Белов М. П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов — 3-е изд., испр. — М. : 2007. — 576 с.

Белов М. П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов — 3-е изд., испр. — М. : 2007. — 576 с.

Пароль к архиву:bamper.info
Прямая ссылка:Скачать

Изложены блочно-модульные принципы построения унифицированных систем автоматизированных электроприводов с программируемыми микроконтроллерами. Рассмотрены принципы построения систем управления механизмами, агрегатами и комплексами на базе автоматизированных электроприводов и компьютерных средств автоматизации. Приведены примеры построения компьютерных систем управления многодвигательными электроприводами машин и агрегатов типовых групп технологического и транспортного оборудования, а также автоматизированных технологических комплексов базовых отраслей промышленности.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Может быть полезен широкому кругу инженерно-технических работников, занятых разработкой, проектированием и эксплуатацией систем автоматизации.
 
Введение
Анализ мирового опыта создания нового и модернизации действующего технологического оборудования показывает высокую динамику развития регулируемых электроприводов, компьютерных средств автоматизации, использования информационных средств. Она обусловлена стремлением к максимальному повышению производительности технологического оборудования и качества производимой продукции. Все ведущие электротехнические корпорации выпускают регулируемые электроприводы комплектно с компьютерными средствами автоматизации в виде гибко программируемых систем, предназначенных для широкого использования. Окупаемость средств, вложенных в такие системы, является наиболее быстрой. Кроме применения регулируемые электроприводы совместно с технологическими устройствами используются в качестве средств регулирования технологических переменных — уровня, давления, влажности, температуры, дозирования, производительности и др.
Можно выделить следующие общие тенденции развития электроприводов, имеющие устойчивый характер:
постоянно расширяющееся применение регулируемых электроприводов в промышленном оборудовании, транспорте, авиационной и космической технике, медицине, бытовой технике для достижения новых качественных результатов в технологии;
замена нерегулируемых электроприводов регулируемыми в энергоемком оборудовании (насосы, компрессоры, вентиляторы и др.) с целью энергосбережения;
распространение блочно-модульных принципов построения электроприводов, информационных средств, средств управления и систем управления в целом;
динамичная компьютеризация электроприводов, механизмов, агрегатов и комплексов и новая идеология проектирования систем;
дальнейшее развитие методов каскадного (подчиненного) управления, получивших широкое распространение в электроприводах и органично применимых к управлению технологическими переменными и интегральными показателями качества обработки, переработки и производства вещества;
активное развитие и внедрение систем диагностирования, обслуживания, визуализации технологических процессов и процессов управления.
Под электроприводом понимается «электромеханическая система, состоящая в общем случае из взаимодействующих преобразователей электроэнергии, электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса» [7].
Регулируемые электроприводы, как правило, являются и автоматизированными; многие операции в них выполняются средствами управления без участия оператора. Принимая во внимание, что основными средствами управления в электроприводах являются программируемые микроконтроллеры и (или) промышленные компьютеры, уместно определять современный автоматизированный электропривод как компьютеризированный. Это определение подходит для интегрированных систем многодвигательных электроприводов, объединяемых с компьютерными средствами автоматизации и разветвленными информационными сетями в составе технологических агрегатов и комплексов.
При исследовании вариантов электроприводов используют различные способы их классификации. В качестве классификационных признаков, например, используют: виды движения электродвигателей (вращательный, поступательный, линейный, многокоординатный); способ соединения двигателя с исполнительным органом (редукторный, безредукторный, конструктивно-интегрированный); регулируемость (нерегулируемый, многоскоростной, регулируемый); число электродвигателей (одно-, многодвигательный); число исполнительных органов (индивидуальный, групповой); степень автоматизации (ручной, полуавтоматический, следящий, позиционный, программный, стабилизирующий) [2]. Наиболее общая классификация электроприводов с соответствующими терминами и определениями для каждой классификационной градации дана в работе [7]. Классификационными признаками являются: функциональное назначение, принцип преобразования электрической энергии в механическую, структура электропривода, техническая реализация.
С учетом отмеченных ранее тенденций развития автоматизированных электроприводов ведущие электротехнические корпорации мира осуществляют разработку и продажу электроприводов главной для себя и перспективной для рынка серии с широкими функциональными и структурными возможностями, различными вариантами их технической реализации по условиям применения для
самых разнообразных машин и механизмов. В главных сериях электроприводов разных корпораций можно отметить много аналогичных признаков. Классификационными являются потребительские признаки, характеризующие функциональные, конструктивные и энергосберегающие возможности электроприводов, их электромагнитную совместимость с технологической средой.
Автоматизация современных технологических объектов сопровождается применением большого числа электромеханических систем, с помощью которых решаются задачи повышения качества продукции и эффективности технологического оборудования. Во многих случаях автоматические системы управления электроприводами следует рассматривать как взаимосвязанные системы, так как в состав технологического оборудования могут входить десятки электроприводов, объединенных по цепям управления, питания и нагрузки. Стремление к электросбережению в результате замены нерегулируемых электроприводов регулируемыми приводит к необходимости рассматривать взаимосвязи электромеханических систем по цепям нагрузки в объектах, для которых ранее такие задачи не ставились. Следует отметить и взаимосвязь выходных переменных электромеханических систем при формировании технологических показателей обрабатываемых изделий, характеризующих их качество. Эта взаимосвязь осуществляется через систему функциональных устройств технологического объекта.
Развязка, или декомпозиция систем наиболее эффективно выполняется не только средствами и алгоритмами управления, но и использованием параметров и свойств электрических, механических и функциональных компонентов автоматизированных технологических комплексов, т.е. тех компонентов, которые традиционно относятся к объектам управления и при проектировании систем считаются неизменными. Это важно учитывать при проектировании новых объектов и модернизации действующих.
Современные компьютеризированные электроприводы оснащаются большой библиотекой программных средств, с помощью которых можно решать многие функциональные задачи управления технологическим оборудованием разного производственного назначения. Эти средства распространяются на нижний (управление локальным оборудованием) и средний (координированное управление оборудованием) уровни управления и ориентированы на связь с верхним (административным) уровнем.
Под типовым технологическим оборудованием (машинами и комплексами) понимают такое оборудование, которое имеет существенные и особые функциональные признаки в технологическом процессе. Типизация технологических комплексов возможна только применительно к процессу производства конкретного изделия и носит всегда отраслевой характер. Типизация же машин и механиз-
мов производится в соответствии с функциональными особенностями выполнения ими части технологического процесса и не имеет отраслевой направленности. Имеется много машин и механизмов, выполняющих одинаковые или аналогичные операции в технологических процессах разных отраслей промышленности. Такие машины и механизмы можно объединить в типовые функциональные группы, например резательного, подъемно-транспортного и другого оборудования.
Классификация машин и механизмов по выполняемым ими функциям в технологическом процессе приведена ниже (см. п. 4.1).
Определим основные общетехнические понятия, используемые в учебнике.
Рабочая машина — устройство, выполняющее механические движения с целью преобразования материала (вещества). Рабочие машины разделяются на технологические, преобразующие форму, свойства, положение материала (обрабатываемого вещества), и транспортные, преобразующие положение материала (перемещаемого вещества).
Понятие рабочей машины является одним из частных случаев понятия машины. К другим относятся следующие понятия:
энергетическая машина — устройство, преобразующее любой вид энергии в механическую и наоборот (электродвигатели, электрогенераторы и др.);
информационная машина — устройство, преобразующее информацию (шифровальные машины, ЭВМ и др.); утрачивает значение в настоящее время.
Рабочая машина включает в себя несколько (систему) механизмов.
Механизм — система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других твердых тел. Обычно в механизме имеется входное звено, приходящее в движение от воздействия двигателя (в частности электродвигателя) и выходное звено, соединенное с исполнительным органом рабочей машины. Если в преобразовании движения участвуют жидкие или газообразные тела, то механизм называется гидравлическим или пневматическим.
Исполнительный орган рабочей машины — часть рабочей машины, непосредственно осуществляющая преобразование формы, свойства, положения материала в технологическом процессе.
Технологический агрегат — устройство, объединяющее технологическую машину, которая выполняет механические движения с целью преобразования формы, свойства и положения материала, с устройствами, обеспечивающими тепловые, химические и другие (не механические) воздействия на материал в процессе производства продукции. Такое объединение или присоединение называется агрегатированием. В частном случае под агрегатом по-
нимают объединение двигателя с насосом (насосный агрегат) или двигателя с компрессором (компрессорный агрегат) и др.
Технологический комплекс — совокупность рабочих машин и технологических агрегатов, составляющих одно целое при выполнении технологического процесса. Примерами технологических комплексов являются прокатный стан, бумагоделательная машина, кордная линия, представляющие собой систему машин и технологических агрегатов для осуществления соответственно прокатки металла, изготовления бумаги в рулонах, корда для покрышек.
Технологический процесс ~ совокупность последовательных действий и методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.
Производство — процесс создания материальных благ.
Исторически сложилось так, что отдельные механизмы, выполняющие в производстве операции перемещения, подъема (транспортеры, подъемники, манипуляторы, кантователи и др.) стали называть производственными механизмами. К ним относят и простые рабочие машины, содержащие два—четыре механизма (краны, лифты, экскаваторы и др.)
Совершенствование простых рабочих машин в ходе технического прогресса превращало их в простые технологические комплексы, но термин машина сохранился. Например, бумаго- или картоно-дела-тельными машинами называют простые машины и крупные комплексы, содержащие большое число технологических агрегатов.
В учебнике понятие производственного механизма относится только к одному механизму, выполняющему производственную функцию, а крупные машины рассматриваются как технологические комплексы. Механизмы, машины, агрегаты и комплексы называются часто общим термином промышленные установки или промышленное оборудование (технологическое и транспортное оборудование). Используется также понятие электроустановки.
Электроустановками называют совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии.
Многие машины, агрегаты и механизмы имеют специфичное название с учетом отраслевого применения. Например, намоточные устройства в металлургии называются моталками, а в целлюлозно-бумажной промышленности — накатами. Технологические функции этих устройств одинаковы.
При сохранении сложившейся терминологии основные акценты в книге делаются на функциональные особенности оборудования в технологическом процессе и функции управления приводами, механизмами, агрегатами и комплексами.
 
Оглавление
Предисловие ....3
Введение ..........6
Глава 1. Принципы построения и структура автоматизированных технологических комплексов с системами
многодвигательных электроприводов ...........11
1.1. Типовая структура автоматизированных технологических комплексов .....................11
1.2. Технические средства комплексов ..............16
1.2.1. Нерегулируемые и регулируемые электроприводы..........16
1.2.2. Программируемые контроллеры и промышленные компьютеры ..........30
1.2.3. Контрольно-измерительные средства 33
1.2.4. Коммутационная и защитная аппаратура.........................43
1.3. Энергетические сети .....50
1.3.1. Источники и сети электроснабжения систем электроприводов ...50
1.3.2. Резервирование электропитания ........57
1.3.3. Показатели качества электроэнергии .59
1.3.4. Энергосбережение средствами электропривода...............60
1.3.5. Применение правил устройства электроустановок к электроприводам ..............................65
1.4. Информационные сети .74
1.4.1. Структура сетей .....74
1.4.2. Сетевые средства ...78
1.5. Режимы работы технологического оборудования и электроприводов ........80
1.6. Алгоритмы управления электроприводами, механизмами, агрегатами и комплексами .86
1.6.1. Математические модели и структура систем управления ............86
1.6.2. Каскадное (подчиненное) и модальное управление.......96
1.6.3. Декомпозиция взаимосвязанных систем...........................98
1.6.4. Управление с использованием нечетной логики...........103
Глава 2. Типовые автоматизированные электроприводы.......................107
2.1. Унифицированные системы электроприводов (комплектные электроприводы) ................107
2.2. Блочно-модульные принципы комплектования автоматизированных электроприводов .....109
2.2.1. Электроприводы переменного тока ..109
2.2.2. Электроприводы постоянного тока ..117
2.3. Средства управления и программирования электроприводов ..........120
2.4. Настройка и диагностирование параметров автоматизированных электроприводов ..... 130
2.5. Сетевые средства систем управления электроприводами......138
Глава 3. Управления движением механизмов с использованием типовых технических средств .....................143
3.1. Свойства и конструкция основных узлов систем управления движением механизмов...........................143
3.2. Особенности передаточных механизмов, используемых в системах управления движением исполнительных
органов .........................146
3.3. Динамические модели механизмов .......... 162
3.4. Динамические модели направляющих и опор механизмов ......163
3.5. Информационные преобразователи скоростей и перемещений механизмов ......................164
3.6. Типовые режимы управления механизмами...........................172
3.6.1. Стабилизация, слежение, позиционирование...............172
3.6.2. Программное управление ..................178
3.6.3. Синхронизация скоростей и положений........................180
3.6.4. Управление нагрузкой электроприводов........................186
3.6.5. Технологические функции управления механизмами .......192
3.7. Механотронные модули в системах управления движением ....................193
3.8. Расчет и выбор автоматизированных электроприводов механизмов ..................198
Глава 4. Электроприводы и системы управления типовым, технологическим и транспортным оборудованием...................204
4.1. Типовые группы оборудования технологических комплексов ...................204
4.2. Системы управления оборудованием .......207
4.2.1. Координированное управление механизмами в составе технологического агрегата 207
4.2.2. Средства управления агрегатами ......209
4.2.3. Программное обеспечение средств управления.............213
4.3. Состав и свойства систем управления оборудованием, предназначенным для физической и химической переработки вещества ........216
4.3.1. Характеристика оборудования и электроприводов ............................216
4.3.2. Управление вентиляторным, насосным и компрессорным оборудованием ...227
4.3.3. Управление мельничным и дробильным оборудованием ..239
4.3.4. Управление смесителями, центрифугами и сепараторами ...243
4.4. Состав и свойства систем управления металло-, дерево- и камнеобрабатывающими станками .......246
4.4.1. Характеристика станков и электроприводов..................246
4.4.2. Системы числового программного управления металлообрабатывающими станками.............................257
4.4.3. Управляющие технологические программы...................260
4.4.4. Системы стабилизации скорости, усилия, мощности и температуры резания, а также упругих деформаций, возникающих в зоне резания..................264
4.4.5. Влияние погрешностей следящих электроприводов на качество металлообработки .........271
4.5. Состав и свойства систем управления прокатным, кузнечным, прессовым и штамповочным оборудованием.... 277
4.5.1. Характеристика оборудования и электроприводов........277
4.5.2. Система управления клетью прокатного стана..............282
4.5.3. Управление кузнечно-прессовыми машинами...............294
4.6. Состав и свойства систем управления резательным оборудованием .............296
4.6.1. Характеристика оборудования и электроприводов........296
4.6.2. Система управления ножницами с катящимся резом ...................302
4.6.3. Система управления летучими ножницами....................304
4.6.4. Система управления барабанными ножницами для поперечного резания картона ...307
4.7. Состав и свойства систем управления горнодобывающим и нефтегазовым оборудованием ................313
4.7.1. Характеристика машин для подземных и наземных разработок и их электроприводов ....313
4.7.2. Системы управления экскаваторами типа «прямая лопата» и драглайн .............319
4.7.3. Системы управления буровыми станками......................327
4.8. Состав и свойства систем управления оборудованием, предназначенным для транспортирования и обработки гибких материалов .......339
4.8.1. Характеристика оборудования и электроприводов........339
4.8.2. Системы управления скоростью и соотношением скоростей механизмов, взаимосвязанных ленточным материалом .........342
4.8.3. Управление наматыванием и сматыванием материала при косвенном и непосредственном контроле натяжения .....346
4.8.4. Системы управления соотношениями скоростей и натяжений материала ....................354
4.8.5. Система управления продольно-резательным станком ...............354
4.9. Состав и свойства систем управления промышленными манипуляторами ..........362
4.9.1. Принципы построения систем управления электроприводами манипуляторов ..362
4.9.2. Уравнения кинематики и динамики манипуляторов .... 364
4.9.3. Взаимосвязанные системы управления движением звеньев манипулятора .......................369
4.9.4. Управление цикловыми движениями манипулятора.....375
4.10. Состав и свойства систем управления транспортным и подъемно-транспортным оборудованием............................378
4.10.1. Характеристика транспортного оборудования и электроприводов ...........................378
4.10.2. Системы управления конвейером и транспортером .... 392
4.10.3. Системы управления маршрутным электротранспортом (трамваем, троллейбусом, вагоном метрополитена) .400
4.10.4. Характеристика подъемно-транспортного оборудования и электроприводов ................409
4.10.5. Система управления мостовым краном........................418
4.10.6. Система управления козловым краном.........................421
4.10.7. Система управления лифтом ...........428
4.11. Состав и свойства систем управления оборудованием мониторинга ................449
4.11.1. Характеристика электроприводов телевизионных систем наблюдения за технологическим процессом, телескопов и радиотелескопов ........449
4.11.2. Система управления радиотелескопом ....................451
Глава 5. Автоматизированные технологические комплексы...................454
5.1. Классификация и структура технологических комплексов базовых отраслей промышленности .........454
5.2. Системы управления комплексами ..........455
5.2.1. Координированное управление агрегатами в составе технологического комплекса ............455
5.2.2. Средства управления комплексами ..456
5.3. Автоматизированные технологические комплексы агропромышленного производства ........................461
5.3.1. Характеристика технологических комплексов................461
5.3.2. Автоматизированный конвейер обработки овощей.......462
5.3.3. Автоматизированный участок приготовления комбикормов ......466
5.4. Автоматизированные технологические комплексы добывающих производств ..........................470
5.4.1. Характеристика технологических комплексов................470
5.4.2. Автоматизированный комплекс открытой разработки на базе роторного экскаватора .........472
5.4.3. Автоматизированный комплекс углеприема обогатительной фабрики ..................475
5.4.4. Автоматизированный комплекс камнедробления.........479
5.5. Автоматизированные технологические комплексы металлургического производства ..............482
5.5.1. Характеристика технологических комплексов................482
5.5.2. Система автоматизации транспортно-технологического комплекса подготовки и подачи слитков к обжимному прокатному стану ......493
5.5.3. Система автоматизации обжимного прокатного стана ....................499
5.5.4. Система автоматизации участка ножниц поперечного резания листового прокатного стана..............................501
5.5.5. Система управления непрерывным станом холодной прокатки ............................505
5.6. Автоматизированные технологические комплексы машиностроения ..........514
5.6.1. Характеристика технологических комплексов................514
5.6.2. Автоматизированный робототехнический комплекс (станок, робот, транспорт) ..............519
5.6.3. Автоматизированный участок металлообработки (группа станков, транспорт, склад-штабелер)..............522
5.6.4. Автоматизированный комплекс с многопозиционным прессом ...............526
5.7. Автоматизированные технологические комплексы бумагоделательного и полиграфического производства........528
5.7.1. Характеристика технологических комплексов................528
5.7.2. Технологические комплексы полиграфического производства.........: ............................530
5.7.3. Система автоматизации картоноделательной машины ... 532
5.7.4. Система автоматизации ротационной машины.............550
5.8. Автоматизированные технологические комплексы городского хозяйства ...555
5.8.1. Характеристика технологических комплексов................555
5.8.2. Система автоматизации насосной станции....................556
5.8.3. Система автоматизации вентиляции и кондиционирования воздуха .........561
5.8.4. Система автоматизации жизнеобеспечения жилого здания ....564
Список литературы .....................567

...

Похожие книги: