на имитационной модели АД во вращающихся координатах, сориентированных по вектору потокосцепления ротора и представляет собой классическую структуру векторного управления с дополнительным внешним контуром положения. Для поддержания высокой стабильности характеристик и максимального быстродействия используется режим работы при задании постоянного потокосцепления ротора.
Рисунок 5 – Структура системы управления нагрузочным ЭП
На рисунке 5 приняты следующие обозначения:
ППГ – преобразователь Парка-Горева,
ОППГ – обратный преобразователь Парка-Горева,
3/2 – модуль преобразований из трёхфазной системы статорных токов в составляющие пространственного вектора,
ИДС – импульсный датчик скорости,
ИДП – импульсный датчик положения,
Для минимизации взаимного влияния между перекрёстными контурами
управления потокосцеплением ротора и скорости использовано их преднамеренное разделение по быстродействию. Для решения задачи косвенного определения переменных параметров АД, недоступных для прямого измерения, но необходимых для организации качественного векторного управления использовано устройство вычисления переменных на базе обращённой имитационной модели АД с автоматической системой для компенсации внешних возмущений.
На микроконтроллер возложены функции мониторинга состояния системы осуществляемого с помощью датчиков тока статора АД. Контроль за положением и скоростью системы выполняется с помощью импульсных квадратурных датчиков положения (ДП), установленном на выходном валу ЭП, и скорости (ДС), расположенном на валу АД.