Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию РФ

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Системы управления электроприводов

Тема: Проектирование системы управления электроприводом компрессорной установки блока гидроочистки дизельных фракций ЛЧ-24/2000

Выполнил: студент гр. ЭРЭМ-12

Кондаков Д.Ю.

Руководитель проекта: доцент Вершинин В.И.

Санкт-Петербург

2013

Аннотация

В курсовой работе по дисциплине «Системы управления электроприводами» выполнен синтез системы скалярного частотного управления электропривода компрессорной установки ЦК-201, построена принципиальная схема системы управления, рассчитаны параметры настроек регуляторов системы управления. Исследованы динамические процессы в электроприводе при пуске, торможении.

Пояснительная записка содержит 17 страниц машинописного текста, включает 6 рисунков, список используемой литературы.

The Summary

In course work on discipline “ Control Systems of electric drives ” the synthesis of system of management of the electric drive of the сompressor-201 is made, the basic circuit of a control system is constructed, the parameters of adjustments of regulators of a control system are designed. The dynamic processes in the electric drive are investigated at start-up, braking.

The explanatory slip contains 17 pages of the typewritten text, includes 6 figures, list of the used literature.

Содержание

• Введение

1. Техническое задание на ЭП компрессорной установки ЦК-201

• 2. Особенности построения электропривода для компрессорной установки
• 3. Расчёт параметров аналоговых регуляторов
• 4. Математическое моделирование электропривода компрессорной установки с частотным управлением
• 5. Результаты моделирования
• 6. Выводы по результатам моделирования
• 7. Пример реализации программы на микроконтроллере

Список используемой литературы

Введение

Комплексная механизация и автоматизация технологических процессов, автоматизированные системы управления на базе вычислительных машин являются важной частью технического прогресса. Современное нефтегазовое предприятие представляет собой сложный взаимосвязанный комплекс различных производственных механизмов, функционирование которых невозможно без применения современных систем управления электроприводом. Применение новых систем электропривода позволяет увеличить производительность машин и механизмов нефтегазового производства, снизить капитальные и эксплуатационные затраты, увеличить надежность и эффективность производственных процессов.

Все более широкое применение в промышленности получают автоматизированные системы управления электроприводом с использованием достижений электроники, преобразовательной и микропроцессорной техники.

Данный проект посвящен разработке системы управления электроприводом компрессорной установки с помощью системы частотного регулирования, на преобразовании частоты питающего напряжения двигателя, которая обеспечивает автоматическое и ручное управление работой в нормальном и аварийном режимах, защиту электропривода, автоматическое задание скорости вращения двигателя в каждый момент времени, поддержание заданной скорости с заданной точностью, а также сигнализировать диспетчеру о нарушениях в работе привода и о срабатывании блокировок.

1. Техническое задание на ЭП компрессорной установки ЦК-201

управление электропривод компрессорный

Назначение и область применения

Агрегат состоит из турбокомпрессора, редуктора, электродвигателя и вспомогательного оборудования. Турбокомпрессор - центробежный, типа 5К81А-39, барельного исполнения с разъемным корпусом, установленным в сосуде.

Редуктор - цилиндрического типа с шевронным зацеплением. С ротором турбокомпрессора он соединен с помощью зубчатой муфты.

Турбокомпрессор приводится от асинхронного электродвигателя типа 32 V 225-04Н мощностью 2200 кВт, 1490 об/мин. Электродвигатель соединен с редуктором при помощи жесткой муфты.

Турбокомпрессор, редуктор и электродвигатель расположены на отдельных фундаментных плитах. Вспомогательное оборудование представляет собой систему смазки всего агрегата, уплотнения компрессора, регенерацию масла.

Турбокомпрессор ЦК-201 предназначен для циркуляции водородосодержащего газа по системе гидроочистки.

Технические характеристики

Турбкомпрессор:

Напряжение питания - 6000В, 50Гц.

Привод регулируемый, нереверсивный.

Диапазон регулирования - D = 1:3.

Двигатель:

Асинхронный двигатель серии 32V225-04HW



Вес ТК - 6093 кг

Вес ротора - 271кг

Вес ЭД - 11000 кг

Пусковые величины - IП=5.5 IN

MП=0.5 MN

Условия эксплуатации - длит. ход при отклонении U=+-5%

Температура окр. среды +5 …-400С

относит. влажность - не более 80%

Двигатель во взрывозащищенном исполнении со степенью защиты IP44

Требования к САУ

Статическая точность ………………………………………….……5 %

Динамическая точность ….………………….……………………….10 %

Требования по автоматизации

Посты управления - главный пост управления должен быть на самой установке.

Электропривод должен снабжаться системой блокировочных устройств, отключающих двигатель блока установки или запрещающих его включение при нарушении нормальных режимов работы оборудования.

Электропривод должен снабжаться защитными устройствами, отключающими питание электродвигателя при исчезновении тока в любой фазе, при коротких замыканиях и недопустимой перегрузке.

Электропривод должен снабжаться системой сигнализации, выводящей информацию о неисправностях или повреждениях оборудования блока установки на устройство индикации информации у обслуживающего персонала, а также указывающие на готовность к работе в различных режимах.

Посты управления должны находиться в операторной и непосредственно у шкафа управления двигателем.

Требования к надежности

Коэффициент готовности - 0,97

Вероятность безотказной работы - 0,97.

Гарантийный срок эксплуатации с начала эксплуатации - 18000ч.

Средний непрерывный срок эксплуатации - 24ч.

Среднее время между капитальными ремонтами - 16000 часов.

Количество включений в год - 2400

Гарантии изготовителя

Срок хранения - 3.5 года.

Гарантийный срок службы - 2.5 года.

Назначенный срок службы - 10 лет.

Минимальное время между капитальными ремонтами - 2 года.

2. Особенности построения электропривода для компрессорной установки

Электропривод должен обладать высоким пусковым моментом, необходимым для преодоления статических усилий при пуске и создания динамического момента, обеспечивающего требуемое ускорение.

Величина момента статических сопротивлений при пуске является квадратичной зависимостью момента от скорости

Учитывая, что характеристика трубопровода может меняться в процессе работы, момент нагрузки также может меняться случайным образом.

Так как привод компрессорной установки строится на основе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, то необходимо ограничить пусковые токи за счет плавного регулирования частоты и питающего напряжения при пуске.

Характеристики турбокомпрессора и общие сведения

Турбокомпрессорный агрегат ЦК-201 состоит собственно из компрессора, приводного электродвигателя, редуктора, блока системы смазки и уплотнения, вспомогательного оборудования, системы защит, регулирования и управления компрессоров.

Характеристики электродвигателя

Асинхронные двигатели получили в промышленности весьма широкое применение благодаря ряду существенных преимуществ по сравнению с другими типами двигателей. Асинхронный двигатель прост и надежен в эксплуатации, так как не имеет коллектора; асинхронные двигатели дешевле и значительно легче двигателей постоянного тока.



В исследуемой компрессорной установке используется асинхронный двигатель серии 32V225-04HW

Номинальная мощность = 2200 кВт,

Номинальное напряжение = 6000 В,

Частота питающего напряжения = 50 Гц,

Параметры структурной схемы для реализации её в Mathlab(приведенные ниже параметры рассчитаны в программе “param”):

Номинальная мощность - Рном = 2200 кВт

Синхронная частота вращения - щс = 157 рад/с

(nc = 1500 об/мин)

Число пар полюсов - рп = 2

Номинальное скольжение - Sном = 0,0053

Критическое скольжение - Sк = 0,04

Номинальная частота вращения - щном = 156,17 рад/с

(nном = 1492 об/мин)

Номинальное линейное напряжение - Uл ном = 6000 В

Номинальный фазный ток - Iф ном = 239А

Номинальная частота питающей сети - fном = 50 Гц

Номинальный КПД - зном = 0,962

Номинальный коэффициент мощности - cos цном = 0,92

Номинальный момент - Мном = 14100 Нм

Кратность максимального (критического) момента - mк = 1.8

Кратность пускового момента - mп = 0.5

Кратность пускового тока - iп = 5.5

Момент инерции ротора двигателя - Jад = 19.4 кг м2

Обмоточные данные двигателя:

Активное сопротивление статора - Rs = 0.43 Ом

Приведенное к статору активное сопротивление ротора - Rґr = 0,36 Ом

Взаимная индуктивность статора и ротора - Lm = 0.2338 Гн

Индуктивное сопротивление статора - Ls = 0.2348 Гн

Приведенное к статору индуктивное сопротивление ротора - Lґr = 0.2354 Гн

Коэффициент рассеяния двигателя - у = 0,01

Параметры динамической модели двигателя:

Электромагнитная постоянная времени статорной цепи - Тs = 0,546 с

Электромагнитная постоянная времени роторной цепи - Тr = 0,564 с

Ток статора при холостом ходе - Is xx = 50 A

Номинальное потокосцепление статора двигателя - Шs ном = 15 Вб

3. Расчёт параметров аналоговых регуляторов

Согласно структурной схеме имеется два регулятора: П- и ПИ-регуляторы. Параметры регуляторов определяются по следующим формулам:

Передаточная функция П- и ПИ-регулятора в общем виде:

где k - параметр регулятора или пропорциональный коэффициент ( П-регулятор - это по сути пропорциональное звено).

kрт = 1,217 Трт = 0,9116 с, kрт· Трт = 1,11 с.

4. Математическое моделирование электропривода компрессорной установки с частотным управлением

Уравнения, описывающие асинхронный двигатель в координатах , выглядят следующим образом:

Преобразовав их можно получить:

,

,

,

,

Мэ = 3/2*Lmp(IrIs - IrIs)

Модель системы управления электроприводом насосной установки содержит следующие блоки: задатчик интенсивности, преобразователь частоты, регуляторы скорости и тока статора двигателя, модель компрессорной нагрузки.



Рис.1. Структурная схема системы автоматического управления

Рис.2. Структурная схема асинхронного двигателя в среде Matlab



Рис. 3 . компрессорная нагрузка в среде Matlab

Рис.4.Структурная схема идеализированного преобразователя частоты в среде Matlab

5. Результаты моделирования

В результате моделирования были получены следующие графики

Полученные переходные процессы затухают, что свидетельствует о правильности проведённого расчёта. Определяем показатели качества:



Рис.5.Переходные процессы в системе автоматического управления приводом компрессорной установки.

Установившееся отклонение дУСТ = 0%. так как в системе присутствует интегральное звено(ПИ-регулятор тока статора), следовательно, система астатична;

Время регулирования ТРЕГ = 26 с.;

Перерегулирование

;

Показатель колебательности ш = 1;

Степень затухания ;

6. Выводы по результатам моделирования

Как из графиков видно, что предлагаемая САУ обеспечивает необходимое качество переходных процессов. Значения настраиваемых параметров САУ выбраны верно.

Показатели качества разработанной САУ не хуже, чем соответствующие показатели существующей системы.

Программа для контроллера

Согласно заданию, для функциональной реализации алгоритма управления пуском привода на микроконтроллере S7-200 разработана управляющая программа с помощью прикладной программы STEP7-Micro/WinSP1 V3.1. Микроконтроллер, встроенный в систему управления, по программе осуществляет: проверку блокировок, пуск привода с заданной интенсивностью разгона и торможения, останов.

К контроллеру подключена кнопка «ПУСК» (вход I0.0), кнопка «СТОП» (вход I0.1), контакты блокировок (входы I0.2 - I0.5).

При нажатии кнопки ПУСК ячейка памяти М0.0 устанавливается в единичное состояние, при этом запускается таймер Т37. сигнал с таймера появляется через 1 сек. и опрашивает контакты блокировок. Если все условия выполняются, то подается напряжение на преобразователь частоты. Сигнал с таймера Т38 появится через 2 сек. и происходит запуск двигателя.

7. Пример реализации программы на микроконтроллере

Рис.6. Программа для микроконтроллера

Список используемой литературы

1. Дьяконов В.А., Круглов В.М., «Математические пакеты расширения MATLAB». Специальный справочник. - СПб. Издательство “Питер”. 2001.

2. «Системы управления электроприводов». Учебник для вузов. Под редакцией Терехова В.М., 2005.

3. Чиликин М.Г., Сандлер А.С., «Общий курс электропривода». Учебник для вузов . - 6е изд., доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981.

4. Курс лекций под руководством Рудакова В.В (4 к, 2 сем)

Размещено на Allbest.ru