Применение микроконтроллеров в автоматизированном электроприводе сушильного барабана

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТарГУ имени М.Х. Дулати, Тараз

Применение микроконтроллеров в автоматизированном электроприводе сушильного барабана

Крыкбаев М.М., Исакулова Ж.А.

Сушка зерна в технологии послеуборочной обработки и хранения - основной процесс, определяющий сохранность и стоимость убранного урожая, при этом способы сушки определяют качество сохраненного зерна. Сушилка в хозяйствах - это не только установка для доведения зерна до безопасной влажности для его хранения, но также инструмент управления процессами уборки, послеуборочной обработки и предпродажной подготовки урожая. сушильный барабанный хранение урожай

Сушильные барабаны применяют для сушки зернистых и других видов сырьевых материалов[1]. Сушильный барабан имеет форму цилиндра, изготовленного из листовой стали толщиной 10-15 мм. Барабан установлен с наклоном 3-5%. Он опирается бандажами на две пары опорных роликов. В средней части барабана находится зубчатый венец (шестерня), он входит в зацепление с приводной шестерней. Механическая энергия от электродвигателя передается к барабану через механическое передаточное устройство в виде механического редуктора. Приводная шестерня получает вращение от механического редуктора вызывая вращение барабана через зубчатый венец. Технологическая схема сушильного барабанного агрегата представлена на рисунке 1.

Анализ патентно-информационных данных показывает что исследования, направленные на совершенствование процесса сушки, увеличение производительности и автоматизацию функции управления приводом сушильных барабанных агрегатов, проводились не в достаточной степени.

Возможная экономия электроэнергии от повышения КПД электродвигателей во всем мире чрезвычайно высока в связи с этим вопросы повышения энергоэффективности электроприводов выходят на первый план. Сохранение электрической энергии становится важной частью общей тенденции в экономий ресурсов производственных предприятий и в Казахстане. Электродвигатели, приводящие в действие машины и агрегаты, потребляют значительную часть электроэнергии. Большинство этих двигателей работают в нерегулируемом режиме и, следовательно, с низкой эффективностью. Сегодня приводы с регулировкой скорости требуются в высокопрофессиональных и мощных промышленных применениях, таких как вращающееся механизмы технологических машин.

Рис. 1. Технологическая схема сушильного барабанного агрегата: 1-корпус; 2-опорная станция; 3-опорный бандаж; 4-электродвигатель; 5-редуктор; 6-приводная шестерня; 7-зубчатый венец; 8-подача горячего воздуха.

В связи с этим исследования, направленные на снижение энергопотребления силовых установок электропривода сушильных барабанных агрегатов, совершенствование процесса сушки зерна путем автоматизации функций управления являются актуальными. Одним из важных этапов совершенствования процесса сушки является автоматизация функции управления работой зерносушилки с применением современных микроконтроллеров.

Прогресс в полупроводниковой индустрии, особенно в силовой электронике и микроконтроллерах, сделали приводы с регулированием скорости более практичными и значительно менее дорогими. Автоматизация функций управления предполагает, управления асинхронным частотно-регулируемым электроприводом вращения сушильного барабана с применением микроконтроллеров компании Freescale[2].

Результатом проведенной работы стало предлагаемое устройство, которое позволяет управлять работой электродвигателя привода барабана. Существует множество решений на базе 8/16/32-битных процессоров с универсальными модулями ШИМ для управления различными типами электродвигателей: синхронными и асинхронными, коллекторными двигателями постоянного тока и бесколлекторными, шаговыми и вентильно- индукторными машинами.

Схема предлагаемой системы управления асинхронным электродвигателем на базе MC3PHAC приведена на рисунке 2. Электродвигатель привода барабана подключается непосредственно к устройству, в этом случае ключами задается его направление вращения. Первой микросхемой, о которой хотелось бы упомянуть, является микроконтроллер MC3PHAC, имеющий внутреннее законченное программное обеспечение, оптимизированное для систем управления асинхронным частотно-регулируемым электроприводом.

Задача управления двигателем реализуется следующим образом. Адаптация алгоритма управления к конкретному типу электропривода осуществляется изменением числовых констант. Задание констант возможно двумя способами: потенциометрами на плате контроллера или от ПК верхнего уровня, связанного с MC3PHAC посредством последовательного интерфейса.

Рис.2. Схема системы управления асинхронным электродвигателем на базе MC3PHAC.

Алгоритм управления, реализованный в MC3PHAC, выполняет следующие задачи: Формирует шесть PWM-сигналов управления драйверами силовых ключей трехфазного инвертора напряжения. Форма выходного напряжения синусоидальная, частота коммутации 5,291...21,164 кГц.

В алгоритме управления ключами предусмотрена возможность регулировки мертвого времени в пределах 0,5...32 мкс. Имеется вход аппаратной защиты силовых ключей который автоматически восстанавливает сигналы управления ключами инвертора после снятия сигнала защиты.

Устройство управления получает от задающего устройства некую информацию. Это управление режимами работы электропривода сушильного барабана по логическим сигналам «пуск/останов», «направление вращения барабана», требуемая скорость вращения барабана, коэффициенты ускорения и любая другая информация, необходимая для автономного управления электроприводом. В качестве задающего устройства можно применить компьютер или пульт дистанционного управления. Например, в зависимости от высушиваемого материала необходимо установить скорость вращения барабана в пределах 0,2-0,217 оборотов в с^-1.

Скорость разгона или торможения можно задавать в пределах 0,5...128 Гц/с. Реализует закон управления U/F=const с программируемой пользователем вольтодобавкой при нулевой частоте. Предельное значение частоты F составляет 50 или 60 Гц. Соответствующий вход может быть использован для организации системы управления, замкнутой по скорости или по иному технологическому параметру. С целью подавления шумов аналоговый сигнал на входе текущего задания по скорости обрабатывается с использованием алгоритма цифровой фильтрации, реализованной на основе 24-разрядного представления данных[3].

При проектировании автоматической системы контроля и управления мы применили местную систему управления. Этот выбор основан на том, что барабанная сушильная установка постоянно нуждается в присутствии обслуживающего персонала, который производит некоторые технологические операции вручную, например засыпка зерна, принятие сухого материала на выходе и т.д.). В данном случае более эффективным будет местная система управления, так как один же работник может производить засыпку зерна пшеницы и обеспечивать контроль над работой автоматической системы.

Модернизация электродвигателей и контроллеров для их управления позволяет существенно улучшить энергоэффективность системы в целом. Одним из самых значительных преимуществ новых алгоритмов управления является эффективное регулирование частоты вращения электродвигателей, которое позволяет сэкономить большую часть потребляемой мощности.

Эти приводы, управляемые по развитым алгоритмам с помощью микроконтроллеров, имеют ряд преимуществ:

- увеличение энергетической эффективности системы - регулирование скорости снижает потери мощности в двигателе;

- усовершенствование функционирования - цифровое управление может добавить такие свойства, как интеллектуальные замкнутые контуры, изменение частотных свойств, диапазона контролируемых неисправностей и способность к взаимодействию с другими системами;

- упрощение электромеханического преобразования энергии - регулируемые приводы позволяют устранить необходимость в специальных редукторах;

- простота обновления программного обеспечения - системы на базе микроконтроллеров с флэш-памятью могут быстро изменять при необходимости свой алгоритм и регулируемые переменные.

С промышленной точки зрения разработка автоматизированной системы управления работой электродвигателя привода барабана с применением микроконтроллеров облегчит труд оперативного персонала, способствует интенсификации процесса сушки и повысит качество сушки зерна пшеницы и других видов зернистых материалов, что является важнейшим критерием эффективности процесса сушки.

Литература

1. Крыкбаев М.М. Совершенствование процессов сушки зернистых материалов в сушильных барабанных агрегатах: Автореф.дис...канд.техн. наук.- Алматы, 2010.-18с.

2. Ремизевич Т., Архипов А. Микроконтроллеры компании Freescale/Motorola для систем управления электроприводом: Электронные Компоненты №7.- 2007.

3. Пантелейчук А. Цифровые сигнальные контроллеры Freescale для управления приводами: Новости Электроники №4.- 2007.

Размещено на Allbest.ru