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.

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.