Разработка системы комплексной автоматизации кабельной линии на базе преобразователей частоты и контроллеров с сетевыми возможностями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Резвин, Сергей Борисович

• Резвин, Сергей Борисович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Резвин, Сергей Борисович

Введение.

Глава 1. Основные типы технологического оборудования, применяемого в кабельном производстве.

1.1. Классификация кабельного оборудования.

1.2. Состав технологических линии.

Глава 2. Анализ типовых задач кабельного производства.

2.1. Типовые задачи кабельной отрасли.

2.2. Варианты решения типовых задач с помощью частотно-регулируемого электропривода.

2.2.1. Регулирование скорости.

2.2.2. Регулирование натяжения.

2.3. Моделирование контура поддержания натяжения.

Глава 3. Концепция комплексной автоматизации процесса производства проводов и кабелей на базе частотно-регулируемого электропривода.

3.1. Адаптированная версия ПЧ «Универсал» для решения задач кабельной отрасли.

3.2. Цифровая промышленная сеть.

3.2.1. Применение промышленной сети для автоматизации кабельной линии.

3.2.2. Обзор существующих промышленных сетей.

3.2.3. CAN-интерфейс.

3.3. Состав и распределение задач среди устройств сетевого окружения.

3.4. Разработка специализированного протокола обмена.

Глава 4. Проектирование экспериментальной перемоточной линии.

4.1. Типовой состав перемоточных линий.

4.2. Статические нагрузки в перемоточных линиях.

4.3. Состав оборудования линии.

4.3.1. Отдающее Устройство.

4.3.2. Тяговое Устройство.

4.3.3. Приемное устройство.

4.4. Система управления перемоточной линии.

4.5. Пульт управления линией на базе ПК.

Глава 5. Экспериментальное исследование созданной перемоточной линии.

5.1. «Ручной» режим.

5.2. «Заправочный» режим.

5.3. Работа линии в режиме «Автомат».

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы комплексной автоматизации кабельной линии на базе преобразователей частоты и контроллеров с сетевыми возможностями»

Современное кабельное производство ориентировано на создание высокопроизводительных автоматических линий с совмещенными технологическими процессами. Например, типичный представитель кабельного технологического оборудования экструзионные линии могут содержать в себе процессы волочения, отжига, изолирования (одно-, двух-, трехслойного), скрутки, нанесения маркирующих знаков с измерением на проход основных параметров изделия - диаметра, эксцентриситета и др.

Кабельные линии стараются выполнить по принципу модульного построения на основе типовых узлов. К таким типовым модулям относятся: приемные и отдающие устройства, технологические узлы, ванны охлаждения, тяговые устройства. Даже такие «консервативные» виды оборудования, как крутильное, изолировочное, бронировочные машины в современном исполнении построены по модульному принципу.

Еще одной особенностью построения кабельных линий является протяженность в пространстве, иногда они достигают сотни метров и включают множество машин, а это приводит к сложностям при электрическом соединении их узлов и визуального контроля за работой линии в целом.

Очевидно, что регулируемый многодвигательный электропривод кабельных линий, работающий в режиме, схожем режиму электрического вала, должен обеспечивать не только согласованное управление модулями в статических и динамических режимах работы, но и обеспечивать согласованную работу с многочисленными датчиками, приборами контроля и управления. Например, качественное управление электроприводом либо экструдера, либо тягового устройства от приборов контроля диаметром изделия позволяет, как экономить изоляционный материал, так и изготавливать более качественную продукцию.

В кабельном машиностроении, как и в других отраслях промышленности, наблюдается резкий спрос на регулируемый электропривод на базе преобразователей частоты (ПЧ) - асинхронный двигатель (АД). Технико-экономические показатели системы ПЧ-АД не уступают системе тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока (ТП-Д), при этом удобство в эксплуатации и надежность вызывает повышенный интерес у потребителя. Следует отметить, что ПЧ, как правило, имеют сетевую поддержку и позволят строить на своей базе распределенные цифровые системы управления (СУ), позволяющие реализовывать алгоритмы группового и согласованного управления оборудованием, мониторинг параметров линии, системы протоколирования и диагностирования аварийных ситуаций и предотвращения дальнейшего их развития, подключение цифровых технологических датчиков, что исключительно важно при решении задач комплексной автоматизации протяженных кабельных линий.

В настоящее время на многих отечественных заводах используются высокоавтоматизированные кабельные технологические линии, электропривод которых - частотно-регулируемый. К сожалению, в большинстве своем они импортного производства и весьма дорогие, с соответствующими проблемами при эксплуатации и обслуживании. Для большинства промышленных предприятий они просто не доступны.

Изложенное, позволяет утверждать, что разработка системы комплексной автоматизации кабельных линий на базе отечественных преобразователей частоты и контроллеров с сетевыми возможностями является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является создание модульной, гибкой системы комплексной автоматизации кабельной линии на базе специализированных ПЧ и контроллеров с сетевыми возможностями отечественного производства, обеспечивающих групповое и согласованное управление электроприводами линии и вспомогательным оборудованием, реализацию системы протоколирования и наблюдения технологических параметров, удобный интерфейс оператора.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были решены следующие задачи:

1. Анализ типовых задач кабельного машиностроения и разработка вариантов их решения на базе частотно-регулируемого электропривода.

2. Адаптация функций стандартного преобразователя частоты «Универсал» для решения типовых задач кабельной отрасли.

3. Разработка концепции комплексной автоматизации кабельных линий на базе специализированных ПЧ и контроллеров с сетевыми возможностями.

4. Проектирование экспериментальной перемоточной линии. Создание алгоритмов и программного обеспечения контроллера линии, визуализации и управления линией на базе персонального компьютера (ПК). Синтез контура поддержания натяжения, системы согласованного управления оборудованием линии и раннего предупреждения аварий.

Техническая реализация и экспериментальные исследования разработанной САУ на базе экспериментальной перемоточной линии.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Резвин, Сергей Борисович

Выводы по главе:

1. Реализованная система управления линии в соответствии-с предложенной концепцией автоматизации работоспособна и удовлетворяет техническому заданию.

2Пчонтуры поддержания натяжения провода ОУ и ПУ обеспечивают сход и прием кабельного изделия с требуемым натяжением.

3. ПЧ тягового устройства обеспечивает плавный разгон линии до установившегося значения линейной скорости.

4. Контроллер обеспечивает работу линии в трех режимах и реализует автоматизированный процесс перемотки провода с автоматическим остановом по факту достижения требуемой величины метража.

5. Система автоматической идентификации аварийных ситуаций обеспечивает автоматический останов линии, не нарушая целостности перематываемого изделия.

6. ПК с программой «Монитор» позволяет осуществлять оперативный контроль основных параметров линии и реализовывать управление ПЧ линии, в том числе и групповое.

Заключеиис

1. Проанализированы типовые задачи кабельной отрасли. Предложены варианты их решения, на базе частотно-регулируемого электропривода.

2. Разработано специализированное алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющее адаптировать стандартный ПЧ «Универсал» под задачи кабельного машиностроения.

3. Предложена структура многоуровневой системы автоматизации кабельной линии со специализированными ПЧ, интеллектуальными платами ввода / вывода и интеллектуальными датчиками, а также DSP - контроллером, обеспечивающим управлением линией в реальном времени, в том числе согласованную работу всех интеллектуальных модулей.

4. Разработана и изготовлена экспериментальная перемоточная линия. Создано комплектное программное обеспечение отдельных приводов и линии в целом. Реализованы алгоритмы работы в режимах «Автомат», «Заправочный» и «Ручной». На базе ПК с CAN адаптером реализован пульт оперативного управления с отображением основных параметров линии. Разработан механизм автоматической идентификации аварийных ситуаций и предотвращения их дальнейшего развития.

5. Проведены экспериментальные исследования созданной перемоточной линии доказавшие правильность предложенных алгоритмов управления и перспективность использования частотно-регулируемого электропривода в кабельной отрасли.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Резвин, Сергей Борисович, 2005 год

1. Белорусов Н.И., Лакерник P.M., Ларина Э.Т. и др. Производство кабелей и проводов. М.: Энергоиздат, 1981. - 632 с.

2. Луценко Г.И., Квасников С.А., Ульянов Г.Н., Шляхтер Г.Н. Гибкое автоматизированное производство городских телефонных кабелей // Международная конференция: Сбор. докл. Интерэлектро. 1987. - С.310-330

3. Рябинин Д.Д., Лукач Ю.Е. Червячные машины для переработки пластических масс и резиновых смесей. — М.: Издательство «Машиностроение», 1965.-363 с.

4. Пешков И.Б. Обмоточные провода. М.: Энергоатомиздат, 1983 - 352 с.

5. Куранов И.В., Шепелев И.М., Куранов А.И. Автоматизация кабельного и резинотехнического оборудования. М.: Издательство «Машиностроение», 1965.-372 с.

6. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

7. Ильинский Н.Ф. Основы теории, исследование и разработка электроприводов по системе источник тока двигатель: Автореф. дис. докт. техн. наук. - М., 1978. - 38 с.

8. Сарач Б.М. Разработка электроприводов с параметрическими источниками тока для транспортирующих устройств установок кабельного производства: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1985. - 20 с.

9. Саватеева И.С. Разработка многодвигательных электроприводов кабельных агрегатов с электрическим согласованием скоростей: Автореф. дис. канд. техн. наук. — М., 1986. 20 с.

10. Резвин Б.М. Исследование режимов и разработка электроприводов по системе источник тока двигатель: Канд. дисс. - М., 1979. - 196 с.

11. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода. М.: Издательство МЭИ, 2003. - 224 с.

12. Чуев П.В. Разработка систем векторного управления асинхронными приводами на базе специализированных сигнальных микроконтроллеров: Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2002. - 20 с.

13. Гусев С.А. Краткий экскурс в историю промышленных сетей // Современные Технологии Автоматизации. 2000. - №4. - С.78-84

14. Кругляк К.В. Промышленные сети: цели и средства // Современные Технологии Автоматизации. — 2002. №4. - С.6-17

15. Козаченко В.Ф. Метод реализации дискретных автоматов // Электричество. 2003. - №8. - С.56-67

16. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 544 с.

17. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. -928 с.

18. Иоргачев Д.В., Бондаренко О.В., Дащенко А.Ф., Усов А.В. Волоконно-оптические кабели. Одесса: «Астропринт», 2000. 315 с.

19. Анучин А.С., Козаченко В.Ф. Архитектура и программирование DSP-микроконтроллеров TMS320x24xx для управления двигателями в среде Code Composer. М.: Издательство МЭИ, 2003. 96 с.

20. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. Чебоксары, Изд-во Чувашского ун-та, 1998. - 172 с.

21. TMS320F243/F241/C242 DSP Controllers. Reference Guide. System and Peripherals. Texas Instruments, 2002. - 383 c. (spru276c)

22. Understanding the CAN Controller on the TMS320C24x DSP Controller. Application Report. Texas Instruments, 1998. - 78 c. (spra500)

23. CAN Specification 2.0, Part B. Can In Automation, 1999. - 38 c.

24. CAN Specification. Version 2.0. Robert Bosch, 1991. - 72 c.

25. Comparing CAN, Ethernet, and RS-485 for Motor Control Applications. -Texas Instruments, 2004. 38 c. (sprpl08)