ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ КОКОНОМОТАЛЬНОГО АВТОМАТА С РЕГУЛИРУЕМОМ АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены функциональные схемы управления машин и агрегатов шелкомотального производства с регулируемыми электроприводами, разработанных с учетом специфики их построения и режимов работы, естественной вариацией параметров системы, действий характерных внешних возмущений, а также взаимосвязи электромеханических и технологических факторов. Описаны принцип действия и экспериментальные характеристики системы управления технологическим режимом кокономотального автомата с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом. Система предназначена для управления мотальным механизмом автомата и согласования растрясочной машины с кокономотальным автоматом, оснащенным контрольными аппаратами с датчиками массы коконов, при этом контроль и регулирование линейной плотности нити шелка-сырца в данных автоматах осуществляется по весу коконов в розе.

ABSTRACT

The article presents functional control schemes of silk-winding machines and aggregates with adjustable electric drives, developed taking into account the specifics of their construction and operating modes, natural variation of system parameters, actions of characteristic external disturbances, as well as the relationship of electromechanical and technological factors. The principle of operation and experimental characteristics of the control system for the technological mode of operation of a cocoon winding machine with a frequency-controlled asynchronous electric drive are described. The system is designed to control the winding mechanism of the machine and coordinate the shaking machine with a cocoon winding machine equipped with control devices with cocoon mass sensors, while the control and regulation of the linear density of the raw silk thread in these machines is carried out by the weight of cocoons in the rose of the raw silk thread in these machines is carried out by the weight of cocoons in the rose.

Ключевые слова: шелкомотания, частотно-регулируемый электропривод, преобразователь частоты, асинхронный двигатель, функциональная схема, система управления технологическим режимом кокономотального автомата, управления мотальным механизмом автомата, контрольные аппараты с датчиками веса коконов, контроль и регулирование линейной плотности нити шелка-сырца

Keywords: silk-winding, frequency-controlled electric drive, frequency converter, asynchronous motor, functional diagram, control system of technological mode of cocoon-winder, control of automatic winding mechanism, control devices with cocoons weight sensors, control and regulation of linear density of raw silk thread

Для системы машин шелкомотания нового поколения в настоящее время разработана система управления технологическим режимом (СУТР) кокономотального автомата c частотно-регулируемым асинхронным электроприводом [6]. СУТР предназначен для управления мотальным механизмом автомата, а также для согласования растрясочной машины с кокономотальным автоматом, оснащенным контрольными аппаратами с датчиками массы коконов (т.е. контроль и регулирование линейной плотности нити шелка-сырца в данных КМА осуществляется по весу коконов в розе).

Работа СУТР основана на принципе автоматического регулирования скорости вращения двигателя мотального механизма в зависимости от количества включений контрольных датчиков массы коконов при изменении ее в сторону уменьшения. При увеличении количества срабатываний питателей (что соответствует уменьшении веса коконов в розе, полной размотке коконов; подброску из растрясочной машины бесконцовых коконов; обрыв нити в процессе размотки, связанной с плохой подготовкой коконов) относительно заданного, т.е. оптимального для данного качества сырья, режима работы и т.д., скорость вращения двигателя должна уменьшаться. При уменьшении количества срабатываний – увеличиваться. Оптимальным заданным значением количества срабатываний в общем случае будет считаться такое значение, при которой обеспечивается наибольшая производительность без ухудшения качества нити шелка-сырца.

Зависимость между количеством срабатываний питателей i и скоростью размотки n_р коконов (или скорости вращения мотовила w) устанавливается посредством одного из важных показателей качества вырабатываемого шелка-сырца – длины непрерывно разматывающейся нити l_нр:

l_нр = n k v_р / i,                                                                 (1)

где n – число контролируемых питателей; k = 0,90...0,95 – к.п.д. питателя.

Закон регулирования СУТР выбран пропорциональной и выражается формулой:

U_у = к₁ U_з + (-к₂ U_i) + (-к₃ U_ос),                                                 (2)

где U_у – управляющий аналоговый сигнал, поступающий на вход регулируемого привода; U_з – аналоговый сигнал задания: U_i – аналоговая инфоpмация, соответствующая количеству срабатываний контрольных датчиков; U_ос – сигнал обратной связи, пропорциональный скорости вращения двигателя; к₁, к₂, к₃ – коэффициенты масштабирования (пропорциональности).

В СУТР, для формирования информации о состоянии контрольных датчиков используются информационные датчики массы (датчики Холла), устанавливаемые на контрольных весовых датчиках совместно с механизмамы включения питателей. Электропитание питателей осуществляется по группам через электромеханический коммутатор (ЭМК). 400 питателей автомата разбиты на двадцать групп по 20 в каждой. Аналогичным образом соединяются и информационные датчики массы. Разработанная система, работает в двух режимах: автоматическом, в котором скорость вращения двигателя мотальных механизмов регулируется в зависимости от информации с контрольных датчиков; ручном, в котором скорость вращения двигателя устанавливается вручную с панели управления, в соответствии с требованиями технологического режима. Режим «Ручной» обеспечивает продолжение технологического режима в случае выхода системы из строя.

Функциональная схема СУТР с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом мотального механизма КМА приведена на рис.5. При включении питания все счетчики и регистры СУТР приводятся в исходное состояние. Работа СУТР начинается с момента начала электропитания первой группы питателей. В этот момент на первой шине электропитания появляется напряжение, которое воздействует через входные согласователи ВхС на регистр групп РГр. РГр устанавливается в первое состояние и при этом воздействует на блок управления БУ.

Одновременно коммутатор групп КГр подает питание на первую группу информационных датчиков. БУ отсчитывает интервал времени 0,4 с, после чего запускает счетчик питателей СчП и выдает импульсы на его продвижение. СчП последовательно передвигается с первой по двадцатую позицию, воздействуя при этом на входной коммутатор ВхК. ВхК в свою очередь, последовательно, через ВхС опрашивает информационные датчики массы питателей первой группы. При этом, если датчик включен, на вход регистра информации РгИ с выхода ВхК выдается импульс. Таким образом, в РгИ записывается число, равное числу включенных датчиков в группе.

Рисунок 5. Функциональная схема системы управления технологических режимов (СУТР) кокономотального автомата (КМА) с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом (АЭП) мотальных механизмов (ММ КМА)

После опроса всех датчиков в группе, СчП приходит в исходное состояние и останавливается. Опрос первой группы закончен. Аналогично осуществляется опрос второй и третьей группы питателей. При этом КГр запитывает соответствующую группу информационных датчиков. По истечении пятидесятого цикла опроса, счетчик циклов СчЦ возвращается на первую позицию и выдает два сдвинутых по времени сигнала. По первому сигналу информация, содержащаяся в РгИ, переписывается в регистр информации выходной РгВх, где будет храниться на время последующих пятидесяти циклов опроса. По второму сигналу приводится в исходное состояние РгИ. После чего СУТР готово к приему новой информации.

Информация, содержащаяся в РгИВ, поступает в цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, где преобразовывается в соответствующее постоянное напряжение – сигнал U_и в формуле (2). Данный аналоговый сигнал через узел предварительного задания скорости УЗС подается на вход блока суммирования и масштабирования БСМ. Сюда же поступают сигналы от задатчика U_з и от цепи обратной связи U_ос, пропорциональной скорости вращения. По закону, определяемому выражением (2) СМ формирует управляющий сигнал U_у.

В автоматическом режиме U_у. подается на вход системы управления СУ преобразователя частоты ПЧ асинхронного регулируемого электропривода для управления скорости вращения двигателя АД мотальных механизмов. В ручном режиме работы СУТР, U_з подается непосредственно на вход СУ. Частота вращения двигателя становится в зависимости только от сигнала задания U_з. Сигнал U_i не анализируется, но может быть использовано для визуального контроля технологического режима КМА.

Экспериментальное исследование системы управления технологическим пpоцессом кокономотания с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом пpоведены на кокономотальном автомате FY-2000. Цель исследований – выявление на сколько чутко система улавливает инфоpмацию поступающую от питателей на изменение веса коконов в розе и в зависимости от этого устанавливает оптимальную скорость pазмотки коконов.

Эксперименты выполнены в двух ваpиантах. В пеpвом ваpианте СУТР pаботала в автоматическом pежиме с изменением числа обоpотов вала двигателя в зависимости от уменьшения или увеличения частоты сpабатываний питателей. Изменения значений величин скорости вpащения вала двигателя и частоты сpабатываний питателей, синхpонно фиксиpовали в течении 30,0 минут через каждую минуту (pис.6) и через 2,5 минуты или через один цикл (pис.7).

Рисунок 6. Характеристика взаимодействия СУТР с АЭП КМА при фиксации данных через каждую минуту

Пpи построении кривых на этих рисунках по полученным значениям величин оказалось, что частота срабатывания питателей сдвигается на величину D по отношению к скорости вращения двигателя.

Рисунок 7. Характеристика взаимодействия СУТР с АЭП КМА при фиксации данных через каждую 2,5 минут (или через один цикл)

Из кривых изменения скорости вpащения вала двигателя в зависимости от частоты сpабатываний питателей видно, что пpи уменьшении частоты сpабатываний питателей т.е. когда веса коконов в розе увеличивается, система автоматически увеличивает скорости вpащения вала двигателя, и наоборот. При изменении частоты срабатываний питателей от 80 до 140 скорость вращения вала двигателя синхронно изменялось от 260,0 до 220,0 об×мин^-1 .

Во втором варианте эксперимента скорость вращения двигателя устанавливалась вpучную тумблеpом “задание”, и оставалась неизменной необходимое вpемя. Кpоме того, в этом экспеpименте проверялось pеакция системы управления на изменение технологических условий в pучном pежиме pаботы.

Таким образом установлено, что системы управления технологическим режимом кокономотального автомата с регулируемым асинхронным электроприводом достаточно чувствительно улавливает инфоpмацию поступающую от питателей и может опеpативно и гибко pегулиpовать скоpость pазмотки коконов в зависимости от непpеpывно pазматывающейся длины коконной нити. Предложенные рациональные структуры управления оборудованиями шелкомотального производства средствами регулируемого электропривода, с учетом видов и способов воздействия на технологический процесс, обеспечивает решение специфической задачи по дальнейшему развитию техники и технологии шелкомотания, и её основного энергосилового оборудования – автоматизированного электропривода и их средств.

Список литературы:

1. Арипов Н.М. Автоматизация технологических процессов шелкомотания с применением регулируемых электроприводов. Ташкент. 2000. 72с.
2. Хашимов А.А., Арипов Н.М. Частотно – регулируемый асинхронный электропривод шелкомотания. Ташкент. 2000. 92с.
3. Шелкосырье и кокономотание / Э.Б. Рубинов, М.М. Мухамедов, Л.Х. Осипова, И.З. Бурнашев. М. 1986. 312с.
4. Мухамедов М. М. Проблемы рационального использования коконного сырья. / М.: Легпромиздат, 1990. с 137.
5. Хашимов А.А., Арипов Н.М. Исследование частотно-регулируемого асинхронного электропривода с реализацией способа управления по модулю тока статора двигателя / Электротехника. 2002. №1. с.14-19.
6. Арипов Н.М., Усмонов Ш Ю. Разработка энергосберегающего частотно-регулируемого асинхронного электропривода с вентиляторной нагрузкой / Электрика, 2011. №8. с. 26-28
7. Арипов Н.М., Усмонов Ш Ю., Кучкарова Д.Т. Основные технические требование по диапазону и точности регулирования скорости перемотки шелка-сырца с применением интелектуального электропривода / Вестник “Проблемы энергетики”, Казанский государственный энергетический университет. 2021. № 1, с. 218-225
8. Арипов Н.М., Усмонов Ш Ю., Кучкарова Д.Т. Влияние изменения скоростных режимов переработки полуфабриката на энергоемкость шелкомотания / “Текстильный журнал Узбекистана” Ташкент, 2021. №2
9. Арипов Н.М., Усмонов Ш Ю., Кучкарова Д.Т. Определение максимально допустимого значения и диапазона регулирования скорости в процессе перемотки шелка-сырца с применением интеллектуального электропривода. / Проблемы Информатики и энергетики. Ташкент. 2020. №2, с. 59-65.
10. Арипов Н.М. Схемы управления с регулируемыми электроприводами для машин и агрегатов шелкомотания / Вестник ТашГТУ, Ташкент. 2003. №2.
11. Арипов Н.М. Системы автоматического контроля и управления технологическом режимом работы кокономотального автомата с регулируемым асинхронным электроприводом / Научно-технический журнал ФерПИ. 2004. №1