РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД КАК ЭЛЕМЕНТ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Общие сведения о регулируемых объектах энергоемкого технологического оборудования легкой и текстильной промышленности

Автоматизация электрооборудования и технологического процесса слагается из следующих элементов: автоматизации контроля, управления процессом, регулирования и защиты.

Автоматизация контроля обеспечивает систематическое наблюдение за ходом технологического процесса при помощи контролирующих и регистрирующих приборов.

Автоматизация управления процессом заключается в автоматическом пуске, торможении, изменении скорости и реверсировании механизмов с требуемой последовательностью.

Автоматизация регулирования осуществляет рациональное протекание процесса в функции технологических параметров с заданной точностью.

Автоматизация защиты обеспечивает исправное состояние механизмов путем своевременного отключения их при режимах, угрожающих нормальной работе.

Автоматизированная система управления электроприводом содержит три основных элемента: датчик, промежуточное и исполнительное устройства.

Датчики воспринимают действие управляющих величин (натяжения, температуры, влажности и т. д.) и преобразуют их в электрические. Промежуточные элементы усиливают полученные от датчиков сигналы и при необходимости распределяют их между несколькими цепями. Исполнительные элементы, получив импульсы от промежуточных элементов, производят требуемое изменение режима работы управляемой технологической машины, например увеличивают (уменьшают) число оборотов ее главного вала, подачу пара и т. д.

К датчикам относятся: кнопочные и педальные посты управления, контакты, реле температуры, терморезисторы, тензорезисторы, фоторезисторы, магниторезисторы, датчики Холла, магнитные и электронные аппараты и др.

К промежуточным элементам относятся реле времени, полупроводниковые, магнитные и электромагнитные усилители и т. п.

К исполнительным элементам относятся контакторы постоянного и переменного тока, электромагнитные муфты и тормоза, реостаты, серводвигатели и др.

Автоматические системы могут быть разомкнутыми (рис. 1.1, а) и замкнутыми. Замкнутая автоматическая система (рис. 1.1, б) в отличие от разомкнутой имеет одну или несколько обратных связей (4). Обратные связи обеспечивают при определенных условиях устойчивость работы, стабильность регулирования скорости и быстродействие системы.

Структурные схемы автоматических систем

Рис. 1.1. Структурные схемы автоматических систем: а — разомкнутая; б — замкнутая

Рассмотрим пример автоматической системы управления технологическим процессом в сушильном аппарате (рис. 1.2, а).

Замкнутая система автоматического регулирования включает регулируемый объект — сушильный аппарат, в котором необходимо регулировать величину влажности продукта, выходящего из сушилки, и присоединенный к нему автоматический регулятор (обведен штриховой линией), регулирующие органы (электромагнит 5 и маховик 6 реостата 7), непосредственно осуществляющие изменения регулируемых величин в объекте 1. Регулятор состоит из задающих уст-

Функциональная схема системы управления сушильной машиной (а), структурная схема замкнутой системы автоматического управления (б)

Рис. 1.2. Функциональная схема системы управления сушильной машиной (а), структурная схема замкнутой системы автоматического управления (б)

ройств 2, измеряющих текущее значение регулируемой величины о и вырабатывающих сигналы ошибки или рассогласования х = с - а0 0 — заданное значение регулируемой величины), регулирующего устройства 3, усиливающего и преобразующего по требуемому закону сигнал х, исполнительного устройства, осуществляющего регулирующее воздействие на регулирующие органы 5 и 6.

Электромагнит 5 управляет клапаном 9, регулирующим подачу пара в калориферы 10 сушилки, электродвигатель постоянного тока 8 изменяет частоту вращения и линейную скорость протяжки материала через сушилку при изменении сопротивления реостата 7.

В замкнутой САР процесс регулирования характеризуется передачей воздействий от одного звена к другому по замкнутому контуру. Все физические величины о, х, р, участвующие в этом процессе, зависят одна от другой и влияют друг на друга (рис. 1.2, б).

По технологическим задачам, которые решают САР (в зависимости от закона, которому должна следовать регулируемая величина в процессе работы объекта), их можно разделить на три основные группы.

Первая группа — системы стабилизирующего регулирования, которые должны поддерживать регулируемую величину на постоянном заданном уровне а = const.

Вторая группа — системы программного регулирования, которые должны изменять регулируемую величину во времени по заданному закону а0 =Л0-

Третья группа — следящие системы, в которых регулируемая величина должна закономерно изменяться в зависимости от величины другого (нерегулируемого) параметра z данного процесса или от величины какого-либо параметра другого процесса а0 = F(z).

Любая САР находится под действием различных возмущений, вызывающих изменение регулируемой величины. Различают два вида возмущений: возмущение по нагрузке F и возмущение по заданию А о0.

Возмущением по нагрузке называется возмущение, возникающее в регулируемом объекте и обусловленное изменением режима работы последнего (изменение расхода тепла или скорости подаваемого в сушилку материала, изменение параметров материала и т. п.).

Возмущением по заданию (или задающим воздействием) называется возмущение, приложенное к задающему устройству регулятора преднамеренно, с целью изменения величины <т0; в системах программного регулирования и в следящих системах это возмущение обусловлено самим процессом регулирования.

Влияние возмущений на регулируемую величину можно компенсировать при регулировании по отклонению = а0) регулируемой величины от заданного значения (замкнутая САР) или регулировании по величине возмущений (разомкнутая САР).

Большинство САР технологическими процессами построено по первому принципу. В этом случае измеренная ошибка с - а0 (см. рис. 1.2, б) преобразуется в регулирующее воздействие ц, которое направлено на уменьшение ошибки.

В текстильной промышленности разомкнутые САР с регулированием по величине возмущения получили сравнительно широкое распространение, особенно для регулирования неровноты продуктов прядения.

Особенность регулируемого объекта, являющегося одним из основных элементов системы автоматического регулирования, заключается в том, что его статические и динамические свойства заданы и, как правило, не могут быть изменены без изменения конструкции машины или аппарата или без изменения самого процесса. Поэтому свойства объекта и требования к качеству регулирования определяют и необходимые свойства регулирующей части системы.

Для построения систем автоматического регулирования необходимо иметь математическое описание (математическую модель) объекта, т. е. выраженные в виде уравнений основные закономерности, присущие данному объекту и характеризующие статические и динамические связи между его входными и выходными величинами. Регулируемые объекты текстильной промышленности являются сложными динамическими системами, часто с распределенными параметрами.

Существуют аналитические и экспериментальные методы составления математического описания объектов.

Аналитические методы основаны на рассмотрении протекающих в объекте процессов и его материального и энергетического баланса, в результате чего можно составить уравнения статики и динамики объекта.

Общая методика составления уравнения объекта заключается в следующем. Составляются уравнения материального и энергетического баланса объекта для установившегося состояния; составляется уравнение для неустановившегося состояния, определяющее связь между изменением входной величины (притока тепла, скоростных режимов, ассортимента и т. п.), вызванным регулирующим воздействием или внешним возмущением и нарушающим материальный или энергетический баланс объекта, и отклонением выходной величины — регулируемого параметра. Вычитается из последнего уравнения уравнение динамики объекта.

Если при составлении уравнения принимать во внимание все влияющие на динамику объекта факторы, то получается дифференциальное уравнение (или система уравнений) с производными высокого порядка, обычно нелинейное. Исследование систем регулирования с объектами, свойства которых описываются такими уравнениями, осуществляется с помощью ЭВМ.

В некоторых случаях, когда математическое описание процесса позволяет определить переходную функцию объекта ht или (что аналогично) кривую разгона До(7) = р0ht при ступенчатом входном воздействии р0, то по последней можно определить передаточную функцию объекта или найти приближенное дифференциальное уравнение объекта:

где L[ ] — символ прямого преобразования Лапласа;

р — комплексный аргумент преобразования.

Регулируемые объекты обычно имеют одну выходную величину о и несколько входных величин, из которых одна является регулирующим воздействием р., а остальные — возмущениями Fx, F2, F2, ..., Fn.

Возмущения могут быть приложены как к входу объекта, так и к отдельным его участкам (звеньям). Допуская, что в пределах изменения входных величин объект можно рассматривать как линейную систему, получим следующее выражение для результирующего значения изображения по Лапласу выходной величины:

где Wq{p) — передаточная функция объекта по отношению к регулирующему воздействию;

W^ip), Wq2(p), — передаточные функции объекта по отношению к каждому из возмущений.

Поэтому для полного описания динамических свойств объекта нужно учитывать основные возмущения. Кривые разгона большинства регулирующих объектов представляют собой монотонные функции времени.

В первом случае (рис. 1.3, а) отклонение регулируемой величины Аа(0 = о(Г) - о0 с течением времени стремится к некоторому установившемуся значению До(°°); такие объекты называются объектами с самовыравниванием. Во втором случае (рис. 1.3, б) отклонение регулируемой величины непрерывно возрастает и объект лишен самовы- равнивания. Постепенное нарастание скорости отклонения регулируемой величины приводит к появлению в указанных объектах переходного запаздывания т„. Его величина определяется отрезком, который отсекает на оси времени касательная, проведенная к кривой разгона в точке, где скорость изменения достигает наибольшего зна-

чения.

Кривые разгона регулируемых объектов

Рис. 1.3. Кривые разгона регулируемых объектов: а — с самовыравниванием; б — без самовыравнивания

Во многих объектах, кроме переходного запаздывания, имеет место чистое или транспортное запаздывание, которое определяется временем т от момента возникновения регулирующего воздействия (возмущения) до начала изменения регулируемой величины в месте измерения.

Это время необходимо для того, чтобы поток вещества или энергии прошел расстояние от места внесения воздействия до места измерения регулируемой величины.

Необходимо стремиться к возможному уменьшению чистого запаздывания в объекте путем рационального выбора мест установки датчиков.

Динамические свойства большинства текстильных объектов могут быть описаны дифференциальными уравнениями первого или второго порядка с учетом чистого запаздывания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >