CC BY
54
УДК 681.586.785
А. М. Андреев, Д. В. Кабаков*
Астраханский государственный технический университет ООО ПКФ «Металлполимерстройсервис»
МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СЛИПОМ СУДОСТРОИТЕЛЬНОГО ЗАВОДА
В настоящее время на судостроительных и судоремонтных заводах возникает необходимость в качественном использовании слипа. В нынешней ситуации, при действующем оборудовании, слип не отвечает параметрам качественного регулирования процессов спуска и подъема судов. Среди существующих недостатков выделяются несколько основных, касающихся используемого оборудования и средств автоматики. Тележки приводятся в движение с помощью асинхронных двигателей с фазным ротором, которые управляются каждый своим командокон-троллером [1]. Система управления работает только в ручном режиме и, в совокупности с приводными двигателями, морально и физически устарела. Как известно, двигатель с фазным ротором - это машина, требующая частого обслуживания и контроля, самой слабой частью которой является токосъемный узел ротора [2]. В случае выхода из строя обмоток ротора ремонт зачастую оказывается невозможным или нецелесообразным, поскольку компаний, ремонтирующих данные типы двигателей практически не осталось, и стоимость ремонта может превысить стоимость нового двигателя с короткозамкнутым ротором. Во время спуска и подъема судна на слип оператор производит плавный запуск лебедок до максимальной скорости, визуально и при помощи наблюдателей определяет перемещение тележек, вручную корректируя их перемещение. Таким образом, в столь ответственной операции существенную роль играет человеческий фактор. Фактически получается, что часть двигателей может работать практически с двойной перегрузкой, а часть - на неполную мощность. Это связано с неравномерностью хода лебедок и отсутствием автоматической корректировки перемещения. Работа лебедки с перегрузкой отрицательно сказывается на сроке службы двигателей и передаточного механизма.
Оптимальная модернизация слипа представляет собой замену приводных электродвигателей с фазным ротором на асинхронные двигатели с коротко замкнутым ротором, управляемые преобразователями частоты.
Для того чтобы автоматизировать работу слипа, необходимо контролировать перемещение каждой тележки и ток каждого приводного двигателя. В качестве датчика перемещения можно использовать инкрементальный датчик на основе диска Небкова, преобразуя количество импульсов в пройденное расстояние. Необходимость в установке дополнительного датчика тока для каждого двигателя может отсутствовать, т. к., например, в случае использования преобразователя частоты Altivar 58 компании "Schneider Electric" [3] преобразователь имеет модуль аналоговых выходов с сигналом, пропорциональным току двигателя. Сигналы от этих датчиков поступают в систему управления, которая, отслеживая перемещение каждой из тележек, автоматически изменяет частоту вращения приводных электродвигателей для поддержания равномерности перемещения всех тележек. Сигнал из системы управления поступает на вход задания оборотов каждого из преобразователей частоты. Контроль тока необходим для того, чтобы система управления могла уменьшать скорость перемещения тележек во избежание превышения номинального тока хотя бы одного из двигателей, поскольку преобразователь частоты крайне чувствителен к перегрузкам, и превышение велечины допустимого тока может привести к блокировке работы преобразователя и вынужденной паузе в работе всего слипа. Таким образом, если у одного или у нескольких двигателей потребляемый ток превысит ток уставки системы управления, то произойдет автоматическое уменьшение частоты вращения всех приводных электродвигателей для уменьшения нагрузки на перегруженных двигателях и сохранения равномерности перемещения тележек.
Рассматриваемый слип состоит из 10-ти лебедок. Рассмотрены два варианта их объединения в системе управления: последовательное и «звезда». В случае объединения в «звезду» одна из лебедок выбирается в качестве ведущей, остальные лебедки - ведомые. Структурная схема такого соединения представлена на рис. 1.
Рис.1. Схема объединения лебедок в системе управления «звезда»:
СУД - система управления двигателем
В случае последовательного объединения лебедок первый двигатель является ведомым для второго, второй - ведущим для первого и ведомым для третьего и т. д. Структурная схема последовательного соединения представлена на рис. 2.
Рис. 2. Последовательная схема объединения лебедок
Все СУД объединены в общую систему верхнего уровня. Задача системы состоит в равномерном перемещении всех слиповых тележек с максимальной скоростью при условии номинальной нагрузки хотя бы одного из двигателей. Работа модели системы, представленной на рис. 2, проанализирована в пакете Ма1;ЬаЬ 81шиНпк [4]. Модель обеспечивает:
- плавный разгон привода лебедок с непрерывным контролем перемещения тележек и тока приводных двигателей;
- равномерное перемещение тележек;
- коррекцию скорости перемещения одной или всех тележек при условии отставания или выбега одной из них;
- уменьшение скорости перемещения всех тележек при условии перегрузки одного из двигателей;
- увеличение скорости привода лебедок при условии равномерности перемещения тележек и недогрузки двигателей.
В процессе работы система отслеживает четыре главных условия, применимых ко всему слипу: отставание ведомой тележки от ведущей; выбег ведомой тележки по отношению к ведущей; контроль тока на приводных двигателях и автоматический разгон слиповых тележек, если ток любого двигателя оказывается меньше номинального.
При условии, что ведомая тележка отстает от ведущей и ток двигателя меньше номинального, происходит разгон двигателя. Разгон будет происходить до тех пор, пока перемещение ведомой тележки не сравняется с перемещением ведущей тележки. Если же в момент отставания ведомой тележки от ведущей ток приводного двигателя равен номинальному, произойдет торможение всех остальных двигателей, кроме данного, которое будет продолжаться до тех пор, пока перемещение тележек не сравняется.
Если ток одного из приводных двигателей будет больше уставки, то происходит торможение всех приводных двигателей до тех пор, пока ток данного двигателя не станет равным или меньше уставки. Торможение двигателей в данном случае осуществляется независимо от перемещения тележек.
Если ведомая тележка опережает ведущую, происходит торможение приводного двигателя до тех пор, пока перемещение тележек не сравняется.
В момент времени, когда ток всех приводных двигателей оказывается меньше тока уставки и не выполняется торможение любого двигателя, происходит увеличение частоты вращения приводных двигателей. Разгон будет происходить до тех пор, пока ток любого из приводных двигателей не станет равен току уставки.
Графики относительных перемещений тележек представлены на рис. 3. Осью абсцисс является время работы системы, осью ординат - разность абсолютного перемещения 9-ти тележек относительно ведущей. Графики показывают отклонение перемещения тележек относительно 10-й и время отрабатывания системы. Во время моделирования задавались выбег и отставание
одной из тележек, а также превышение тока одного из двигателей, чем и обусловливается неровность относительных перемещений. В конечном итоге, при прекращении изменения параметров внешних воздействий, как видно из графиков, все относительные перемещения стремятся к нулю, что означает равномерное движение тележек.
Л’Ю --------Л’Ю -Л’5
ЛЮ - S3 --------ЛЮ-Л4
-AS
мм \ /
Рис. 3. Графики отклонения перемещения тележек и времени срабатывания системы
Из графиков видно, что время отрабатывания системы составляет 0,5 сек с максимальным отклонением перемещения тележек 100 мм. При длине слипа около 100 м такой результат можно считать вполне приемлемым.
Система доказала свою работоспособность и может быть рекомендована к внедрению на ОАО «ССЗ «Красные баррикады».
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Ильинский Н. Ф. Основы электропривода: Учеб. пособие для вузов. - М.: МЭИ, 2000. - 164 с.
2. Кацман М. М. Электрические машины: Учеб. пособие. - Изд. 3-е, перераб. - М.: Высш. шк.; Академия, 2001. - 463 с.
3. Преобразователи частоты для асинхронных двигателей Altivar 58. Каталог. 04.2000. - 97 с.
4. MATLAB. Simulink and Toolboxes. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: СофтЛайн. - 2004.
Получено 20.11.2006
MODELING OF THE SLIP’S CONTROL SYSTEM OF A SHIP-BUILDING YARDS
А. М. Andreev, D. V. Kabakov
The article speaks about the shortcoming of nowadays operated slips at the ship-building yards concerning, in particular, the electric drive of winch of asynchronous engines with a phase rotor. A solution of the shortcomings, by means of replacement of the old engines on the asynchronous engine with a short-circuited rotor and converters of frequency is offered. The model of a control system of the converter of frequency is offered. Various situations of slip work by the control system are designed. The result of simulating is shown in the graphic forms of comparative transference of the jack-lift, demonstrating control system work.
