Разработка системы управления преобразователя частоты с встроенными функциями группового управления оборудованием и косвенного определения технологических параметров

В настоящее время во всем мире широко реализуется частотный способ управления асинхронными электроприводами, который сегодня рассматривается не только с точки зрения экономии потребляемой энергии, но и с точки зрения совершенствования управления технологическим процессом.

В промышленно развитых странах техника применения частотно-регулируемых приводов (ЧРП) используется более 20 лет. В течение этого времени закладывались научные и методические основы, разрабатывались и совершенствовались технические средства управления электроприводом, совершенствовались технологические процессы и оборудование, корректировались учебные курсы для подготовки специалистов. Накоплен достаточно большой опыт в принятии технических решений при создании систем, использующих этот тип приводов, ряд решений стандартизован. Однако это относится к положению дел за рубежом.

В нашей стране сложилась несколько иная ситуация. Первые частотно-регулируемые привода начали появляться на российском рынке в начале 90-х годов [1 — 4]. Специалисты кафедры автоматизированного электропривода МЭИ принимали активное участие в исследовании функциональных особенностей преобразователей частоты и развитии ЧРП [5]. На тот момент практически все привода, попадающие на наш рынок, имели достаточно низкое функциональное наполнение: блоки программирования параметров, встроенные регуляторы и др. были доступны лишь при наличии специальных аппаратных модулей, требующих дополнительных финансовых вложений. Приблизительно с того же времени на кафедре АЭП ведется разработка и внедрение преобразователей частоты для энергосбережения на насосных установках коммунального хозяйства [6, 7].

Первые преобразователи частоты как зарубежного, так и отечественного производства для установки на объект требовали либо дополнительных устройств сопряжения, реализованных на релейной логике, либо внешних управляющих контроллеров. Эксплуатация первых ЧРП подтвердила экономическую целесообразность их использования в энергосберегающих технологиях, несмотря на большие капитальные вложения в их внедрение [8 -11].

В настоящее время стремительное развитие силовой полупроводниковой техники и микроэлектроники, снижение ценовых показателей на подобную продукцию и появление ее на российском рынке дали возможность отечественным разработчикам создать серию преобразователей частоты с мощной встроенной цифровой системой управления, отвечающих международным стандартам [12−14]. С наблюдаемым экономическим ростом и появлением свободных средств на реконструкцию и возведение новых промышленных объектов частотно-регулируемые асинхронные привода находят повсеместное применение. Однако в сложившейся на рынке ситуации предпочтение отдается продукции именитых зарубежных фирм, несмотря на ее высокую стоимость. Отечественный производитель пока может выставить на рынок конкурентоспособную продукцию, только обеспечив решение комплексной задачи управления технологической установкой, оснащенной частотно-регулируемым приводом. Вместе с этим стоимость дополнительных средств управления не должна сильно выходить за рамки стоимости предлагаемого преобразователя частоты. Поэтому разработка и реализация алгоритмов, расширяющих набор функций встроенного контроллера преобразователя частоты в рамках комплексной автоматизации технологических установок, представляется актуальной задачей.

Целью настоящей работы является разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения для встроенной системы управления преобразователя частоты, обеспечивающих реализацию функции комплексной автоматизации технологической установки без применения специальных дорогостоящих средств управления, таких как промышленные контроллеры.

Для достижения намеченной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1) анализ принципов построения и структур управления групповыми рабочими станциями,.

2) анализ принципов построения и реализации дискретных управляющих устройств,.

3) разработка методов построения, алгоритмов и программного обеспечения дискретного управляющего автомата, реализуемого на встроенной системе управления преобразователя частоты,.

4) анализ способов и разработка алгоритмов управления процессами переключения рабочих агрегатов станций группового управления,.

5) разработка методов косвенного определения параметров электропривода и технологической установки средствами встроенной системы управления преобразователя частоты,.

6) анализ принципов построения и способов реализации на встроенном контроллере преобразователя частоты системы регистрации параметров технологической установки.

Научная новизна работы.

Предложена и обоснована структурная схема управления групповыми рабочими станциями средствами встроенного микроконтроллера преобразователя частоты.

Разработана методика построения дискретного автомата, обеспечивающего диспетчеризацию внутренних процессов преобразователя частоты и внешних процессов технологической установки, реализуемого программным способом на встроенном микроконтроллере преобразователя частоты и экспериментально доказана рациональность использования предложенного метода по сравнению с существующими методами.

Проведен функциональный анализ станций группового управления и предложены способы управления режимами переключения рабочих агрегатов, обеспечивающие перевод приводных двигателей с преобразователя частоты на питающую сеть и обратно без применения специальных аппаратных средств синхронизации.

Разработаны методы косвенного определения параметров электропривода и технологического объекта, реализуемые на встроенном контроллере преобразователя частоты.

Предложена структура и разработаны алгоритмы построения системы регистрации параметров технологической установки на базе встроенного 9 контроллера преобразователя частоты, обеспечивающей возможность включения частотно-регулируемого привода в комплекс автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП). На защиту выносятся:

• структурная схема управления групповыми рабочими станциями,.

• метод построения и реализации дискретного управляющего автомата,.

• способы управления режимами переключения рабочих агрегатов станций группового управления,.

• методы косвенного определения электрической мощности и расхода жидкости насосной установки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

По результатам проделанной работы можно отметить следующее:

1) показано и практически подтверждено, что дискретное управление оборудованием групповых рабочих станций целесообразно осуществлять средствами встроенного контроллера преобразователя частоты,.

2) разработан метод программной реализации дискретного управляющего автомата на базе встроенного контроллера преобразователя частоты, не уступающий по показателям качества традиционным методам реализации,.

3) разработаны аппаратно-программные средства управления процессами переключения рабочих агрегатов насосных установок без применения специальных аппаратов синхронизации, существенно расширяющие диапазон регулирования технологических переменных, не увеличивая при этом установленную мощность преобразователей частоты,.

4) реализация функции измерения скорости привода во встроенной системе управления преобразователя частоты позволяет не только осуществлять точную синхронизацию для решения задач переключения, но также дает возможность управления технологическими параметрами привода по скорости и ее производным, что позволяет расширить область применения частотно-регулируемых приводов в промышленности, в частности в станкостроении,.

5) разработанная методика косвенного определения электрической мощности и расхода носителя и получения интегральных оценок потребляемой электроэнергии и объема расходуемого носителя позволяет средствами встроенного контроллера преобразователя частоты контролировать технологические параметры установки и производить некоммерческий учет ресурсов без применения специальных дорогостоящих измерительных приборов,.

6) предложенные принципы построения системы регистрации параметров на базе встроенного контроллера преобразователя частоты обеспечивают возможность включения частотно-регулируемого привода в комплекс АСУТП,.

7) предложенные и разработанные методы, алгоритмы и программное обеспечение существенно расширяют функции преобразователя частоты и обеспечивают решение задач комплексной автоматизации технологических установок, не прибегая к дополнительным затратам на приобретение специальных аппаратных и программных средств, что позволяет значительно повысить уровень конкурентоспособности частотно-регулируемых приводов отечественных производителей на российском рынке.