Разработка и исследование системы управления насосной установкой

Дмитрий Петрович Гаврилов, Виктор Геннадьевич Барабанов

Аннотация


Современный электропривод представляет собой совокупность электродвигателя, силового преобразователя и устройства управления. Асинхронный электропривод часто применяется в промышленности в составе насосов, вентиляторов и компрессоров.

Плавное регулирование подачи насосов в соответствии с текущим давлением в системе водоснабжения является актуальной задачей систем автоматического управления насосными установками (НУ).

Частотное регулирование позволяет управлять насосом за счет изменения частоты вращения электродвигателей насосов с помощью преобразователей частоты (ПЧ). ПЧ является одним из современных технических средств автоматизации промышленного элект­ропривода и экономии электроэнергии.

В разрабатываемой системе регулирование подачи воды осуществляется по показателям датчика давления. Сигнал от датчика давления сравнивается с сигналом задания. При рассогласовании между этими сигналами ПИД-регулятор задает частоту вращения крыльчатки насоса. Таким образом, при отсутствии потребителей давление в магистрали будет расти, пока сигнал с датчика давления не поступит на вход ПИД-регулятора, который снизит частоту вращения насоса, и тем самым уменьшится подача воды и энергопотребление двигателя.

Для данной системы автоматического управления была разработана математическая модель. Она была исследована с помощью пакета Simulink приложения MATLAB. Цель исследования – это работа НУ в критических режимах, а также проверка правильности синтеза регулятора и анализ переходных процессов в системе управления.

Результаты исследования являются основой для написания программы управления. Алгоритм работы насосной установки разработан таким образом, чтобы обеспечить плавное и точное регулирование давления в гидравлической сети. Для программной реализации данного алгоритма был использован программный пакет CoDeSys для программируемых логических контроллеров (ПЛК) ОВЕН.

Применение ПЛК и разработанной программы значительно расширяют возможности рассматриваемой установки.

Данная система рекомендована для использования на насосных станциях водоснабжения. Она позволит улучшить выходные характеристики для потребителя, повысить надежность сети водоснабжения, уменьшить износ насосного оборудования и сократит расходы на потребляемую электроэнергию.


Ключевые слова


насосная установка; преобразователь частоты; автоматизированный электропривод; программа управления; ПИД-регулятор; программируемый логический контроллер (ПЛК)

Полный текст:

PDF

Литература


Popovich N.G. Teoriya elektroprivoda [Electric Drive Theory]. Kazan': Vysshaya shkola, 2003. 494 p.

Krasil'nikov A.M. [The Use of Automated Pumping Systems with Cascade Control in Water Supply Systems ]. Stroitel'nyy inzhiniring [Construction Engineering]. 2005, no. 12, pp. 69–77. (in Russ.)

Koren'kova T.V., Mikhaylichenko D.A. [A Study of the System FC-AD-Pump-PR]. Vestnik Kremenchugskogo gosudarstvennogo politekhnicheskogo universiteta [Bulletin of the Kremenchuk State Polytechnic University]. 2003, vol. 33, no. 19, pp. 377. (in Russ.)

Il'inskiy N.F., Moskalenko V.V. Elektroprivod: energo- i resursosberezhenie [Electric Drive: Energy Saving]. Moscow, Izdatel'skiy tsentr “Akademiya” [Publishing Center “Academy”], 2008. 553 p.

Barabanov V.G, Gavrilov D.P. [The Usage of Software CoDeSys for the Development of Automatic Control System of Pumping Unit with the Use of Converters for Frequency]. Izvestiya VolgGTU. Ser. Progressivnye tekhnologii v mashinostroenii [Bulletin of the Volgograd State Technical University, Ser. Progressive technologies in mechanical engineering], 2016, no. 8 (187), pp. 103–105. (in Russ.)

Zhang W.G., Yang W.D., Dou F.X., Wang L.J. Combinative Control Method of Centrifugal Pump Based on Variable Frequency Drive and Auto Back Flow Control Valve. Petrochemical Equipment, 2016, vol. 45, no. 6, pp. 73–76. DOI: 10.3969/j.issn.1000-7466.2016.06.016

Ke L., Liu Y.C. Modeling and Simulation of Variable Frequency Pump Control Fatigue Test Machine. International Journal of Engineering, Transactions A: Basics. – 2016, vol. 29, no. 1, pp. 92–102. DOI: 10.5829/idosi.ije.2016.29.01a.13

Gong Q.H. The Design and Implementation of Fuzzy Control Algorithm for Frequency Conversion System of Pump. Advanced Materials Research. International Conference on Mechatronics and Intelligent Materials, Lijiang, 2014, vol. 971–973, pp. 785–788. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.971-973.785

Wang H.J., Wang F., Huang Y.Y., Zhang L. The Research of Energy-saving in Air Conditioning Water Cooling System by Frequency Conversion Pump and Constant Pressure Control. Applied Mechanics and Materials. 2nd International Conference on Mechanics and Control Engineering, Beijing, 2014, vol. 446–447, pp. 1207–1210. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.446-447.1207

Zhou D., Zeng F. Application Research on Frequency Conversion Technology on the Pump Control in Chemical Works. Advanced Materials Research. International Conference on Materials and Products Manufacturing Technology, Chengdu, 2011, vol. 338, pp. 748–753. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.338.748

Leznov B.S. Energosberezhenie i reguliruemyy privod v nasosnykh i vozdukhoduvnykh ustanovkakh [Energy Saving and Adjustable Drive in Pump and Blower Installations]. Moscow, Energoatomizdat, 2006, 433 p.

Petrov D. N., Serbin Yu.V. [Variable Speed Drive in Pumping Units]. Silovaya elektronika [Power Electronics], 2005, no. 4, pp. 27–30. (in Russ.)

Petrov D. Serbin Yu.V. [The Use of Modern Frequency Converters ]. Silovaya elektronika [Power Electronics], 2005, no. 1, pp. 8–11. (in Russ.)

Kopyrin V.G., Borodatskiy E.V. [Automation of Pumping Stations with the Use of Frequency-regulated Electric Drive]. Silovaya elektronika [Power Electronics], 2006, no. 7, pp. 33–35. (in Russ.)

Wei H., Li P., Jia H. Variable Structure Robust Design for Variable Frequency Pump-Control-motor Speed Governing System. Nongye Jixie Xuebao/Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery, 2009, vol. 40, no. 10, pp. 188–192.

Xiuhe L. Section Variable Frequency Speed Regulation Control Applied in Pump Energy Saving. International Conference on Computer, Mechatronics, Control and Electronic Engineering, Changchun, 2010, vol. 3, no. 610276, pp. 431–434. DOI: 10.1109/CMCE.2010.5610276

Yang S., Ren Q. Intelligent Control Technology for Frequency Conversion Pump in Air Conditioning Systems. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2013, vol. 180 AISC, pp. 665–669. DOI: 10.1007/978-3-642-31656-2_9

Zakharenkov A.V. Using Frequency-Controlled Fan and Pump Drives in Automatic Control Systems for Cogeneration Plant Boilers. Russian Electrical Engineering, 2005, vol. 75, no. 8, pp. 54–58. (in Russ.)

Kozachenko V.F., Mikolaenko V.P., Kudryashov A.L. Microcontroller Control System for Frequency Converters for Plant-Oriented Asynchronous Electric Drives of Pumps and Fans. Elektrotekhnika, 2005, no. 7, pp. 29–33. (in Russ.)

Oksenenko A.Y., Zhernyak A.I., Lur'e Z.Y. Analysis of the Frequency Properties of the Capacity of a Valve-Type Hydraulic Pump with Phase Control. Russian Engineering Research, 1993, no. 4, pp. 7–13. (in Russ.)

Tianyi Z., Jili Z., Liangdong M. Online Optimization Control Method Based on Extreme Value Analysis for Parallel Variable Frequency Hydraulic Pumps in Central Air Conditioning Systems. Building and Environment, 2012, vol. 47, no. 1, pp. 330–338. DOI: 10.1016/j.buildenv.2011.07.00

Tan Z.J., Han J.H., Yao J. Robust Controller Design for Variable Frequency Pump-Control Steering Hydraulic System of Hybrid Wheel Loader. Sichuan Daxue Xuebao (Gongcheng Kexue Ban) / Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition), 2013, vol. 45, no. 1, pp. 177–182.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.