Белов М.П. - Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов

ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛБНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ М. П. БЕЛОВ, В.А. НОВИКОВ, Л. Н. РАССУДОВ АВТОМАТИЗИ РОВАН Н Ы Й ЭЛЕКТРОПРИВОД ТИПОВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МЕХАНИЗМОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ Допущено ггоностерством образования Россойской Федероцоо в качестве учебноно для студентов вьюшох учебных заведеной, обучающихся по спец вол ьност о «Электропровод и автоматика промышленных установок и технологических коипленсов» направленая подгатовни диплоиировонных специалистов «Электротехника, злектромехонино о электротехнологио» 3-е издание, исправленное гзос как Издатепаский центр Академия.

2007 УДК 62-581.6 ББК 3291.07 Б43 Рецензенты: зав. кафедрой «Элекгропривсд и автоматизация промышленных установок* МГОУд-р техн. наук, проф. Г.Б. Оляягенко; проф. кафедры «Системы автоматического управления» СПбГТУ, д-р техн. наук С.А. Кое«ил Белов М.П. Б43 Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для студ.

высш. учеб. заведений / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л,Н, Рассудов. — 3-е изд., испр. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 576 с. 18ВХ 978-5-7695-4497-2 Изложенм блочно-модульные принципы построения унифицированных систем автоматизированных электроприводов с программируемыми микроконтроллерами.

Рассмотрены принципы построения систем управления механизмами, агрегатами и комплексами на базе автоматизированных электроприводов и компьютерных средств автоматизации. Приведенм примеры построения компьютерных систем управления многодвигательными электроприводами машин и агрегатов типовых групп технологического и транспортного оборудования, а глюке автоматизированных технологических комплексов базовых отраслей промышленности. Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов*. Может быть полезен широкому кругу инженерно-технических работников, занятых разработкой, проектированием и эксплуатацией систем автоматизации. УДК 62-581.6 ББК 3291.07 Ю Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н., 2004 1ЯВХ 978-5-7495-4497-2 © Издательский центр «Академия*, 2004 Посвящается 80-летию первой в стране кафедры «Электрификация промышленных предприятий» Пенинградского злектротехнического института гныне кафедра «Робототехника и автоматизация производственных систем Санкт-Петербургского государственного злектротехнического университета «ПЭТА), начавшей подготовку инженеров-звектроприводчиков Предисловие Учебник написан в соответствии с программой дисциплины «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов», входящей в типовой учебный план подготовки инженеров по специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

В нем отражен большой и длительный опыт преподавания этой дисциплины и других схожих с ней дисциплин в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете (ЛЭТИ). В настоящем учебнике сохраняется преемственность с другими учебниками аналогичного направления. Учтены большие изменения, происходящие в теории и практике применения автоматизированного электропривода. Электропривод переменного тока стал доминирующим в новых разработках технологического оборудования, а частотно- регулируемый электропривод с асинхронным короткозамкнутым двигателем широко применяется и выпускается многими электротехническими фирмами мира.

Совместно с компьютерными средствами управления привод переменного тока имеет большие функциональные возможности и адаптирован ко всем объектам применения, где ранее использовался привод постоянного тока. Исходя из этого материал всего учебника можно было изложить с ориентацией на приводы переменного тока. Однако, принимая во внимание то, что в технологическом оборудовании, находящемся в эксплуатации, чаше всего применяется регулируемый электропривод постоянного тока, авторы старались сохранить некое равновесие в изложении материала по приводам обоих родов тока, подчеркивая их равные функциональные возможности. * Кафедра была основана в 1922 г.

Управляющими устройствами приводов являются программируемые микроконтроллеры и промышленные компьютеры, а алгоритмы управления реализуются в виде программ. Инженеры при математическом описании объектов и алгоритмов управления используют топологическое представление математических описаний в виде структурных и функциональных схем с выделением основных модулей управления (регуляторов, функциональных преобразователей, ограничителей, делителей, умножителей и др.). Подобные схемы являются виртуальными по отношению к их программной реализации, но при высокой сложности современных систем управления электроприводами и особенно взаимосвязанных систем управления многодвигательными электроприводами они позволяют легко выполнять синтез алгоритмов управления без использования математических формальных процедур.

Такие схемы широко представлены в учебнике. Оснащение одного производственного механизма или технологического агрегата современным компьютеризированным электроприводом не дает заметного эффекта в технологическом процессе. Эффективным является автоматизация технологического комплекса, объединяющего в технологическом процессе много агрегатов и механизмов. Это учитывается всеми ведущими электротехническими корпорациями, которые выпускают компьютеризированные электроприводы с развитыми сетевыми и другими средствами, превращающими электропривод в эффективный инструмент автоматизации технологических процессов, где широко используются машины и механизмы.

В состав интегрированных систем многодвигательных электроприводов включают средства среднего (технологического) уровня автоматизации, которые ранее относились к автоматизированным системам управления технологическими процессами (АСУ ТП). Это отразилось в реорганизации отделов многих НИИ и КБ — объединении отделов электроприводов с АСУ ТП. Один из ведущих департаментов корпорации «Яетепз» называется «Автоматизация и приводы» (аналогия с названием специальности, на которую ориентирован учебник). Ориентация на автоматизированные технологические комплексы является характерной чертой настоящего учебника и отражает современный подход к автоматизации машин и механизмов, взаимосвязанных технологическим процессом.

Излагая материал учебника, авторы стремились по возможности избегать описаний конкретных типов систем автоматизированных электроприводов, технологических агрегатов и комплексов. Авторы выражают благодарность за предоставление материалов к написанию фрагментов учебника своим коллегам: О.И. Зементову (пп.

4.5.2, 4.6.1 — 4.6.3, 4.8.4, 5.5.3, 5.5.4), А Е. Козяруку (пп. 3.8, 4.7, 5.4.1, 5.4.2), В.О. Осипову (пп. 4.4.2, 4.4.3), А.А. Прокопову (пп. 1.6.4, 4.3.2), С.В.Савве (п. 5.7), С.В.Гриню (п. 4.6.4). Авторы выражают особую благодарность С.А.Ковчину, Г. Б. Онищенко, сотрудникам и заведующему кафедрой «Автоматизированный электропривод» МЭИ (Технический университет) С.К. Козыреву, а также сотрудникам кафедры «Робототехника и автоматизация производственных систем» СПбГЭТУ «ЛЭТИ» за помощь в создании учебника.

Введение Анализ мирового опыта создания нового и модернизации действующего технологического оборудования показывает высокую динамику развития регулируемых электроприводов, компьютерных средств автоматизации, использования информационных средств. Она обусловлена стремлением к максимальному повышению производительности технологического оборудования и качества производимой продукции. Все ведущие электротехнические корпорации выпускают регулируемые электроприводы комплектно с компьютерными средствами автоматизации в виде гибко программируемых систем, предназначенных для широкого использования.

Окупаемость средств, вложенных в такие системы, является наиболее быстрой. Кроме применения регулируемые электроприводы совместно с технологическими устройствами используются в качестве средств регулирования технологических переменных — уровня, давления, влажности, температуры, дозирования, производительности и др. Можно выделить следующие общие тенденции развития электроприводов, имеющие устойчивый характер: постоянно расширяющееся применение регулируемых электроприводов в промышленном оборудовании, транспорте, авиационной и космической технике, медицине, бытовой технике лля достижения новых качественных результатов в технологии; замена нерегулируемых электроприводов регулируемыми в энергоемком оборудовании (насосы, компрессоры, вентиляторы и др.) с целью энергосбережения; распространение блочно-модульных принципов построения электроприводов, информационных средств, средств управления и систем управления в целом; динамичная компьютеризация электроприводов, механизмов, агрегатов и комплексов и новая идеология проектирования систем; дальнейшее развитие методов каскадного (подчиненного) управления, получивших широкое распространение в электроприводах и органично применимых к управлению технологическими переменными и интегральными показателями качества обработки, переработки и производства вещества; активное развитие и внедрение систем диагностирования, обслуживания, визуализации технологических процессов и процессов управления.

Под электроприводом понимается «электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процессаь '(7]. Регулируемые электроприводы, как правило, являются и автоматизированными; многие операции в них выполняются средствами управления без участия оператора. Принимая во внимание, что основными средствами управления в электроприводах являются программируемые микроконтроллеры и (или) промышленныс компьютеры, уместно определять современный автоматизированный злектропривод как компьютеризированный.

Это определение подходит для интегрированных систем многодвигательных электроприводов, объединяемых с компьютерными средствами автоматизации и разветвленными информационными сетями в составе технологических агрегатов и комплексов. При исследовании вариантов электроприводов используют различные способы их классификации. В качестве классификационных признаков, например„используют: виды движения электродвигателей (вращательный, поступательный, линейный, много- координатный); способ соединения двигателя с исполнительным органом (редукторный, безредукторный, конструктивно-интегрированный); регулируемость (нерегулируемый, многоскоростной, регулируемый); число электродвигателей (одно-, многодвигательный); число исполнительных органов (индивидуальный, групповой); степень автоматизации (ручной, полуавтоматический, следящий, позиционный, программный, стабилизирующий) (2].