Actionare Masini Electrice

Introducere

1. Perspective privind aplicarea convertoarelor performante la acționarea podurilor rulante

1.1 Probleme generale

1.2 Utilizarea magistralelor și rețelelor de calculatoare pentru sistemele de conducere

1.3 Magistrale de computer

1.4 Implementarea interfeței pentru INTERBUS

2. Principiile procesului de control cu moduri alunecătoare și aplicațiile în acționări electrice.

2.1 Introducere

2.2 SM în VSS

2.3 Metode matematice

2.4 Procedura de proiectare

2.5 Controlul cu SM -liniar

2.6 Probleme legate de grafic

2.7 Controlul AE

2.8 Motorul de c.c.

2.9 Motorul de inducție

3. Convertorul de frecvență VLT

3.1. Schema bloc

3.2 Instrucțiuni operaționale

4.Calculul mecanismului de ridicare al unui pod rulant cu graifăr de 30 tone

Tema de proiectare

4.1 Determinarea datelor principale ale mecanismelor de lucru și transmisiilor

4.2 Stabilirea elementelor mecanice componente ale mecanismelor de ridicare

4.3 Mecanisme de translație

4.4 Calculul datelor mașinii electrice de acționare și a caracteristicilor acestora

+ desene

Bibliografie

[1] Seracin E. Văzdăuțeanu O., Barzuca D., Proiectarea acționărilor electrice a podurilor rulante și macaralelor. Editura UTT 1994

[2] Seracin E., Popovici D. Tehnica acționărilor electrice. Editura Tehnică București, 1986.

[3] J. Best, M. Pecas, K. Peters. Intelligent Drives with SERCOS Interface, PCIM Europe, Sept./Oct. 1993.

[4] A. Scharf . Profidrive for PROFIBUS, PCIM Europe May/June 1993.

[5] Manuale e utilizare a invertoarelor produse de Allen Bradley.

[6] Manualul de utilizare al automatului programabil de uz industrial SLC 5 /02 – Allen Bradley.

[7] Manualul de utilizare a convertorului de frecvență VLT 3000.

=== CAPITOL1 ===

1. Perspective privind aplicarea convertoarelor performante la acționarea podurilor rulante

1.1 Probleme generale

Podurile rulante moderne acționate cu mașini electrice alimentate prin convertoare statice, utilizează sisteme logice programabile ca echipamente de comandă și preluarea tuturor semnalelor incidente. Pe lîngă avantajele relizării unei construcții simple și fiabile, rezultă și alte proprietăți esențiale: reglarea digitală a parametrilor de lucru ai echipamentului, dotarea conertoarelor statice cu noi funcțiuni, de care utilizatorul dispune conform propriilor necesități, precum și supravegherea și comanda procesului printr-o rețea digitală. de exemplu, în cazul mai multor poduri rulante pe aceeași cale de rulare echipamentul de control trebuie să asigure suplimentar și corelarea mișcării utilajelor de ridicat.

În figură se prezintă o structură de acționare cu control prin calculator, în care se observă intrarea program 1 și intervențiile posibile prin limitarea de cursă 2 și deservire 3, memoriil de date 4 și programul 5, cu unitatea centrală 6, afișajul 9, sesizarea comenzii 10, exemplu pentru una din acționări 11, prescrierea automată 12 sau manuală 13 și traductorul de deplasare (poziție) 14.

Un convertor static modern, care se poate comanda printr-o interfață numerică de date serială sau paralelă, are în componență o a doua interfață. Acesta conține un convertor numeric-analogic (CNA) cu intrarea la pinii interfeței digitale și ieșirea la blocul de comandă al convertorului static și un convertor analogic-numeric (CAN) cu intrarea pe circuitele convertorului static și ieșirea spre dispozitivul programabil de comandă. Ansamblul acestor circuite formează un bloc de comandă și de fixare a parmetrilor specifici procesului de reglare. De exemmplu : comanda vitezei (prin tensiune la convertoarele de c.c. ri prin frecvență la cele de c.a.) se face prin semnale de c.c în domeniul 0-10V, iar pentru stabilirea sensului de rotație se folosesc două intrări de control "stînga" ȘI "dreapta".

Comanda convertorului static este foarte flexibilă acceptînd atît mărimile digitale (de la un microcalculator) cît și mărimile de intrare de la un automat programabil ori de la un potențiometru de presciere (comandă manuală). În conformitate cu acest mod de comandă este necesar ca modulul cnvertor static să fie realizat cît mai compact cu sistemul său de reglare.

Prin transferul direct digital al datelor cu ajutorul interfețelor standard se reduce numărul de conductoare în circuitele de comandă la cîteva linii de date; în acest fel se elimină problemele de compensare, legare greșită sau apariția paraziților în traseele paralele.

Transferul numeric de date lucrează bidirecțional. Datele transmise convertorului static sunt validate de acesta, iar în cazul unei recepții greșite transmisia se repetă. Pe lîngă aceasta prin intermediul interfeței de date sistemul de conducere poate interoga în mod continuu starea acționării, identificînd și stările defecte posibile.

Caracteristicile principalelor interfețe seriale digitale, utilizate pentru transferul datelor în acționări electrice, sunt date în tabel. Norma RS 232 se folosește pentru transmisii scurte și cu viteză limitată, fiind aplicată în cazul în care schimbul de date se face ocazional. Acestă normă permite conectarea de terminale și imprimante. Normele RS 423 și RS 422 rezolvă problema definirii stării și a vitezei de transmitere. Sunt utilizate în procese automatizate, de obicei asociate cu un automat programabil, cînd schimbul de date este continuu. Norma RS 485 este singura care dă posibilitatea exploatării unui număr mai mare de echipamente pe o linie de date comună.

Echipamentele comandate pot fi din procese diferite, de exemplu, un automat programabil poate comanda printr-o astfel de interfață toate convertoarele statice cre deservesc podul rulant pentru ridicare, translație cărucior, deplasare etc.. Există totuși un dezavantaj al acestui sistem de transmisie serială, și anume faptul că echipamentele conectate la o rețea de date prin RS 485 sunt activate (transmisie sau recepție) alternativ, întrucît transferul de date se realizează printr-o singură pereche de conductoare (bus).

În cazul în care timpul afectat transmisiei de date este mic (2ms) este posibilă cuplarea convertorului static cu celelalte echipamente din proces prin intermediul unei magistrale paralele standardizate. Cele mai răspîndite norme de magistrale de date pentru echipamente de proces sunt INTERBUS și PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). De exemplu, pe magistralele PROFIBUS, un convertor static șu un automat programabil schimbă trei tipuri de semnale:

– semnale de comandă (viteză, start, stop, reversare);

– semnale de stare (tensiune și curent prin motor, eventual frecvență);

– semnale de alarmă (stop motor, supraîncălzire înfășurări etc.)

Magistrala PROFIBUS (fig) nu necesită amplificare. Pot fi cuplate pînă la 32 echipamente, cu condiția ca cablul de bus să conțină maxim 2 ramificații. Cuplările de bus se fac prin intermediul unei interfețe speciale ASIC și un soft asociat.

Sistemul PROFIBUS prezintă de asemenea avantajul de a avea un grad ridicat de disponibilitate, căderea unui echipament din sistem neafectînd funcționarea magistralei.

1.2 Utilizarea magistralelor și rețelelor de calculatoare pentru sistemele de conducere

Comunicările seriale ale sistemelor conduse fac parte din topica zilei de astăzi. se compară în cele ce urmează magistralele seriale cu cele paralele respectînd aplicațiile din conducere.

1.2.1 Cerințe ale standardului de magistrale

Pretențiile față de un sistem de magistrale folosit în conducere depind mult de aplicațiile specifice. Cele mai importante cerințe pentru un nivel specific de performanțe sunt :

a) numărul cerut de participanți sau utilizatori ai magistralei

Numărul minim de utilizatori ai magistralelor pentru sistemele simple e evident doi. În cazul unui cadru multi-mașină (ca într-o hală) numărul de utilizatori se ridică la 10-100.

b) lungimea fizică a magistralei

Sistemele mici care sunt asamblate în rack-uri de 19'' au nevoie de lungimi ale magistralelor de numai cîțiva centimetri. În cealaltă extremă, ca în cazul halei, lungimea magistralei poate atinge sute de metri.

c) capacitatea de timp real

Majoritatea controlerelor digitale pentru conducere operează cu cicluri sau ritmuri "up-date" de 1ms. O magistrală se poate considera ca fiind cu timp real dacă toți utilizatorii pot schimba datele cu "centrul" la fiecare 1ms.

În ocazii rare, e necesar ca sistemele să răspundă mai rapid unor evenimente specifice (ex. activarea imediată a mișcării unei scule cînd s-a atins o poziție specifică a motorului). În acest caz, timpul de răspuns poate fi cerut de ordinul . În orice caz, e nerealist a cere timpi e reacție scurți de la o magistrală de cîmp universală: acest nivel de răspuns poate fi îndeplinit dacă e necesar cu ajutorul unor interfețe independente.

d) Regimul datelor

O interfață analogică covențională de 10V poate transmite informații cu o rezoluție de cca. 14 biți cu un ritm de împrospătre specificat de 1ms. Acesta e echivalentul unei rate de 1,7kbyte/s. Aceasta poate fi luată ca cerință minimă în rata transmisiei per utilizator. Permițînd unei rețele mai largi avînd cca. 100 utilizatori ai magistralei să transmită și să monitorizeze parametrii, devine necesară o rată de cel puțin 1Mbyte/s.

e) Susceptibilitatea interfețelor

Rezistența sistemelor de magistrale la interferența electrică poate fi pe cît posibil de mare. Aceasta nu depinde doar de susceptibilitatea mediului de transmisie. Folosind diferite metode de verificre și corecție, această proprietate a magistralelor poate fi îmbunătățită considerabil.

f) Diagnostic greșit și capacitate de remediere

g) Preț

1.3 Magistrale de computer

Sistemele de magistrale de computer se pot împărți în magistralele sistemelor și sistemele de magistrale seriale. Rețelele de întindere locală – Local Area Neetworks (LAN) – sunt grupate fără cea de-a dua categorie.

1.3.1 Magistrale VME și AT

Magistrala VME (Versa Module Eurocard) reprezintă standardul "de facto" în comanda industrială. Magistrala VME folosește o arhitectură Master – Slave. Modullle master transferă datte la și de la modulele slave. Pe o magistrală pot fi implementate pînă la 21 master. Lățimea magistralelor de date și de adrese poate fi configurată între 8 și 64 biți. Folosind un bloc de transfer de 64 biți e posibil a obține un ritm al datelor de pînă la 80 Mbyte/s. O reacție rapidă la evenimente speciale e posibilă cu ajutorul unei magistrale de întrerupere cu 7 nivele. Magistrala e asincronă, deci un proces rapid poate adresa module cu un timp de răspuns încet fără probleme. Proprietateea asincronă înseamnă că nu se poate garanta un timp de răspuns minim; totuși nu e relevant pentru ratele înalte de date ale magistralelor. Pe deasupra, magistralele VME îndeplinesc cerințele referitoare la ritmul de date și capacitatea de timp real. Securitatea electronică e datorată mul lungimii fizice scurte. În orice caz, magistrala VME e fizic redusă la o magistrală "black-plane". Aceasta înseamnă că toți participanții trebuie situați într-un singur loc. Lungimea maximă de 300 mm limitează numărul utilizatorilor la 21. De menționat că o variantă îmbunătățită a magistralei VME e în curs de dezvoltare. Numele ei este "Future Bus".

Pe de altă parte, magistrala AT nu e strict un sistem de magistrale propriu-zis; aceasta face doar liniile de adrese, de date și de comandă ale computerului central disponibile dispozitivelor periferice. Teoretic, poate fi obținut un ritm al datelor și de 6Mbyte/s. Întreruperile pe 6 nivele permit o reacție rapidă a procesorului la evenimente externe. Ca și magistrala VME, magistrala AT e asincronă, deci oferă timp de reacție nedefinit. Nu sunt incluse facilități de a îmbunătăți securitatea datelor și protecția.

1.3.2 Interfața RS 232 C

Interfața RS 232 C e una asincronă, serială, care a fost implementată în aproape fiecare sistem de computere. De aceea e simplu să implementezi comunicarea dintre un computer și un echipament de conducere prin această interfață. Din acest motiv RS 232 C e larg folosită în drivere și controlere. Ritmul maxim al datelor e uzual de 38kbyte/s iar lungimea maximă a cablului de 50m. securitatea sistemului e relativ ridicată datorită tensiunilor înalte folosite. Ritmul datelor și lungimea magistralei sunt totuși de departe prea scăzute pentru standardul internațional de conducere.

1.3.3 Interfața SERCOS

SERCOS (Serial Real Time Communication System) e o interfață care a fost special proiectată pentru sistemele de conducere. Ea servește interfațarea între comanda numerică și componentele conducerii "inteligente". Utilizatorii master&slave sunt înlănțuiți într-o configurație de inel printr-un cablu de fibră de sticlă. Pentru a minimiza timpul mort se folosește un ciclu de transmisie fix. Fiecărui slave îi este alocat un timp de pauză fix în cadrul ciclului de comunicare total. După ce master-ul a transmis un mesaj de sincronizare, fiecare slave răspunde după timpul de pauză alocat lui cu datele cerute de master.

După aceasta, master-ul trimite datele sale către slave din nou după timpul de pauză alocat anterior fiecărui slave.

SERCOS permite un ritm al transmisiilor de pînă la 125kbyte/s, iar pentru viitor sunt planificați 1Mbyte/s. Într-un singur inel pot fi conectați pînă la 254 slavr. Ciclul de transmitere poate fi definit liber între 64 s și 65 ms. Totuși ritmul transmisiei scade dată cu creșterea numărului de utilizatori. Folosind transmisia ptică prin fibre de sticlă se asigură un nivel foarte înlt de securitate la interferența electrică. Aceasta e îmbunătățită în continuare cu ajutorul unui verificator CRC și e faptul că masterul recepționează mesajul propriu înapoi prin inel și astfel verifică calitatea transmisiei. Folosind doar materiale sintetice pentru versiunea standard a fibrei de transmisie, SERCOS ar aun preț relativ scăzut. Cu acesta poate fi ușor obținută o lungime medie a magistralei pînă la 40m. Lungimi mai mari de pînă la 1000m necesită fibră de sticlă.

Interfața SERCOS exploatează toate avantajele interfeței standardizate : moduri de operare diverse și comutarea lor, rezoluție înaltă a valorilor de referință și de feedbac transmise, monitorizare, diagnostic, fixarea parametrilor etc.

Deși în preent CNC-urile realizează toate calculele pentru controlul poziției pe cale digitală, valorile de referință pentru viteză trebuie convertite în semnale de 10V după cum sunt cerute de driverele convenționale. Prin conectarea driverului la CNC prin interfața SERCOS (vezi fig.) e obținut un nou grad de flexibilitate în selectarea metodei de comandă optimă.

În loc de a avea un singur canal, de acuratețe și imunitate la zgomot scăzute, există posibilitatea schimbării diferitelor variabile cu precizie de 32 biți între driver și CNC.

Electronica de comandă : un sistem procesor dual (vezi fig.) conectînd un singur dintr-un procesor de semnal digital (DSP) Motorola DSP-56001 și un procesor gazdă de uz general oferă puterea de calcul pentru procesarea semnalului driverului.

O mulțime de trăsături ale lui DSP-56001 îl fac cel mai potrivit pentru funcții de conducere ca: controlul cuplului, vitezei, poziției. Interfața serială asincronă (SSI) permite conectarea unui convertor serial A/D prin doar trei fire, practic fără intervenție CPU. În final, interfața "gazdă" e conectată direct la magistrala de date a procesului "gazdă" și permite o cuplare foarte strînsă și de putere între procesorul "gazdă" și DSP.

Programul intern DSP 56001 (512 pe 24 biți) și RAM-urile de date (2 pe 256 pe 24 biți) sunt suplimentate de un RAM static exterior rapid (25ns) de 8k pe 24 biți. Din moment ce RAM-ul DSP-ului poate fi descărcat interfața gazdă utilizînd bootstrapul intern al DSP-ului de tip ROM, nu mai e nevoie să se conecteze direct la DSP nici un EPROM.

Ca și DSP-ul, CPU-ul gazdă are numai RAM pe motherboard-ul de conducere. Acest RAM e folosit pentru stocarea de date și pentru programe cu timp critic ce rulează fără întreruperi. Doar memoriile nevolatile ca EPROM și EEPROM sunt instalate într-un modul de memorie cu fișă.

EPROM-ul achiziționează programele atît pentru procesorul gazdă cît și pentru DSP. Parametrii specifici aplicați sunt salvați în EEPROM. Astfel comanda electronică obține individualitatea sa, adică adaptarea la diferite aplicațiii de la modulul de memorie. Aceasta generează o mulțime de avantaje logistice deoarece diferitele versiuni de soft ale driverelor diferă doar prin modulul de memorie ușor schimbabil.

Singura memorie nevolatilă e un mic EEPROM (1kbyte). Acesta e folosit pentru a stoca proprietățile electronice ale driverului ca de exemplu parametrii de acord (închiderea convertorului A/D, curentul driverului cerut pentru transmitterul fibro-optic, etc.), astfel potențiometrele sunt evitate, acordarea făcîndu-se automat.

De asemenea, aici sunt stocate cîteva date organizatorice ca: numărul serial electronic, numărul de verificare al softului, etc..

Comunicarea : această interfață, conform "standardului deschis" permite conexiunea la sistemele de comandă de nivel mai înalt provenite de la diverși producători. Noile servo-drivere ABB susțin deci interfața SERCOS care e în prezent singurul standard existent pentru aplicații pretențioase în conducerea electrică.

Interfețele ce lucrează în jurul invertoarelor cu comutație rapidă sunt înclinate a fi conturbate de zgomote electromagnetice. De aceea, interfața SERCOS utilizează cablul cu fibre optice pentru a lega driver-ul de CNC. Transmisia fibro-optică e unidirecțională, astfel e necesară o structură de inel pentru a obține ramuri optice și pentru a minimiza numărul componentelor.

NC-urile și driverele sunt conectate într-un inel SERCOS (vezi fig.) și e nevoie de o singură interfață SERCOS legată la CNC pentru mai multe driver-e.

Interfața SERCOS utilizează cadre HDLC (High Level Data Link Control) pentru comunicări seriale la ritmul de 2 Mbaud și în viitrul foarte apropiat de 4 Mbaud.

Driverele conectate la inelul SERCOS sunt în general elemnte de acționare în buclele de comandă de mare dinamism. De cum încolo, sistemul de date trebuie să asigure nu doar corectitudinea și consistența datelor ci și punctualitatea. Datele corect recepționate la timpul nepotrivit sunt nefolositoare în astfel de sisteme. Interfața SECOS a fost făcută să preîntîmpine aceste cerințe și spre deosebire de alte sisteme de comunicare care sincronizează toate driverele astfel încît ele măsoară valorile actuale și acceptă valorile de referință exact la timpii predeterminați, definiți de NC.

În configurația din figură, driverele repetă telegramele i.e., regenerează semnalele recepționate la intrările lor optice și le trimit cu un foarte mic suport următorului dispozitiv din inel.

În acest mod driverele recepționează telegramele regizate de CNC (MST-uri și MDT-uri, vezi în continuare) simultan. Doar cînd un driver trimite telegrama sa de răspuns (Atn) el deschide inelul pentru o durată predefinită. Astfel se pot lega la inel pînă la 254 drivere; în aplicațiile CNC un număr tipic fiind 8 drivere cu o durată a ciclului intefeței SERCOS de 2ms. Desigur, un CNC poate suporta mai multe inele de interfețe SERCOS dacă trebuie să opereze mai multe drivere la timpi mai scăzuți de ciclu.

Pentru a sincroniza toate driverele, CNC-ul transmiet telegrama de sincronizare master (MST) la intervale echidistante. MST-urile servesc ca și cronometru (tact) care e folosit nu numai pentru a comanda driverele dar și pentru sincronizarea sarcinilor de comandă ale acestora.

După recepționarea MST, fiecare driver trimite telegrama sa de răspuns (Atn) cu valorile actuale și statutul drivr-ului la o distanță preprogramată de la sfîrșitul MST. CNC-ul atribuie acești timpi secvențelor de start-up a comunicării individuale cu fiecare driver în acord cu cerințele aplicației. CNC are de determinat acești timpi în asemenea manieră încît să nu fie posibilă suprapunerea cu T. Telegrama de date master (MDT) e trimisă de CNC după recepționarea tuturor AT-urilor. MDT e o telegramă de emisie ce ajunge la toate driverele simultan; ea conține informația pentru toate driverele; din ea fiecare driver are să-și extragă cîmpul individual de date.

Toate comenzile opraționale de date/procedură și informațiile suplimentare sunt cuprinse într-un bloc de date. Fiecărui bloc de date îi este atașat un număr ID. Cu ajutorul acestuia, datele operaționale și informatice suplimentare pot fi accesate. Pentru a asigura interfațarea produselor diferiților producătorifără dificultăți e nevoie ca nu numai comunicarea să fie standardizată ci și conținutul parametrilor și variabilelor îincluzînd formatul datelor și scara, modurile de operare și comportarea funcțională a procedurii de comandă.

S-au definit urmăoarele moduri de operare standard:

– control cuplu

– control viteză

– control poziție folosint encoderul 1

– control poziție folosint encoderul 2

– control poziție folosind encoderele 1&2

Adițional au fost specificate tipurile de telegrame preconfigurate alocate și un mecanism ce permite schimbarea modului de operare "din mers"; lista următoare dă exemple de comenzi de procedură:

– axe Park

– procedura NC-Homing controlată

– procedura conducere-Homing controlată

– întreruperea conducerii

– poziționarea osie (arbore rotor)

– contolul conducerii sincrone

– încărcarea electronică a controlului conducerii.

Aceste comenzi de procedură sunt folosite în timpul secvențelor funcționale tip "homing" și "poziționare arbore".

1.3.4 Magistrale PROFIBUS

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) este un sistem e magistrale care afost conceput din start să întîmpine cerințele comenzii industriale și a sistemelor de conducere. Pentru transmisia electrică e folosit un cablu standard de două fire RS485. Sistemul e de aceeea foarte ieftin. Pot fi obținute rate ale transmisiei de 500kbyte/s. Lungimea maximă a magistralei este de 200m. Crescînd lungimea la 1200m, rata maximă a datelor scade la 9,6kbyte/s. Unei magistrale îi pot fi atașați pînă la 32 participanți. E posibilă atît operația unic-master cît și multi-master. Comunicarea are loc într-un ciclu de timp strict folosind un mesaj de lungime fixă. În perațiile de tip unic-master în care master-ul reprezintă comanda și toate conducerile sunt slave pot fi obținuți timpi de ciclu de ordinul (2-4ms)/utilizator. În acord cu dfiniția prezentată anterior, PROFIBUS-ul nu poate fi indicat ca fiind de timp real. Securitatea e ridicată prin detectarea și corecția erorilor printr-un mecanism "hand-shake" special ce folosește o sumă de date și un verificator de byte. Timpul de răspuns e de asemenea monitorizat. Variațile funcțiilor speciale ale PROFIBUS-ului ca și configurația și administrația conducerii sunt de mare interes. De asemenea, e posibilă schimbarea participanțiolor de-a lungul operațiilor. Aceasta constituie un mare ajutor în timpul exploatării și al service-ului.

1.3.5 Conducerea profesională prin PROFIBUS

Serviciile plăcii FMS specificate în figură au fost implementate construind o placă de bază implementată direct. Într-o ALI (Aplication Layer Interface) variantele procedurii de acces au fost imaginate ca o interfață simplă de utilizator și a fost făcut disponibil ghidul obiectului. În plus sistemul a implementat protocolul DP conform căruia pot fi utilizate o parte a funcțiilor profilate, adică datele combinate ale procesului/obiectele parametrice definite pentru traficul ciclic de comunicare a datelor. Protocolul DP utilizează aceeași interfață a utilizatorului și un subset al plăcii 2.

Software-ul e structurat în funcții bloc (vezi figura) și prevăzur cu interfețe, deci, cînd e necesar, modulele pot fi înlocuite cu altele diferite. Totuși, tot software-ul a fost implementat în limbajul de programare C. Mărimea codului global e aproximativ 70 kbyte.

Platforma hardware folosită e controlerul PROFIBUS de la SIEMENS (SPC). Software-ul e executat în mod curent la +25V și cu microcontrolere 80C188.

Pentru a optimiza caracteristicile temporale ale comunicării în ingineria sistemelor de conducere, GMA FA 6.8 întreține schimbarea ciclică a datelor cu un obiect de comunicare conținînd datele de proces/obiect parmetric (PPO). Totuși în comparație cu această opțiune de accews e de semenea posibil accesul individual la datele de proces și la parametri, adică au fost specificate adiționl alte obiecte de comunicare.

E implementată transmisia simultană de date către toți slave; aceasta înseamnă că datele de proces pentru toți slave (broadcst) sau pentru o parte din ei (multicast, dacă nu toți abonații au acces într-o telegramă – max 255 byte) sunt angajați într-o telegramă care e transmisă simultan slave-ilor implicați. Slave-ii sunt capabili a recunoaște partea din date adresată lor ( acesta fiind posibil fără vreo muncă de planificare adițională).

Serviciul de citire "Read" FMS e folosit pentru citirea în mesajele de verificare "check-back". serviciile plăcii 2 sunt procesate folosind un circuit hardware special, reprezentînd Siemens SPC ASIC. Sunt furnizate următoarele opțiuni ale ratei baud: 9,6kBd; 19,2kBd; 93,75kBd.; 187,5kBd; 500kBd; 1,5mbd. Afost implementat un filtru de adresă care recunoaște adresa stației, adresa individuală și adresa emițătorului. Doar telegramele direcționate spre această stație vor recepționa procesarea mai îndepărtată.

1.3.6 Magistrala SENZOR/ACTUATOR

Uriașa competiție pe plan internațional și desigur latura economică au arătat că există un serios potențial în mărirea raportului calitate/preț scăzut. Astfel în domeniul magistralelor, ținînd cont că clasica formulă a interconectării mașinilor sau a sistemului condus cu sistemul central de control prin fire paralele a ajuns să aibă destule dezavantaje ca: inflexibilitate, timpi nesatisfăcători, preț ridicat, s-a trecut la sistemul de magistrale de cîmp. Cîmpul senzorilor și al actuatorilor interconectează toate terminalele dispozitivelor ce au interfețe între proces și control.

Ceea ce se cere de la un astfel de cîmp se poate încadra foarte bine sub motto-ul: mai multe date într-un timp real mai scurt. Astfel s-a ajuns la o magistrală independentă de senori/actuatori.

INTERBUS pretinde că realizează o eficiență constantă în jurul valorii de 60% indiferent de numărul stațiilor. Magistralele din această nouă categorie folosesc o structură de inel, distanțele între stațiile individuale putînd fi de 400m iar lungimea întregului sistem putînd ajunge la 13km.

1.3.7 DRIVECOM

Controlerele moderne sunt făcute pentru serviciu efectivv și control cît și pentru diagnosticare. Prin DRIVECOM se realizează un control dinamic al operațiilor ce sunt automatizate.

Cerințele utilizatorilor pot fi împărțite în cîteva mari categorii. Se urmărește astfel în special :

– citirea parametrilor;

– monitorizarea stărilor conduse;

– controlul unuia sau a mai multor drivere;

– vizualizarea procesului prin parametrii săi relevanți: curenți, cupluri, viteze;

– controlul dinamic al driverelor cu ajutorul regulatoarelor preconectate.

Cu ajutorul controlerelor mai sus menționate se pot comandacircuite electronice realizate cu convertoare statice.

Se poate urmări, cu aceste dispozitive, prin traductoare și echipament automat adecvat poziția unui anumit dispozitiv.

În toate magistralele moderne se înlocuiește legătura paralelă convențională cu o legătură serie ce prezintă ca avantaje:

– posibilitatea integrării imediate a unor noi componente;

– necesitatea unei singure interfețe;

– documentație simplă;

– flexibilitate în ceea ce privește extensia sistemului;

– același program de implementare etc.

Conceptul implementării conduce la opțiunea integrării directe a convertorului specific de firmă.

1.3.8 Cerințe în cîmpul senzorilor și actuatorilor

împreună cu hardware-ul de care dispun, nivelul componentelor senzor/actuator constituie interfața dintr procesul fizic actual și controlerele și procesul computerizat. Pe baza acestei definiții, acest nivel include o extremă lărgire a cîmpului hardware de la limita cea mai simplă constituită din contactoare, care pot fi alocate cu tradiționalul nivel al controlerelor I/O, pînă la limita superioară repreentată de drive-controlere și interfețe operator. Folosirea acestui cîmp "inteligent" de dispozitive duce la sporirea descentralizării față de clasicele centre PLC.

Chiar dacă subfuncțiile unei sarcini automate sunt procesate independent, aceste "inteligente" dispoitive trebuie integgrate în întreaga secvență de control. Combinațiile necesare sunt făcute de un sistem cu un înalt nivel de control care include din nou nivelul I/O.

Rețeaua în cîmpul de senzori/actuatori trebuie să îndeplinească sarcinile bine atît pentru terminalele dispozitivelor simple cît și pentru cele complexe. Din acest motiv trebuie să avem în vedere atît cerințele unei clase de dispozitive cît și ale celorlalte.

În trecut, greșeala ce s-a făcut întotdeauna a fost adaptarea cerințelor la condițiile aplicației ce trebuia făcută. A fost clar că s-a intrat pe o linie moartă și s-au creat condițiile unei dezvoltări a unor rețele individuale.

Dacă caracteristicile comunicației hardware-ului în cîmpul senzori/actuatori sunt analizate, putem distinge două clase în ce privește informațiile ce sunt transferate: o clasă include date I/O sau proces de date iar cealaltă mesaje sau parametri. Există diferențe mari între cele două clase, iar cunoașterea lor cere sistemului de comunicații să prezinte bazele pentru implementarea unei rețele universale senzor/actuator.

1.3.9 Proces de date

Se caracterizează prin directa influență asupra procesului fizic. Tipic pentru procesul de date este situația de schimbare sau control al semnalelor pentru contactoare și ventile dar de asemenea și activarea valorilor pentru drivere. Această clasă are o foarte scăzută complexitate și necesită doar cîțiva biți. Potrivit ideii de descentralizare colectarea informațiilor trebuie să se facă cît ma iaproape de locul producerii lor și acestea trebuie traduse în codul rețelei. Acest lucru duce la o mărire a numărului de stații ale rețelei la cîteva sute reprezentînd o foarte mică cantitate de informații (8-16 biți).

Procesul de date se constituie din informații ciclice ce trebuiesc citite de către rețea. de asemenea trebui păstrată o echidistanță în ce privește timpul în care se realizează transferul datelor. din cauza micii cantități de informații per stație în general nu se folosește preprocesarea locală a acestora. Așadar transferul se face prin aderarea directă la proces. Luînd în considerare capacitatea actuală a PLC și necesitatea realizării unui ciclul în ce privește transferul informațiilor, toate procesele de date într-o rețea trebuie să citeascăaceste date în intervale de timp de 1-5ms. În viitor acest timp se cere a fi mult mai scăzzut.

În general, procesul de date este unic identifict prin dresa sa sau prin terminalul dispozitivului ce îl reprezintă. De aceea, o identificare în plus pentru transferul acestor date nu e necesară.

1.3.10 Parametrii (mesaje)

Parametrii servesc pentru ajustarea, monitorizarea și programarea terminalelor dispozitivelor. În contrast cu procesul de date, informațiile în ce privește parametrii sunt aciclice. Aceasta înseamnă că informațiile sunt transferate doar dacă e necesar. Transferul necesită o siguranță specială și recunoașterea mecanismului. Complexitatea blocului de parametri în cîmpul senzori/actuatori acoperă un spațiu de 10 pînă la 100 biți. În contrast cu dinamicul proces de date, timpul este relativ necritic.

Depinzînd de tipul de hardware implementat și de extinderea rețelei, timpul se situează între limitele 10-100ms. De cînd sursele inteligente de informații pot conține și trimite multe și diferite date, blocul parametrilor nu este identificat de adresa stației.

Transferul parametrilor necesită ma idegrabă adunarea și descrierea informațiilor, ce parvin cu ajutorul serviciului de comunicații cu chemare.

1.4 Implementarea interfeței pentru INTERBUS

INTERBUS-S, în conformitate cu topologia și structura protocolului care e specializată pentru adaptarea la cerințele senzorilor și actuatorilor, oferă un grad optim de acoperire pentru necesitățile acestei arii.

INTERBUS-S oferă posibilitatea implementării uneltelor și serviciilor în mod gradat de la prima experiență cu sistemul pînă la ultimul test de conformitate. Această soluție completă permite dispozitivului manufacturial o simplă și calculabilă implementare a interfețelor pentru produsele sale.

a) Hardware-ul slave

Gradul de acceptare și de folosire al conceptelor rețelei se menține sau intră în declin odată cu dezvoltarea circuitelor integrate. În consecință, dezvoltarea unei rețele ține de nivelul de dezvoltare l circuitelor electronice. Acesta e motivul pentru care s-au dezvoltat pe o largă arie cipurile integrate pentru legături master/slave pentru sistemul INTERBUS-S. Aceste cipuri sunt însoțite de o documentație amănunțită. Cipul pentru legătura slave (SUPI) implementează circuitul ciclic complet I/O și permite directa legare a procesului de date. Acest circuit poate interfața 16 intrări/ieșiri ale informației în binar. Astfel, implementarea acestui simplu dispozitiv I/O pentru sistemul INTERBUS-S este realizată în condiții optime. Așa cum se poate vedea în figură, sunt necesare doar cîteva componente electronice în exteriorul cipului respectiv (SUPI).

Această simplă interfațare a sistemului INTERBUS-S se poate face fără alte dispozitive "inteligente" locale și de asemenea fără sisteme cu microprocesoare asociate sau software. Cu aceasta cerința de bază pentru o reța senzor/actutor simplă a fost îndeplinită printr-un singur dispozitiv hardware.

Pentru interfațarea mai multor dispozitive e necesar un protocol software care să poată activa programul aplicației pentru fiecare dispozitiv simultan.

b) Software-ul pentru slave

Protocolul software PCP necesar pentru implementarea comunicării parmetrilor provine de la o sursă creată în ANSI-C. Software-ul de la PCP implementează protocolul în straturile 2b și 7, incluzînd serviciile PMS.

Documentația amănunțită a sursei-cod cuprinde și descrierea structurii și serviciilor PMS care fc parte din pachetul software.

c) Implementarea master

Sunt cîteva opțiuni obișnuite pentru legarea master-ului. Pe de o parte cipul master IPMS poate fi folosit în mod direct, iar pe de altă parte e posibil a se folosi complet implementarea interfeței.

Pe lîngă protocolarul cip master, această interfață realizează deasemenea acomodarea sistemului microcontroler cu completa rutină necesară pentru mînuirea și deplina stăpînire a funcționalităților master-ului inclusiv sistemul extensiv de diagnosticare.

Comunicația cu această interfață e realizată pe calea definirii și structuralizării simple a memoriei interfeței. Prin folosirea acestei interfețe master se crează condițiile necesare dezvoltării iar timpul poate fi considerabil redus. De asemenea această interfață asigură deplina compatibilitate a ansamblurilor masterului.

d) Unelte

O evaluare cuprinzînd complet hardware-ul și software-ul pentru niște simple legături I/O cu sistemele de comunicație bazate pe serviciile PMS este oferită astfel încît să permită o implementare rapidă a prototipurilor de interfețe.

Printre altele, evaluarea hardware-ului constă din cipul protocolar INTERBUS-S, un sistem microcontroler 8031 cu periferice complete și o memorie dual-port ca și interfață cu aplicația. Software-ul include întregul software al PMS astfel încît se realizează o legătură exemplară între interfață și procesul aplicației.

O monitorizare interactivă de comunicare se pretează la dezvoltare și teste de calitate. Acest software al monitorizării este executabil sub MS-DOS și operează împreună cu controlerul INTERBUS-S. Se pot primi informații despre structurile comunicației, modul de simulare putînd fi selectat în fiecare dintre mesajele comunicării ce pot fi schimbate cu stația virtuală fără necesitatea unui alt hardware în plus.

e) Testul de conformitate

După ce implementarea interfeței INTERBUS-S a fost completă, compatibilitatea și interoperabilitatea sistemului cu alte componente INTERBUS-S trebuie să fie verificată cu așa-numitele teste de conformitate.

=== CAPITOL22 ===

2. Principiile procesului de control cu moduri alunecãtoare ºi aplicaþiile în acþionãri electrice.

2.1 Introducere

Un înalt nivel de activitate științifică și publicistică, un neobosit interes în controlul structurilor variabile, sporit de aplicațiile efective, de diverse probleme de automatizare cît și scopurile funcționale sunt suficiente argumente de a considera acestă clasă a sistemelor neliniare ca un teritoriu bogat pentru studiu și aplicații.

Termenul de VSS (sisteme cu structură variabilă) și-a făcut pentru prima dată apariția la sfîrșitul anilor 1950. De atunci, primele performanțe ale acestor sisteme au fost reevaluate, potențialul lor a fost descoperit, resursele noii orientări au dat posibilitatea apariției unei clase noi de probleme de control, noi metode matematice, noi progrese în circuitele de comutare și (ca o concluzie), noi principii de control.

Înscrisul este orientat pe ideea de bază a metodelor de proiectare a VSS și selectează un set de aplicații, mai mult decît o informație generală sau o secvență istorică a evenimentelor ce au urmărit dezvoltarea VSS-ului, atîta timp cît diferitele lui stadii au fost publicate în articole generale în teorie și aplicații.

În plus, va fi prezentat rolul dominant pe care-l joacă SM în teoria VSS-ului, și miezul problemei de proiectare a algoritmului de control VSS constă în impunerea acestui tip de acțiune în variațiile stărilor spațiale ale sistemului. Introducerea SMC implică comutare de frecvență înaltă. Acest fapt nu determină greutăți în comanda acționărilor electrice (AE) de cînd modul de operare "on-off" este singurul admisibil pentru comanda convertoarelor. Acest motiv determină eficiența ridicată a EMC pentru AE și alegerea făcută de autor în ce privește aplicațiile

2.2 SM în VSS

VSS constau dintr-o serie de subsisteme continue, cu comutație logică proprie, și ac un rezultat controlul acționărilor se face prin funcțiile discontinue de stare ale sistemului, a variațiilor și a mărimilor de intrare(dacă sunt accesibile măsurătorilor). De-a lungul întregii istorii a teoriei conducerii, gradul de cunoaștere a sistemelor de conducere a fost menținut la un nivel înalt. În particular, încă de la început regulatoarele "on-off" sau "bang-bang" au aranjat corespunzător implementarea și eficiența controlului hardware.

În plus s-a hotărît că VSS sunt generate de:

dacă (pentru fiecare componentă) (1)

s(x)T=(s1(x),…,sm(x))

VSS(1) cu funcțiile continue f, s, u+, u- conține 2m subsisteme și structura lui variază pe m suprafețe în spațiul stărilor. Din punctul de vedere al considerațiilor anterioare valoarea la care se referă elementarul exemplu al sistemului de ordin 2, controlul tip "on-off" cu SM:

(2)

considerate de Andronov [13] în studiul său de dinamică autopilotată. Aceasta urmează analizei stărilor plane care în vecinătatea segmentului mn pe linia de comutare s=0, (v. fig. 1), traiectoriile îndreptîndu-se în direcții opuse, conduce la apariția SM de-a lungul acestei drepte. Ecuația liniei de comutare s=0, poate fi analizată ca una de mișcare: (3), cu soluții dependente doar de creșterea ușoară a lui c, fiind invariantă la parametrii introduși și la modificări.

Domeniul SM este limitat de exemplul de mai sus, dar dacă amplitudinea controlului discret determină stări dependente ( M=k|x|, k=const.), aceasta poate coincide cu linia de comutare. Sistemul este format din două structuri liniare (u=kx și u=-kx) arătate în fig. 2 pentru a1=0, a2<0. Astfel că SM (v. fig 3) după ce stările sale ating s=0, tinde exponențial în concordanță cu ec.:

fig. 1. SM într-un sistem de ordin 2

fig. 2. Stările, în plan ale structurilor liniare

Sistemele controlate discret (1) sunt cunoscute moduri alunecătoare cu traiectoriile stărilor tinzînd, deasemenea, către suprafețele de discontinuitate. Analog exempului anterior, stările vectorilor viteză pot fi poziționate față de una din suprafețe și SM se găsește pe aceasta (arcul ab și cb din fig.4 ). Aceștia (vectorii viteză) pot rezulta și pe intersecția suprafețelor de discontinuitate (arc bd). Figura 5 ilustrează SM în cazul intersecției plane dacă acesta nu există pentru fiecare luat în parte.

fig. 3. SM în sistem cu structură variabilă

fig. 4. SM pentru cazul suprafețelor de discontinuitate și pentru intersecția acestora

Discutînd importantele motive pentru care SM au fost și sunt de o importanță deosebită în metodele de control a VSS avem în primul rînd că în SM mărimile de intrare incrementale ale controlului discret tind la 0, în timp ce mărimile de ieșire (mai exact valoarea medie uav) iau valori finite (v. fig 6). De aici elementul ia valori mari(teoretic infinite) astfel că nu se iau în considerare influențele perturbatoare și incertitudinile din comportarea sistemului.

fig. 5. SM la intersecția suprafețelor de discontinuitate

fig. 6. Implementarea controlului creșterii prin SM

Spre deosebire de sistemele cu control continuu, reglajul se realizează controlul finit al acționării. Pe de altă parte, deoarece traiectoriile SM depind de niște intervale de dimensiuni mai mici decît ale sistemului, ordinul ecuației mișcării se reduce ca atare. Aceasta dă posibilitatea simplificării și particularizării procedurii de proiectare. Ambele, reducerea ordinului și invarianța stărilor dinamice sunt ușor realizabile pentru exemplul de ordin 2 dat mai sus. Și, în sfîrșit, trebuie menționat și un aspect de uz pur tehnologic al SM. Pentru a îmbunătăți performanțele, tiristoarele inerțiale de putere și convertorele tranzistorizate de putere sunt folosite tot ma imult în conducerea sistemelor de control. Atît timp cît algoritmii continui sunt utilizați, controlul este format ca un semnal discontinuu de înaltă frecvență, cu valoare medie egală cu valoarea medie dorită la semnal continuu, cît timp comutarea este singura soluție utilizată la convertoare. Pare mult mai natural să folosi malgoritmi orientați spre controlul discret al acționărilor.

Studiul SM este o problemă, cu mai multe variante, abordată matemetic, din punct de vedere al controlului teoretic și prin aspectele impuse de aplicații. Capitolele și părțile acestui studiu sunt arătate în fig. 7.

– METODE MATEMATICE – ECUAȚII DE MIȘCARE

– CONDIȚII DE EXISTENȚĂ

CONTROLUL

SM – MODELARE – DECUPLARE

– STABILITATE

– APLICAȚII – MOTOARE ELECTRICE

– PROCESE INDUSTRIALE

– CONTROLUL VEHICULELOR

2.3 Metode matematice

Pentru a argumenta strict în favoarea folosirii SM multidimensional avem nevoie de metode matematice ce descriu SM la intersecția suprafețelor de discontinuitate s=0 și condițiile de mișcare să existe.

Prima problemă ce se ridică la controlul discret de cînd ecuațiile diferențiale nu mai satisfac teoremele convenționale de existență a soluției unice. Ne vom limita la exemplul sistemului de ordin 2 pentru a demonstra că sistemele cu conducere discretă necesită un tratament mai subtil . Fie ca și controlul discret al sistemului:

să fie implementat printr-un limitator și printr-un releu cu histereză astfel încît – este lățimea zonei liniare a limitatorului și curba de histereză destul de mică atunci cînd se compară cu porțiunea de control.

Experimentul în care = 0.01 arată că în ciuda controlului riguros, mișcarea de-a lungul liniei de comutare este instabilă în primul caz și stabilă la limită în cel de-al doilea caz.

fig. 8. Ambiguitatea ecuațiilor SM

În cazurile în care metodele convenționale nu sunt aplicabile, calea cea mai accesibilă este de a folosi calea cea obișnuită sau reducerea problemei inițiale la un aprox. similară pentru care se pot folosi metodele uzuale (cunoscute). În particular ținînd seama de întîrzierea sau histereza elementelor de comutare, constantle de timp mici, neglijate în caul modelului ideal, înlocuirea funcțiilor discontinue cu aprox. continue sunt exemple de regularizare, atît timp cît punctele de discontinuitate (dacă ele există ) sunt izolate.

În opinia noastră calea universală constă în introducerea unei zone de limitare = domeniul din jurul lui s=0, unde controlul discret ideal este înlocuit cu unul real astfl că traiectoriile stărilor sistemului (1) nu sunt definite în domeniul arbitrar ales din interiorul zonei din fig. 9. singura prezumpție oentru acest tip de mișcare este soluția existentă în sensul obișnuit. Dacă lățimea acestei one de limitare tinde la 0, limitele soluției există și sunt luate ca soluții ale sistemului SM ideal. Pe de altă parte trebiue să recunoaștem că aceste ecuații, dincolo de suprafețele de discontinuitate definesc ambiguu ecuațiile mișcării.

fig. 9. Zona limită de regularizare

Zona limitată de regularizare permite fundamentalei redenumită "metodă echivalentă de control" destinată să deriveze ecuațiile SM în sistemul dependent de controlul liniar:

(4)

unde B(x, t) este o matrice de ordin n x m. În concordanță cu metoda de control, ce poate fi înlocuit cu un control echivalent, care este reprezentat de soluția lui lui:

Luînd , ecuația SM în intervalul din jurul lui s=0 este (5)

Atît timp cît s(x)=0, m componente ale vectorilor stărilor x pot fi determinate ca funcții de restul (n-m) x2=s0(x1); x2 și corespunzătoare ordinului ecuației SM poate fi redus la 1:

(6)

Ideea metodei echivalente de control poate fi ușor exprimată cu ajutorul unor considerații geometrice.

Traiectoriile SM se găsesc în intervalul determinat în jurul lui s=0 și controlul echivalent ueq devenind soluție a ecuației s'=0 implică înlocuirea controlului discontinuu cu unul continuu astfel încît vectorul viteză al stărilor să tindă spre domeniu (tangențial).

Unicitatea ecuațiilor SM explică de ce studiul controlului sistemelor cu dependență liniară în control a fost deviat de la traiectorie către teoria VSS (și nu numai). De notat că în exemplul anterior, de ordin 2, dependența neliniară în control, a ecuațiilor neliniare, a rezultat ambiguă în ecuațiile SM.

O a doua problemă matematică se referă la condițiile de existență ale SM, ele sunt echivalente cu condiția de convergență a traiectoriei stărilor către intersecția (s=0) suprafețelor de discontinuitate. De aceea, condițiile de existență pot fi formulate în funcție de stabilitatea originii în spațiul m-dimensional sau de subspațiul distanței pînă la suprafețele de discontinuitate. Pentru a transforma condițiile de existență într-o formă analitică, ecuația proiecției mișcării pe subspațiul s:

(7), care trebuie analizată, de exemplu prin proiectarea funcțiilor Liapunov. Mai simplu este ca GB să devină o matrice indntică. Deci pentru:

u = -M sign(s)((sign(s)T = sign(s1), … sign(sm)), cu M mai mare decît cea mai mare valoare estimată pentru vectorul elementelor Gf, funcțiile au semne diferite. Aceasta se anulează după un interval finit de timp. ca un rezultat, SM rezultă într-un moment de timp (finit) în contrast cu sistemul continuu și tinde asimptotic către orice interval conținut în sistemul traiectoriilor.

2.4 Procedura de proiectare

Discutînd metodele legate de ecuațiile SM și condițiile de existență, acestea constituie fundamentul posibilităților de proiectare a procedeelor în VSS. Decuplarea sau stabilitatea, sau ambele sunt inerente pentru oricare dintre ele. Numărul ridicat de dimensiuni și incertitudinile în comportarea sistemului sunt cunoscute ca fiind serioase obstacole în aplicarea eficientă a algoritmilor de control și folosirea ambelor metode: analitică și pe calculator.

În legătură cu controlul mărimilor mari, metoda de proiectare permite decuplarea mișcării în componente parțiale independente de s. Decuplarea în sisteme discontinue de control (4) este ușor realizabilă. Ecuațiile SM (6) sunt de ordin redus, independente de control, și dependente doar de ecuațiile suprafețelor de discontinuitate. Proiectarea procedurii constă din 2 etape.

Prima etapă : funcția s0 este folosită pentru control în (6) și proiectată funcție de anumite criterii de performanțe a standardelor de control. În etepa a doua urmează selecția modurilor discontinue pentru logica de comutare în (1), pentru impunerea SM, fapt care este echivalent cu problema stabilității în spațiul s (7), a reducerii ordinului la necesar. Trebuie notat că ultima problemă nu este prea dificilă dacă dimensiunile și controlul acestora coincid. Ca un rezultat procedura de control se desparte în două părți independente pentru dimensiuni mici: ordinul (n-m) la început și apoi de ordin m. În sistem pornind de la momente de timp finite, mișcarea cu proprietățile prescrise va fi determinată.

Intervalul de timp ce precede scăderea SM cu creșterea intensității controlului (11), și dacă aceasta este destul de mică atunci ecuațiile cu variația cea mai rapidă determină proprietățile sistemului de control.

La ce ne putem aștepta prin funcționarea SM în condiții incerte. Să presupunem că în sistemul de ecuații:

(8), vectorul h(x, t) reprezintă toți factorii a căror influență în control a fost eliminată. Dacă pentru orice x și t h șirului {B} (9)

ceea ce înseamnă că perturbațiile acționează în spațiul de control, atunci acolo există control uh, ca și cum Buh= -h și de aici sistemul este invariant cu h(x, t). Dar controlul lui uh va fi greu de implementat atîta timp cît perturbațiile vor fi inaccesibile măsurătorilor.

Astfel noi am stabilit ecuațiile SM în orice domeniu independent de control. Analog, prin metoda echivalentă de control se poate arăta că SM este independent de h(x, t), de aceea condiția (9) este condiția de continuitate pentru controlul SM. Este foarte important pentru proiectarea sistemului invariant să nu fie necesară măsurarea vectorului h. Pentru a asigura existența SM este necesar să se estimeze doar valoarea superioară a lui h (un număr sau o funcție).

2.5 Controlul cu SM -liniar

Considerăm că urmărim prin control convențional în cazul liniar:

(10), unde A,B sunt matrici constante, rang B=m, pentru a arăta că procedura de calcul a SM se bazează pe principiul decuplării.

Sistemul (10) poate fi transformat la o formă regulată [15]:

(11)

unde Aij (i, j =1,2), B2 este o matrice constantă a dimensiunilor principale,

x1 Rn-m, x2Rm, det B20. Considerînd componentele vectorilor de control, avem discontinuitate pe suprafețele liniare,

(12)

se găsește că atunci cînd apare SM pe intervalul s=0 (x2= -Cx1), comportarea sistemului este guvernată de ecuațiile de ordin n-m

(13)

Una din posibilitățile de obținere a proprietăților dinamice necesare a sistemului de control este trasarea curbei închise de valori proprii, pentru sistemul cu reacție liniară.

Oricît, dacă în contextul sistemului inițial (10) suntem preocupați cu utilizarea tuturor dimensiunilor, introducerea SM le reduce, atîta timp cît ordinul ecuațiilor (13) scade cu un număr egal de dimensiuni. Pentru sistemele controlabile (10) există întotdeauna matricea C, ce garantează valorile dorite ale sistemului (13) [16]. Matricea C devine soluție a curbei valorilor proprii de ordin (n-m), determină ecuațiile suprafeței de discontinuitate (12). A doua parte a proiectării procesului este alegerea controlului discontinuu astfel încît SM să se găsească întotdeauna în domeniul lui s=0, aceasta fiind echivalent cu stabilitatea originii în spațiul s, m-dimensional.

Proiectarea mișcării în spațiul s este descrisă de o ecuație similară (7):

Controlul discontinuu ; a=ct. unde |x| este suma componentelor vectorului x, în modul rezultă din:

(14).

Aici există valori pozitive ale lui a, așa că funcțiile și (i=1,…,m) au semne diferite. Aceasta înseamnă că SM se va găsi în fiecare din suprafețele de discontinuitate.

În cadrul controlului discret se poate determina în concordanță cu criteriul mediei pătratice

Dacă ne-am ocupa de optimizarea SM atunci domeniul acesteia ar trebui să fie liniar, atîta timp cît coeficienții ecuației sale sunt determinați prin ecuația lui RICCATI de reducere a ordinului analog cu determinarea de mai sus a semnului [11]. Controlul (14) leagă generarea SM în intervalul (12) cu constanta și matricea C de variație a timpului.

Perturbațiile permanente și variația parametrilor plani sunt problemele de bază în teoria conducerii. Așa cum am menționat în partea a IV-a generarea SM prin păstrare constantă a tuturor factorilor ce au fost eliminați în controlul subspațiilor. Pentru sisteme liniare

, această condiție a fost introdusă în termenii sistemului, introdusă în matrice [17]. SM în intervalul (12) este invariant la perturbațiile f(t) și variația parametrilor A(t)(A=A0 + A(t), A0=ct.), dacă D interval {B}; A(t) șir {B}, corespunzător condițiile de decuplare a sistemelor interconectate pot fi găsite: matricile de interconexiune în orice subsistem poate fi asociată corespunzător subspațiului controlat.

2.6 Probleme legate de grafic

Acest subiect prezintă o mare importanță cînd se dorește a se stabili o legătură între recomandîrile din teorie și aplicații. Comportarea ține seamă că există în control o componentă cu frecvență ridicată, se va analiza robustețea sau problema corespondenței între SM ideal și procesele reale în prezența dinamicii aleatorii. Constantele de timp mici ( și din fig. 10) neluate în considerare în analiza modelelor, precum și ale senzorilor duce la discrepanțe dinamice (z1 și z2 sunt vectorii stărilor corespunzători dinamicii aleatoare).

În concordanță cu teoria existenței unei singure perturbații [18] în sistemele cu control continuu, componenta rapidă a mișcării scade repede iar cea lentă depinde continuu de constantele mici de timp (v.fig. 11).

fig. 10. Dinamica aleatoare determinată de senzori și elemente conducătoare

fig. 11. Sistem cu control continuu

În sistemele cu control continuu, soluția este dependentă continuu de parametrii mici, de asemenea. Dar spre deosebire de controlul continuu, controlul prin comutare, determină apariția dinamicii aleatoare, care duce la oscilații în stările vectorilor, de frecvențe finite(v. fig. 12). Oscilațile, de obicei se referă la grafic, sunt cunoscute ca un rezultat al unei exactități scăzute, pierderi mari prin căldură în circuitele electrice de putere și o bună rezistență mecanică a părților. Aceste fenomene au fost considerate ca niște obstacole serioase în aplicarea SMC în multe referate și discuții. Un studiu recent[19] și experiența arată că oscilațiile cauzate de dinamica aleatoare pot fi eliminate în cazul sistemelor cu observatori asimptotici (v. fig. 13). În ciuda prezenței dinamicii aleatoare, rezultatele SM ideal sunt descrise de o singură perturbație în ecuațiile diferențiale, cu soluții libere de componenta de frecvență înaltă ducînd aceasta la un sistem ideal (v. fig. 14). Așa cum arată fig. 13, observatorul asimptotic servește ca reacție la componenta de înaltă frecvență, deci dinamica aleatorie nu este excitată. Folosirea SMC cu obsevator asimptotic predetermină succesul aplicațiilor cu conducere cu SM.

Alternativa care aproape că atinge discrepanțele de discontinuitate este o aproximare continuă a controlului discontinuu [20] – [22]. Se poate nota că pentru extreme foarte distanțate(intervale largi) în partea de mijloc a aproximării funcției(v. fig. 15) poate duce foarte bine la excitarea dinamicii aleatoare, și compromisul între exectitate și robustețe trebuie realizat. În plus la aceasta, aproximațiile continue nu sunt admisibile pentru multe din aplicațiile în care "on-off" este "modul de a fi" pentru elementele de comandă (ca de exemplu tiristoarele sau tranzistoarele din convertoare).

fig. 12. Oscilații în sistem cu control discontinuu

fig. 13. Sistem de conducere cu observator asimptotic

fig. 14. SM în sisteme cu observator

fig. 15. Aproximări continue în controlul discontinuu

2.7 Controlul AE

Experiența obținută în aplicațiile algoritmilor SM, arată eficiența, multitudinea posibilităților de folosire a acesteia. Controlul AE este una din cele mai provocatoare aplicații, drept care se folosește foarte mult servomecanismul în controlul sistemelor, avantajele circuitelor de comutare, rapide și insuficiența metodelor de control liniar pentru sisteme neliniare de ordin mai mare ca 2, ca de exemplu M.c.a.. Introducerea SM însemnă pentru cele mai obișnuite componente electrice să fie eliminate de unele mai simple.

Convertoarele electronice disponibile dau posibilitatea de a mînui puteri mari, de zeci de W și frecvențe de același ordin. Cînd se utilizează astfel de convertoare limitate funcțional prin modulare în lățime de puls (PWM) pare nejustificată, este preferabil să ne întoarcem la algoritmii de control discret ai acționării. Introducerea discontinuităților este dictată de natura elementelor convertoarelor. Rezultatele aplicației SM pentru motoare de c.c., asincrone și sincrone sunt prezentate în tab. 1.

Sistemele au foarte mult în comun: impunerea SM duce la sensibilitate scăzută la perturbări (cuplul de sarcină) și variația parametrilor; independent de introducerea conducerii ecuațiile acționării sunt de ordin redus și liniare.

ACȚIONAREA M.E. Tabel 1

(tab. 1)

Din multitudinile de posibilități de control pot fi notate: poziția unghiulară, turația, fluxul magnetic, optimizarea acestuia (controlului) se face cu criterii de eficiență considerate din punct de vedere mecanic, al puterii. Obișnuit se folosesc traductoare de poziție, turație, curent plasate în sistem. Restul variabilelor de stare (flux și derivatele lui în timp, accelerația unghiulară) sunt stabilite pe baza observatorilor liniari sau neliniari.

2.8 Motorul de c.c.

Din punct de vedere al controlabilității M.c.c. cu excitație constantă este simplu. Acționarea lui este guvernată de o ecuație de gradul 2 cu respectarea vitezei unghiulare a rotorului n și a curentului i, tensiunii u și cuplului sarcinii ML ca un control și perturbație:

(15),(16)

unde L,J,r,ke și km sunt parametri constanți.

Fie ca no(t) să fie o intrare de referință, atunci ecuația de ordin 2 a mișcării, cu respectarea erorii x1=no(t) – n, este de forma:

(17)

unde a1, a2 și b sunt parametri pozitivi, f(t)este o funcție de timp, dependentă de ML(t), n0(t) și de derivatele lor de timp.

Pentru controlul discret

(18)

eroarea x1 scade exponențial și SM se va găsi pe linia lui s=0 atîta timp cît ecuația:

este liniară și nu depinde de f(t), rezultă din

în sistemul (17), (18) cu

(19)

valorile lui și au semne diferite și stările tind către linia cu s=0, după un interval de timp finit. Inegalitatea (19) determină tensiunea necesară pentru impunerea SM, și ca un rezultat controlul este dus la 0.

Pentru implementarea controlului (18), este necesară accelerația unghiulară (). După atribuirea vitezei unghiulare n și curentului i se poate măsura direct și cuplul de sarcină, sarcina variind încet sau dML/dt=0 (20). Observatorul de ordin redus LUENBERGER poate fi proiectat:

(21)

cu l=ct., este estimatorul lui M=ML + l.n . În concordanță cu (16), (20) și (21) ecuația pentru abaterea:

este de forma

Potrivit alegerii variației lui l, se dorește convergența lui către 0 sau (-ln) către ML potrivit alegerii. Aceasta înseamnă că cuplul de sarcină este cunoscut, derivata de timp dn/dt trebuie găsită în (16).

Analog controlul cu SM poate fi proiectat pentru poziție și cuplu, controlul cu sau fără măsurarea curentului motorului. Împreună cu controlul coordonatelor mecanice, optimizarea funcție de criteriul consumului de putere trebuie realizată, pentru M.c.c. cu controlul în curent al excitației [6].

Secțiunea 6 a fost dedicată conducerii SM în sisteme cu o dinamică aleatoare în care componentele parțiale ale mișcării trebuie separate după viteze și apoi cea rapidă nu va fi luată în considerare. O situație similară este aceea cînd se conduce un M.c.c. cu o mișcare mai mică (a rotorului) decît viteza cîmpului electromagnetic. Formal aceasta înseamnă că L<<J în (15),(16) ceea ce trebuie prezentat ca:

(15'),(16')

cu eroarea de control . Să scriem ecuația pentru , făcînd pe L egal cu 0. Atunci substituția soluției lui (15') cu L=0:

(22)

în (16') duce la:

(23)

Ecuația (23) este considerată ca un model de ordin redus a M.c.c.. În cadrul modelului (23), controlul discret , dependent doar de eroarea de control (în contrast cu 18, dependent de derivatele de timp) pentru creșterea îndeajuns a lui u0, se determină SM în "intervalul"
și ca un rezultat traiectorie ideală a mărimilor de intrare u0(t), a vitezei de rotație a axului. Atît timp cît s-a discutat în (6), dinamica aleatorie (15') poate mări vibrațiile pînă la valori inadmisibile. Urmărind recomandările din 6 se pot elimina vibrațiile prin folosorea observatorilor asimptotici.

Comportarea în concordanță cu , ne poate duce la proiectarea observatorului asimptotic cu estimatoarea lui (23) și ML:

(24)

(25)

pentru și ML, l1 și l2 sunt constante. Controlul funcție discontinuă pentru estimarea erorilor:

(26)

Valoarea lui și derivata ei în timp (24) au semne diferite dacă:

(27)

Originea SM înseamnă că conducerea discontinuă (26), (27) reduce estimarea erorii către 0. Pentru a deriva ecuația SM în concordanță cu metode de control echivalent, soluția (24) cu respectarea controlului,

trebuie substituit în sistem (15'), (16'), (25), pentru u:

(28)

(29) (30)

Ecuațiile (28), (29), (30) și ML = 0 descriu SM în intervalul . În concordanță cu teoria sistemelor cu o singură perturbație [18] pentru L<<J mișcarea rapidă a sistemelor liniare poate fi neglijată prin anularea parametrului L . Substituția soluției ecuației algebrice (28)(L = 0) cu introducerea lui i în (29) duce la obținerea ecuației mișcării pentru și :

Aparent valorile proprii ale sistemului omogen pot fi trasate printr-o alegere mai bună a lui l1 și l2 și rata scăderii erorii de control (dorită) poate fi garantată.

Principalul avantaj al metodei bazate pe reducerea ordinului este că accelerația unghiulară nu este necesară pentru proiectarea conducerii cu SM.

2.9 Motorul de inducþie

Cel mai simplu, mai de încredere și mai ecnomic dintre toate, motorul de inducție, înlocuiește M.c.c. în tehnologia actuală, altfel, în termeni de controlabilitate, MI pare mult mai complicat. Comportarea acestuia este descrisă de un sistem diferențial de ecuații, neliniar, de ordin ridicat:

(31)

unde n este viteza unghiulară a rotorului și – vectori bidimensionali care reprezintă fluxul în rotor, curentul și tensiunea din stator, în sistemul fix al stărilor, corespunzător; M și ML sunt momentele dezvoltate de motor și cel al sarcinii, uR,uS,uT tensiunile fazelor care pot fi făcute egale cu u0 sau -u0, eR, eS, eT sunt vectorii fazelor R,S,T iar J, xH, xR, xS, rR, rS sunt parametrii motorului.

Scopul controlului este de a face coordonatele mecanice, de exemplu viteza unghiulară n(t), egală cu mărimea de referință n0(t) și amplitudinea fluxului din rotor cu mărimea de referință .

Devierea de la mișcarea prescrisă este descrisă de funcțiile:

cu c1, c2 constante de valori pozitive.

Invertorul static determină trei controale independente uR, uS, uT, astfel că unul din gradele de libertate poate fi folosit pentru a satisface niște criterii suplimentare. Tensiunile uR, uS, uT constituie un sistem trifazat echilibrat ceea ce înseamnă că egalitatea

(32)

poate fi valabilă pentru orice t.

Dacă toate cele trei funcții s1, s2, s3 se egalează cu 0, din condiția suplimentară (32) a sistemului trifazat, viteza și fluxul abaterilor scad exponențial pentru ca s1=0, s2=0 cu c1,c2>0 sunt ecuații diferențiale de ordin 1. Aceasta înseamnă că proiectarea se reduce la impunerea lui SM în intervalul s=0; sT=(s1,s2,s3) în sistemul (31) cu controlul uT=(uR, uS, uT). Proiectarea mișcării în subspațiul s poate fi scrisă sub forma:

(33)

unde vectorul FT=(f1, f2, 0) și matricea D nu depinde de conducere, fiind o funcție continuă a stărilor motorului funcție de intrări. Matricea D este de forma:

și d=[1, 1, 1], k=ct., det D 0.

Controlul discontinuu va fi proiectat folosind funcția Lyapunov .

În primul rînd derivatele de timp ale traiectoriilor stărilor sistemului (33)

(34)

cu substituția în control

în

unde

Condițiile u0 > |fi|* ; i=1,2,3 (35)

furnizează negativarea lui dv/dt și de aici originea spațiului s* (cu det D 0 în s) este asimptotic stabilă. De aici SM rezultă în zona s=0, care face posibil ca variabilele să fie conduse, sub urmărire către valorile dorite. De notat că existența condiției (35) a inegalității conduce la rezultatul că variația șirului de parametri și valoarea cuplului sarcinii pot fi cunoscute prin alegerea valorilor necesare ale tensiunilor de fază.

Ecuația suprafeței de discontinuitate s*=0 depinde de accelerația unghiulară, fluxul din rotor și derivatele lui de timp. Aceste valori pot fi găsite folosind urmărirea asimptotică și presupunînd că viteza unghiulară u și curenții din stator iR, iS, iT, sunt măsurați direct. Comportarea corectă este funcție de:

a sistemului de urmărire proiectat, cu vectorii de stare (ecuații 27), ca estimatori ai vectorilor și și cu , ca intrări:

(36)

Din (31) rezultă valorile erorilor care satisfac ecuațiile:

(37)

Funcția Liapunov, , derivată ca funcție de timp, este ca o soluție a ecuațiilor (37).

este negativă, ceea ce verifică convergența lui v la 0 și estimează (ecuații 33) la valorile. Valorile cunoscute, și , cu care se pot găsi derivatele de timp și din (36) și sunt necesare pentru determinarea suprafeței de discontinuitate s2=0.

Ecuația suprafeței de discontinuitate s1 este dependentă de accelerația de du/dt. Cînd sunt calculate și și măsurate, cuplul motorului poate fi calculat

Considerînd că momentul de sarcină variază lent, valoarea lui dn/dt poate fi găsită utilizînd observația (21), scrisă pentru M.c.c.. Întreținerea AE poate fi simplificată considerabil dacă ea poate fi proiectată fără traductoare mecanice de coordonate. Fluxul în rotor și viteza unghiulară pot fi găsite simultan cu ajutorul unui sistem de urmărire neliniar cu parametri discontinui și avînd ca intrări curenții și tensiunile din stator (30):

unde

și sunt estimatorii componentelor fluxului și curentului. Valorile estimate ale vitezei unghiulare și parametrul auxiliar sunt funcții discontinue de eroarea estimată de curent:

Pentru a mări suficient u0 și , SM tinde către suprafețele cu sn=0 și , constînd în a face și . Funcțiile și din (28) pot fi înlocuite cu și ueq – soluțiile sistemului ținînd cont de și . Analiza dinamicii în SM a sistemului 28 atestă că = n și ueq=0 sunt puncte cu stabilitate asimptotică și observatorul poate furniza viteza unghiulară și fluxul statoric. Valoarea lui poate fi găsită folosind un filtru trece-jos.

Viteza (poziția) necesară a algoritmilor de control implică decuplarea mișcării complexe în două componente dependente de orientarea fluxului motorului și atunci componentele corespondente ale procesului de control determină valorile dorite pentru fluxul motorului și a momentului. În primul rînd controlul bazat pe orientarea de cîmp necesită informații în valori curente ale componentelor, obținute cu ajutorul senzorilor și pe de altă parte transformatele stărilor dependente neliniare. Aceste motive pot împiedica introducerea sistemului de control al MI, în particular pentru aplicațiile de AE de mică putere, cînd utilizarea algoritmilor de control complecși este nejustificată.

Analog pentru aplicațiile cu M.c.c. cu modele de ordin redus, sunt posibile simplificări ale algoritmului de control. Procesul dinamic al MI constă în mișcări parțiale de diferite viteze. Viteza de variație a curentului de magnetizare poate fi mai mare decît a rotației mecanice, constanta de timp asociată curentelor din rotor și stator este mai mică decît cea corespunătoare magnetizării. Considerînd că în teoria sistemelor cu perturbație mică [18], existența mișcărilor cu viteze separate dau posibilitatea reducerii ordinului sistemului și ca urmare simplificarea procedurii.

Vom considera două tipuri de sisteme de control pentru MI, bazate pe reducerea ordinului modelului la 1 sau 3. În primul caz dinamica electromagnetică este neglijată iar în al doilea procesele sunt asociate circulației fluxurilor. Alunecarea și diafazajul în motor sunt conduse de controlul procesului și determinate ca funcții discontinue de control a erorii, care sunt duse către zero absolut prin impunerea SM. Prima metodă de proiectare a MI cu moment de inerție ridicat este micșorarea arborelui. Neluarea în considerare a dinamicii electromagnetice înseamnă că viteza de rotație a fluxului și tensiunii coincid și w1=n + s, s – alunecarea. Din cele de mai sus rezultă:

(39)

unde M(s) este binecunoscuta caracteristică dată în fig. 16.

(fig. 16)

Valoarea maximă a cuplului Mcr corespunzătoare valorii critice alunecării și pentru |s|<=scr.

(40)

În cadrul modelului (39), (40) controlul SM este o funcție discontinuă de control a erorii.

Pentru Mcr > |ML + J|valorile lui și au semne diferite astfel că după un interval de timp finit SM este atins și viteza de rotație a axului motorului este egală cu mărimea de referință.

A doua analiză a algoritmului de control al SM se bazează pe presupunerea că ct. de timp legată de fluxul motorului este mare față de dispersia fluxului.

Unghiul între vectorul u si iM (crt de magnetizare în sector) este condus prin controlul acționării. În cadrul modelului de ordin redus, modificarea incrementului de la la conduce la modificarea curentului din stator atîta timp cît fluxul rămîne constant în timp. Cuplul motorului devine un vector produs de curent și flux, ce suferă discontinuitate. De aici termenul din dreapta ecuației mișcării poate schimba de semn, ceea ce determină accelerarea sau decelerarea motorului. Inversarea fazelor tensiunii este realizată deodată cu

, unde este o funcție continuă, dependentă de algoritmul de control (în particular =w1t, w1=ct., corespunde tensiunii induse prin rotație la viteză constantă). Analog în (41) controlul discontinuu din (42) face ca semnele lui și să fie opuse și datorită folosirii SM, viteza rotorului urmărește mărimea de referință.

Pentru un mai bun control al algoritmilor se consideră că alunecarea motorului sau faza tensiunii sunt funcții discontinue ale controlului erorii. Cu toate că singurul mod de a controla alunecarea motorului în amplitudinea constantă a tensiunii poate duce la valori prea mari ale curentului (fluxului) la viteză scăzută a motorului și că singurul control al fazei nu poate realiza controlul vitezei pe tot domeniul ei de variație. Sistemul ce combină ambele metode de control este necesar la schimbarea fazei tensiunii peste ceea ce înseamnă inversarea semnului acesteia și la comutare cu frecvență crescută este echivalent cu reducerea oscilațiilor amplitudinii tensiunii.

Fie ca valorile de intrare a turației să fie formate în concordanță cu algoritmul de control al alunecării.

se obține

Ideea de bază la SM este că se controlează eroarea și se aduce la 0.

Constantele de timp mici nefiind luate în considerare în modelele de ordin redus pot determina o componentă oscilatorie în sistemul de coordonate cînd comutarea determină o dinamică aleatorie.

Fenomenul oscilator este determinat în sistemul de control cu SM prin urmărire asimptotică (vezi 6). În aplicațiile practice, sistemele de urmărire sunt proiectate în ipoteza că cuplul variază mult mai lent decît celelalte mărimi de stare ale motorului.

În sistemele de urmărire estimerea lui din viteza rotorului se folosește în funcția tranzitorie (de comutare)

atîta timp cît sistemul de urmărire este generat de ecuațiile:

(43)

cu p1, p2, l1, l2 constante.

Prima ecuație este analoagă ecuației de mișcare în considerație cu n din sistemul de ordin redus (de ordin 3), a 2-a implică variația lentă a cuplului de sarcină. Principalul avantaj de a utiliza valoarea estimată ]n locul valorii reale n, constă în posibilitatea de generare a unui SM ideal ]n ciuda prezenței dinamicii aleatoare. Întradevăr, pentru valori destul de mari a lui p1 valorile lui și au semne opuse și nu are importanță dacă se utilizează modelul de ordin redus sau cel normal.

Condiția de mai sus arată existența SM la =0 sau =n0. Ca urmare din (13) pentru modul stării continue, ceea ce este un gol în control. Este cunoscut că în sistemele fără urmărire dinamica aleatoare determină pulsații în Isc de SM.

=== CAPITOL3 ===

3. Convertorul de frecvență VLT

3.1. Schema bloc

Convertorul de frecvență modifică tensiunea alternativă în tensiune continuă și apoi convertește această tensiune continuă în tensiune alternativă cu variația amplitudinii și a frecvenței.

Tensiunea variabilă și frecvența transmisă motorului face posibil controlul infinit al vitezei la motoarele asincrone trifazate.

1. Alimentarea de la rețea se poate face astfel:

3×200/220/230 V c.a. 50/60 Hz

3×380/400/415 V c.a. 50/60 Hz

3×440/460/500 V c.a. 50/60 Hz

2. Convertor curent alternativ – curent continuu.

3. Circuit intermediar

4. Bobina din circuitul intermediar are rolul de a filtra curentul continuu și a limita superior armonicile de ordin superior,

5. Capacitatea în circuitul intermediar filtrează și netezește curentul continuu.

6. Invertorul convertește o tensiune continuă în alternativă și cu o frecvență variabilă.

7. Bobinele de protecție ale motorului asigură următoiarele avantaje : utilizarea îndelungată a cablurilor de alimentare a motorului, protecție la scurtcircuit și comutare și asigură un număr de comutări nelimitate crescînd astfel randamentul convertorului de frecvență.

9. Placa de control. Acest sector controlează și monitorizează puterea și acea secțiune a invertorului care generează impulsuri medii modulate, sau care convertesc tensiunea continuă în tensiune și frecvență alternativă variabilă.

Convertorul de frecvență VLT din seria 3000 utilizează un sistem de control cu invertor cunoscut sub numele de Voltage Vector Control (VVC) dezvoltat de Danfoss.

Principiul metodei VVC este superior pulsației prin modulație (PWM) fiind utilizat în principal la convertoarele de frecvență moderne. Principalele avantaje față de PWM sunt: creșterea turației motorului la creșterea corespunzătoare a frecvenței, curentul sinusoidal al motorului, comutarea joasă duce la o eficiență mare a convertorului.

Primele două avantaje sunt obținute printr-un tipar special de comutare din invertor. Controlul vectorului de tensiune reprezintă magnetizarea optimă a motorului în timpul funcționării furnizînd astfel performanțe dinamice ale motorului ieșite din comun.

În caracteristică obținem o comutare specială. Intervalele de comutație sunt foarte scurte ceea ce înseamnă o frecvență de comutare mare și cele șase semiconductoare ale invertorului sunt ținute alternativ inactivate în perechi pe perioada celor 60 grade. Ondulația curentului dată de curentul motorului este aproape asemănătoare cu cea obținută la funcționarea principală.

Pauza de comutație după 60 grade de pulsație sinusoidală de asemenea mai înseamnă că treptele de tensiune ale motorului pot fi obținute și pierderile prin comutație ale invertorului se reduc la o treime.

3.2 Instrucțiuni operaționale

3.2.1 Controlul tabloului de comandă

Tabloul de comandă este plasat în partea din față a convertorului de frecvență, el conținînd tastatura și monitorul. Tastatura este utilizată pentru atingerea a două scopuri: funcționare locală și progamare în timp ce monitorul este utilizat pentru a face legătura între convertorul de frecventă și operator.

Pe tabloul de comandă se află un led roșu și un led verde. Cînd ledul verde se aprinde tunci convertorul de frecvență este sub tensiune în timp ce ledul roșu este folosit pentru a indica alarma. În cazul în care suntem în ALARM MODE atunci ledul roșu se va aprinde intermitent.

Montarea externă a tabloului de comandă se face folosind opțional un adaptor și cablu, tabloul de comandă putînd fi plasat într-o cabină acoperită. Distanța maximă între conertorul de frecvență și cabina de comandă este de 3m.

3.2.2 Comenzi pentru operații locale

Parametrii 003/004 sunt utilizați pentru setarea referințelor locale.

JOG este utilizat pentru a activa motorul și a pregăti programarea frecvenței(parametrul 203).

FWD/REV este utilizat pentru a schimba direcția.

Din motive de siguranță unica comandă care poate fi activată cînd

convertorul de frecvență est setat pe operații locale(parametrul 003) și funcțiile JOG și FWD/REV trebuie selectată în parametrii 008 și 009.

3.2.3 Tastele pentru programare

Progamarea este realizată schimbînd valoarea datei parametrilor grupați în meniu.

MENU este utilizat pentru a intra în MENU MODE din DATA MODE sau

DISPLAY MODE. El este de asemenea utilizat pentru a introduce un grup

specific de parametri.

DATA este utilizată pentru a introduce DATA MODE sau DISPLAY MODE din MENU MODE ea fiind e asemenea utilizată pentru a muta cursorul între valorile datelor.

+ și – sunt utilizate pentru a selecta un grup de parametri sau date valorice. Din orice situație se pot introduce DISPLAY MODE apăsînd MENU și DATA în același timp.

3.2.4 Structura afișajului

Monitorul poate da diferite informații în funcție de modul și operația setată. În cazul în care ne aflăm în:

3.2.5 Inițializarea

Inițializarea este utilizată pentru a ne reîntoarce la starea inițială cunoscută. Această cerință se pune la schimbarea versiunii soft, dacă mulți dintre parametri au fost deja schimbați acestă situație nu este mult timp clară, sau dacă VLT se comportă ciudat și nu poate fi resetat pe cale normală. Fundamental inițializarea are loc în două moduri:

a. Inițializare manuală

Această metodă este utilizată în înlocuirea versiunii soft careconstă în setarea parametrilor de comunicare pentru a asigura setările de fabricație. Acești parametri sunt setați de către unitățile operaționale ale panoului de comandă. Metoda mai este utilizată și pentru resetarea operației DATA (parametrul 600) dar și pentru defecte de memorie (parametrul 602).

b. Inițializarea prin parametrul 604

Această metodă este utilizată în inițializarea tuturor parametrilor setați de fabrică, excepție făcînd parametri de comunicare 500 și 501 și parametrii PROFIBUS dacă această opțiune este dată.

3.2.6 Evitarea schimbărilor nedorite de date

Afișajul conține trei linii LCD de afișare.

Linia este utilizată de operator pentru citirea ieșirilor. Dacă vrem să arătăm valoarea corespondentă setăm DISPLAY MODE. Selectăm valoarea care rămîne pe linia afișajului în timpul programării parametrilor.

Linia B a monitorului dă informații despre direcția parametrilor și stările de SET și RESET, în timp ce linia C a afișajului ne dă informații espre stările și setările valorilor datelor.

Softul comandă trecerea automată în DATA MODE după 20s dacă nici operație nu este executată. Prin apăsarea DATA o singură dată este posibil să ne reîntoarcem în DATA MODE și să programăm parametrul care ne trebuie în stînga după 20s.

3.2.7 Comutarea LOCK

Aceasta este calea pentru a evita programarea periculoasă. Aceasta se face deschizînd comutatorul pin 01 de la placa de comandă.

Comutatorul pin fiind deschis putem ? funcționarea programului de la tastatură. Dacă parametrul 010 permite setarea se pot încă schimba referințele locale.

3.2.8 Meniul de programare

Convertorul de frecvență este un sistem de meniu cu cîțiva parametri cre sunt utilzați pentru a optimiza operațiile motorului. Acești parametri sunt divizați în șapte grupe, fiecare dintre ele avînd opțiuni diferite:

Grupul 0. Operația și afișajul. În acest grup putem găsi parametrii cu privirela mărimile de ieșire afișate, operații locale și setări.

Grupul 1. Încărcare și motorul. Acest grup de parametri poat fi rezervările pentru ajustările necesare pentru adapta convertorul de frecvență VTL la aplicații și motor. Preprogramarea valorilor în parametrii 100-105 este pregătită pentru aplicații normale utilizînd motoare asincrone standard cu încărcare cu cuplu constant fără cuplări de motoare în paralel.

Dacă cuplarea în paralel a motoarelor sau a altor tipuri de motoare sincrone este utilizată la ieșirea convertorului de frecvență VLT, cuplul constant este selectat fără compensare la pornire în parametrul 100 și controlul vitezei în buclă deschisă ste selectat în parametrul 101.

Bucla deschisă. Dacă controlul în buclă deschisă este cerut de transmițător, tahometru sau decodor atunci trebuie folosit un semnal analogic standard simplu (ex. 0-10V, 0-20mA, 4-20mA) sau pulsația frecvenței semnalului poate fi maxim 100Hz, 1kHz sau 10kHz(programabil).

Transmițătorul de semnal trebuie selectat pentru a utiliza rangul întregii scări în măsura în care este posibil dar cu posibilitatea de supraîncărcare.

Optimizarea dinamică și acuratețea frecvenței impulsului apropiată de 10kHz e posibil să fie selectată (la viteza maximă a motorului). Dacă acest lucru nu este posibil transmisia semnalului poate fi corectată de factorul de reîntoarcere (parametrul 125).

La început frecvența de ieșire este determinată de legăturile dintre referințele convertoarelor de frecvență și de factorul de alimentare progresiv, precum și de maximul frecvenței setărilor. Factorul de alimentare progresivă este utilizat la setarea constantă a stării frecvenței de ieșire.

Optimizarea PID

Se poate face în felul următor:

a. pornirea convertorului de frecvență

b. creșterea valorii parametrului 121 (amplificare proporțională) înainte ca semnalul de feedback să oscileaze constant. Reducem valoarea înainte de întreruperea oscilațiilor.

c. micșorarea parametrilor 122 înainte ca semnalul de fedback să oscileze din nou. Creștem valoarea înainte de apariția oscilației.

d. parametrul 123(variația timpului) este utilizată numai la sistemele rapide. Valoarea tipică este timpul de integrare/4.

Controlul frînei pentru caracteristica funcționării frînei electromagnetice îmbunătățește printre alte lucruri și poziționarea. Monitorizarea caracteristicii curentului motorului în funcționare cu activarea automată a frînei cade la valoarea minimă programată. Caracteristica controlului frînei este optimizată de funcționarea releului ce timp scurt de reacție controlînd astfel electromecanic frîna. Frîna trebuie activată (fără tensiune) cînd unitatea funcționează inutil. Releul 01/04 poate fi programat ca frîna să poată fi eliberată automat atunci cînd frecv. programată pentru motor este depășită. Este posibil să setăm separat "ramp-up", "ramp-down", tăierea frecvenței de ieșire și intrare.

Grupul 2. Referințe și limite

Convertorul de frecvență VLT face deosebirea între diferitel tipuri de referințe. Referințele neutilizate sînt setate cu 0.

Grupul 3. Funcții și timere

Acest grup include parametrii numiți "flying-start". Această funcționare spune convertorului de frecvență cum să comande motorul cu arborele în rotație.

Grupul 4. Intrările și ieșirile

Grupul 4 este folosit programul altor configurații de terminale cînd configurația este greșită.

Grupul 5. Datele interfeței seriale

Magistrala serială de comunicare utilizează RS 485 (terminalul 68 și 69). Este posibil să citească și să seteze parametrii convertorului de frecvență VLT și să dea referințele și comenzile controlului. Portul serial poate fi utilizat peste 31 VLT putînd fi comandat fără a utiliza repetiția. Dacă 3 repetiții sunt utilizate peste converorul de frecvență 99 VLT acesta poate fi conectat la un "master".

Este important să conectăm și sfîrșitul magistralei seriale cu o impedanță corect aleasă pentru a evita orice reflectare care poate disturba datele transmisiei prin cablu. Aceste justări pot avea loc setînd comutatoarele o3.1 și o3.2 poziția pornit la sfîrșitul convertorului de frecvență VLT fiind conectată magistrala serială.

Comunicarea poate avea loc după un protocol specificat de Danfoss. Formatul datelor constă din 10 biți: un bit de pornire (logic 0), opt biți de date și un bit de oprire (logic 1).

Protocolul de comunicare pentru VLT seria 3000 constă din 22 biți telegramă utilizînd caractere ASCII. Aceste caractere fac posibilă operația, setarea și citirea parametrilor și recepționează stări reîntorcîndu-le către convertorul de frecvență VLT.

Comunicarea poate avea loc astfel: masterul trimite o telegramă la convertorul de frecvență VLT. Apoi masterul așteaptă răspunsul de la convertorul de frecvență înainte de a transmite un nou mesaj. Răspunsul trimis masterului este copiat sub forma de telegramă de către acesta, acum conținînd valorile datelor de intrare și stările convertorului de frecvență VLT. (vezi figura de mai jos)

Bitul 1: reprezintă bitul de start care în acest caz trebuie să fie caracterul "<" (ASCII 60)

Biții 2 și 3: sunt două adrese digitale ale convertorului de frecvență cu care comunicarea este retransmisă. Trimiterea la adresa 00 înseamnă trannsmisia la toate unitățile conectate la magistrală, acestea nerăspunzînd dar ele or transmite mai departe comanda.

Bitul 4: Parametrul de control informează convertorul de frecvență VLT ce să facă cu urmîtoarele valori de date:

U (update) înseamnă că valoarea datei (biții 13-19) trebuie citită în parametrul convertorului de frecvență (biții 9-13)

R (read) înseamnă că stăpînul dorește să citească valoarea datei parametrului stocat în biții 9-12.

C (control) înseamnă că, convertorul de frecvență citește doar patru biți de comandă (5-8) și se va întoarce cu stările. Numărul parametrului și valorea datei vor fi ignorate.

I (read index) înseamnă că, convertorul de frecvență citește indexul și parametrul și se reîntoarce cu stările.

Parametrul este setat în biții 9-12 și inexul este setat în biții 13-18.

Parametrii cu indici sunt sinurii parametri citiți. Acționarea va fi dată de cuvîntul de control.

Biții 5-8: controlul și cuvintele de stare sunt folosite la trimiterea comenilor la convertorul de frecvență la master.

Bitul 13: este folosit pentru semnal înaintea valorii de dată în biții 14-18. Toate caracterele, altele ecît "-" sunt setate ca "+".

Biții 14-18 : sunt plasați de valoarea datei la parametrul setat în biții 9-12. Valoarea trebuie să fie un număr întreg. Dacă este zecimal este nevoie să fie setat în bitul 19.

Bitul 19: dă informații despre poziția punctului zecimal în valoarea datei setată îmn biții 14-18.

Biții 20,21: sunt folosiți pentru controlul contorului cu ajutorul biților 2-19 inclusiv.

Bitul 22 reprezintă bitul de stop utilizat la sfîrșitul telegramei. Caracterul utilizat este ">" (ASCII 62).

Cuvinte de control, biții 5-8 în telegramă.

Cuvîntul de control folosit pentru a trimite comenzi de control de la un master (e exemplu PC) la convertorul de frecvență VLT. În concordanță cu formatul datelor un byte este constituit din opt biți de date, dar în cuvîntul de control numai din patru biți mai semnificativi ai fiecărui byte sunt folosiți așa că, caractere ASCII de la A la O pot fi folosite.

Bitul 00, OFF1/ON1

Stopul pe rampă normal care folosește timpul de rampă în parametrul 215/216. Bit 00="0" înseamnă stop iar bitul 00="1" înseamnă că convertorul e frecvență poate porni dacă celelalte condiții de start sunt îndeplinite.

Bitul 01, OFF2/ON2

Bitul 01="0" reprezintă oprirea rotației libere iar bitul 01="1" înseamnă că convertorul de frecvență poate porni dacă celelalte condiții de start sunt îndeplinite.

Bitul 02, OFF3/ON3

Reprezintă oprirea rapidă care folosește timpul rampei în parametrul 218. Bitul 02="0" înseamnă oprire rapidă. Bitul 02="1" înseamnă că convertorul de frecvență poate porni dacă celelalte condiții de start sunt îndeplinite.

Bitul 03, rotație liberă/posibilă

Bitul 03 ="0" înseamnă oprirea liberă a rotației. Bitul 03="1" înseamnă că, convertorul de frecvență poate porni dacă celelalte condiții de start sunt îndeplinite.

Bitul 04, oprire rapidă/rampă

Bitul 04 ="0" înseamnă oprire rapidă. Bitul 04="1" înseamnă că, convertorul de frecvență poate porni dacă celelalte condiții de start sunt îndeplinite. Funcția bitului 04 poate fi reefinită ca frînare în curent continuu în parametrul 514. Altfel spus funcția este descrisă mai sus.

Bitul 05

Oprirea normală a rampei care folosește timpul rampei în parametrul 215/216. Bitul 05 ="0" înseamnă stop. Bitul 05="1" înseamnă că, convertorul de frecvență poate porni dacă celelalte condiții de start sunt îndeplinite.

Bitul 06 Rampă stop/start

Oprirea normală a rampei care folosește timpul rampei în parametrul 215/216. Bitul 05 ="0" înseamnă stop. Bitul 05="1" înseamnă că, convertorul de frecvență poate porni dacă celelalte condiții de start sunt îndeplinite.

Bitul 07 Resetarea căii

Bitul 07="0" înseamnă "no reset", bitul 07="1" înseamnă resetarea căii.

Bitul 08, JOG1 OFF/ON

Activarea vitezei preprogramate în parametrul 511 (magistrala JOG1). JOG1 este posibil numai cîndd bitul 04="0" și bitul 00-03="1".

Bitul 09, JOG2 OFF/ON

Activarea vitezei preprogramate în parametrul 512 (magistrala JOG2). JOG2 este posibil numai cînd bitul 04="0" și bitul 0003="1". Dacă amîndouă JOG1 și JOG2 sunt activate (bitul 08 și 09="1"), JOG are cea mai mare prioritate adică este folosită viteza programată în parametrul 511.

Bitul 10. Data not valid/valid

Folosit pentru a arăta convertorul de frecvență VLT cînd cuvîntul de control trebuie folosit sau ignorat. Bitul 10="0" înseamnă că este ignorat cuvîntul de control. Bitul 10="1" înseamnă că este folosit cuvîntul de control. Această funcție este relevantă deoarece cuvîntul de control estee întotdeauna conținut în telegramă, indiferent care tip de telegramă este folosit ( a se veea și bitul 4 din formatul de telegramă ) adică este posibil să deconectați cuvîntul de control dacă nu este folosit în legătură cu parametrii de citire.

Bitul 11 no function/încetinire

Este folosit pentru a reduce viteza de referință. Bitul 11="0" înseamnă nemodificarea referinței. Bitul 11="1" înseamnă că referința este redusă.

Bitul 12 nofunction/catch up

Este folosit la creșterea vitezei de referință cu valoarea în parametrul 513. Bitul 12="0" nu dă nici o schimbare a referinței. Bitul 12="1" crește referința. Dacă ambele slow-down și catch-up sunt activate (bitul 11 și 12) slow-down are cea mai mare prioritate, adică viteza de referință este redusă. Funcția bitului 11 și 12 poate fi redefinită ca selecția referinței digitale, vezi descrierea bitului 11 de mai sus.

Bitul 13/14 selectarea stării

Biții 13 și 14 sunt folosiți pentru a selecta între patru setări de meniu în concordanță cu tabelul următor.

Bitul 15 no function/reversare

Reversarea turației motorului. Bitul 15="0" înseamnă nereversare. Bitul 15="1" înseamnă reversare. de notat că, ca punct de oprire reversarea este selectată digital în parametrul 507, bitul 15 înseamnă numai reversare cînd magistrala logică este selectată.

Exemplu:

Următorul cuvînt de cod poate fi folosit pentru a da convertorului de frecvență VLT comanda de pornire:

Cuvîntul de stare în, biții 5-8 în telegramă

Cuvîntul de stare este folosit pentru a informa masterul (de exemplu un PC) despre starea convertorului de frecvență. Cuvîntul de stare este plasat în biții 5-8 ai telegramei de răspuns de la convertorul de frecvență VLT la master.

Bitul 00 control not ready/ready

Bitul 00="0" înseamnă că biții 00,01 sau 02 ai cuvîntului de control sunt pe "0" sau că, convertorul de frecvență VLT este neoperant. Bitul 00="1" înseamnă că, convertorul de frecvență VLT este gata de operare cînd primește semnalele de start necesare.

Bitul 01 VLT not ready/ready

Aceeași semnificație ca și bitul 00

Bitul 02 rotire liberă/posibilă

Bitul 02="0" înseamnă că biții 00, 02 sau 03 ai cuîntului de contrl sunt pe "0" sau că, convertorul de frecvență este neoperant. Bitul 02="1" înseamnă că, biții 00, 01 și 03 ai cuvîntului de control sunt pe "1" și convertorul de frecvență este operant.

Bitul 03="0" înseamnă că, convertorul de frecvență VLT nu este în stare e greșeală. Bitul 03="1" înseamnă că, convertorul de frecvență VLT este neoperant și necesită un semnal e reset înainte de a pueta porni.

Bitul 04, ON2/OFF2

Bitul 04="0" înseamnă că, bitul 01 al cuvîntului de control este pe "1".

Bitul 04="1" înseamnă că, bitul 01 al cuvîntului de control este pe "0".

Bitul 05 ON3/OFF3

Bitul 05="0" înseamnă că, bitul 02 al cuvîntului de control este pe "1".

Bitul 05="1" înseamnă că, bitul 02 al cuvîntului de control este pe "0".

Bitul 06 Start posibil/not posibil

Bitul "0" este întoteauna "0" dacă "start not possible"[11] nu a fost selectat în parametrul 309. Cînd acesta este selectat în parametrul 309 bitul 06 va fi "1" după resetarea tripului, după acționarea lui OFF2 sau OFF3 și după conectarea la tensiunea de alimentare. "Start not possible" este reset, bitul 00 al cuvîntului de control a fost setat pe "0" și biții 01, 02 și 10 pe "1".

Bitul 07 no warning/warning

Bitul 07="0" înseamnă că nu există o situație extraordinară. bitul 07="1" înseamnă că a apărut o stare anormală pentru convertorul e frecvență VLT.

Bitul 08 viteza în referință/viteza=referință

Bitul 08="0" înseamnă că viteza curentă a motorului este diferită de viteza e referință setată. Acesta poate fi de exemplu cazul în care viteza este moificată sus/jos la start/stop. bitul 08="1" înseamnă că viteza curentă a motorului este egală cu viteza de rotație setată.

Bitul 09 Controlul local/control al magistralei

Bitul 09="0" înseamnă că, convertorul de frecvenț ăVLT s-a oprit cu ajutorul tastei stop de pe tastatura de comandă sau "local" sau "local" cu oprire externă a rotației libere a fost selectat în parametrul 003.

Bitul 09="1" înseamnă că este posibil să controlați convertorul de frecvență VLT pe adresa portului serial.

Bitul 10. În afara intervalului/frecvență OK

Bitul 10="0" înseamnă că frecvența de ieșire este în afara limitelor setate în parametrul 210. (Avertizare: frecvențe joase) și parametrul 211 (Avertizare: frecvențe mari). Bitul 10="1" înseamnă că frecvența de ieșire este între limitele mai sus menționate.

Bitul 11 . Not running/running

Bitul 11="0" înseamnă că motorul nu funcționează. Bitul 11="1" înseamnă că, convertorul de frecvență VLT are un semnal de start sau că frecvența de ieșire este mai mare decît 0,5Hz.

Bitul 12 VLT OK/oprire, autostart

Bitul 12="0" înseamnă că nu există nici o supraîncărcare temporară a invertorului. Bitul 12="1" înseamnă că invertorul s-a oprit în timpul supraîncărcării dar convertorul de frecvență VLT nu a fost oprit și va continua cînd supraîncărcarea dispare.

Bitul 13, OK/terminal/subtensiune

Bitul 13="0" înseamnă că limitele tensiunii convertorului de frecvență VLT nu au fost depășite. Bitul 13="1" înseamnă că tensiunea continuă în circuitul intermediar al convertorului de frecvență VLT este prea joasă sau prea înaltă.

Bitul 14 Curent OK/peste limită

Bitul 14="0" înseamnă că, curentul motorului este mai jos decît curentul limită selectat în parametrul 209. bitul 14="1" înseamnă că, curentul limită în parametrul 209 a fost depășit.

Bitul 15 Timere OK/peste limită

Bitul 5="0" înseamnă că timerele pentru protecția termică a motorului și protecția termică a VLT-ului nu au depășit 100%. Bitul 15="1" înseamnă că unul dintre timere a depășit 100%.

Exemplu:

Cuvîntul de stare de ma ijos stabilește că motorul funcționează la viteza de referință cerută dar în afara intervalului de frecvență definit și prin urmare bitul 10="0" (în afara intervalului de frecvență) și bitul 07="1" (avertizare). Tensiunea, curentul și timerele sunt în regulă.

Exemplu de comunicare

Un convertor de frecvență VLT trebuie să aibă un semnal de pornire și viteză de referinșă echivalentă cu 40Hz. Un semnal de pornire este dat cu ajutorul cuvîntului de control și viteza de referință este scrisă în parametrul 516, referința magistralei, 80% echivalent cu 40Hz, frecvența maximă.

3.2.9 Descrierea parametrilor

Parametrul 001 reprezintă operația de setare. Meniul setat la controlul convertorului de frecvență VLT poate fi selectat iar dacă avem nevoie de mai multe setări pot fi selectate pînă la 4 diferite alternative de setare. Comanda de la distanță și selecția între diferitele setări poate fi operată de la terminalele 16/17 sau 32/33 și de la portul serial.

Setările fabricantului conțin informațiile de programare date de fabricant dar se pot face 1-4 setări individuale care pot fi utilizate dacă este necesar. În acest caz spre deosebire de primul setarea curentă poate fi schimbată și această schimbare are un impact imediat asupra unității funcționale. Multisetarea este utilizată pentru controlul de la distanță al operațiilor și conține mai mult decît o setare.

Parametrul 003 reprezintă perația "SITE" (a opri). Există 3 moduri de oprare cu convertorul de frecvență VLT care pot fi selectate: controlul de la distanță, controlul local cu opțiune de oprire externă și controlul local.

Comanda de la distanță este selectată pentru a realiza controlul de la un terminal de control sau de la un port serial.(RS 485).

În timp ce controlul local cu oprire externă este selectat să opereze cu convertorul de frecvență VLT la tastatură fără a utiliza semnal de control extern dar existînd posibilitatea de a se da un semnal de oprire din exterior. Controlul local este selectat exclusiv să lucreze cu VLT de la tastatură fără orice fel de semnal de control extern.

Un alt parametru important este programarea selectării setărilor 015. Este posibil să programăm patru meniuri de setare independente la oricare setare, convertorul de frecvență VLT fiind operațional. Aceste legături de programare se pot face de la tastatură și de la magistrala serială (RS485).

Preprogramarea conține datele facturilor de setare și poate fi utilizată ca sursă de date dacă celelalte setări au un statut cunoscut. Setările 1-4 sunt patru setări individuale care pot fi utilizate dacă este nevioe. Acestea pot fi programate fără restricții, indiferent care sunt setările VLT în timpul funcționării.

Setarea parametrului 001 este valoarea de preset utilizată în mod normal, această funcționare putînd fi deselectată pentru a accesa programul în timpul operațiilor în alte setări cînd VLT funcționează în mod curent.

Parametrul 100. Încărcarea.

Depinzînd de tipul de încărcare seria VLT 3000 are o adaptare dinamică sau un factor de programare U/f caracteristic (tensiunea motorului / frecvență) care dă o magnetizare corectă a motorului asigurînd o dinamică ptimă, acuratețe și eficiență. Este posibil să alegem între 3 caracteristici U/f pentru cuplul variabil, oferind alegerea pentru optimizarea cuplului de pornire sau reducerea nivelului zgomotului sau a puterii pierdute de motor.

Cuplul variabil (VT) mic, mediu sau mare este selectat proporțional cu pătratul încărcării (cazul pompelor centrifugale). Alegerea normală a cuplului se ia pe baza a două considerații care privesc consumul de energie care trebuie să fie cît mai scăzut posibil și micșorarea zgomotului.

Cuplul variabil (VT) mic, mediu sau mare cu cuplu la pornire constant este selectat dacă este nevoie de cuplu mai mare acestea putînd fi realizate cu cele trei caracteristici menționate. Curba cuplului constant este urmărită pînă cînd referința prestabilită este atinsă după care sunt urmărite caracteristicile variabile ale cuplului.

Cuplu constant fără compensare la pornire reprezintă o încărcare independentă de caracteristica U/f utilizată pentru cuplarea în paralel motoarelor și a diferitelor tipuri de motoare sincrone.

Cuplu constant cu compensare la pornire este cu încărcare dependentă de caracteristica U/f cînd tensiunea de ieșire este crescătoare la creșterea încărcării (curentului) pentru a menține magnetizarea constantă și pentru a compensa pierderile ce apar în motor la pornire.

Cuplu constant în 4 cadrane cu compensarea alunecării. Are aceleași funcții ca și cele descrise la cuplu constant cu compensare la pornire dar cu compensarea alunecării pentru ambele motoare și operația regenerativă. Compensarea alunecării la operațiile regenerative va necesita folosirea opțiunii sau modelului de frînă.

Oricînd compensarea alunecării este activată dacă funcționarea este selectată în parametrul 101.

Controlul vitezei este realizat prin parametrul 101 fiind posibile trei tipuri diferite de selectare: buclă deschisă, compensarea alunecării, buclă închisă.

Bucla deschisă este selectată cînd cuplarea motoarelor în paralel sau diferitele tipuri de motoare sincrone sunt utilizate sau dacă compensarea alunecării nu este cerută din alte motive. Compensarea alunecării este selectată în operația normală unde viteza constantă a motorului este cerută aceasta făcîndu-se cu variația încărcării.

Bucla închisă este selectată dacă operația cu proces de reîntoarcere este cerută. Această selecție cere de asemenea o altă selecție de tip feedback în parametrul 114 (curent, tensiune sau pulsație) și setînd parametrii regulatorului PID.

Parametrul 102. Controlul curentului limită.

Curentul limită poate fi setat în parametrul 209, 412 sau 413 cu ajutorul semnalului tensiunii curentului. Valoarea preprogramată este selectată cînd limita setării este fixată pentru curentul ce este cerut. Această limitare a curentului este setată în parametrul 209.

Semnalul tensiunii este selectat dacă limita curentului este schimbată în timpul operației cu controlarea semnalului de "help" (ajutor). De exemplu 0.10V la intrarea analogică 53 cînd 0V va corespunde la 0% curent și 10V la valoarea în parametrul 209.

Semnalul curentului este selectat de exemplu 0.20mA pentru intrarea analogică 60. Aici 0mA va corespunde la 0% curent limită și 20mA va corespunde valorii parametrului 209.

Adaptarea automată a motorului este parametrul 106. Acesta pornește apăsînd start dacă această unitate este în setare locală. Dacă unitatea este în modul de control de la distanță, se generează un semnal un semnal de start extern (la pinii 18 și 27). După adaptarea automată a motorului comută automat pe "de la" [0] și unitatea pornește.

După adaptarea automată a motorului unitatea trece în modul de alarmă și afișează "AUTOTUN.OK" ori "AUTOTUN.FAULT". Unitatea poate fi resetată apăsînd Stop/Reset sau activînd intrarea de reset.

Parametrul 107 reprezintă curentul motorului (IM,N) el citind valoarea curentului în funcție de tipul motorului și setează valoarea în amperi. Valoarea este folosită pentru diferite calculări în convertorul de frecvență, de exemplu supraîncărcarea termică sau indicarea cuplului. Valoarea este cuprinsă între .

Curentul de magnetizare al motorului este dat de parametrul 108. Valoarea este folosită pentru diferite calculări în convertorul de frecvență; de exemplu compensarea și indicarea cuplului.

Dacă valoarea înregistrată este prea mică motorul poate fi compensat total și convertorul de frecvență poate întrerupe funcționarea.

Tensiunea de pornire este dată de parametrul 109. se poate seta tensiunea motorului sub punctul de slăbire a cîmpului independent de curentul motorului. Se folosește acest procedeu pentru compensarea cuplului la pornire foarte mic. Dacă mai multe motoare funcționează în paralel tensiunea de pornire trebuie crescută.

Dacă tensiunea de pornire este prea mare aceasta poate conduce la saturarea magnetică și supraîncălzirea motorului și în acest caz, convertorul de frecvență este posibil să nu funcționeze. De aceea trebuie să avem grijă cînd folosim tensiunea de pornire.

Compensarea pornirii (parametrul 110) constă în faptul că tensiunea de ieșire este reglată în funcție de încărcare. Dacă valoarea este foarte mare, convertorul de frecvență VLT poate împiedica excesul de curent.

Parametrul 209 reprezintă curentul limită el fiind cel mai mare curent de ieșire permis. Valoarea stabilită la fabricație corespunde unei încărcări de 100% din valoarea nominală a motorului dar aceasta nu se aplică la toate tipurile. Setările între 105% și 160% pot fi aplicate doar la operațiile intermitente. Dacă valoarea stabilită este prea mică motorul nu pornește.

O importanță deosebită o au tipul frontului ridicător și a celui coborîtor. Forma sinusoidală permite o pornire și o oprire ma lină a accelerării și decelerării dar aceasta nu poate fi stabilită în pași mai mici decît forma liniară chiar dacă pe afișaj pare a fi continuu.

Timpul de ridicare al semnalului (215) notat ta este timpul de accelerare de la 0Hz la valoarea frecvenței motorului cu condiția ca curentul de ieșire să nu fie mai mare decît curentul limită. Timpul de scădere al semnalului t-A este timpul de accelerație de la valoarea frecvenței motorului la 0Hz, cu condiția ca să nu existe tensiune în exces în invertor datorită funcționării regenerative a motorului. Cerința unei frînări rapide poate face necesară instalarea unei opțiuni de frînare.

Frînarea nu poate face ca tăierea frecvenței de ieșire (parametrul 230) unde frecvența la care frînarea externă este eliberată via releu 01/04, n selectează și cu tăierea frecvenței de intrare (parametrul 231) unde n selectează frecvența la care frînarea externă este activată prin comanda stop dată pe adresa releului 01/04.

În primul caz frîna electromecanică trebuie păstrată pînă înainte ca frecvența selectată să fie atinsă după care frîna se eliberează în timp ce în al doilea caz frînarea electromecanică trebuie prima dată activată cînd frecvența atinge valoarea setată în timpul frontului coborîtor.

Dacă statorul motorului asincron este suplinit cu o tensiune în curent continuu va apare cuplul de frînare. Timpul frînării în curent continuu (306) selectează durata injectării curentului continuu trebuind să avem grijă la felul în care a fost setată puterea motorului. Un alt parametru selectează la o frecvență de ieșire frînarea în c.c. este activă pe frontul coborîtor pînă la oprire (parametrul 307). Valoarea acestuia trebuie să fie alta decît 0 pentru ca să se activeze frînarea în c.c., aceasta mai putînd fi activată de asemenea și de la pinul 27. Cuplul de frînare depinde de setarea tensiunii de frînare în c.c..

Parametrul 315 realizează protecția termică a motorului. Convertorul de frecvență calculează dacă temperatura motorului depășește limita prescrisă, acest calcul bazîndu-se pe un curent de 1,16 ori valoarea nominală a motorului. În cazul în care dorim să fie afișat atunci cînd motorul este supraîncălzit selectăm "worming only". Se poate de asemenea programa convertorul de frecvență să dea un semnal de avertisment la ieșirile de semnal.

În cazul în care oprirea este necesară atunci cînd motorul este în suprasarcină acest lucru se selectează .

Se poate de asemenea programa convertorul de frecvență să transmită un semnal de alarmă la ieșirile de semnal aferente.

Pinul 39 – este comun pentru ieșirile analogice și digitale.

Pinii 42,45 – ieșiri analog/digitale ale referinței, curentului și cuplului (0…-20mA sau 4…20mA la maxim 470 ohmi) sau pentru afișarea stării selectate, alarmă sau avertisment (24V c.c. la minim 600 ohmi)

Pinul 50 – 10V c.c., maxim 17mA. Sursa de alimentare pentru potențiometru și termistor.

Pinul 53 – de la 0 la 10V c.c., Ri=10Kohmi. Intrarea analogică de referință tensiune.

Pinul 55 – comun pentru intrările analogice de referință.

Pinul 60 – 0/4 – 20mA, Ri=188 ohmi. Intrarea analogică de referință, curent.

Pinul 61 – conectare la masă prin întrerupătorul 04 pentru ecranarea cablului de comunicații. A se vedea descrierea în grupul 5 de parametri.

Pinii 68,69 – interfață RS485. Comunicație pe magistrală serială. A se vedea descrierea de la grupul 5 de parametri.

Pinul 12 – 24V c.c., max. 140mA. Sursa de alimentare pentru intrările digitale ( DIN 0 – DIN 7 ).

Pinii 16-33 – 0/24V, Ri=2Kohmi. Valori < 5V =logic "0", valori > 10V =logic "1". Intrări digitale. A se vedea parametrii 400-406.

Pinul 20 – comun pentru intrările digitale.

Pinul 38 – conectare la masă pentru ecranajul cablurilor de control în unități fără "papuci" de ecranare.

Pinii 01-03 – ieșirea releului. Maxim 250V c.a., 2A. Minim 24V c.c., 100mA sau 24V c.a., 100mA.

Pinii 04-05 – exact ca la pinii 01-03

Intrarea liniară 16 (param. 400) este utilizată pentru a face selecția între diferitele opțiuni funcționale de la pinul 16. Aceste opțiuni așa cum apar și în figura prezentată anterior sunt următoarele:

Reset: cu tensiunea la pinul 16, convertorul de frecvență poate fi resetat după o oprire. Referința este de asemenea făcută la secțiunea mesaje de RESET.

Stop: Funcția stop este activată la întreruperea tensiunii la pinul 16, adică trebuie să existe tensiune la pinul 16 ca motorul să funcționeze. Funcția stop este folosită în mod uzual împreună cu impulsul de pornire (dat la pinul 18). Un impuls ("0" pentru minim 20ms) primit la pinul 16 va opri motorul în timp ce un impuls la pinul 18 ("1" pentru minim 20ms) va porni motorul.

Referința "de înghețare" este selectată dacă pinii 32/33 vor fi folosiți pentru controlul digital al vitezei UP/DOWN (potențiometru motorizat). Valoarea logică "1" la pinul 16 va "îngheța" referința curentului și viteza poate fi modificată cu ajutorul pinilor 32/33.

Selectarea setării: dacă au fost selectate setări multiple la parametrul 001, selecția se poate face la pinul 16 între setările 1 ("0") și setările 2 ("1"). Dacă este nevoie de mai mult de două setări, ambele terminale 16 și 17 sunt utilizate pentru aceasta.

Termistorul: Dacă e posibil încă de la construcția motorului trebuie să existe un termistor care are rolul de a opri convertorul de frecvență dacă motorul este supraîncălzit.

Valoarea de tăiere este 3Kohmi. Termistorul este conectat între pinul 50 și pinul 16 și atunci cînd rezistența lui depășește 3Kohmi convertorul de frecventă va sesiza acest lucru și va opri ieșirea afișînd pericol. Motorul mai poate fi echipat în loc de termistor cu un contact termic KLIXTON care poate de asemenea să fie folosit la această intrare.

Intrarea binară 17 (parametrul 401) este folosită pentru a face selecția între diferitele opțiuni funcționale de la pinul 17. Acestea sunt următoarele: reset, stop, înghețarea referințelor și selectarea setărilor pentru pinul 16.

Impulsurile: pinul 17 poate fi folosit pentru semnalele de impulsuri încadrate în plaja 0-100Hz, 0-1KHz și 0-10KHz. Semnalul de impuls poate fi folosit ca referință de viteză pentru operația ordinară.

Intrarea binară 18 (parametrul 402) se folosește pentru a selecta între diferitele opțiuni funcționale la pinul 18. Pornirea și oprirea va fi făcută în conformitate cu selectarea timpilor fronturilor crescătoare și descrescătoare (parametrul 215, 216). Opțiunile funcționale sunt următoarele:

Start: opțiunea start este selectată dacă funcția start/stop este cerută. Valoarea logică "1" înseamnă start iar "2" înseamnă stop.

Impulsul de start este selectat dacă dorim funcția pornire și oprire la două stări diferite (se poate folosi cu pinii 16, 17 sau 27).

Impulsul ("1" pentru minim 20ms) dat la pinul 18 va porni motorul.

Impulsul ("0" pentru minim 20ms) dat la pinii 16,17 sau 27 va opri motorul.

Nefuncționarea este selectată dacă nu dorim ca convertorul de frecvență să reacționeze la aplicarea semnalelor la pinul 18. Cînd folosim comunicațiile seriale statutul intrărilor poate fi citit și utilizat de către master.

Intrarea binară 19 (parametrul 403) descrierea opțiunilor:

Reversare

Reversarea: este selectată dacă este posibilă schimbarea sensului direcției motorului. Valoarea logică "0" la pinul 19 nu va produce reversarea în timp ce valoarea logică "1" o va produce. Motorul poate întotdeauna porni dacă simultan cu semnalul aplicat la pinul 19 comanda de pornire este dată de exemplu la pinul 18.

Start cu reversare

Startul cu reversare este selectat dacă startul și reversarea vor fi activate cu o singură intrare

Dacă impulsul de pornire este selectat în parametrul 402 aceași funcție este schimbată automat prin impuls de pornire cu reversare.

Oprirea la pinul 27 (parametrul 404). Motorul poate funcționa numai dacă pinul 27 are valoarea logică "1". Totuși acesta poate fi deselectat folosind comunicațiile seriale.

Parametrul 404 este folosit pentru a face selecția între diferitele opțiuni funcționale la pinul 27. Acestea sunt:

Oprirea liberă a rotirii: se selectează dacă convertorul de frecvență este "eliberat" de motor care funcționează liber pînă la oprire. Valoarea logică "0" va conduce la oprirea liberă a rotirii.

Oprirea imediată: se selectează dacă motorul este oprit în concordanță cu timpul frontului alternativ (parametrul 218). Valoarea logică "0" va însemna oprirea imediată.

Frînarea în c.c.: se selectează dacă motorul este oprit cu imprimarea unei tensiuni continue la acesta pentru o anumită perioadă selectată în parametrii 306 și 308. Funcția este întotdeauna activă cînd valoarea parametrilor 306 și 308 este diferită de 0. Valoarea logică "0" va conduce la frînarea în curent continuu.

Resetarea și oprirea rotirii libere: este selectată cînd oprirea rotirii libere va fi activată și resetată (vezi reset-ul la parametrii 400, 401) simultan. Valoarea logică "0" va însemna reset și oprirea rotirii libere.

Stop: se selectează dacă convertorul de frecvență va fi oprit. Valoarea logică "0" va însemna oprire.

Intrarea binară 29 face o selecție între diferitele opțiuni funcționale la pinul 29.

Jogging este selectat dacă frecvența de ieșire este selectată la o valoare preprogramabilă.

Referința "de înghețare" jogging este selectată dacă pinul 32/33 (parametrul 406) va fi folosit pentru controlul digital al vitezei UP/DOWN, cu viteza de jogging de bază.

Valoarea logică "1" la pinul 29 "va îngheța" referința de jogging și viteza poate fi modificată cu ajutorul pinului 32/33.

Referința "de înghețare" se selectează la folosirea pinilor 32/33 pentru controlul digital al vitezei UP/DOWN. Valoarea logică "1" la pinul 29 va "îngheța" curentul de referință și viteza poate fi modificată cu ajutorul pinului 32/33 (parametrul 406).

Referința digitală execută o anume selecție pentru referințele digitale sau alte referințe, impulsuri, referința magistralei. Referința digitală funcționează numai dacă a fost selectată în parametrul 204. Cînd referința digitală este activată direcția vitezei este determinată exclusiv de semnalul de referință.

Selectarea treptelor și timpii acestora se pote face de la pinul 29:

Pinul 29 = "0" – treapta 1 (parametrii 215/216)

Pinul 29 = "1" – treapta 1 (parametrii 217/218)

La selectarea treptei UP/DOWN timpii se aplică pe start/stop la pinul 18 (19 dacă e programat) și dacă referința este schimbată.

Selectarea opririi imediate la pinul 27 va activa automat timpul 2 al frontului descrescător (parametrul 218).

Intrarea binară 32/33 este folosită pentru a selecta diferitele opțiuni funcționale ale pinului 32/33. Descrierea opțiunilor:

Selectarea referințelor digitale se face între patru referințe, diferite, de viteză, preprogramabile cu ajutorul codului binar în concordanță cu tabelul

Creșterea/descreșterea vitezei se selectează pentru controlul digital al acesteia. Funcția este activă dacă referința de "înghețare"/joggingul de "înghețare" au fost selectate în parametrii 400, 401 sau 405, și respectiv pinul echivalent 16, 17 sau 29 este "on" (+24V). Atîta vreme cît pinul 32 este pe "1" (+24V) frecvența de ieșire va scădea către frecvența minimă fMIN.

=== CAPITOL44 ===

4.Calculul mecanismului de ridicare al unui pod rulant cu graifãr de 30 tone

Tema de proiectare

Sã se proiecteze sistemul de acþionare al unui pod rulant de uz general cu graifãr cu urmãtoarele date de proiectare:

– sarcina nominalã : QN=30 t ;

– înãlþimea de ridicare : H=16 m ;

– viteza de ridicare : vr=5 m/min ;

– viteza de deplasare a podului : vc=25 m/min ;

– deschiderea podului : D=14 m ;

– cursa podului : C=65 m ;

– duratele relative de funcþionare ale mecanismelor :

– ridicare : DA=42% ;

– translaþie : 38% ;

– translaþie pod : 36% ;

Regimul de funcþionare al podului se va considera B2, sursa de alimentare va fi 3×380 V/50 Hz, iar tmperatura mediului ambiant se va considera .

4.1 Determinarea datelor principale ale mecanismelor de lucru ºi transmisiilor

4.1.1 Mecanisme de ridicare a sarcinii

Mecanismele de ridicare ale podurilor rulante se compun din organe flexibile, cabluri, lanþuri, funii de care se suspendã sarcina ºi care se înfãºoarã pe tobe (tamburi) formînd palane. Numãrul de ramuri ale organelor de suspensie depinde de greutatea sarcinii, dar este influenþatã ºi de alþi factori, ca : înãlþimea ºi viteza de ridicare, gabaritele mecanismelor de ridicare etc.

Schema mecanismului de ridicat folosit în cadrul acestui proiect este prezentatã în figurã ºi este o schemã tipicã, folositã pentru acest tip de poduri.

Dupã cum se poate observa, acest tip de dispozitiv necesitã douã mecanisme cu tambur, unul principal ºi unul auxiliar. Mecanismul secundar este acþionat de un motor auxiliar (MA) iar funcþionarea sistemului auxiliar este sincronizatã cu cel principal, ridicarea ºi coborîrea fãcîndu-se cu ambele motoare, iar închiderea ºi deschiderea graifãrului cu un singur motor, în speþã, cu motorul auxiliar.

4.2 Stabilirea elementelor mecanice componente ale mecanismelor de ridicare

Orice mecanism de lucru trebuie definit prin caracteristica mecanicã ºi prin regimul de funcþionare.

Caracteristica mecanicã a unei maºini de lucru reprezintã dependenþa dintre cuplul total (util ºi de frecare) dat de acesta ºi un parametru de miºcare : vitezã, spaþiu parcurs etc. al unui organ faþã de o poziþie de referinþã.

Regimul de funcþionare al maºinii de lucru reprezintã modul de variaþie în timp al cuplului rezistent total al maºinii.

4.2.1 Dispozitive de prindere a sarcinii

Ca dispozitive de prindere se folosesc,în general, cîrligele iar sarcina se fixeazã în cîrlig cu ajutorul graifãrului un dispozitiv de prindere auxiliar.

Cîrligele sunt cuprinse în organul mobil al palanului, numit muflã mobilã. Muflele se aleg în funcþie de capacitatea de ridicare, regimul de funcþionare, numãrul ramurilor de cablu ºi tipul cîrligului din [1] , tab 2.1.

Astfel, pentru cazul de faþã se alege mufã de tipul SD M4.30 pentru grupa a III-a de funcþionare cu capacitatea de ridicare de 30 tone. Masa netã a muflei rezultã din acelaºi tabel ca fiind de 1141 kg ºi corespunde muflelor echipate cu cîrlige simple Sd.

Muflele de tipul M4 au patru role deci 8 ramuri de cablu.

4.2.2 Organe de transmisie a miºcãrii prin cablu

Ca dispozitiv de transmisie a miscãrii între cîrlig ºi tamburul de acþionare se foloseºte un palan dublu. O transmisie prin cablu se compune din :

– cablu ;

– tamburi de cablu ( cu caneluri sau netezi ) ;

– role de cablu ;

– role de egalizare ;

Folosirea palanelor la mecanismele de ridicat asigurã demultiplicarea forþei necesare la acþionare ºi determinã în acest fel reducerea diametrului cablului ºi a rolelor de conducere ºi acþionare.

4.2.3 Determinarea diametrului cablului

Cablurile folosite sunt de oþel ºi reprezintã ansambluri de sîrme sau toroane, grupate prin înfãºurare în jurul unei inimi, în unul sau mai multe straturi concentrice. Toronul este un mãnunchi de sîrme rãsucite în jurul unei sîrme centrale sau a unei inimi, într-un strat sau mai multe straturi concentrice.

Valoarea curentã pentru reistenþa la rupere a sîrmelor ce compun cablurile din oþel este :

Forþa maximã ce ia naºtere în cablu la ridicarea sarcinii nominle (tensiunea staticã) este :

unde QN este greutatea sarcinii nominale, inclusiv a dispozitivului de prindere auxiliar;

q – greutatea dispozitivului de prindere principal ;

z – numãrul ramurilor de cablu ;

– randamentul palanului ;

N

Diametrul cablului se determinã conform relaþiei:

în care : d – diametrul exterior al cablului în mm.

F1-tensiunea maximã în cablu.

Q- coeficient ale cãrui valori sunt în funcþie de grupele de funcþionare ºi construcþia cablului [1], tabelul 5.3.

În cazul de faþã Q=0,335 pentru grupa a III-a de funcþionare ºi cablul s-a ales de tip normal.

Deci:

Din seria uzulã de valori tipizate pentru diametrele cablurilor de ridicare aleg d=24 mm.

4.2.4 Determinarea diametrelor tamburilor, rolelor de cablu ºi rolelor de egalizare.

Diametrele minime D ale tamburilor, rolelor de cablu ºi rolelor de egalizare se calculeazã cu ajutorul relaþiei:

Valorile coeficientului h1 sunt date în [1], tab. 5.4. iar pentru cazul de fatã:

– pentru tambur : h1=20,

– pentru rolele de cablu : h1=22,4,

– pentru rola de egalizare : h1=16, toþi coeficienþii fiind aleºi pentru grupa a III-a de funcþionare, iar cablul fiind normal.

Valorile coeficientului h2 sunt date în [1], tab. 5.5. în funcþie de modul de înfãºurare al cablului. Astfel, pentru tamburi cu ºi rolã de egalizare : h2 =1, acelaºi ca ºi pentru rola de cablu.

Acest coeficient s-a ales þinînd cont de faptul cã în cazul de faþã, cablul trece peste tambur ºi peste maximum 2 role de cablu.

În continuare cu relaþia datã mai sus se vor calcula diametrele tamburilor, rolelor de cablu ºi al rolelor de egalizare.

Deci, pentru tambur avem, diametrul primitiv:

Diametrul definitiv al tamburului de acþionare poate fi stabilit numai dupã ce s-a ales reductorul, cînd se cunoaºte exact raportul de transmitere al acestuia.

Tamburul se alege în funcþie de diametrul cablului, înãlþimea de ridicare ºi numãrul de coborîri de pe tambur.

Din [1], tab. 5.7., aleg tamburul în varianta constructivã TR 630×90 pentru cablu de 24 mm cu urmãtoarele dimensiuni:

– diametru normal tambur: 560 mm

– diametru la fund : 560 mm

– diametru interior : Di=528 mm

– diametrul bolþului de antrenare : db=80 mm

– diametrul de aºezare al bolþului : Db=400 mm

– diametrul axului tamburului : d1=90 mm

Rezultã de aici:

, iar grosimea peretelui:

În notarea tamburului apare diametrul cablului care se înãºoarã pe el, în funcþie de care se stabileºte pasul canelurilor tamburului sunt date în [1], tabelul 5.8, conform STAS 6979-83, din care aleg :

p=26 mm, pentru d=24 mm

Tamburul folosit este de construcþie dublã, cu ºanþuri elicoidale, ca în figurã, pe care se înfãºoarã douã ramuri de cablu. Un capãt al cablului se prinde de tambur.

Lungimea tamburului (dublu) se calculeazã cu relaþia :

În relaþia de mai sus avem:

nR – numãrul spirelor de prindere ale cablului, care se înfãºorã pe tambur =5,

H – înãlþimea de ridicare în mm : 16000 mm

iP – raportul de transmitere al planului : 4

L1,L2 – distanþele la mijlocul respectiv la capetele tamburului, conform figurii.

L1 se alege constructiv, pe baza tipului de palan, a numãrului de ramuri de funie, a diametrului cablului ºi a tamburului, fiind de 70 la 200 mm. Astfel aleg :

L1=160 mm

L2 se calculeazã în funcþie de pasul de înfãºurare, cu relaþia :

se adoptã însã o valoare rotundã astfel încît aleg :

L2=40 mm

Deci lungimea tubului va fi :

Pentru lungimea tamburului se adoptã o valoare rotunjitã într 840 ºi 3500 mm, astfel încît aleg :

LT=2400 mm

Tamburul folosit în cazul de faþã este prevãzut cu lagãre de rostogolire avînd un randament de 0,96.

Viteza unghiularã a tamburului va fi:

unde, vr reprezintã viteza de ridicare a sarcinii, datã în tema de proiectare:

vr=5 m/min.

4.2.5 Reductorul

Reductoarele folosite la maºinile de ridicat sunt de construcþie specialã, din cauza condiþiilor de funcþionare ºi de montare, care impun accelerãri ºi frînãri frecvente ºi ºocuri mecanice.

Reductorul se alege avînd urmãtoarele:

– puterea mecanicã ce trebuie transmisã, respectiv momentul de torsiune maxim ce se transmite prin reductor,

– raportul de transmitere,

– rgimul de funcþionare.

La mecanismele de ridicat, puterea necesarã ridicãrii sarcinii nominale, cu viteza nominalã este:

iar momentul de torsiune maxim:

unde QN+q este greutatea de ridiact, în N,

vr – viteza de ridicare, în m/s,

– randamentul total al mecanismului, în care se adoptã:

în cazul operãrii normale la o temperaturã a mediului ambiant grade Celsius utilizînd un lubrifiant de foarte bunã calitate pentru reductor, acesta fiind în trei trepte.

Astfel rezultã randamentul total al mecanismului de ridicare ca fiind:

Vom avea, deci :

Alegînd o maºinã de acþionare cu turaþia n1=1000 rot/min din [1], tabelul 6.9., cu datele AIM-250 MA-6, PN=37kw, nN=950rpm de 475kg ºi considerînd alunecarea în funcþionare s=0,06 va rezulta raportul de transmitere necesar reductorului.

Calculez un raport de transmitere iniþial urmînd apoi sã fie definitivat atît raportul de transmisie cît ºi viteza unghiularã a tamburului , calculatã anterior.

Alegînd pentru regimul T5:

Cs=0,71 iar CT=0,7 se va putea calcula puterea transmisã necesarã:

Cu aceste date calculate se poate alege tipul de reductor conform [1], tabelul 5.9..

Deci vom avea reductorul de tip 3RS-400/100 rot cu I=80.

Principalele dimensiuni pentru acest tip de reductor sunt :

d = 60 mm

D = 100 mm

A = 970 mm

4.2.6 Frîna mecanicã ºi ridicãtorul de frînã

La mecanismele de ridicare, frînele mecanice sunt utilizate fie ca frîne de oprire, fie ca frîne de blocare.

Cu ajutorul frînelor de oprire un arbore aflat în rotaþie este adus în scurt timp în stare de repaus, frîna avînd de obicei ºi rolul de menþinere a mecanismelor blocate.

Frînele de reglare au rolul de a micºora turaþia unui arbore, o operaþie ce se executã pentru limitarea vitezei de coborîre a sarcinii. Frînele mecanice de la echipamentele de ridicat au o construcþie închisã, saboþii frînei fiind strînºi pe roata de frînare sub acþiunea unei forþe produsã de un resort sau de o contragreutate. Decuplarea frînei se realizeazã cu un ridicãtor de frînã.

Frînele se cupleazã pe arborele de intrare al reductorului, pentru a rezulta dimensiuni minime ºi blocarea eficientã a mecanismului de ridicare în cazul ruperii cuplajului dintre reductor ºi motor.

La podurile rulante acþionate electric se utilizeazã frîne cu doi saboþi, acþionate cu ridicãtor de frînã electrhidraulic, reglabil sau nu în funcþie de rolol frînei: de oprire ºi reglare a vitezei, ori numai de oprire ºi blocare.

Alegerea mãrimii frînei, respectiv a diametrului ºaibei (roatã) de frînã, se face în funcþie de cuplul de frînare necesar la coborîre MF ºi de momentul de frînare posibil al frînei MFc, astfel încît sã fie respectatã relaþia :

MFc>MF

Cuplul la frînare la coborîre este dat de :

MF=MR2+MJ

unde MR2 – cuplul produs de sarcina nominalã, redus la arborele motorului,

MJ – cuplul iniþial al maselor în miºcare.

Întrucît la mecanismele de ridicare MJ<<MR2, alegerea frînei se face pe baza cuplului rezistent static dupã relaþia:

MF=KMR

unde K este un coeficient de siguranþã dat în [1], tab. 5.12. ºi

Cuplul MR se determinã în funcþie de sarcina nominalã ºi elementele schemei cinematice :

Pentru grupa a III-a de funcþionare se dã k=2

Vom avea deci:

Pe baza acestor date se alege din [1], tab. 5.13 frîna FS cu ridicãtor R32/5 cu urmãtorii parametri : MF=39 daNm; MJ=0,392 ; diametrul ºaibei: Df=315 mm, iar cuplajul CEF 250-38/40 cu Mtmax=50daNm, DF=250, d1=38, d2=40, J2=0,182kgm..

Parametrii frînelor cu ridicãtorul hidraulic sunt daþi în [1] tab. 5.13..

Noatarea indicã tipul, diametrul ºaibei ºi cuplul de frînare.

4.2.7 Cuplajele

Cuplarea tamburului de acþionare cu reductorul, ºi a reductorului cu motorul se face prin intermediul unor cuplaje elastice cu bolþuri. ele se aleg odatã cu tamburii de acþionare pe baza momentului de torsiune maxim, avînd drept cotã importantã diametrul interior al bolþului d ºi diametrul maxim al cuplajului D conform [1] tab. 5.14. în variantele:

– CS (sau KS) alezaj cilindric sau conic scurt,

– CL (sau KL) alezaj cilindric sau conic lung.

Notarea se face prin indicarea tipului ºi a dimensiunilor nominale pentru alezajele celor douã semicuple.

La angrenajul reductor motor, pentru a reduce un arbore ºi o cuplã, se folosesc cuplaje elestice cu roatã de frînã, ca în figurã, la care ºaiba de frînare ste corp comun cu semicupla montatã pe arborele reductorului.

4.2.8 Transmisia pentru limitatorul de cursã

Pentru evitarea lovirii dispozitivului de prindere a sarcinii la ridicare, respectiv desfãºurarea spirelor de rezervã de pe tambur la coborîre se prevede un limitator de cursã.

La sfîrºitul cursei de ridicare sau coborîre, dacã operatorul nu opreºte instalaþia, acþioneazã limitatorul, care întrerupe alimentarea motorului ºi nu permite miºcarea lui decît în sens invers.

Pentru antrenarea limitatoarelor de cursã se folosesc cuplaje întrerupãtoare simple, tip CI ºi cuplaje întrerupãtoare duble, tip CID.

Cuplajele întrerupãtoare CI fac cuplarea directã a limitatorului cu arborele tamburului aºezat în lagãrul de tambur.

CID se executã în douã variante de montaj:

– varianta a, se realizeazã o antrenare dublã, prin roþi cu lanþ ºi directã pentru limitatoarele de cursã (vezi fig.).

– varianta b, antrenarea este simplã pentru limitatorul de cursã, numai prin roata cu lanþ.

Aleg cuplajul CID 80 cu diametrul lagãrului de 80 mm ºi raportul de transmitere prin lanþ 5,5, conform tabelului 5.16. din [1].

Cuplajele CID au avantajul posibilitãþii de realizare a unor comenzi duble (cu cele douã limitatoare) ºi al posibilitãþii de montare în poziþii diferite faþã de tambur.

Raportul de transmitere se alege astfel încît numãrul de rotaþii al axului limitatorului sã fie mai mic decît 20.

4.3 Mecanisme de translaþie

Mecanismele de translaþie servesc la deplasarea cãrucioarelor, dupã douã direcþii perpendiculare, în scopul poziþionãrii sarcinii în plan orizontal.

La efectuarea miºcãrii de translaþie se folosesc cãi de rulare cu ºine. La aceste sisteme, instalaþiile sunt echipate cu roþi de rulare antrenate sau libere.

4.3.1 Scheme cinematice

Schema cinematicã folositã în cadrul acestui proiect este schema cu grup de acþionare central, cu reductorul montat pe arbore între roþile de rulare ca în

figurã.

Vitezele de translaþie realizate cu acest tip de schemã sunt cuprinse între 20 ºi 125 m/min, corespunzãtor temei de proiectare (20 m/min) iar puterea motoarelor este de pînã la 6,3kW la turaþii de 1500, 1000 ºi 750 rpm.

Reductoarele folosite au forma constructivã cu axul de intrare ºi ieºire în prelungire.

4.3.2 Dimensionarea ºi alegerea elementelor mecanice principale ale mecanismului de translaþie

4.3.2.1 Roata de rulare ºi ºina

Existã roþi de rulare conducãtoare ºi conduse (libere).

În cadrul proiectului se vor folosi roþi de rulare cu douã buze de ghidare, cu rulmenþi. În figura de mai jos este prezentatã o roatã de rulare cu lagãr de capãt acþionatã.

Alegerea diametrului roþii de rulare se face pe baza relaþiei (STAS 2737-82) :

unde:

– Fr – sarcina medie pe care o suportã roata,

– pa – presiunea admisibilã pe roatã funcþie de material,

– C1 – coeficient de vitezã,

– C2 – coeficient de regim,

– b – 50 [mm] lãþimea ºinei de rulare.

Sarcina medie se determinã cu relaþia:

– Q – greutatea de ridicat,

– q – greutatea dispozitivelor de prindere,

– G – greutatea cãruciorului sau greutatea totalã a podului,

– Z – numãrul de roþi de rulare.

Presiunea admisibilã pe roatã este funcþie de materialul folosit ºi îl aleg 5N/mm2.

Coeficientul este dat în [1] tabelul 5.18. în funcþie de turaþia roþii, astfel rezultã C1=1,02.

C2 este indicat în [1] tab. 5.19. în funcþie de grupa de funcþionare a mecanismului e translaþie. Pentru grupa M4 rezultã C2=1,12.

Roþile de rulare se executã în trei tipuri:

– A roþi de rulare turnate,

– B forjate,

– C cu bandaj.

Marcarea se face indicînd tipul roþii, acþionatã (A) sau neacþionatã (L), diametrul de rulare ºi lãþimea b1.

Alegînd ztr=6 ºi avînd G=9100kg, calculez:

Va rezulta diametrul roþii conform relaþiei:

4.3.2.2 Reductorul

Raportul de transmitere necesar rezultã:

În urma acestor calcule se va lucra cu itr=31,5 unde:

– reprezintã viteza sincronã a motorului ºi se calculazã ca fiind:

viteza sincronã a motorului ales fiind 1000 rpm.

s – alunecarea estimatã funcþie de încãrcarea staticã a motorului ºi de caracteristica mecanicã de funcþionare.

Alegînd viteza sincronã a motorului, se determinã raportul de transmitere I, pe baza cãruia se determinã tipul reductor necesar þinîndu-se seama ºi de puterea de încãrcare a reductorului.

Viteza de rotaþie a roþii de rulare , corespunzãtoare unei viteze de translaþie vc =25 m/min. rezultã :

Dr – s-a considerat în metri.

Cuplul maxim va fi:

Rezultã de aici tipul de reductor ce va fi folosit:

3R(S) – 140 la 1000 rpm, cu 4,98 kW puterea transmisibilã, conform [1], tab. 5.9.

4.3.2.3 Cuplajele

Cuplarea motorului cu reductorul se face prin intermediul cuplelor elestice iar cuplarea arborilor de transmisie ºi cu roata se face prin cuplaje rigide.

4.3.2.4 Frîna mecanicã

Frîna mecanicã se alege pe baza cuplului de frînare necesar opririi mecanismului.

Se va utiliza frîna electromagneticã din construcþia motorului de antrenare.

4.3.2.5 Dispozitive de protecþie

Dispozitivele de protecþie folosite la mecanismele de translaþie sunt limitatoarele de cursã, montate în scopul preîntîmpinãrii accidentelor ce pot apare prin tamponarea cãruciorului sau a podului.

Se utilizeazã limittoarele de cursã cu pîrhie, care pot fi monatte atît în circuitul de forþã cît ºi în circuitul de comandã.

În funcþie de spaþiul necesar frînãrii, se determinã ºi distanþa de fixare a limitatoarelor.

4.4 Calculul datelor maºinii electrice de acþionare ºi a caracteristicilor acestora

4.4.1 Diagrama de funcþionare

Determinarea datelor maºinii electrice din sistemul de acþionare se poate realiza numai pe baza diagramelor de funcþionare care evidenþiazã modul de încãrcare al maºinilor ºi permit un calcul corect al acestora.

Diagramele de funcþionare pentru mecanismele de ridicare ºi pentru cele de translaþie sunt date în figurã, unde:

– t1 este timpul în care are loc pornirea,

– t2 timpul de funcþionare stabilizatã,

– t3 oprirea cu frînare electricã,

– t4 pauze.

Calculul mãrimilor necesare reprezentãrii diagramelor de funcþionare se face dupã cum urmeazã :

Cuplul rezistent la ridicare se calculeazã ºtiind cã puterea corespunzãtoare este :

La coborîre puterea este :

deci

Prc=19620 W

În primã aproximaþie, la sarcinã normalã se va considera

Cuplul se obþine din relaþia :

Global am considerat randamentele de 0,8.

4.4.2 Datele maºinilor electrice

Datele maºinilor electrice de acþionare presupune determinarea tensiunii de alimentare, turaþiei nominale, puterii nominale, supraîncãrcabilitãþii, cuplului de pornire, duratei relative de acþionare ºi construcþiei corelatã cu alegerea protecþiei ºi influenþa mediului ambiant.

Tensiunea de alimentare a fost impusã în tema de proiectare de 380/220V.

Se alege, þinînd seama de specificul funcþionãrii fãrã mers în gol, pentru începerea calculelor, o putere medie:

leg din [1], tab 6.9 motorul AIM – 250Na-6 cu puterea nominalã de 30kW, turaþia nominalã de 950rpm, randment 87,5%, cuplu maxim 1400Nm, GD2=58Nm2 ºi masa de 475kg.

Calculez viteza unhiularã nominalã:

Momentul de inerþie se calculeazã cu relaþia :

Mecanismele utilajelor de ridicat ºi de transport funcþioneazã în serviciul S3, intermitent periodic, serviciu reprezentat în mod sugestiv, în figura alãturatã în care s-au notat:

– N – funcþionarea la sarcinã constantã

– R – repaus

– D – pornirea

– F – frînarea electricã

– V – frînarea în gol

– V – funcþionarea la sarcinã constantã

– S – funcþionarea la suprasarcinã.

– Cp – plinã sarcinã

– C – sarcina

– Pp – pierderi electrice

– t – timpul în general

– tc – durata unui ciclu

Funcþionarea intermitentã este caracterizatã de durata relativã de acþionare notatã cu Da care este datã în tema de proiectare, în procente fiind standardizate, dar se poate sã se ºi calculeeze cu relaþia:

Astfel avem :

– la ridicare DA=42%,

– pentru translaþie cãrucior: DA=38%,

– pentru translaþie pod : D=36%.

Durata relativã de acþionare, fiind standardizatã, se va alege, oarecum acoperitor, pentru toate DA = 40%.

4.4.3 Construcþia, protecþia, ºi influenþa mediului

Acþionãrile electrice funcþioneazã în diferite medii, adeseori diferite de cele considerate în tema de proiectare.

În funcþie de mediul în acre este destinatã funcþionarea acþionãrii, se aleg diferite tipuri de maºini electrice cu gradul de protecþie notat IP, urmat de douã cifre conform [1], tabelul 6.3.. Pentru cazul de faþã, aleg prima cifrã (gradul de protecþie împotriva atingerii de cãtre personalul muncitor a pãrþilor interioare flate sub tensiune sau în miºcare ºi mai ales împotriva pãtrunderii corpurilor strãine) ca fiind 5, iar cea de-a doua cifrã (grdul de protecþie împotriva apei) 4. Astfel maºinile vor avea toate celaºi grad de protecþie: IP54.

La alegerea puterii maºinii de acþionare se þine seama ºi de temperatura mediului ambiant, în calcule fiind standrdizatã ca fiind 40 grade Celsius. În consecinþã, deci, nefiind cazul în proiectul de faþã sã se recalculeze datele maºinilor de acþionare.

4.4.4 Calculul puterii MEA ºi verificarea la suprasarcinã

Odatã cu stabilirea sistemului de acþionare elºectricã s-a ales ºi tipul de maºinã electricã de acþionare, respectiv puterea, cuplul, tensiunea, turaþia, serviciul de funcþionare, construcþia ºi protecþia acesteia, urmînd verificarea la condiþiile de suprasarcinã ºi de pornire.

Cuplul nominal va fi :

Cuplul de pornire la ridicare, va fi calculat astfel :

Timpul pînã la atingerea mersului stabilizat la ridicre, deci timpul de pornire la ridicare este:

Se considerã timpul de frînare t3=tdr=1s, astfel cuplul de frînare va fi:

Considerînd :

tsr=tsc=t2=2s

tpc=tpr=0,992s iar tdc=tdr=1s coeficientul maºina fiind autoventilatã se poate determina cuplul echivalent, pe baza cãruia se realizeazã ºi verificarea puterii maºinii pe baza relaþiei de mai jos:

Astfel rezultã cuplul echivalent:

Me=341,48 Nm

Se recalculeazã puterea nominalã a maºinii 30 kW la durata realã 0,42, rezultînd din relaþie :

iar cuplul:

se observã cã relaþia de mai sus fiind îndeplinitã, maºina este corespunzãtor aleasã.

4.4.5 Caracteristicile de funcþionare ale maºinilor electrice

4.4.5.1 Precizãri generale

Calculul caracteristicilor este necesar pentru a urmãri cum se asigurã condiþiile de funcþionare ale utilajului. Calculele se desfãºoarã þinînd seama de datele care ne stau la dispoziþie, adicã de informaþiile din cataloagele maºinilor electrice date în cataloagele din [1].

Întrucît fenomenele care au loc la aceste utilaje sunt lente, în calculul proceselor tranzitorii se vor considera caracteristicile statice ºi constanta electromecanicã de timp, respectiv se va neglija constanta electromagneticã de timp.

4.4.5.2 Calculul diagramelor de funcþionare pentru mecanismul de ridicare

RIDICARE

COBORÎRE

RIDICARE

COBORÎRE

Introducere

În condițiile nou create de către progresul tehnicii, e posibilă o acționare a mașinilor electrice la un înalt nivel în ce privește modificarea și reglarea vitezei, pornirea, frînarea, reversarea și corelarea diferitelor mecanisme de lucru ale aceleiași instalații.

Deasemenea, folosirea convertoarelor statice în acționarea mașinilor electrice permite conducerea automată a proceselor de producție cu un consum redus de energie, apelînd la un calculator și microprocesor.

În ceea ce ne privește, acest lucru ne este foarte folositor, pe lîngă asigurarea unui regim de funcționare deosebit de maleabil, în sincronizareacelor două motoare folosite la deplasarea podului cu ajutorul unui calculator ce va primi și va da informații în vederea sincronizării vitzelor de rotație, unor encodere (cîte unul pentru fiecare motor în parte) ce vor citi parametrii prin intermediul unor module HSCE (High Speed Counter Encoder).

Marele avantaj al acestui mod de rezolvare a problemei în comparație cu metoda clasică dar depășită a arborelului electric este posibilitatea implementării unui program de funcționare și bineînțeles randamentul sporit.

Dar folosirea tehnicii computerizate nu este întîmplătoare. PC-ul industrial acceptat ca și controler cîștigă în momntul de față ceea ce i se cuvine de fapt prin oferta unui raport unic între preț și performanță. Un preț mic și o înaltă performanță, extrem de bune posibilități de vizualizare, hardware și software standardizat, sunt cîteva dintre ofertele acestor dispozitive.

Potrivit cu înalta capacitate de calcul a PC-ului, acestuia îi revine sarcina de adistribui semnale fiecărui driver utilizat în parte.

Un partener ideal pentru PC-ul industrial este magistrala de cîmp senzor/actuator, ce realizează legături semnalelor I/O direct în uzină, departe de PC. Acest lucru duce la reducerea firelor de legătură și permite o rapidă și precisă diagnosticare în cazul unei erori și prin aceasta garantează un timp minim de dezactivare.