Некоммерческое

(1)

Некоммерческое акционерное общество

Кафедра электрических машин и электропривода

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В АСУТП

Методические указания по выполнению лабораторных работ для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика

Алматы 2019

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА

(2)

2

СОСТАВИТЕЛИ: С.Б. Алексеев. Частотно-регулируемый электропривод в АСУТП. Методические указания по выполнению лабораторных работ для магистрантов специальности 6М071800 – Электроэнергетика. – Алматы:

АУЭС, 2019. – 40 с.

Методические указания содержат необходимые теоретические положения, программу выполнения работ, методику подготовки и проведения экспериментов, анализа полученных результатов.

Методические указания предназначены для магистрантов специальности 6М0718 – Электроэнергетика.

Ил.12, библиогр. - 4 назв.

Рецензент: доцент Б.К. Курпенов

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества

«Алматинский университет энергетики и связи» на 2019 г.

©НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», 2019 г.

(3)

3

1 Лабораторная работа №1. Исследование статических характеристик разомкнутой системы «Преобразователь частоты- асинхронный двигатель»

Цель работы: исследование рабочих свойств разомкнутой системы ПЧ- АД в режиме скалярного управления.

1.1 Программа работы

1.1.1 Собрать схему для снятия статических характеристик системы ПЧ- АД (рисунок 1.1).

1.1.2 Получить статические характеристики в виде зависимостей частоты вращения, тока статора, КПД, cosφ от момента на валу двигателя: ω, I1, η, cosφ=f(Mв), построить графики.

1.1.3 Получить регулировочные характеристики в виде зависимостей выходной частоты, напряжения, мощности от сигнала задания при постоянном моменте на валу двигателя: f, UC, P, S = f(UЗ), МВ=сonst.

1.4.4 Перевести преобразователь частоты в режим компенсации скольжения (параметр 05.027), повторить опыты.

1.5.5 Перевести преобразователь частоты в режим форсировки (параметр 05.015), повторить опыты.

1.2 Методические указания к проведению работы

В работе исследуются система электропривода на основе асинхронного двигателя, данные которого приведены в Приложении А. Перед проведением работы при выключенном автомате QF1 МПС привести модули в исходное состояние:

– переключатель «Сеть» тиристорного преобразователя перевести в нижнее положение; переключатель SA2 – в положение «Момент»;

переключатель SA3 – в положение «Руч», SA4 – в положение «НМ»; SA6

«Разрешение» – в нижнее положение (приложение Б);

– переключатель SA2 модуля ПЧ установить в нижнее положение;

переключатель SA3 установить в среднее положение; переключатель SA4 установить в положение «Скорость»; потенциометр RP1 – в крайнее положение против часовой стрелки; настроить преобразователь на режим регулирования скорости в разомкнутой схеме (приложение В).

Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД приведена на рисунке 1.1. Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП). Якорная обмотка присоединяется к выходам якорного преобразователя модуля ТП. Обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения =220В модуля ТП. Асинхронный электродвигатель подключается к преобразователю частоты ПЧ.

(4)

4

Преобразователь частоты подключается к напряжению 3x380В от модуля питания ПЧ.

A B C

A1 B1 C1

М2 М1

LM

Uтп

Uов

МП ПЧ

ТП N

Рисунок 1.1 – Схема для снятия характеристик системы ПЧ-АД 1.2.1 Механические характеристики системы ПЧ-АД.

Скалярное управление в системе ПЧ-АД сводится к изменению параметров напряжения статора и частоты тока статора при заранее установленном законе связи между ними.

Для переведения преобразователя в данный режим выполнить следующие действия:

– сбросить настройки на заводские и запрограммировать преобразователь на режим регулирования скорости (приложение В);

– установить параметр 05.027=OFF (режим компенсации скольжения отключен).

Статические характеристики электропривода представляют собой зависимости частоты вращения, тока статора, КПД, cosφ от момента на валу двигателя: ω, I1, η, cosφ=f(Mв).

Опыт проводится в следующей последовательности:

– включить автоматический выключатель QF1 модуля МПС;

– включением кнопки «Сеть» подать напряжение на ТП, нажатием кнопки «ПУСК» модуля питания ПЧ подать питание на преобразователь частоты;

– выбрав направление вращения асинхронного электродвигателя переключателем SA3 модуля ПЧ, задать потенциометром RP1 выходную частоту преобразователя 50Гц;

– подать разрешение на работу модуля ТП (тумблер SA6);

(5)

5

– задавая момент с потенциометром RP1 модуля ТП, зафиксировать необходимые величины согласно таблице 1.1, произвести расчеты;

Таблица 1.1 UС, В

IC, А UЯ, В IЯ, А n, об/мин ω, 1/с ΔPЭЛ, Вт ΔP_Я, Вт PЯ, Вт PВ, Вт PC, Вт ηАД

ηПЧ-АД

cos(φ)АД

cos(φ)ПЧАД

МВ, Н∙м

– после проведения опыта вывести момент нагрузки на ноль (RP1 модуля ТП), убрать разрешение на работу ТП, остановить асинхронный электродвигатель.

Повторить опыт для двух других значений частоты на выходе преобразователя.

1.2.2 Регулировочные характеристики системы ПЧ-АД.

Регулировочные характеристики представляют собой зависимости выходной частоты, напряжения, мощности от сигнала задания при постоянном моменте на валу двигателя: f, UC, P, S = f(UЗ), МВ=сonst.

– включить кнопку «Сеть» модуля ТП;

– задать потенциометром RP1 выходную частоту преобразователя 50Гц;

– задав нагрузку с помощью тиристорного преобразователя (значение IЯ

задается преподавателем и выбирается в пределах 0…1А), уменьшать выходную частоту ПЧ, фиксируя необходимые параметры. Выходная частота отображается в параметре 05.001, напряжение задания – в параметре 01.036.

Результаты опыта занести в таблицу 1.2.

(6)

6 Таблица 1.2

IЯ= UЗ, В f, Гц UС, В IC, А UЯ, В n, об/мин SC, ВА ω, 1/с ΔPЭЛ, Вт ΔPЯ, Вт PЯ, Вт PВ, Вт PC, Вт ηАД

ηПЧ-АД

cos(φ)АД

cos(φ)ПЧАД

МВ, Н∙м

Полная выходная мощность преобразователя частоты, ВА:

C CФ

C 3 U I

S    ,

где UСФ – фазное напряжение на выходе ПЧ, В.

Частота вращения электродвигателя:

30

n



 .

Электрические потери в статорной обмотке электродвигателя:

С 2 С

ЭЛ 3 I r

P   

 ,

где rС – активное сопротивление фазы статора, Ом;

I_C – ток статора асинхронного электродвигателя, А.

Электрические потери в цепи якоря ДПТ:

Я 2 Я

ЯЦ I r

P  

 ,

где rя – активное сопротивление якорной обмотки ДПТ, Ом;

I_Я – ток якоря двигателя постоянного тока, А.

(7)

7 Выходная мощность ТП:

Я Я

Я U I

P   , гдеU_Я – напряжение якорной цепи ДПТ, В.

Мощность на валу асинхронного электродвигателя:

мехДПТ ЯЦ

Я

В P P P

P    ,

где ΔPмехДПТ – механические потери ДПТ (приложение В).

Активная выходная мощность ПЧ:

ЭЛ мехАД

В

С P P P

P    ,

где ΔPмехАД – механические потери АДКЗ (приложение В).

Коэффициент полезного действия электродвигателя:

С В

АД P

 P

 .

Cosφ асинхронного двигателя:

S P_С

АД 



cos .

Коэффициент полезного действия системы:

ВХ С

ПЧАД P

 P

 .

Cosφ системы:

ВХ ВХ

ВХ

ПЧАД U I

P



 

cos 3 .

Момент на валу асинхронного двигателя, Н∙м:

^В

В

М P .

1.2.3 Исследование режима компенсации скольжения.

Компенсация скольжения представляет собой способ стабилизации частоты вращения электродвигателя при изменении нагрузки на валу за счет повышения сигнала на выходе преобразователя применением внутренней положительной обратной связи по току статора.

Для переведения ПЧ в режим компенсации скольжения необходимо записать в параметр 05.027 разрешение на управление «on».

(8)

8

Снять механические и регулировочные характеристики ω, I1=f(MВ) аналогично предыдущим опытам, сделать выводы.

1.2.4 Исследование режима форсировки напряжения.

Форсировка напряжения служит для компенсации влияния активного сопротивления статора асинхронного двигателя на низких оборотах вращения за счет начального скачка напряжения.

Для включения форсировки напряжения в параметр 05.015 записывается значение форсировки напряжения в процентах от номинального (0…15).

Снять механические и регулировочные характеристики ω, I1=f(MВ) аналогично предыдущим опытам, сделать выводы.

1.3 Контрольные вопросы

1. С какой целью при регулировании частоты вращения изменяются одновременно частота и напряжение на выходе преобразователя?

2. Укажите достоинства и недостатки применения частотного регулирования?

3. Объясните работу преобразователя в тормозном режиме. Где рассеивается энергия торможения двигателя?

4. Назовите основные законы частотного регулирования.

5. Какие существуют способы повышения качества характеристик при скалярном регулировании?

2 Лабораторная работа №2. Исследование замкнутой системы

«Преобразователь частоты - асинхронный двигатель»

Цель работы: исследование рабочих свойств системы ПЧ-АД с обратной связью по скорости и векторном регулировании.

2.1.1 Собрать схему для снятия характеристик замкнутой по скорости системы ПЧ-АД (рисунок 2.1).

2.1.2 Произвести настройку преобразователя частоты для работы в замкнутой системе векторного регулирования.

2.1.3 Снять регулировочные характеристики при постоянном моменте нагрузки.

В работе исследуются система электропривода на основе асинхронного двигателя, каталожные данные которого приведены в приложении А. Более подробные сведения о преобразователе частоты приведены в приложении В.

(9)

9

Перед проведением работы при выключенном автомате QF1 МПС привести модули в исходное состояние:

– переключатель «Сеть» тиристорного преобразователя перевести в нижнее положение; переключатель SA2 – в положение «Момент»;

переключатель SA3 – в положение «Руч»; SA4 – в положение «НМ», SA6

«Разрешение» – в нижнее положение (приложение Б);

– переключатель SA2 модуля ПЧ установить в нижнее положение;

переключатель SA3 установить в среднее положение; переключатель SA4 установить в положение «Скорость»; потенциометр RP1 – на минимум снимаемого напряжения (крайнее положение против часовой стрелки).

Схема исследования приведена на рисунке 2.1. Двигатель постоянного тока (ДПТ) подключается к модулю тиристорного преобразователя (ТП).

Якорная обмотка присоединяется к выходам якорного преобразователя модуля ТП, обмотка возбуждения – к выходам нерегулируемого источника напряжения

=220В модуля ТП. Асинхронный электродвигатель М1и датчик скорости ДС подключаются к преобразователю частоты.

A B C

A1 B1 C1

М2 М1

LM

Uтп

Uов

МП ПЧ

ТП N

Рисунок 2.1 – Схема замкнутой по скорости системы ПЧ-АД 2.2.1 Подготовка преобразователя частоты для работы в замкнутой системе векторного управления.

В режиме векторного управления преобразователь частоты держит заданную частоту вращения электродвигателя и управляет токами и напряжениями статорных обмоток согласно заданным значениям скорости и момента.

Для переведения ПЧ в данный режим необходимо:

– включить автоматический выключатель QF1 модуля МПС;

ДС

(10)

10

– включением кнопки «Сеть» подать напряжение на ТП, нажатием кнопки ПУСК модуля питания ПЧ подать питание на преобразователь частоты;

– установить переключатель SA2 «Разрешение» в положение 0;

– в параметре 00.000 вести значение 1233 (сброс параметров ПЧ на заводские настройки);

– установить значение параметра 00.000 на 1253 (разрешение на изменение работы преобразователя);

– установить значение параметра 00.048 на RCF-A (выбор векторного режима работы преобразователя);

– нажать кнопку «Стоп-Сброс».

Ввести паспортные данные подключенного электродвигателя:

– в параметре 00.042 установить число полюсов;

– в параметре 00.043 установить номинальный коэффициент мощности;

– в параметре 00.044 установить номинальное линейное напряжение двигателя;

– в параметре 00.045 установить номинальную скорость двигателя;

– в параметре 00.046 установить номинальный ток двигателя;

– в параметре 00.047 установить номинальную частоту двигателя;

– в параметре 03.038 установить тип датчика скорости AB - инкрементальный энкодер;

– в параметре 03.034 установить число импульсов энкодера на один оборот (500 импульсов).

После записи этих параметров необходимо произвести автонастройку ПЧ:

– в параметр 05.012 ввести значение «2»;

– подать разрешение на работу ПЧ (тумблер SA1);

– выбрать направление вращения (переключатель SA3) – преобразователь начнет процедуру самонастройки. Если появится сообщение tunE2, убрать разрешение на работу ПЧ и поменять местами соединительные провода, подключающие фазы А и В электродвигателя к выхода ПЧ, после чего нажать кнопку «Сброс». Повторить автонастройку. В случае успешного проведения процедуры параметр 05.012 устанавливается в «0»;

– в параметре 05.025 установить значение 0 (возможность независимого регулирования тока намагничивания).

2.2.2 Снятие регулировочных характеристик замкнутой системы.

Регулировочные характеристики настроенной замкнутой системы электропривода снимаются при фиксированном моменте статической нагрузки М_с = const.

Напряжение статора UС, ток статора IС и частоту вращения n измерять с помощью параметров преобразователя частоты: 05.002, 04.002, 03.027.

(11)

11

– тумблер SA2 «Разрешение» модуля ПЧ перевести в верхнее положение;

переключателем SA3 модуля ПЧ выбрать направление вращения, потенциометром RP1 задать номинальную скорость вращения;

– включить кнопку «Сеть» модуля ТП; тумблер SA6 «Разрешение»

перевести в верхнее положение; переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление момента нагрузки; потенциометром RP1 модуля ТП задать ток нагрузки по заданию преподавателя;

– изменяя потенциометром RP1 модуля ПЧ частоту задания, снять характеристики;

– снять минимальную скорость системы, для этого в момент достижения электроприводом режима упора, снять нагрузку и зафиксировать появившуюся скорость вращения. Повторить опыт для режима холостого хода. Данные опыта занести в таблицу 2.1.

После проведения опыта SA5 модуля ТП перевести в среднее положение, SA6 «Разрешение» – в нижнее положение. Снять частоту задания ПЧ; SA2 перевести в среднее положение; SA1 в нижнее положение.

Таблица 2.1 IЯ =

IC, А IА, А I, А UC, В n, рад/с

2.2.3 Снятие механических характеристик замкнутой системы.

Механические и электромеханические характеристики в настроенной системе электропривода снимаются как в двигательном, так и в генераторном (рекуперативном торможении) режимах работы АД. При работе АД в двигательном режиме ДПТ включается на направление вращения встречно вращению АД, при работе АД в режиме рекуперативного торможения – согласно с вращением ДПТ. Характеристики снимаются при двух сигналах задания, величина которых задается преподавателем.

– тумблер SA2 «Разрешение» модуля ПЧ перевести в верхнее положение;

переключателем SA3 модуля ПЧ выбрать направление вращения;

потенциометром RP1 задать номинальную скорость вращения;

– включить кнопку «Сеть» модуля ТП; тумблер SA6 «Разрешение»

перевести в верхнее положение; переключателем SA5 модуля ТП выбрать направление момента нагрузки; потенциометром RP1 модуля ТП задавать ток нагрузки не выше 1,2А.

Данные опыта занести в таблицу 2.2.

(12)

12

– тумблером SA5 модуля ТП изменить направление вращения и повторить опыт;

– в параметре 05.010 изменить номинальный коэффициент мощности, тем самым достигается возможность регулирования тока намагничивания, изменить значение по умолчанию на 0.95. Повторить опыт.

Таблица 2.2 МС, Н·м

n, об/мин IЯ, А

UС, В IC, А

После проведения опыта убрать нагрузку; SA5 модуля ТП перевести в среднее положение; SA6 «Разрешение» – в нижнее положение. Снять частоту задания ПЧ; тумблер SA3 перевести в среднее положение; SA2 в нижнее положение.

Расчетные формулы: момент статический, Н·м

Я

C kФ I

M   ,

^Н0

kФU ,

где UН – номинальное напряжение ДПТ;

0 – скорость идеального холостого хода ДТП (приложение А).

1. Объясните принцип работы импульсного датчика частоты вращения.

Как осуществляется определение направления вращения двигателя?

2. Как влияет на качество процессов в электроприводе число импульсов на оборот импульсного датчика скорости?

3. Поясните принцип векторного управления в асинхронном электроприводе.

4. Сравните принципы скалярного и векторного управления асинхронным электроприводом.

5. Назовите примеры электроприводов, в которых векторное регулирование неприменимо.

6. Почему на практике обычно не используют ПИД-регулятор скорости?

(13)

13

3 Лабораторная работа №3. Исследование работы частотно- регулируемого электропривода насосного агрегата в режиме поддержания расхода

Цель работы: настроить систему автоматического регулирования расхода, используя принцип частотного регулирования электродвигателя насоса. Снять статические и динамические характеристики системы.

3.1.1 Изучить необходимый теоретический материал и ознакомиться с конструкцией и назначением элементов лабораторного стенда (рисунок 3.1).

3.1.2 Ознакомиться с конструкцией и назначением элементов лабораторного стенда и подготовить стенд к работе.

3.1.3 Произвести настройку ПИД- регулятора системы автоматического регулирования расхода.

3.1.4 Снять статические и динамические характеристики системы.

3.2 Конструкция и основные элементы стенда

Рисунок 3.1- Стенд для исследования насосного агрегата

(14)

14

Лабораторный стенд, представленный на рисунке 3.1 и содержит:

– металлический каркас (1);

– систему труб с врезанными в нее датчиками (2);

– мерный бак (3);

– питательный бак (4);

– насосный агрегат (5);

– регулируемую задвижку с электроприводом (6);

– ультразвуковой расходомер (7);

– датчик давления (8);

– тахометрический расходомер - счетчик (9);

– узел автоматизированной системы управления (10);

– шунтирующий шаровый кран (11).

Гидравлическая система стенда состоит из следующих элементов (рисунок 3.2):

– ПБ: питательный бак;

– МБ: мерный бак;

– Н: центробежный насос Lowara, управляемый преобразователем частоты ПЧ;

– Р: датчик давления Овен ПД100;

– F1 - тахометрический расходомер-счетчик Бетар;

– F2 - ультразвуковой расходомер US-800;

– Задв. - задвижка с электроприводом Danfoss;

– ОК - обратный клапан;

– К1 - шунтирующий шаровый кран;

– К2 - шаровый кран для слива жидкости.

Рисунок 3.2- Функциональная схема стенда

(15)

15

В питательном баке ПБ находится рабочая жидкость, которой также заполнен трубопровод. Перемещение жидкости по трубопроводу обеспечивает центробежный насос Н, управляемый преобразователем частоты ПЧ. В трубопроводе последовательно установлены три датчика: датчик давления Р, тахометрический счетчик F1 и ультразвуковой расходомер F2. Для регулирования расхода\давления и создания возмущающего воздействия в систему введена задвижка с электроприводом. Для защиты от обратного поступления воды в питательный бак введен обратный клапан ОК. Рабочая жидкость после прохождения трубопровода попадает в мерный бак МБ, а затем обратно в питательный бак. Если проводится измерение расхода объемным методом, то требуется закрыть шунтирующий кран К1, в остальное время кран должен быть открыт. При необходимости слива жидкости при выключенном электропитании стенда требуется открыть шаровый кран К2, предварительно подставив под него емкость достаточного объема.

Электрическая система состоит из следующих компонентов (рисунок 3.2):

– ПЛК: программируемый логический контроллер Siemens S7-1200;

– Modbus-USB: преобразователь интерфейсов Modbus-USB;

– ПЧ: преобразователь частоты фирмы Control Techniques;

– ПК: персональный компьютер с установленной Scada системой.

Поскольку изучаемые датчики оснащены электрическим интерфейсом, сигналы с них должны быть заведены на устройства обработки и управления.

В целях ознакомления с современными протоколами обмена данными, а также с различными методами преобразования расхода и давления датчики имеют следующие протоколы:

– датчик давления Р1 оснащен универсальным токовым выходом 4-20 мА;

– тахометрический расходомер-счетчик Р2 имеет герконовый датчик;

– ультразвуковой расходомер Р3 снабжен интерфейсом Modbus.

Основным устройством управления в стенде является программируемый логический контроллер ПЛК S7-1200. Он осуществляет функции сбора данных, их обработки и управления устройствами стенда. Так, к дискретному входу DI1.0 ПЛК подключен расходомер F1, ко входу AI0 модуля расширения SM1234 подключен датчик давления Овен ПД100. С помощью аналогового выхода модуля расширения AQ0 ПЛК управляет скоростью центробежного насоса Н, подавая сигнал управления на преобразователь частоты ПЧ.

Управление задвижкой Задв. также осуществляется при помощи аналогового выхода модуля расширения AQ1 ПЛК.

Сигнал с ультразвукового расходомера F2 поступает на преобразователь интерфейсов Modbus-USB и далее передается на персональный компьютер, который при помощи Scada-системы обрабатывает эту информацию и передает на ПЛК.

(16)

16

Представленная система автоматизации технологического процесса – открытая. Система автоматизации построена на промышленном оборудовании фирм Siemens, AC Electronix, Control Techniques. В качестве программного обеспечения используется также лицензионное ПО фирмы Siemens, AC Electronix и Adastra Research, с помощью которого можно создавать свои алгоритмы управления или редактировать базовые программы, а также в режиме мониторинга получать данные с датчиков расхода и давления.

В состав лабораторного стенда входит три датчика, основанных на разных принципах измерения: датчик давления Овен ПД100ДИ, ультразвуковой расходомер Ultrasonic US-800 и тахометрический счетчик Бетар СГВ.

В данной лабораторной работе требуется построить систему автоматического регулирования расхода с применением ПИД-регулятора, реализованного на ПЛК Siemens S7-1200, настроить коэффициенты ПИД- регулятора и снять статические и динамические характеристики системы.

Счетчик Бетар в качестве обратной связи ПИД-регулятора расхода использоваться не будет.

Перед проведением лабораторной работы необходимо установить все элементы лабораторного стенда в исходное состояние, аналогично лабораторной работе №1.

Далее после установки начальных условий необходимо подготовить к работе лабораторный стенд и персональный компьютер, согласно методике, выполненной в лабораторной работе №1.

3.2.1 Настройка и оценка качества переходных процессов и статических характеристик системы автоматического регулирования расхода.

Запустить SCADA-систему Adastra Trace Mode:

– на рабочем столе Windows или в меню «Пуск» найти программу Trace Mode и запустить ее, после чего открыть в ней проект

«SAU_CN_DEMO_TM.prj»;

– в дереве проекта найти пункт «Система», в котором выделить пункт

«RTM_1»;

– в меню «файл» выбрать пункт «Сохранить для MTB», после чего в этом же меню нажать на кнопку «Отладка» – открывается новое рабочее окно профайлера (если профайлер не запускается, то сверните проект и с рабочего стола запустите профайлер SAU_CN_DEMO_TM.dbb);

– далее в рабочем окне запустившейся программы выбрать меню «файл»

и нажать на кнопку «Запуск/Останов» и дождаться, когда программа перейдет в режим опроса ПЛК;

(17)

17

– для удобства пользования установить полноэкранный режим работы нажатием сочетания клавиш «Ctrl+F». Основной экран программы «САУ-ЦН»

представлен на рисунке 3.3;

– в основном окне нажать на поле «ПИД-регулятор с обратной связью по расходу» откроется окно, представленное на рисунке 3.4.

В данном окне отображается график, позволяющий отследить изменение расхода во времени (м³/ч). Ниже расположен график изменения скорости двигателя насоса (об/мин). Слева в окне возможно оперативно изменять величину открытия задвижки, частоту вращения двигателя насоса и коэффициенты ПИД регулирования. Время цикла регулятора рекомендуется установить на 100 миллисекунд. Оптимальные коэффициенты, от которых можно отталкиваться при исследовании данного регулятора:

- П канал – 25;

- И канал – 150;

- Д канал – 40.

Возврат в предыдущее окно осуществляется нажатием на стрелку, расположенную в левом верхнем углу.

Рисунок 3.3 - Основное окно программы «САУ-ЦН» Trace Mode

(18)

18

Рисунок 3.4 - Окно ПИД-регулятора расхода «САУ-ЦН» SCADA-системы Trace Mode

Все уставки и задания можно изменять в реальном времени не останавливая процесс регулирования.

Опыт по настройке замкнутой системы производится в следующем порядке:

– полностью открыть задвижку. Для этого в соответствующем поле

«Задание величины открытия задвижки» ввести число 100 (100%);

– в поле «Задание величины расхода» установить задание, равное 0,6 м³/ч;

– в поле «Уставка коэффициентов регулирования» задать коэффициент усиления П-канала регулятора, отличный от нуля, а интегральный и дифференциальный коэффициенты усиления установить равными нулю;

– установить время цикла равное 100 мс и запустить процесс регулирования. Переходный процесс расхода следует наблюдать на экране персонального компьютера;

– изменяя значение коэффициента П-канала регулятора, добиться необходимого с точки зрения критериев быстродействия и минимума колебательности переходного процесса;

– аналогичным образом подобрать значения коэффициентов интегрального и дифференциального каналов регулятора. При проведении настройки необходимо учитывать, что датчик расхода является достаточно

(19)

19

инерционными устройствами, что обязательно отразится на настройках интегрального и дифференциального каналов регулятора;

– после окончательной установки параметров регулятора расхода необходимо снять переходный процесс расхода при набросе сигнала задания.

После настройки системы регулирования расхода необходимо снять следующие характеристики:

– зависимость расхода от величины сигнала задания;

– переходный процесс системы при приложении статического возмущающего воздействия.

Для снятия статической зависимости расхода от сигнала задания необходимо:

– установить сигнал задания, равный нулю (параметр «Уставка величины расхода»);

– задавая уставку регулятора настроенной замкнутой системы от 0,00 до 2,00 м³/ч, изменять расход, фиксируя показания в таблице 3.1. Данные расхода можно наблюдать экране ПК;

– характеристики необходимо снимать как при повышении уставки, так и при ее снижении.

Таблица 3.1

Восходящая ветвь US-800

Скорость насоса

Нисходящая ветвь US-800

Скорость насоса

Переходный процесс расхода при приложении статического возмущающего воздействия снимается в следующей последовательности:

– установить величину расхода в пределах 0,5...2,0 (параметр «Задание величины расхода»). Требуемую величину расхода можно вычислить, руководствуясь данными снятия статической зависимости расхода от сигнала задания;

– дождаться установки необходимого уровня расхода. Окончание переходного процесса расхода можно отслеживать с помощью персонального компьютера (временные диаграммы расхода);

– уменьшить величину расхода системы, изменяя величину открытия дроссельной задвижки. При этом не рекомендуется полностью перекрывать задвижку, так как это может привести к поломке насоса;

– отслеживать переходный процесс расхода на экране компьютера. По окончании переходного процесса сохранить его временную диаграмму и в дальнейшем привести ее в отчете;

(20)

20

– после проведения опытов остановить процесс регулирования, произвести сброс всех уставок и заданий, выйти на основной экран системы, выключить клавишный переключатель SA1, а также автоматический выключатель QF1 лабораторного стенда и выйти из программы Trace Mode.

1. Для чего применяется обратная связь по расходу?

3. Укажите достоинства и недостатки применения обратных связей по технологическим величинам.

4. Как влияет на качество процессов в электроприводе число импульсов на оборот импульсного датчика скорости?

5. Сравните принципы скалярного и векторного управления асинхронным электроприводом.

4 Лабораторная работа №4. Исследование работы частотно- регулируемого электропривода насосного агрегата в режиме поддержания давления

Цель работы: настроить систему автоматического регулирования давления, используя принцип частотного регулирования электродвигателя насоса. Снять статические и динамические характеристики системы.

4.1.1 Изучить необходимый теоретический материал и ознакомиться с конструкцией и назначением элементов лабораторного стенда (рисунок 3.1).

4.1.2 Ознакомиться с конструкцией и назначением элементов лабораторного стенда и подготовить стенд к работе.

4.1.3 Произвести настройку ПИД - регулятора системы автоматического регулирования давления.

4.1.4 Снять статические и динамические характеристики системы.

4.2 Настройка и оценка качества переходных процессов и статических характеристик системы автоматического регулирования давления

Запустить SCADA-систему Adastra Trace Mode:

– на рабочем столе Windows или в меню «Пуск» найти программу Trace Mode и запустить ее, после чего открыть в ней проект

«SAU_CN_DEMO_TM.prj»;

(21)

21

– в дереве проекта найти пункт «Система», в котором выделить пункт

«RTM_1»;

– в меню «файл» выбрать пункт «Сохранить для MTB», после чего в этом же меню нажать на кнопку «Отладка» – открывается новое рабочее окно профайлера (если профайлер не запускается, то сверните проект и с рабочего стола запустите профайлер SAU_CN_DEMO_TM.dbb);

– далее в рабочем окне запустившейся программы выбрать меню «файл»

и нажать на кнопку «Запуск/Останов» и дождаться, когда программа перейдет в режим опроса ПЛК;

– для удобства пользования установить полноэкранный режим работы нажатием сочетания клавиш «Ctrl+F». Основной экран программы «САУ-ЦН»

представлен на рисунке 3.3;

– в основном окне нажать на поле «ПИД-регулятор с обратной связью по давлению» откроется окно, представленное на рисунке 4.1.

В данном окне отображается график, позволяющий отследить изменение давления во времени (КПа). Ниже расположен график изменения скорости двигателя насоса (об/мин). Слева в окне возможно оперативно изменять величину открытия задвижки, частоту вращения двигателя насоса и коэффициенты ПИД регулирования. Время цикла регулятора рекомендуется установить на 100 миллисекунд. Оптимальные коэффициенты, от которых можно отталкиваться при исследовании данного регулятора:

- П канал – 75;

- И канал – 100;

- Д канал – 10.

Возврат в предыдущее окно осуществляется нажатием на стрелку, расположенную в левом верхнем углу.

Опыт по настройке замкнутой системы производится в следующем порядке:

– полностью открыть задвижку. Для этого в соответствующем поле

«Задание величины открытия задвижки» ввести число 100 (100%);

– в поле «Задание величины давления» установить задание, равное 40 КПа;

– в поле «Уставка коэффициентов регулирования» задать коэффициент усиления П-канала регулятора, отличный от нуля, а интегральный и дифференциальный коэффициенты усиления установить равными нулю;

– установить время цикла равное 100 мс и запустить процесс регулирования. Переходный процесс расхода следует наблюдать на экране персонального компьютера;

– изменяя значение коэффициента П-канала регулятора, добиться необходимого с точки зрения критериев быстродействия и минимума колебательности переходного процесса;

– аналогичным образом подобрать значения коэффициентов интегрального и дифференциального каналов регулятора. При проведении

(22)

22

настройки необходимо учитывать, что датчик давления является малоинерционным устройством, что обязательно отразится на настройках интегрального и дифференциального каналов регулятора;

– после окончательной установки параметров регулятора давления необходимо снять переходный процесс при набросе сигнала задания.

Рисунок 4.1 - Окно ПИД-регулятора давления «САУ-ЦН» SCADA-системы Trace Mode

После настройки системы регулирования давления необходимо снять следующие характеристики:

– зависимость давления от величины сигнала задания;

– переходный процесс системы при приложении статического возмущающего воздействия.

Для снятия статической зависимости давления от сигнала задания необходимо:

– установить сигнал задания, равный нулю (параметр «Задание величины давления в системе»);

– задавая уставку регулятора настроенной замкнутой системы от 0 до 200 КПа, изменять давление, фиксируя показания в таблице 4.1. Если при достижении насосом максимальных оборотов давление не набирается, то нужно уменьшать величину сечения задвижки от 100% до 20%;

– характеристики необходимо снимать как при повышении уставки, так и при ее снижении.

(23)

23 Таблица 4.1

Восходящая ветвь ПД100

Скорость насоса Сечение задвижки

Нисходящая ветвь ПД100

Скорость насоса Сечение задвижки

Переходный процесс давления при приложении статического возмущающего воздействия снимается в следующей последовательности:

– установить величину давления в пределах 20...180 КПа (параметр

«Задание величины давления»). Требуемую величину давления можно вычислить, руководствуясь данными снятия статической зависимости давления от сигнала задания;

– дождаться установки необходимого уровня давления. Окончание переходного процесса расхода можно отслеживать с помощью персонального компьютера (временные диаграммы);

– уменьшить величину давления в системе, изменяя величину открытия дроссельной задвижки. При этом не рекомендуется полностью перекрывать задвижку, так как это может привести к поломке насоса;

– отслеживать переходный процесс давления в системе на экране компьютера. По окончании переходного процесса сохранить его временную диаграмму и в дальнейшем привести ее в отчете;

– после проведения опытов остановить процесс регулирования, произвести сброс всех уставок и заданий, выйти на основной экран системы, выключить клавишный переключатель SA1 а также автоматический выключатель QF1 лабораторного стенда и выйти из программы Trace Mode.

1. Для чего применяется обратная связь по давлению?

3. Укажите достоинства и недостатки применения обратных связей по технологическим величинам?

4. Объясните работу преобразователя в тормозном режиме. Где рассеивается энергия торможения двигателя?

5. Почему обратная связь по давлению при регулировании скорости вращения электродвигателя обеспечивает поддержание давления в узком диапазоне?

(24)

24

5 Лабораторная работа №5. Исследование автоматизированной системы управления центробежным вентилятором

Цель работы: исследовать технико-экономическую эффективность применения частотно-регулируемого электропривода в механизмах с вентиляторной нагрузкой.

5.1 Основные положения к выполнению работы

Эксплуатационные свойства механизмов центробежного типа определяются Q–H характеристикой и зависимостью КПД от подачи при

=const. Теоретический расчет указанных характеристик представляет большие трудности, поэтому на практике пользуются экспериментальными зависимостями H=f(Q) и =(Q), которые приводятся в каталогах насосов для неизменной номинальной скорости ном. Чтобы получить Q–H- характеристики для скорости, отличной от номинальной, пользуются законами пропорциональности. Для этого задается ряд значений Qe, которым соответствуют значения He на исходной естественной Q–H- характеристике с

ном=const (рисунок 5.1). В соответствии с законами пропорциональности рассчитываются параболыH H_e(Q/Q_e)²,проходящие через выбранные точки на исходной характеристике. Каждой точке параболы, согласно этим законам, соответствует определенная скорость механизма =номQ/Qe. Соединяя точки парабол с одинаковым значением , определяют Q–H-характеристику для

=const. Так как законы пропорциональности получены в предположении постоянства гидравлического КПД насоса- г и объемного- 0, то пересчетные параболы оказываются линиями постоянного КПД механизма.

Для вентилятора напор H измеряется в единицах давления и его можно трактовать как энергию, сообщаемую единице объема газа. Тогда полезная мощность вентилятора определяется произведением:

, HQ P_пол 

а мощность на валу:

, / _вен

c HQ

P  

где вен – КПД вентилятора.

При отсутствии статического напора в магистрали Hcт = 0:

Hмаг= He 2



 



 Qe

Q =He

2



 





ном

 .