Устройство для управления электроприводом разматывающего механизма
Полезная модель может быть использована в системах управления электроприводом промышленных механизмов, например, моталок в технологических линиях при производстве стальной профилированной арматуры для железобетонных конструкций. Задача - повышение точности регулирования натяжения обрабатываемой проволоки. Задача решается тем, что известное устройство для управления электроприводом разматывающего механизма дополнительно снабжено блоком вычисления момента разгиба 17, блоком вычисления натяжения 21, блоком задания диаметра проволоки 22 и датчиком частоты вращения электродвигателя тянущего устройства 24, причем выход блока задания диаметра проволоки 22 соединен соответственно с первым входом блока вычисления момента разгиба 17, со вторым входом блока вычисления момента потерь 19 и входом блока вычисления натяжения 21, а выход последнего соединен со вторым входом блока вычисления момента натяжения 18, при этом выход датчика частоты вращения 3 электродвигателя 1 соединен с первым входом блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20, второй вход указанного блока соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя тянущего устройства 24, а его выход соединен со вторым входом блока вычисления момента разгиба 17, выход которого соединен со входом второго сумматора 9, а выход последнего соединен со вторым входом блока ограничения задания на ток 10. Заявляемое устройство обеспечивает высокую точность вычисления момента ограничения, что приводит к повышению точности регулирования момента электродвигателя, а, следовательно, и повышению точности регулирования его угловой скорости вращения при изменении радиуса заполнения проволокой катушки размотки. Это, в свою очередь, обеспечивает стабильность натяжения проволоки в процессе профилирования ее поверхности. 1 ил.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в системах управления электроприводом промышленных механизмов, например, моталок, используемых в технологических линиях при производстве стальной профилированной арматуры для железобетонных конструкций.
Известно устройство для регулирования скорости асинхронного двигателя, содержащее электродвигатель с датчиком частоты его вращения, преобразователь с датчиками тока, регулятор тока, блок ограничения задания на ток, регулятор скорости, блок вычисления угловой скорости вращения, блок вычисления диаметра заполнения катушки, блок вычисления момента ограничения, преобразователь координат напряжения, преобразователь двухфазного напряжения в трехфазное, преобразователь трехфазного тока в двухфазный, преобразователь координат тока, блок вычисления рассогласования, интегратор, первый, второй и третий элементы сравнения, первый и второй сумматоры. Причем преобразователь через датчики тока подключен к электродвигателю, соединенному с датчиком частоты его вращения, выход которого соединен со входом второго сумматора, инвертирующим входом первого компаратора и первым входом блока вычисления диаметра заполнения катушки, а выход последнего соединен с первым входом блока вычисления момента ограничения и первым входом блока вычисления угловой скорости вращения, выход которого соединен со входом первого сумматора. При этом выход указанного сумматора соединен с неинвертирующим входом первого элемента сравнения, выход которого соединен со входом регулятора скорости, а выход последнего соединен с первым входом блока ограничения задания на ток, со вторым входом которого соединен первый выход блока вычисления момента ограничения, а второй выход указанного блока соединен с первым входом блока вычисления рассогласования, выход которого соединен со входом второго сумматора, и ненвертирующим входом третьего элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с первым выходом преобразователя координат тока. Выход блока ограничения задания на ток соединен со вторым входом блока вычисления рассогласования и неинвертирующим входом второго компаратора, инвертирующий вход которого соединен со вторым выходом преобразователя координат тока. Входы последнего соединены с выходами преобразователя трехфазного тока в двухфазный, входы которого соединены с выходами датчиков тока. Выходы второго и третьего элемента сравнения соединены с первым и вторым входом регулятора тока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами преобразователя координат напряжения. Первый и второй выходы последнего соединены с первым и вторым входами преобразователя двухфазного напряжения в трехфазное, первый, второй и третий выходы которого соединены со входами преобразователя. Выход второго сумматора соединен со входом интегратора, выход которого соединен с третьими входами преобразователей координат напряжения и тока (см. ЕР 2544363 А2, H02P 21/00; H02P 27/04).
Недостатком известного устройства является низкая точность регулирования величины натяжения обрабатываемого материала на заданном уровне, вследствие того, что при вычислении момента ограничения используется постоянная величина момента потерь, что приводит к возникновению погрешности при изменении частоты вращения электродвигателя.
Наиболее близким аналогом к заявленному объекту является устройство для управления электроприводом моталки, содержащее электродвигатель, соединенный с датчиком частоты его вращения и через датчик тока - с преобразователем, вход которого соединен с выходом регулятора тока, а его вход - с выходом первого элемента сравнения, инвертрующий вход которого соединен с выходом датчика тока, а неинверитрующий вход - через блок ограничения задания на ток соединен с выходом регулятора скорости, причем вход последнего соединен с выходом второго элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а его неинвертирующий вход - с первым выходом задатчика интенсивности, второй выход которого соединен с первым входом блока вычисления динамической составляющей момента, а вход - с выходом первого сумматора, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания скорости обгона и блока вычисления угловой скорости вращения, первый вход последнего соединен с выходом блока задания на линейную скорость протяжки, а его второй вход - с выходом блока вычисления радиуса заполнения катушки намотки, при этом выход указанного блока соединен через блок вычисления момента инерции со вторым входом блока вычисления динамической составляющей момента и первым входом блока вычисления момента натяжения, а выходы блоков вычисления динамической составляющей момента, момента натяжения и момента потерь соединены со входами второго сумматора, причем первый вход блока вычисления момента потерь соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя. Также вход второго сумматора известного устройства соединен с выходом блока задания момента изгиба. (В.Н. Мещеряков, C.B. Усов. Применение современных тиристорных преобразователей для модернизации электропривода намоточных механизмов в прокатных производствах. Журнал «Электротехнические комплексы и системы управления», 2009, 
4, с. 28-29, рис. 3).
Недостатком известного устройства является низкая точность поддержания величины натяжения обрабатываемого материала на заданном уровне, вследствие того, что при вычислении момента ограничения, который определяет точность регулирования натяжения, используется постоянная величина момента изгиба, что приводит к возникновению погрешности из-за того, что при изменении радиуса заполнения катушки намотки величина момента изгиба также изменяется.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности регулирования натяжения проволоки в процессе изготовления из нее профилированной арматуры с высоким качеством поверхности.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, заключается в повышении точности регулирования угловой скорости вращения электродвигателя за счет коррекции величины момента разгиба обрабатываемой проволоки с учетом радиуса заполнения ею катушки размотки.
Поставленная задача решается тем, что известное устройство для управления электроприводом разматывающего механизма, содержащее электродвигатель, соединенный с датчиком частоты его вращения и через датчик тока - с преобразователем, вход которого соединен с выходом регулятора тока, а его вход - с выходом первого элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика тока, а неинвертирующий вход - через блок ограничения задания на ток соединен с выходом регулятора скорости, причем вход последнего соединен с выходом второго элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а его неинвертирующий вход - с первым выходом задатчика интенсивности, второй выход которого соединен с первым входом блока вычисления динамической составляющей момента, а вход - с выходом первого сумматора, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания скорости обгона и блока вычисления угловой скорости вращения, первый вход последнего соединен с выходом блока задания на линейную скорость протяжки, а его второй вход - с выходом блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки, при этом выход указанного блока соединен через блок вычисления момента инерции со вторым входом блока вычисления динамической составляющей момента и первым входом блока вычисления момента натяжения, а выходы блоков вычисления динамической составляющей момента, момента натяжения и момента потерь соединены со входами второго сумматора, причем первый вход блока вычисления момента потерь соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, согласно изменению, снабжено блоком вычисления момента разгиба, блоком вычисления натяжения, блоком задания диаметра проволоки и датчиком частоты вращения электродвигателя тянущего устройства, причем выход блока задания диаметра проволоки соединен соответственно с первым входом блока вычисления момента разгиба, со вторым входом блока вычисления момента потерь и входом блока вычисления натяжения, а выход последнего соединен со вторым входом блока вычисления момента натяжения, при этом выход датчика частоты вращения электродвигателя соединен с первым входом блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки, второй вход указанного блока соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя тянущего устройства, а его выход соединен со вторым входом блока вычисления момента разгиба, выход которого соединен со входом второго сумматора, а выход указанного сумматора соединен со вторым входом блока ограничения задания на ток.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема устройства для управления электроприводом разматывающего механизма.
Устройство для управления электроприводом разматывающего механизма содержит закоммутированные в схему электродвигатель 1, преобразователь 2, датчик частоты вращения 3 электродвигателя 1, датчик тока 4, регулятор тока 5, первый 6 и второй 7 элементы сравнения, первый 8 и второй 9 сумматоры, блок ограничения задания на ток 10, регулятор скорости 11, задатчик интенсивности 12, блок вычисления угловой скорости вращения 13, блок вычисления момента инерции 14, блок задания скорости обгона 15, блок вычисления динамической составляющей момента 16, блок вычисления момента разгиба 17, блок вычисления момента натяжения 18, блок вычисления момента потерь 19, блок вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20, блок вычисления натяжения 21, блок задания диаметра проволоки 22, блок задания на линейную скорость протяжки 23, датчик частоты вращения 24 электродвигателя тянущего устройства (на рис. не показан).
При этом выход датчика частоты вращения 3 электродвигателя 1 соединен с инвертирующим входом второго элемента сравнения 7, с первым входом блока вычисления момента потерь 19 и с первым входом блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20. Выход датчика тока 4 соединен с инвертирующим входом первого элемента сравнения 6, выход которого соединен со входом регулятора тока 5, а выход последнего соединен со входом преобразователя 2, подключенного через датчик тока 4 к электродвигателю 1, к которому подсоединен датчик частоты вращения 3 электродвигателя 1.
Выход блока задания диаметра 22 проволоки соединен соответственно с первым входом блока вычисления момента разгиба 17, со вторым входом блока вычисления момента потерь 19 и входом блока вычисления натяжения 21, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления момента натяжения 18. Выход датчика частоты вращения 24 электродвигателя тянущего устройства соединен со вторым входом блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20, выход которого соединен со входом блока вычисления момента инерции 14, со вторым входом блока вычисления момента разгиба 17 и первым входом блока вычисления момента натяжения 18, а также со вторым входом блока вычисления частоты вращения 13 электродвигателя 1, выход последнего соединен с первым входом первого сумматора 8, а второй вход указанного сумматора соединен с выходом блока задания скорости обгона 15. Выход блока задания на линейную скорость протяжки 23 соединен с первым входом блока вычисления угловой скорости 13.
Выход первого сумматора 8 соединен со входом задатчика интенсивности 12, первый выход которого соединен с неинвертирующим входом второго элемента сравнения 7, выход которого соединен со входом регулятора скорости 11. Выход регулятора скорости 11 соединен с первым входом блока ограничения задания на ток 10, выход которого соединен с неинвертирующим входом первого элемента сравнения 6. Второй выход задатчика интенсивности 12 соединен с первым входом блока вычисления динамической составляющей момента 16. Второй вход последнего соединен с выходом блока вычисления момента инерции 14.
Выходы блоков вычисления динамической составляющей момента 16, момента разгиба 17, момента натяжения 18, момента потерь 19 соединены со входами второго сумматора 9, выход которого соединен со вторым входом блока ограничения задания на ток 10.
Технологическая линия для производства стальной профилированной арматуры для железобетонных конструкций состоит из последовательно установленных в линию разматывающего механизма, роликового правильного устройства и неприводной клети профилирования (на рис. не показаны). При этом нанесение периодического профиля на проволоку осуществляют в неприводной клети профилирования, из которой готовое изделие вытягивают любым известным тянущим устройством.
Устройство для управления электроприводом разматывающего механизма работает следующим образом.
Предварительно подают трехфазное напряжение питания Un на преобразователь 2, который питает электродвигатель 1. Электродвигатель 1 разматывающего механизма создает электромагнитный момент вращения, под действием которого проволока натягивается между разматывающим механизмом и клетью профилирования (на рис. не показаны).
Сигнал с выхода блока задания диаметра проволоки 22 поступает на вход блока вычисления натяжения 21, где происходит расчет заданной величины натяжения проволоки.
Одновременно сигнал с выхода блока задания диаметра проволоки 22 поступает на второй вход блока вычисления момента потерь 19, на первый вход которого подается сигнал с датчика частоты вращения 3 электродвигателя 1. В указанном блоке 19 происходит вычисление величины момента потерь в функции текущей частоты вращения электродвигателя 1 разматывающего механизма и диаметра обрабатываемой проволоки.
При этом блок вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20 вычисляет текущее значение радиуса заполнения катушки разматывающего механизма исходя из величины сигнала текущей угловой скорости вращения электродвигателя 1 разматывающего механизма, поступающего на первый вход блока 20 с датчика частоты вращения 3 электродвигателя 1 и сигнала текущей угловой скорости вращения электродвигателя тянущего устройства (на рис. не показан), поступающего на второй вход указанного блока 20 с датчика частоты вращения 24 электродвигателя тянущего устройства. Сигнал с выхода блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20 поступает на первый вход блока вычисления момента натяжения 18, на второй вход которого одновременно поступает сигнал с выхода блока вычисления натяжения 21. В указанном блоке 18 осуществляется расчет величины момента натяжения для создания электродвигателем 1 заданного значения натяжения проволоки, предварительно рассчитанного в блоке вычисления натяжения 21.
Одновременно сигнал с выхода блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20 поступает на первый вход блока вычисления момента разгиба 17, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока задания диаметра проволоки 22. В соответствии с указанными входными сигналами в блоке вычисления момента разгиба 17 происходит расчет величины момента разгиба проволоки при выходе ее с разматывающего механизма с учетом диаметра и изменения радиуса заполнения проволокой катушки, в результате чего, точность вычисления величины момента ограничения возрастает из-за предотвращения возникновения погрешности при расчете момента разгиба проволоки с учетом изменения ею радиуса заполнения катушки. Это обеспечивает высокую точность регулирования натяжения проволоки при динамических и статических режимах работы технологической линии по изготовлению стальной профилированной арматуры.
Кроме того, сигнал с выхода блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20 поступает на вход блока вычисления момента инерции 14, где осуществляется расчет величины момента инерции электродвигателя 1 путем сложения переменной и постоянной составляющих момента инерции. При этом переменная составляющая момента инерции зависит от радиуса заполнения катушки проволокой, поэтому коррекция величины момента инерции в зависимости от меняющегося радиуса заполнения катушки размотки позволит повысить точность вычисления динамической составляющей момента. Сигнал с выхода блока вычисления момента инерции 14 поступает на второй вход блока вычисления динамической составляющей момента 16, а на первый вход указанного блока 16 одновременно поступает сигнал со второго выхода задатчика интенсивности 12, пропорциональный ускорению электродвигателя 1. В вышеуказанном блоке 16 происходит расчет динамической составляющей момента, возникающей в динамических режимах при изменении частоты вращения электродвигателя 1.
Сигнал с выхода блока задания на линейную скорость протяжки 23 поступает на первый вход блока вычисления частоты вращения 13 электродвигателя 1, на второй вход которого одновременно поступает сигнал с выхода блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки 20, пропорциональный радиусу заполнения катушки проволокой. В соответствии со входными сигналами блок вычисления частоты вращения 13 вычисляет задание на угловую скорость вращения электродвигателя 1 разматывающего механизма, которое затем с помощью первого сумматора 8 суммируется со скоростью обгона, поступающей с выхода блока задания скорости обгона 15. При этом прибавление скорости обгона к заданной угловой скорости вращения электродвигателя 1, работающего в режиме рабочей скорости технологической линии позволит обеспечить стабильное нахождение блока ограничения задания на ток 10 в состоянии отсечки.
Сигнал с первого сумматора 8 поступает затем на вход задатчика интенсивности 12, где формируется сигнал задания на скорость электродвигателя 1. Указанный сигнал с первого выхода задатчика интенсивности 12 поступает на неинвертирующий вход второго элемента сравнения 7 и одновременно на инвертирующий вход последнего поступает сигнал с выхода датчика частоты вращения 3 электродвигателя 1. В результате этого второй элемент сравнения 7 рассчитывает величину отклонения текущей частоты вращения электродвигателя 1 от заданного значения. Полученное значение отклонения с выхода второго элемента сравнения 7 поступает на вход регулятора скорости 11, ив нем преобразуется в соответствующий этому отклонению сигнал задания на ток, который поступает на первый вход блока ограничения задания на ток 10. В динамических режимах, таких, как разгон технологической линии до рабочей скорости, а также ее торможение, блок ограничения задания на ток 10 находится в рабочем режиме, имея передаточную характеристику пропорционального звена и, тем самым, передавая сигнал с выхода регулятора скорости 11 без каких либо изменений на вход первого элемента сравнения 6. При работе технологической линии на рабочей скорости блок ограничения задания на ток 10 всегда находится в состоянии отсечки, тем самым, передавая сигнал, соответствующий вычисленной величине момента ограничения с выхода второго сумматора 9 на вход первого элемента сравнения 6. Указанный сигнал является сигналом задания на ток электродвигателя 1 и определяет, величину момента, развиваемого электродвигателем 1.
Значения сигналов, полученные в блоках вычисления: динамической составляющей момента 16, момента разгиба 17, момента натяжения 18 и момента потерь 19 поступают с выхода каждого указанного блока на соответствующие им входы второго сумматора 9, где путем суммирования сигналов осуществляется вычисление значения момента ограничения, которое затем поступает на второй вход блока ограничения задания на ток 10. При этом указанный блок 10 обеспечивает поддержание сигнала задания на ток а, следовательно, и на момент вращения электродвигателя 1 на уровне, который определяется значением момента ограничения. А так как заявляемое устройство обеспечивает высокую точность вычисления момента ограничения, то это приводит к повышению точности регулирования момента электродвигателя 1, а, следовательно, к повышению точности регулирования его угловой скорости вращения при изменении радиуса заполнения катушки размотки.
После этого сигнал с выхода блока ограничения задания на ток 10 поступает на неинвертирующий вход первого элемента сравнения 6, на инвертирующий вход которого поступает сигнал обратной связи по току с выхода датчика тока 4. В первом элементе сравнения 6 происходит вычисление отклонения измеренной величины тока электродвигателя 1 от сигнала задания на ток, поступившего с выхода регулятора скорости 11 через блок ограничения задания на ток 10. Полученное значение отклонения поступает на вход регулятора тока 5, где вырабатывается сигнал задания на напряжение питания электродвигателя 1, который поступает на вход преобразователя 2. При этом преобразователь 2 формирует соответствующее этому сигналу напряжение питания электродвигателя 1, которое через датчик тока 4 подается на электродвигатель 1, обеспечивая его вращение со скоростью, соответствующей текущему значению радиуса заполнения обрабатываемой проволокой катушки размотки.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что заявляемое устройство работоспособно и обеспечивает достижение высокой точности регулирования натяжения проволоки в динамических и статических режимах работы технологической линии при производстве стальной профилированной арматуры для железобетонных конструкций с высоким качеством ее поверхности. Кроме того, высокая точность регулирования натяжения проволоки приводит к уменьшению обрывов ее вследствие предотвращения возникновения рывков и провисаний проволоки в процессе обработки.
Устройство для управления электроприводом разматывающего механизма, содержащее электродвигатель, соединенный с датчиком частоты его вращения и через датчик тока - с преобразователем, вход которого соединен с выходом регулятора тока, а его вход - с выходом первого элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика тока, а неинвертирующий вход через блок ограничения задания на ток соединен с выходом регулятора скорости, причем вход последнего соединен с выходом второго элемента сравнения, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, а его неинвертирующий вход - с первым выходом задатчика интенсивности, второй выход которого соединен с первым входом блока вычисления динамической составляющей момента, а вход - с выходом первого сумматора, входы которого соединены соответственно с выходами блока задания скорости обгона и блока вычисления угловой скорости вращения, первый вход последнего соединен с выходом блока задания на линейную скорость протяжки, а его второй вход - с выходом блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки, при этом выход указанного блока соединен через блок вычисления момента инерции со вторым входом блока вычисления динамической составляющей момента и первым входом блока вычисления момента натяжения, а выходы блоков вычисления динамической составляющей момента, момента натяжения и момента потерь соединены со входами второго сумматора, причем первый вход блока вычисления момента потерь соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя, отличающееся тем, что оно снабжено блоком вычисления момента разгиба, блоком вычисления натяжения, блоком задания диаметра проволоки и датчиком частоты вращения электродвигателя тянущего устройства, причем выход блока задания диаметра проволоки соединен соответственно с первым входом блока вычисления момента разгиба, со вторым входом блока вычисления момента потерь и входом блока вычисления натяжения, а выход последнего соединен со вторым входом блока вычисления момента тяжения, при этом выход датчика частоты вращения электродвигателя соединен с первым входом блока вычисления радиуса заполнения катушки размотки, второй вход указанного блока соединен с выходом датчика частоты вращения электродвигателя тянущего устройства, а его выход соединен со вторым входом блока вычисления момента разгиба, выход которого соединен со входом второго сумматора, а выход указанного сумматора соединен со вторым входом блока ограничения задания на ток.
