Ціллю даної статті є: вивчення та дослідження можливостей модернізації діючої системи управління насосної водовідливної установки залізорудної шахти та оцінка подальшої можливості удосконалення алгоритмів плавного її регулювання у критичному режимі, а також перевірки коректності відпрацювання зовнішніх впливів у синтезованому регуляторі.
Вступ
Технічно – економічний розрахунок різноманітних варіантів електропостачання залізорудних шахт для підвищення їх енергоефективності. Для підвищення прогнозування рівнів енергоспоживання у гірничо – металургійній промисловості та керування режимами роботи у водовідливній установці шахти здійснюється за допомогою математичних методів моделювання у програмному середовищі Matlab Simulink. Розроблення нових сучасних й економічних систем керування критичним режимом насосної водовідливної установки залізорудної шахти є актуальним у сучасній гірничо – металургійній та електроенергетичній ґалузі промисловості.
Для привідного механізму у сучасних циркуляційних насосів використовуються асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором. Питання плавності подачі носів у водовідливній установці шахти необхідно ставити у відповідність з поточним тиском гідравлічної мережі для системи автоматичного управління.
Аналізуючи виконані на даний момент статті з даної тематики постає актуальна проблема створення автоматизованої системи управління насосною водовідливною установкою залізорудної шахти, котра буде мати високу електроенергоефективність та підвищену точність її регулювання.
Безвідмовна та економічно вигідний режим роботи водовідливної установки залізорудної шахти є можливою при застосуванні довершеної системи автоматики, яка знизить кількість аварійних відключень у декілька разів та забезпечить безперервний процес відкачування води – дозволивши знизити витрати ЕЕ (електроенергії) та скоротити амортизаційні витрати на обладнання, що є у складі водовідливної установки.
Для подальшого розгляду та модифікації водовідливної установки розглянемо її схему електропостачання зображену на рис.1.
Рис. 1 «Схема електропостачання водовідливної установки на гор. 1240»
Для подальшого налаштування контурів регулювання попередньо обрахований масив даних для запису передатних функцій динамічних ланок для системи автоматичного регулювання.
Слід розділяти 2 різноманітних режими роботи перетворювача частоти: виконується підтримуванні вхідної частоти та стабілізація зовнішнього параметру. Для сучасних ПЧ у даному випадку застосовують метод векторного керування насосною водовідливною установкою залізорудної шахти. При даному відбувається збільшення точності частотного регулювання, а також підтримка на певному рівні моменту на валу двигуна при низькій швидкості його обертання й забезпеченість стабілізації швидкості при сплесках навантаження. На перетворювач частоти подається сигнал завдання тиску. Система управління визначає дельту між дійсним і заданим значенням тиску і виробляє необхідний вихідний вплив (значення вихідної частоти) відповідно до заданого параметром закону регулювання. Як робочий параметр може також використовуватися витрата рідини, тиск, температура. Значення уставки встановлюється з пульта оператора, зовнішнього аналогового входу чи сукупністю сигналів дискретних виходах.
Рис. №1 «Використання ПІД – регулятору у системі керування насосною водовідливною установкою залізорудної шахти»
Основним показником якості регулювання є передатна функція. Для даної системи регулювання використовуємо налаштування на технічний оптимум.
Запишемо передатну функцію регулятора у наступному вигляді:
Із наведеної вище формули (1), дана ПФ є ПІД – регулятором з розрахунковими коефіцієнтами підсилення.
Визначаємо коефіцієнти ПІД – регулятора для формули (1):
де: Kп, Kі та Kд - відповідно пропорційний, інтегральний та диференціальний коефіцієнти, які необхідні для побудови регулятора для системи регулювання тиску у середовищі Matlab Simulink.
Для побудови математичної моделі насосу для водовідливної установки залізорудної шахти та його трубопроводу розрахуємо значення фіктивного напору та опору гідравлічної мережі насосу за формулами (5) та (6):
Графіки ККД та характеристик насосу водовідливної установки залізорудної шахти зображені на Рис. №2 та №3.
Рис. №2 «Номінальні характеристики насосу водовідливної установки залізорудної шахти»
Рис. №3 «ККД насосу водовідливної установки залізорудної шахти»
В подальшому проведемо моделювання даної системи регулювання насосу водовідливної установки залізорудної шахти за допомогою програмного середовища Matlab Simulink (Рис. №4):
Рис. №4 «Схема моделі САК насосу водовідливної установки залізорудної шахти»
Рис. №5 «Графіки зміни тиску та швидкості при накиді навантаження на насос водовідливної установки залізорудної шахти»
Рис. №6 «Графіки зміни моменту та струму фази при накиді навантаження на насос водовідливної установки залізорудної шахти»
За отриманими результатами моделювання у програмному середовищі Matlab Simulink, дана модель достатньо швидко відпрацьовує заданий збурюючий вплив й повертається у нормальний стійкий стан, таким чином синтез ПІД – регулятора та аналіз динамічних показників системи проведено вірно [1 - 5].
Висновки
Виконавши аналіз сучасних методик керування насосу водовідливної установки залізорудної шахти, було встановлено, що частотне керування може бути використано у системах водопостачання залізорудної шахти, так як при цьому забезпечується захист насосу водовідливної установки та плавне управління процесом відкачування зайвої води.
1. Для аналізованої системи управління насосами було складено математичну модель. Вона дозволяє досліджувати систему та визначити її ефективність до початку проектування.
2. При моделюванні у додатку МATLAB Simulink було проведено дослідження роботи насосів у критичних режимах, під час якого отримано графіки перехідних процесів у системі управління та перевірено правильність синтезу регулятора та динамічних показників системи.
3. Було зроблено синтезовану систему управління та фізично реалізовані датчики.
Список використаних джерел:
1. 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;
2. 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;
3. Theodoridis, D.C. A new adaptive neuro-fuzzy controller for trajectory tracking of robot manipulators / D.C. Theodoridis, Y.S. Boutalis, M.A. Christodoulou // International Journal of Robotics and Automation. – 2011. – Vol. 26, № 1. – P. 64-75;
4. Masood, M.K. Review of anfis-based control of induction motors / M.K. Masood, W.P. Hew, N.A. Rahim // Journal of Intelligent and Fuzzy Systems. – 2012. - Vol. 23, № 4. – P. 143-158.
5. https://www.mathworks.com/solutions.html?s_tid=gn_sol
_____________________
Науковий керівник: Сінчук Олег Миколайович, доктор технічних наук, професор, Криворізький Національний Університет
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter