Устройство управления электродвигателями натяжных станций

Устройство управления электродвигателями натяжных станций относится к области управления и регулирования процессами, и может быть использована на агрегатах непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, например, агрегатах непрерывного горячего цинкования и агрегатах полимерных покрытий. Устройство содержит модули управления ведомыми электроприводами, осуществляющие поддержание заданного момента и модуль управления ведущим электроприводом, осуществляющим поддержание заданной скорости линии агрегата. Модуль управления ведущим электроприводом содержит блок алгебраического суммирования, на первый вход которого подается сигнал задания скорости линии агрегата, на второй вход поступает сигнал обратной связи от датчика скорости, установленного на валу электродвигателя, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости. Выход регулятора скорости является выходом модуля управления ведущим электроприводом, сигнал с этого выхода подается на управляемый преобразователь электроэнергии, который воздействует на момент электродвигателя, обеспечивая поддержание заданной скорости линии агрегата. Модули управления ведомыми электроприводами идентичны и содержат блок алгебраического суммирования, на первый вход которого подается сигнал задания скорости линии агрегата, на второй вход поступает сигнал обратной связи от датчика скорости, установленного на валу электродвигателя. Выход блока алгебраического суммирования соединен с входом регулятора скорости, сигнал с выхода модуля управления ведомым электроприводом подается на управляемый преобразователь электроэнергии, который воздействует на момент электродвигателя, обеспечивая поддержание заданного натяжения в полосе. Для равномерной загрузки электродвигателей натяжных станций и улучшения динамических показателей электропривода в модуль управления ведомым электроприводом введен дополнительный блок суммирования.

Первый вход дополнительного блока суммирования соединен с выходом пропорционального регулятора скорости, на второй вход подан сигнал с интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости модуля управления ведущим электроприводом. Выход дополнительного блока суммирования является выходом модуля управления ведомым электроприводом.

Полезная модель относится к области управления и регулирования процессами, и может быть использована на агрегатах непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, например, агрегатах непрерывного горячего цинкования и агрегатах полимерных покрытий.

Известны устройства для управления электродвигателями натяжных станций, которые предназначены для создания необходимого натяжения на секции и транспортировки полосы. В этих устройствах реализован принцип косвенного регулирования натяжения полосы в межсекционном промежутке в технологических линиях, посредством регулирования момента одних электродвигателей и скорости других электродвигателей натяжных станций. Данные устройства объединяет общее функциональное назначение и наличие идентичных функциональных блоков, из которых можно выделить основные: пропорционально-интегральный регулятор скорости, блок ограничения момента, блок компенсации динамического момента, блоки алгебраического суммирования. Использование этих устройств позволяет контролировать натяжение полосы при неактивном регуляторе скорости за счет регулирования составляющей момента электродвигателя, пропорциональной натяжению. Величина данной составляющей задается в качестве уставки блока ограничения. Для компенсации отклонения натяжения в переходных режимах используется блок компенсации динамического момента. Однако при наличии в технологических линиях механизмов с упругими элементами, например, накопителя полосы с относительно низким значением модуля упругости, например, тросов, соединяющих намоточный барабан и подвижную тележку накопителя, в переходных режимах при изменении скорости подвижной тележки накопителя, имеют место колебания скорости тележки, что приводит к нежелательным колебаниям натяжения полосы. Возможна неравномерная загрузка электродвигателей натяжных станций по току, что ведет к неравномерному износу двигателей. ("Автоматизированный многодвигательный электропривод постоянного тока" / Г.М.Иванов, Г.М.Левин, В.М.Хуторецкий. Под. ред. Г.М.Иванова. - М., Энергия, 1978. 160 с., ил. стр.6-13, 57-64; "Автоматизированный электропривод в народном хозяйстве" (Труды V Всероссийской конференции по автоматизированному электроприводу). Под общей ред. М.Г.Чиликина, И.И.Петрова, М.М.Соколова, т.IV. Электропривод в химической, бумажной и легкой промышленности и в сельском хозяйстве. - М., Энергия, 1971. стр.31-34; "Тиристорные электроприводы прокатных станов" / В.М.Перельмутер, Ю.Н.Брауде, Д.Я.Перчик, В.М.Книгин. - М., Металлургия, 1978. 152 с., ил. стр.105-109; патент РФ 81108).

Недостаток известных устройств состоит в том, что при устранении нежелательных колебаний натяжения полосы возможна неравномерная загрузка электродвигателей натяжных станций по току, что ведет к неравномерному их износу.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является, выбранное в качестве прототипа, устройство управления электродвигателями натяжных станций, содержащее модули управления ведомыми электропривода, которые осуществляют поддержание заданного момента и модуль управления ведущим электроприводом, который осуществляет поддержание скорости линии агрегата. Модуль управления ведущим электроприводом содержит блок алгебраического суммирования, на первый вход которого подается сигнал задания скорости линии агрегата, на второй вход поступает сигнал обратной связи от датчика скорости, установленного на валу электродвигателя, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости; выход которого является выходом модуля управления ведущего электропривода, сигнал с этого выхода подается на управляемый преобразователь электроэнергии, который воздействует на момент электродвигателя, обеспечивая поддержание заданной скорости линии агрегата. Модули управления ведомыми электроприводами идентичны и в дальнейшем представлено описание одного модуля. Модуль управления ведомым электроприводом содержит блок алгебраического суммирования, на первый вход которого подается сигнал задания скорости линии агрегата, на второй вход поступает сигнал обратной связи от датчика скорости, установленного на валу электродвигателя, на третий вход подается сигнал с устройства формирования сигнала обгона; выход блока алгебраического суммирования подключен к входу задания пропорционально-интегрального регулятора скорости выход, которого подключен к первому входу блока ограничения, на второй и третий входы блока ограничения поданы сигналы заданного максимального и заданного минимального моментов ведомого электропривода; выход блока ограничения является выходом модуля управления ведомым электроприводом, сигнал с этого выхода подается на управляемый преобразователь электроэнергии, который воздействует на момент электродвигателя, обеспечивая поддержание заданного натяжения в полосе. (Иванов Г.М., Иванов А.Г. Электропривод в химической и целлюлозно-бумажной отраслях промышленности: Монография - М.: МГИУ, 2008. 480 с., ил., стр.359-370, 376-378.).

При применении данного устройства к натяжным станциям в модулях управления ведомых электроприводов, которые осуществляют регулирование момента, пропорционально-интегральный регулятор скорости переведен в неактивное (насыщенное) состояние за счет введения в канал задания скорости дополнительного сигнала на «обгон» равный 8% от текущего задания на скорость. При этом регулирование момента производится за счет изменения уставки заданного момента блока ограничения. У ставка заданного момента включает в себя статическую составляющую, пропорциональную натяжению, силам трения, моменту изгиба и динамическую составляющую, пропорциональную ускорению электропривода. Каждый раз при изменении сортамента металла перечисленные составляющие момента для каждого из электроприводов необходимо пересчитывать в зависимости от ширины, толщины полосы и требуемого натяжения.

Недостаток известного устройства состоит в том, что при изменении сортамента металла необходимо выполнить точный расчет статических и динамических составляющих момента, т.е. обеспечить пересчет уставки заданного момента, для модулей ведомых электроприводов натяжных станций. При неточном расчете уставки заданного момента возможна неравномерная загрузка ведомых электроприводов, а также 100%-я загрузка ведущего электропривода натяжной станции в динамических режимах, что не позволит обеспечить необходимый темп разгона (замедления) линии, т.е. ухудшит динамические показатели технологического процесса.

Технической задачей полезной модели является равномерная загрузка электродвигателей натяжных станций и улучшение динамических показателей электропривода для обеспечения технологического процесса при смене сортамента металла.

Техническая задача решается тем, что в устройстве управления электродвигателями натяжных станций агрегата непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, содержащем модули управления ведомыми электроприводами, каждый из которых содержит блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в каждом модуле управления ведомым электроприводом на первый вход блока алгебраического суммирования подается сигнал задания скорости линии агрегата, второй вход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости, выход пропорционально-интегрального регулятора скорости соединен с управляемым преобразователем электроэнергии, и модуль управления ведущим электроприводом, содержащий блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в модуле управления ведущим электроприводом в первый вход блока алгебраического суммирования подается сигнал задания скорости линии агрегата, второй вход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости, первый выход пропорционально-интегрального регулятора скорости является выходом модуля управления ведущим электроприводом и соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии, а второй выход пропорционально-интегрального регулятора скорости соединен с модулями управления ведомыми электроприводами, в отличие от ближайшего аналога каждый модуль управления ведомым электроприводом снабжен дополнительным блоком суммирования, выход которого является выходом модуля управления ведомым электроприводом, при этом первый вход дополнительного блока суммирования соединен с выходом пропорционального регулятора скорости, а второй вход дополнительного блока суммирования соединен с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости модуля управления ведущим электроприводом.

На фиг.1 изображена структура устройства с элементами кинематической схемы электроприводов натяжных станций, принятых в качестве механизмов, ответственных за поддержание заданного натяжения и скорости полосы в линии агрегата.

Предлагаемое устройство управления электродвигателями 1, 2, 3, 4 натяжных станций 5, 6 содержит модули управления ведомыми электроприводами 7, 8, 9, которые осуществляют поддержание заданного момента и модуль управления ведущим электроприводом 10, который осуществляет поддержание заданной скорости линии агрегата. Модуль управления 10 содержит блок алгебраического суммирования 11, на первый вход которого подается сигнал задания скорости линии агрегата, на второй вход поступает сигнал обратной связи от датчика скорости 12, установленного на валу электродвигателя 4, выход блока 11 соединен с входом пропорционально - интегрального регулятора скорости 13; первый выход которого является выходом модуля управления 10, сигнал с этого выхода подается на управляемый преобразователь электроэнергии 14, который воздействует на момент электродвигателя 4, обеспечивая поддержание заданной скорости линии агрегата; второй выход регулятора скорости 13 подключен к модулям управления ведомыми электроприводами 7, 8, 9. Модули управления 7, 8, 9 идентичны и в дальнейшем представлено описание одного модуля. Модуль управления 9 содержит блок алгебраического суммирования 15, на первый вход которого подается сигнал задания скорости линии агрегата, на второй вход поступает сигнал обратной связи отдатчика скорости 16, установленного на валу электродвигателя 3, выход блока 15 соединен с входом пропорционально регулятора скорости 17; выход которого подключен к первому входу дополнительного блока суммирования 18, на второй вход которого подан сигнал с интегральной части пропорционально-интегрального регулятора скорости 13 модуля управления 10, выход дополнительного блока суммирования 18 является выходом модуля управления 9, сигнал с этого выхода подается на управляемый преобразователь электроэнергии 19, который воздействует на момент электродвигателя 3, обеспечивая поддержание заданного натяжения в полосе.

Предлагаемое устройство управления электродвигателями 1, 2, 3, 4 натяжных станций 5, 6 с модулями управления ведомыми электропривода 7, 8, 9, осуществляющими поддержание заданного момента и модулем управления ведущим электроприводом 10, осуществляющим поддержание заданной скорости линии агрегата работает следующим образом. На первый и второй входы блока алгебраического суммирования 11 поступают сигналы задания скорости _зад линии агрегата и сигнал обратной связи _двиг от датчика скорости 12, установленного на валу электродвигателя 4. На выходе блока 11 формируется сигнал ошибки , представляющий собой сумму положительного сигнала задания скорости со зад линии агрегата и отрицательного сигнала обратной связи _двиг от датчика скорости. Сигнал ошибки поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора скорости 13. При наличии отклонения фактической скорости вращения электродвигателя _двиг от заданной скорости со зад регулятор скорости 13 формирует два сигнала, первый содержит сумму пропорциональной и интегральной части М_пи, второй - интегральную часть М_и. Первый сигнал М_пи подается на управляемый преобразователь электроэнергии 14, который регулируя момент электродвигателя 4, обеспечивает поддержание заданной скорости линии агрегата. Второй сигнал М_и подается на модули управления 7, 8, 9. На первый и второй входы блока алгебраического суммирования 15, поступают сигналы задания скорости со зад линии агрегата и сигнал обратной связи _двиг от датчика скорости 16, установленного на валу электродвигателя 3. На выходе блока 15 формируется сигнал ошибки , представляющий собой сумму положительного сигнала задания скорости _зад линии агрегата и отрицательного сигнала обратной связи _двиг от датчика скорости. Сигнал ошибки поступает на вход пропорционально регулятора скорости 17. При наличии отклонения фактической скорости вращения электродвигателя _двиг от заданной скорости со зад регулятор скорости 17 формирует сигнал М_п, который поступает на первый вход дополнительного блока суммирования 18, на второй вход блока 18 поступает сигнал Ми с интегральной часть пропорционально-интегрального регулятора скорости 13. На выходе блока 18 формируется суммарный сигнал (М_п+М_и), который подается на управляемый преобразователь электроэнергии 19, преобразователь регулирует момент электродвигателя 3 и обеспечивает поддержание заданного натяжения в полосе.

Благодаря применению в данном устройстве в модуле управления ведомым электроприводом 9 (7, 8) пропорционального регулятора скорости 17, который в рабочем режиме электродвигателя 3 (1, 2) находится в активном состоянии, и благодаря дополнительному блоку суммирования 18, на второй вход которого подан сигнал с интегральной часть пропорционально-интегрального регулятора скорости 13 модуля управления ведущим электроприводом 10 создается дополнительный канал регулирования момента в функции отклонения действительной скорости вращения электродвигателя 3 (1, 2) от заданной, что позволяет равномерно загрузить электродвигатели натяжных станций и значительно улучшить динамические показатели технологического процесса при смене сортамента металла. В предлагаемом устройстве управления электродвигателями 1, 2, 3, 4 распределение нагрузок между натяжными станциями 5, 6 происходит автоматически, при смене сортамента металла моменты ведомых и ведущего электродвигателей меняются таким образом, чтобы обеспечить требуемое натяжение в полосе при заданной скорости линии агрегата.

Устройство управления электродвигателями натяжных станций агрегата непрерывного нанесения покрытий на металлическую полосу, содержащее модули управления ведомыми электроприводами, каждый из которых содержит блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в каждом модуле управления ведомым электроприводом на первый вход блока алгебраического суммирования подается сигнал задания скорости линии агрегата, второй вход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости, выход пропорционально-интегрального регулятора скорости соединен с управляемым преобразователем электроэнергии, и модуль управления ведущим электроприводом, содержащий блок алгебраического суммирования, датчик скорости, установленный на валу электродвигателя, пропорционально-интегральный регулятор скорости, и управляемый преобразователь электроэнергии, при этом в модуле управления ведущим электроприводом в первый вход блока алгебраического суммирования подается сигнал задания скорости линии агрегата, второй вход блока алгебраического суммирования соединен с датчиком скорости, выход блока алгебраического суммирования соединен с входом пропорционально-интегрального регулятора скорости, первый выход пропорционально-интегрального регулятора скорости является выходом модуля управления ведущим электроприводом и соединен с входом управляемого преобразователя электроэнергии, а второй выход пропорционально-интегрального регулятора скорости соединен с модулями управления ведомыми электроприводами, отличающееся тем, что каждый модуль управления ведомым электроприводом снабжен дополнительным блоком суммирования, выход которого является выходом модуля управления ведомым электроприводом, при этом первый вход дополнительного блока суммирования соединен с выходом пропорционального регулятора скорости, а второй вход дополнительного блока суммирования соединен с интегральной частью пропорционально-интегрального регулятора скорости модуля управления ведущим электроприводом.