Papel de seguridad electromecánico para minas de carbón

Tesis de graduación mecánica y eléctrica: realización del control multimotor del regulador de velocidad de frecuencia variable

Se introdujo una red de comunicación de múltiples ramas compuesta por PLC y un regulador de velocidad de frecuencia variable, y se explicó en detalle las ventajas relativas de esta red de control de velocidad. sistema de control Se dan las ventajas del sistema de regulación de velocidad de control analógico general. Se proporcionan el diagrama de bloques del sistema y el programa PLC.

[Palabras clave] Protocolo de comunicación de red de control multimotor del convertidor de frecuencia PLC

1. Introducción

Uso del convertidor de frecuencia como controlador de velocidad

Los sistemas de control síncronos, los sistemas de control proporcional y los sistemas de regulación de velocidad síncronos se han utilizado ampliamente en las industrias metalúrgica, de maquinaria, textil, química y otras. Tomando el sistema de control proporcional como ejemplo, la estructura general del sistema se muestra en la Figura 1.

Cuando trabaja, el operador establece los parámetros de operación proporcionales a través de la máquina de control (puede ser un PLC o una computadora industrial), y luego la máquina de control emite instrucciones de velocidad y controla el convertidor de frecuencia a través del D/A. Módulo de conversión, de modo que cada regulador de velocidad de frecuencia variable hace que el motor funcione a una determinada relación de velocidad. Esta solución es más adecuada para sistemas de aplicación con un número reducido de motores y distribución concentrada de motores. Pero en las líneas automáticas producidas en serie, por un lado, hay una gran cantidad de motores y, por otro, los motores están distribuidos muy lejos. Cuando se adopta este esquema de control, la estabilidad y confiabilidad de todo el sistema se reducen debido a la atenuación de la señal de comando de velocidad durante la transmisión de larga distancia y a la interferencia externa. Al mismo tiempo, una gran cantidad de módulos de conversión d/a aumentan el coste del sistema. Por lo tanto, proponemos una red de control de comunicación multirama compuesta por PLC y regulador de velocidad de frecuencia variable. El sistema tiene un bajo costo, una larga distancia de transmisión de señal y una gran capacidad antiinterferente. Es especialmente adecuado para control de larga distancia y de múltiples motores.

2. Estructura del hardware del sistema

La estructura del hardware del sistema se muestra en la Figura 2, que consta principalmente de las siguientes partes:

1 y fx0n-24mr son La unidad básica del plc, el sistema de ejecución y el software de usuario son el núcleo del sistema.

2.fx0n-485adp es el adaptador de comunicación del sistema fx0n plc. La función principal de este módulo es recibir información enviada desde la computadora al plc, como subestación en el sistema de comunicación computadora-plc, o como adaptador de red cuando múltiples plcs forman una red n:n. Generalmente solo se utiliza como unidad receptora del protocolo especificado. Tras analizar su estructura, el autor la utiliza como estación maestra de comunicaciones para completar la transmisión de señales de control del convertidor de frecuencia.

3.FR-Cu03 es la unidad de conexión de computadora del regulador de velocidad proporcional de la serie FR-A044. Cumple con las especificaciones de comunicación RS-422/RS-485 y se utiliza para realizar la conexión en red de computadoras y. Múltiples reguladores de velocidad de frecuencia variable. A través de esta unidad, el control de operación (como arranque, parada, configuración de frecuencia), configuración de parámetros, monitoreo de estado y otras funciones del convertidor de frecuencia se pueden realizar en la red. Es la interfaz de red del convertidor de frecuencia.

El convertidor de frecuencia 4.FR-A044 realiza la regulación de la velocidad del motor.

En una red de comunicación de múltiples ramas 1:n (1:3 en este artículo), cada convertidor de frecuencia es una subestación y cada subestación tiene un número de estación, que está preestablecido por la unidad de configuración de parámetros. Durante el proceso de trabajo, después de que el PLC envía información de comando relevante a través de fx0n-485adp, cada subestación recibe la información y luego cada subestación determina si el número de estación y la dirección de la información son consistentes con el número de estación de su propia estación. Si es así, procese la información y devuelva la información de respuesta; si no, abandone el procesamiento de la información para garantizar que solo una subestación intercambie información con la estación principal en la red al mismo tiempo.

En tercer lugar, diseño de software

1. Protocolo de comunicación

FR-CU03 especifica el proceso de comunicación entre la computadora y el inversor, como se muestra en la Figura 3.

Este proceso se puede dividir en hasta cinco etapas. ? La computadora envía una solicitud de comunicación;? ·¿El inversor está esperando procesamiento;? ·El inversor responde;? , procesamiento informático y espera;? La computadora respondió. ¿Completar los procesos correspondientes de acuerdo con los diferentes requisitos de comunicación, como escribir comandos de control de inicio y parada para el inversor? ~?Tres procesos; al monitorear la frecuencia del inversor? ~?Cinco procesos. Ya sea escribiendo datos o leyendo datos, la computadora envía una solicitud y el inversor simplemente acepta pasivamente la solicitud y responde. El formato de los datos es diferente para cada etapa. La Figura 4 muestra los formatos de datos para escribir los comandos de control del inversor y la frecuencia de operación del inversor, respectivamente.

2. Programación del PLC

Para controlar el convertidor de frecuencia, se debe programar el PLC y el intercambio de información entre el PLC y el convertidor de frecuencia se puede controlar a través del programa.

El programa plc debe completar la inicialización del adaptador de comunicación fx0n-485adp, la combinación de palabras de comando de control, la conversión de código y el procesamiento de la información de respuesta del inversor. El programa de diagrama de escalera del PLC (parte del programa) se muestra en la Figura 5.

El búfer de envío de comunicación en el programa es D 127 ~ D 149; el búfer de aceptación es d150 ~ d160. El arranque y la parada del motor 1 están controlados por el flanco ascendente y descendente de x0 respectivamente; el arranque y la parada del motor 2 están controlados por el flanco ascendente y descendente de x1 respectivamente; el arranque y la parada del motor 3 están controlados por el flanco ascendente y descendente de x1 respectivamente; el flanco ascendente y el flanco descendente de x2 respectivamente. El protocolo de comunicación del fx0n-485adp se inicializa mediante el pulso de inicio del sistema m8002. Luego se procesan las señales de inicio y parada. Tomando el arranque del motor 1 como ejemplo, atrayendo el flanco ascendente m50 de x0, el número de estación del inversor 1 se envía a d130 y la palabra de comando de funcionamiento se envía a d135. enq, el programador preescribe la palabra de control y el tiempo de espera del comando de operación de escritura en d131 y d65438. Luego, la suma de verificación se envía a D136 y D137; finalmente, configure M8122 para permitir que el comando RS envíe información de control. El convertidor de frecuencia devuelve información de respuesta inmediatamente después de recibir la señal. Esta información la recibe fx0n-485adp en la publicación m8132, plc la maneja en consecuencia según la situación y finaliza el programa.

IV.Ideas y nuevos métodos de frenado inversor

En el tradicional sistema de regulación de velocidad por frecuencia variable compuesto por un inversor general, un motor asíncrono y una carga mecánica, cuando el motor acciona Cuando la carga de energía potencial se reduce, el motor puede estar en un estado de frenado regenerativo o cuando el motor desacelera de alta velocidad a baja velocidad (incluso parando), la frecuencia puede disminuir repentinamente, pero debido a la inercia mecánica del motor, la El motor puede estar en un estado de generación de energía regenerativa, que se almacena en el sistema de transmisión. El motor convierte la energía mecánica en el inversor en energía eléctrica y la envía de regreso al circuito de CC del inversor a través de los seis diodos de rueda libre del inversor. En este momento, el inversor se encuentra en estado de rectificación. En este momento, si el inversor no toma medidas para consumir energía, esta energía hará que aumente el voltaje del condensador de almacenamiento de energía del circuito intermedio. Esta energía se puede perder si se aplican los frenos demasiado rápido o si se levanta la carga mecánica.

Dañará el convertidor de frecuencia, por lo que hay que tener en cuenta esta parte de la energía.

En los convertidores de frecuencia generales, hay dos formas más utilizadas de lidiar con la energía regenerativa: (1) disiparla en una "resistencia de frenado" configurada artificialmente y conectada en paralelo con el capacitor en el circuito de CC. se denomina estado de frenado dinámico; (2) lo devuelve a la red eléctrica, lo que se denomina estado de frenado de retroalimentación (también llamado estado de frenado regenerativo). Existe otro método de frenado, que es el frenado por CC. Este método de frenado se puede utilizar cuando se requiere un estacionamiento preciso o cuando el motor del freno gira de manera irregular debido a factores externos antes de arrancar.

Muchos expertos han hablado sobre el diseño y aplicación del frenado de frecuencia variable en libros y publicaciones, especialmente en los últimos años, se han publicado muchos artículos sobre "frenado por retroalimentación de energía". Hoy, el autor proporciona un nuevo método de frenado, que no solo tiene las ventajas del funcionamiento en cuatro cuadrantes y la alta eficiencia operativa del "frenado por retroalimentación", sino que también tiene las ventajas del "frenado con consumo de energía", que no contamina la potencia. red y tiene alta confiabilidad.

1. Frenado por consumo de energía

El método de absorber la energía eléctrica regenerada del motor mediante el uso de una resistencia de frenado dispuesta en un circuito de corriente continua se denomina frenado por consumo de energía.

Las ventajas son una estructura simple; no contamina la red eléctrica (en comparación con los sistemas de retroalimentación) y el bajo costo; la desventaja es la baja eficiencia operativa, especialmente cuando se frena con frecuencia, se consumirá una gran cantidad de energía. y la resistencia de frenado Mayor capacidad.

Generalmente entre los inversores generales, los inversores de baja potencia (por debajo de 22kw) tienen unidades de frenado incorporadas y solo necesitan agregar una resistencia de frenado. Los convertidores de frecuencia de alta potencia (superiores a 22 kW) requieren unidades de frenado externas y resistencias de frenado.

2. Frenado por retroalimentación

Para lograr un frenado por retroalimentación de energía, es necesario controlar el voltaje a la misma frecuencia y fase y controlar la corriente de retroalimentación. Utiliza tecnología de inversor activo para invertir la energía eléctrica regenerada en corriente alterna de la misma frecuencia y fase que la red y enviarla de regreso a la red para lograr el frenado.

La ventaja del frenado por retroalimentación es que puede operar en cuatro cuadrantes, y la retroalimentación de energía eléctrica mejora la eficiencia del sistema. Sus desventajas son: (1) Este método de frenado por retroalimentación solo se puede utilizar cuando el voltaje de la red es estable (la fluctuación del voltaje de la red no supera el 10%). Dado que el tiempo de falla de voltaje de la red es superior a 2 ms durante la operación de frenado del generador, puede ocurrir una falla de conmutación que cause daños al equipo. (2) Durante la retroalimentación, habrá contaminación armónica en la red eléctrica. (3) El control es complejo y el coste elevado.

3. Nuevo modo de frenado (frenado por retroalimentación del condensador)

3.1 Principio del circuito principal

La parte de rectificación utiliza una rectificación de puente rectificador incontrolable ordinaria y el circuito de filtro adopta Condensador electrolítico general, circuito de retardo mediante contactor o tiristor. El circuito de carga y retroalimentación está compuesto por el módulo de potencia igbt, el reactor de carga y retroalimentación L y el condensador electrolítico grande C (la capacidad es de aproximadamente unas pocas décimas de faradio, que se puede determinar según las condiciones de trabajo del inversor). . La parte del inversor consta del módulo de potencia igbt. El circuito de protección consta de igbt y resistencia de potencia.

(1) Estado operativo de generación de energía del motor

La CPU monitorea el voltaje de CA de entrada y el voltaje del circuito de CC νd en tiempo real para decidir si enviar una señal de carga a vt1. Una vez que νd es mayor que el valor de voltaje de CC correspondiente al voltaje de CA de entrada (como 380 VCA-530 VCC) hasta un cierto valor, la CPU apaga vt3 y realiza el proceso de carga del capacitor electrolítico C conduciendo pulsos a vt1. En este momento, el reactor L y el condensador electrolítico C dividen el voltaje para garantizar que el condensador electrolítico C funcione dentro de un rango seguro. Cuando el voltaje en el capacitor electrolítico C está cerca de un valor peligroso (por ejemplo, 370 V), mientras el sistema todavía está generando electricidad y la energía eléctrica se retroalimenta continuamente al bucle de CC a través del inversor, el bucle de seguridad entrará en funcionamiento. juega para lograr un frenado que consume energía (frenado por resistencia), controla el apagado y encendido de vt3, de modo que la resistencia r consuma el exceso de energía.

(2) Estado de funcionamiento eléctrico del motor

Cuando la CPU descubre que el sistema ya no se está cargando, conduce pulsos en vt3, provocando que se generen voltajes instantáneos izquierdo positivo y derecho negativo. se generará en el reactor L. El voltaje en el capacitor electrolítico C puede realizar el proceso de retroalimentación de energía desde el capacitor al bucle de CC. La CPU controla la frecuencia de conmutación y el ciclo de trabajo de vt3 detectando el voltaje en el capacitor electrolítico C y el voltaje del circuito de CC, controlando así la corriente de retroalimentación para garantizar que el voltaje del circuito de CC νd no sea demasiado alto.

3.2 Dificultades del Sistema

(1) Selección del Reactor

(1) Considerando la particularidad de las condiciones de trabajo, asumimos que existe algún tipo de falla en el sistema, provocando que la carga de energía potencial transportada por el motor acelere libremente. En este momento, el motor está en el estado de operación de generación de energía y la energía regenerada se envía de regreso al circuito de CC a través de los seis diodos de rueda libre, lo que hace que νd aumente y el inversor entre rápidamente en el estado de carga. La corriente será muy grande en este momento. Por lo tanto, el diámetro del cable del reactor seleccionado debe ser lo suficientemente grande para permitir el paso de la corriente en este momento.

(b) En el circuito de retroalimentación, para que el condensador electrolítico libere tanta energía eléctrica como sea posible antes de la siguiente carga, es imposible elegir un núcleo de hierro ordinario (lámina de acero al silicio). Lo mejor es elegir un núcleo hecho de material de ferrita. Si observa los valores actuales considerados anteriormente, puede ver qué tan grande es este núcleo. No sé si existe un núcleo de ferrita tan grande en el mercado. Incluso si lo hubiera, el precio definitivamente no sería muy bajo.

Por ello, el autor recomienda utilizar un reactor en el circuito de carga y en el circuito de retroalimentación.

(2) Dificultades de control

(a) En el circuito de CC del convertidor de frecuencia, el voltaje νd es generalmente superior a 500 V CC, mientras que el voltaje soportado del condensador electrolítico C es solo 400vcc. Se puede observar que el control de este proceso de carga no es como el método de control del frenado energético (frenado por resistencia). La caída de voltaje instantánea generada en el reactor, el voltaje de carga instantáneo del capacitor electrolítico C es ν c = νd-νl. Para garantizar que el capacitor electrolítico funcione en un rango seguro (≤400v), es necesario controlar efectivamente el voltaje. caída de voltaje νl en el reactor La caída de voltaje νl depende de la tasa de cambio instantáneo de la inductancia y la corriente.

(b) Durante el proceso de retroalimentación, también es necesario evitar que la energía eléctrica liberada por el condensador electrolítico C pase a través del reactor, lo que provoca que el voltaje del circuito de CC sea demasiado alto y que el sistema funcione. generar protección contra sobretensión.

3.3 Principales ocasiones de aplicación y ejemplos de aplicación

Precisamente por las ventajas de este nuevo método de frenado (frenado por retroalimentación capacitiva) de los convertidores de frecuencia, en los últimos años, muchos usuarios han combinado con su propio equipo Características propuestas equipadas con este sistema. Debido a algunas dificultades técnicas, ¿existe tal método de frenado en el extranjero? En la actualidad, sólo Shandong Fengguang Electronics Co., Ltd. ha reemplazado los convertidores de frecuencia anteriores con frenado por retroalimentación (dos de los cuales todavía funcionan normalmente) en una nueva serie de polipastos para minas con este método de frenado por retroalimentación capacitiva. Hasta ahora, este inversor de frenado con retroalimentación capacitiva ha estado funcionando normalmente durante mucho tiempo en la mina de carbón Baoan en Ningyang, Shandong y Taiyuan, Shanxi, llenando este vacío en el país.

Con la expansión de los campos de aplicación de los convertidores de frecuencia, esta tecnología de aplicación tendrá grandes perspectivas de desarrollo. En concreto, se utiliza principalmente en jaulas mineras (transporte de personas o cargas), vagones mineros basculantes (de un solo cilindro o de doble cilindro), maquinaria de elevación y otras industrias.

En definitiva, los dispositivos de retroalimentación de energía se pueden utilizar en cualquier situación.

Conclusión del verbo (abreviatura de verbo)

1. La aplicación práctica muestra que esta solución puede realizar el control de operación, la configuración de parámetros y el monitoreo del estado de funcionamiento del convertidor de frecuencia mediante PLC a través de la red. .

2. El sistema puede controlar hasta 32 reguladores de velocidad de frecuencia variable con una distancia máxima de 500 metros.

3. El costo de controlar múltiples inversores es significativamente menor que el método de control d/a.

4. A medida que aumenta el convertidor de frecuencia, el retraso de comunicación aumenta y la velocidad de respuesta del sistema es menor que la del método de control d/a.

Referencia

1, Corea del Sur. Convertidor de frecuencia general y su aplicación (segunda edición) [m]. Beijing: Machinery Industry Press,

2. Liu Wenbing (1981-) se dedica a la aplicación de convertidores de frecuencia. Ahora Taizhou Fuling Mechanical and Electrical Manufacturing Co., Ltd. se dedica al diseño y fabricación. de convertidores de frecuencia.

Expresar formalmente mi gratitud

Cuando la tesis esté completa, me gustaría agradecer sinceramente al profesor Xun Yanlong y a sus colegas que me ayudaron en el diseño, permitiéndome completar mi tesis de graduación a tiempo. y beneficiarse de ello de por vida.

En el proceso de realización de la tesis, los profesores del departamento me brindaron mucha ayuda. ¡Muchas gracias! Otros compañeros también me brindaron mucho cariño y ayuda, y estoy realmente agradecido.