Разработка и исследование системы управления насосной установкой
Автор: Гаврилов Дмитрий Петрович, Барабанов Виктор Геннадьевич
Рубрика: Расчет и конструирование
Статья в выпуске: 2 т.17, 2017 года.
Бесплатный доступ
Современный электропривод представляет собой совокупность электродвигателя, силового преобразователя и устройства управления. Асинхронный электропривод часто применяется в промышленности в составе насосов, вентиляторов и компрессоров. Плавное регулирование подачи насосов в соответствии с текущим давлением в системе водоснабжения является актуальной задачей систем автоматического управления насосными установками (НУ). Частотное регулирование позволяет управлять насосом за счет изменения частоты вращения электродвигателей насосов с помощью преобразователей частоты (ПЧ). ПЧ является одним из современных технических средств автоматизации промышленного электропривода и экономии электроэнергии. В разрабатываемой системе регулирование подачи воды осуществляется по показателям датчика давления. Сигнал от датчика давления сравнивается с сигналом задания. При рассогласовании между этими сигналами ПИД-регулятор задает частоту вращения крыльчатки насоса. Таким образом, при отсутствии потребителей давление в магистрали будет расти, пока сигнал с датчика давления не поступит на вход ПИД-регулятора, который снизит частоту вращения насоса, и тем самым уменьшится подача воды и энергопотребление двигателя. Для данной системы автоматического управления была разработана математическая модель. Она была исследована с помощью пакета Simulink приложения MATLAB. Цель исследования - это работа НУ в критических режимах, а также проверка правильности синтеза регулятора и анализ переходных процессов в системе управления. Результаты исследования являются основой для написания программы управления. Алгоритм работы насосной установки разработан таким образом, чтобы обеспечить плавное и точное регулирование давления в гидравлической сети. Для программной реализации данного алгоритма был использован программный пакет CoDeSys для программируемых логических контроллеров (ПЛК) ОВЕН. Применение ПЛК и разработанной программы значительно расширяют возможности рассматриваемой установки. Данная система рекомендована для использования на насосных станциях водоснабжения. Она позволит улучшить выходные характеристики для потребителя, повысить надежность сети водоснабжения, уменьшить износ насосного оборудования и сократит расходы на потребляемую электроэнергию.
Насосная установка, преобразователь частоты, автоматизированный электропривод, программа управления, пид-регулятор, программируемый логический контроллер (плк)
Короткий адрес: https://sciup.org/147151745
IDR: 147151745 | УДК: 658.52.011.56:519.17 | DOI: 10.14529/engin170202
Development and study of control systems pumping unit
Modern is a collection of electric motor, the power converter and control unit. Asynchronous electric commonly used in industry as part of drive pumps, fans, compressors and other mechanisms for which it is important to maintain the engine speed. Infinitely adjustable feed pump in accordance with the current pressure in the water system is an urgent task of automatic control systems of pumping units. Frequency control allows you to control the pump by changing the speed using frequency converters (FC) of electric pumps. FC is one of the modern means of industrial automation and electric power saving. The developed system of water flow regulation is carried out by pressure gauges. The signal from the pressure sensor is compared with the reference signal. In case of inconsistency between these signals PID controller sets the pump impeller speed. Thus, consumers in the absence of line pressure will rise until the signal from the pressure sensor input is not received at a PID controller. That will reduce the pump speed and thus reduce the water flow and engine power. For this automatic control system mathematical model was developed. She was examined by a package SIMULINK MATLAB applications. The purpose of research is to work well, in critical conditions, as well as validation and synthesis of control analysis of transients in the control system. The results of the study are the basis for writing the control program. The algorithm of the pumping unit is designed to provide smooth and accurate regulation of the pressure in the hydraulic network. For the software implementation of this algorithm was used the software package CoDeSys for programmable logic controllers (PLC) OWEN. Application of PLC and developed programs greatly enhance the possibility of installation in question. This system is recommended for use at pumping stations of water supply. It will improve the output characteristics for the consumer, improve the reliability of water supply, to reduce wear of pumping equipment and reduce the cost of consumed electricity.
Список литературы Разработка и исследование системы управления насосной установкой
- Попович, Н.Г. Теория электропривода/Н.Г. Попович, Н.Г. Борисюк. -Казань: Высш. шк., 2003. -494 с.
- Красильников, А.М. Применение автоматизированных насосных установок с каскадным управлением в системах водоснабжения/А.М. Красильников//Строит. инжиниринг. -2005. -№ 12. -С. 69-77.
- Коренькова, Т.В. Исследование системы ПЧ-АД-Насос-Гидросеть/Т.В. Коренькова, Д.А. Михайличенко//Вестн. Кременчугского гос. политехн. ун-та. -2003. -Т. 33, вып. 19. -С. 377.
- Ильинский, Н.Ф. Электропривод: энерго-и ресурсосбережение: учеб. пособие/Н.Ф. Ильинский, В.В. Москаленко. -М.: Издат. центр «Академия», 2008. -553 с.
- Барабанов, В.Г. Использование программного комплекса CoDeSys для разработки системы автоматического управления насосной установкой с применением преобразователя частоты/В.Г. Барабанов, Д.П. Гаврилов//Известия ВолгГТУ. Сер. «Прогрессивные технологии в машиностроении». -Волгоград, 2016. -№ 8 (187). -C. 103-105.
- Combinative Control Method of Centrifugal Pump Based on Variable Frequency Drive and Auto Back Flow Control Valve/W.G. Zhang, W.D. Yang, F.X. Dou, L.J. Wang//Petrochemical Equipment. -2016. -Vol. 45. -№ 6. -P. 73-76 DOI: 10.3969/j.issn.1000-7466.2016.06.016
- Ke, L. Modeling and Simulation of Variable Frequency Pump Control Fatigue Test Machine/L. Ke, Y.C. Liu//International Journal of Engineering, Transactions A: Basics. -2016. -Vol. 29. -№ 1. -P. 92-102 DOI: 10.5829/idosi.ije.2016.29.01a.13
- Gong, Q.H. The Design and Implementation of Fuzzy Control Algorithm for Frequency Conversion System of Pump/Q.H. Gong//Advanced Materials Research. International Conference on Mechatronics and Intelligent Materials, Lijiang. -2014. -Vol. 971-973. -P. 785-788. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.971-973.785
- The Research of Energy-saving in Air Conditioning Water Cooling System by Frequency Conversion Pump and Constant Pressure Control/H.J. Wang, F. Wang, Y.Y. Huang, L. Zhang//Applied Mechanics and Materials. 2nd International Conference on Mechanics and Control Engineering, Beijing. -2014. -Vol. 446-447. -P. 1207-1210. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.446-447.1207
- Zhou, D. Application Research on Frequency Conversion Technology on the Pump Control in Chemical Works/D. Zhou, F. Zeng//Advanced Materials Research. International Conference on Materials and Products Manufacturing Technology, Chengdu. -2011. -Vol. 338. -P. 748-753 DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.338.748
- Лезнов, Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках/Б.С. Лезнов. -М.: Энергоатомиздат, 2006. -433 с.
- Петров, Д.Н. Регулируемый привод в насосных установках/Д.Н. Петров, Ю.В. Сербин//Силовая электроника. -2005. -№ 4. -С. 27-30.
- Петров, Д.Н. Применение современных преобразователей частоты/Д.Н. Петров, Ю.В. Сербин//Силовая электроника. -2005. -№ 1. -С. 8-11.
- Копырин, В.Г. Автоматизация насосной станции с применением частотно-регулируемого электропривода/В.Г. Копырин, Е.В. Бородацкий//Силовая электроника. -2006. -№ 7. -С. 33-35.
- Wei, H. Variable Structure Robust Design for Variable Frequency Pump-control-motor Speed Governing System/H. Wei, P. Li, H. Jia//Nongye Jixie Xuebao/Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery. -2009. -Vol. 40. -№ 10. -P. 188-192.
- Xiuhe, L. Section Variable Frequency Speed Regulation Control Applied in Pump Energy Saving/L. Xiuhe//International Conference on Computer, Mechatronics, Control and Electronic Engineering, Changchun. -2010. -Vol. 3. -№ 610276. -P. 431-434 DOI: 10.1109/CMCE.2010.5610276
- Yang, S. Intelligent Control Technology for Frequency Conversion Pump in Air Conditioning Systems/S. Yang, Q. Ren//Advances in Intelligent Systems and Computing. -2013. -Vol. 180 AISC. -pp. 665-669 DOI: 10.1007/978-3-642-31656-2_9
- Захаренков, А.В. Использование частотного управления для двигателей вентиляторов и насосов в системах автоматического контроля для конегерационных заводских котлов/А.В. Захаренков, Е.В. Бородацкий//Русский электрический инжиниринг. -2005. -№ 8. -С. 54-58.
- Kозаченко, В.Ф. Микропроцессорная система контроля для преобразователей частоты для используемых на заводах асинхронных электрических двигателях насосов и вентиляторов/В.Ф. Козаченко, В.П. Миколаенко, А.Л. Кудряшов//Электротехника. -2005. -№ 7. -С. 29-33.
- Оксененко, А.Ю. Анализ частотных свойств гидравлических насосов клапанного типа с фазным управлением/А.Ю. Оксененко, А.И. Зерняк, З.Ю. Лур//Рус. инженер. исследования. -1993. -№ 4. -С. 7-13.
- Tianyi, Z.Online Optimization Control Method Based on Extreme Value Analysis for Parallel Variable Frequency Hydraulic Pumps in Central Air Conditioning Systems/Z. Tianyi, Z. Jili, M. Liangdong//Building and Environment. -2012. -Vol. 47. -№ 1. -P. 330-338 DOI: 10.1016/j.buildenv.2011.07.00
- Tan, Z.J.Robust Controller Design for Variable Frequency Pump-control Steering Hydraulic System of Hybrid Wheel Loader/Z.J. Tan, J.H. Han, J. Yao//Sichuan Daxue Xuebao (Gongcheng Kexue Ban)/Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition). -2013. -Vol. 45. -№ 1. -P. 177-182.
