Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Сегодня уже трудно представить себе город без работающего вертикального транспорта. Для огромного количества людей нормальная работа лифтового хозяйства является синонимом нормальной жизни. Качественная работа лифтов и подъемных механизмов и их надежность остается одним из ключевых аспектов в деле обеспечения безопасности жилых и общественных зданий, поэтому необходимо непрерывное развитие и модернизация лифтового оборудования.

Лифт – механизм вертикального транспорта, предназначенный для транспортировки пассажиров и грузов в жилых и производственных помещениях. Широкое распространение использования лифтового электропривода в промышленности и в повседневной жизни, определяет лифт как наиболее распространенный вид вертикального транспорта.

Наблюдаемая в последнее время тенденция к повышению этажности зданий в городах, а также к комфорту передвижения в лифтах ведёт к усложнению систем управления процессом передвижения. Благодаря развитию современных микропроцессорных систем управления данные задачи успешно решаются в настоящее время.

Современный лифт – это сложное электромеханическое устройство, работающее в полуавтоматическом режиме по установленной программе. Программа работы лифта определяется действиями пассажиров, местонахождением и положением (свободна или занята) кабины и регламентируется при помощи системы управления лифтом.

Система управления лифтом должна решать задачи безопасного и комфортного передвижения пассажиров [1]. Передвижение должно осуществятся с допустимым ускорением, требуемой скоростью и отсутствие ощутимых рывков. Для выполнения приведённых требований необходимо получать информацию о положении и скорости движения кабины с помощью различных датчиков.

Большое внимание необходимо уделить вопросу безопасности передвижения. Также следует обратить внимание на использование системы управления не только для модернизации существующего лифтового оборудования, но и использование в новом строительстве.

1. Актуальность темы

Система управления лифтом должна решать задачи безопасного и комфортного передвижения пассажиров. Передвижение должно осуществятся с допустимым ускорением, требуемой скоростью и отсутствие ощутимых рывков. Для выполнения приведённых требований необходимо получать информацию о положении и скорости движения кабины с помощью различных датчиков и смоделировать систему контроля.

Также следует обратить внимание на использование системы управления не только для модернизации существующего лифтового оборудования, но и использование в новом строительстве. Поэтому тема магистерской работы является актуальной.

2. Цель и задачи исследования

Целью данной работы является улучшение динамических характеристик системы управления лифтом в переходных  режимах работы.

Для достижения поставленной цели не обходимо сформулировать основные задачи работы:

  1. Разработать математическую модель системы управления лифтом на базе ПИД регулятора.
  2. Синтезировать имитационную модель данной системы.
  3. Исследовать динамические характеристики системы управления при помощи математической модели.

 

Измерение текущего значения скорости производится при помощи устройства контроля скорости УКС-01 [2]. Обработка данных и выдача сигналов управления на двигатель будет производиться при помощи программируемого логического контроллера (ПЛК).

При помощи герконовых датчиков, находящихся на каждом этаже и поверхности кабины, будут контролироваться процессы разгона-торможения лифта [3]. Также будут установлены следующие измерительные датчики и приборы:

– прибор контроля открытия-закрытия дверей БАРЬЕР-1М [4];

– датчик температуры;

– датчик момента;

– модуль логики для контроля загруженности кабины КПЛ 1.1.

Для устранения аварийной ситуации при превышении максимального уровня загрузки кабины на диспетчерскую панель, а с нее на лифтовой индикатор поступает сигнал о перегрузки. При превышении безопасной скорости кабины поступает сигнал на ПЛК, а при его помощи осуществляется аварийная остановка лифта.

3. Технологическая схема объекта

Описание технологического процесса и оборудования

Основными частями лифта являются: лебёдка, кабина, противовес, направляющие для кабины и противовеса, двери шахты, ограничитель скорости, тяговые канаты и канат ограничителя скорости, узлы и детали приямка, электрооборудование и электроразводка. Основные параметры технической характеристики лифта: номинальная грузоподъёмность m = 400 кг, масса противовеса mпр = 1000 кг, масса пустой кабины m0 = 800 кг., номинальная скорость U = 1 м/c. Лифт двенадцатиэтажного дома плюс этаж технического обслуживания. Расстояние между этажами 3 м. Расчетная работа электропривода пуск раз в 3 минуты, 20 раз за час.

un5.gif


Рисунок 1 – Схема лифта


Кинематическая схема лифта представлена на рис. 1.1. Лифт имеет полиспастную подвеску с кратностью полиспаста 2, при которой тяговые канаты 1, сходящие с канатоведущего шкива 2, огибает полиспастный блок 3 на кабине 4 и противовесе 5 и крепятся к верхнему перекрытию шахты в машинном помещении.

Перемещение кабины и противовеса по направляющим осуществляется лебёдкой 6, установленной в машинном помещении, с помощью тяговых канатов 1. Там же размещены ограничители скорости, контроллер, вводное устройство. Лифт комплектуется специализированным контроллером.

При нажатии кнопки вызывного аппарата в электроаппаратуру управления лифтом подается электрический импульс (вызов). Если кабина находится на остановке, с которой поступил вызов, открываются двери кабины и шахты на данной остановке. Если кабина в другом месте, подается команда на её движение. В обмотку электродвигателя лебёдки и катушки электромагнитных тормозов подаётся напряжение, тормоза отпускают, и ротор электродвигателя приходит в движение.

При подходе кабины к требуемой посадочной площадке система управления лифтом по сигналу датчиков точной остановки переключает электродвигатель лебёдки на работу с пониженной частотой вращения ротора. Скорость движения кабины снижается, подаётся команда на остановку, и в момент, когда порог кабины совмещается с уровнем порога двери шахты, кабина останавливается, вступает в действие тормоз, включается в работу привод дверей, и двери кабины и шахты открываются. На лифте с системой управления от контроллера происходит бесступенчатое регулирование частоты вращения ротора двигателя посредством системы частотного регулирования, что обеспечивает плавные остановку и пуск кабины.

При нажатии кнопки приказа на панели управления, расположенной в кабине, закрываются двери кабины и шахты, кабина отправляется на посадочную площадку, кнопка приказа которой нажата.

После прибытия на требуемую посадочную площадку и выхода пассажиров двери закрываются, кабина стоит до тех пор, пока не будет нажата кнопка любого вызывного аппарата.

Движение кабины возможно только при исправности всех блокировочных и предохранительных устройств. Срабатывание любого предохранительного устройства приводит к размыканию цепи управления и остановке кабины.

Основу конструкции лифта составляет механизм подъёма на основе применения лебёдки с канатной системой передачи движения кабине.

Пассажиры перемещаются в специально-оборудованной кабине с закрываемыми дверями, которые имеют блокировочные устройства, исключающими возможность движения при открытых створках.

Для центрирования кабины и противовеса в горизонтальной плоскости и исключения поперечного раскачивания во время движения, применяются направляющие, устанавливаемые на всю высоту шахты лифта.

Направляющие обеспечивают возможность торможения кабины (противовеса) ловителями при аварийном превышении скорости и удерживают её до момента снятия с ловителей.

Пространство, в котором перемещается кабина и противовес ограждается на полную высоту и называется шахтой.

Помещение, в котором устанавливается подъёмная лебёдка и другое необходимое оборудование, называется машинным помещением.

Часть шахты, расположенная ниже уровня нижней посадочной площадки, образует приямок, в котором размещаются упоры или буферы, ограничивающие ход кабины (противовеса) вниз и останавливающие с допустимым ускорением замедления.

Для предотвращения аварийного падения кабины (противовеса) лифт оборудуется автоматической системой включения ловителей от ограничителя скорости, срабатывающей при аварийном превышении скорости.

Ловители устанавливаются по боковым сторонам каркаса кабины (противовеса) и приводятся в действие канатом, охватывающим шкив ограничителя скорости.

В приямке устанавливается натяжное устройство ограничителя скорости.

Станция управления работой лифта, приборы и аппараты находятся в машинном помещении.

Соединение электрического оборудования кабины со станцией управления обеспечивается посредством подвесного кабеля и жгута проводов, смонтированного в шахте.

Датчики замедления, шунты датчика точной остановки и устройства контроля шахтных дверей также устанавливаются в шахте.

На рис. 1.1 представлена схема размещения оборудования лифта. Лебёдка и шкаф управления располагаются в лифтовом помещении, закрытом от проникновения посторонних лиц.

un6.gif


Рисунок 1.1 – Технологическая схема оборудования


Основная плата управления установлена в шкафу контроллера. Последовательная линия передачи данных подразделяется на каналы кабины и шахты. Канал кабины, к которому подключена клеммная коробка кабины, представляет собой подвесной кабель. На рис. 1.1 приняты следующие обозначения: 1 – шкаф контроллера, 2 – позиционный индикатор, 3 – этажные кнопки, 4 – датчик положения кабины.

4. Моделирование узла

Получение математической модели асинхронного двигателя, лежащего в основе работы лифта, является основой общей модели объекта. По известным паспортным данным двигателя серии 4 А [5] мощности 5,5 кВт произведем следующие необходимые расчеты:

 

Номинальный фазный ток статора:

formule1

Базисное значение сопротивления:

formula2 Ом

Угловая частота тока:

формула 3

Реактивное сопротивление рассеяния статора в относительных единицах:

Формула4

Коэффициент, связывающий параметры машины в Т и Г-образной схемах замещения [6]:

Формула5

Реактивное сопротивление рассеяния фазы статора:

Формула6

Активное сопротивление фазы статора:

Формула7

Индуктивность рассеяния фазы статора:

Формула8

Реактивное сопротивление рассеяния фазы ротора:

Формула9

Активное сопротивление фазы ротора:

Формула10

Индуктивность рассеяния фазы ротора:

Формула11

Реактивное сопротивление взаимоиндукции:

Формула12

Индуктивность взаимоиндукции:

Формула13

 

Имитационная модель лифта с контролем по скорости представлена на рисунке 2:


Рисунок 2 – Имитационная модель лифта с контролем по скорости


Для поддержания скорости на нужном уровне выберем ПИД регулятор – наиболее эффективный и распространенный вид регулятора, обеспечивающий достаточно высокую точность при управлении различными процессами [7]. Известно, что данный регулятор следует выбирать для систем регулирования, с относительно малым уровнем шумов и величиной запаздывания в объекте управления.

Для синтеза регулятора применим метод Зиглера-Никольса [8].

  1. Выставляем все коэффициенты (Kp, Ki, Kd) в 0.
  2. Начинаем постепенно увеличивать значение Kp и следим за реакцией системы. Нам нужно добиться, чтобы в системе начались устойчивые колебания (вызванные перерегулированием). Увеличиваем Kp, пока колебания системы не стабилизируются (перестанут затухать).  Запоминаем текущее значение Kp (обозначим его Ku) и замеряем период колебаний системы (Tu). По результатам Kp=52, Tu=0.9.
  3. Теперь используем полученные значения Ku и Tu для расчета всех параметров ПИД регулятора по формулам:

    Kp = 0.6 * Ku; Kp = 31,2

    Ki = 2 * Kp / Tu; Ki = 69,3

    Kd = Kp * Tu / 8; Kd = 3,51

 

Данные настройки подставим в ПИД регулятор и промоделируем систему и оценим полученные результаты [9].
Рассмотрим следующий вариант движений-остановок лифта: лифт стоит на 3-ем этаже, в него заходит 1 человек, этаж назначения – 5.

Результаты моделирования представлены ниже на анимации 1:

Анимация 1

Анимация 1 – Графики управляющего тока, линейной скорости перемещения лифта, момента сопротивления, перемещения кабины

Выводы

Была спроектирована САУ процесса управления перемещения кабины лифта. Был рассмотрен процесс работы объекта, его технологическая схема, а также цель проектирования САУ. Были определены задачи, необходимые системе для достижения поставленной цели.

Были получены и проанализированы переходные процессы данных моделей. Момент сопротивления и управляющий токовый сигнал , при различных условиях меняется, однако по графикам видно , что заданное воздействие отрабатывается и на выходе мы получаем требуемую скорость  с минимальными отклонениями от заданных на входе значений.

В дальнейшем в систему будут внесены нелинейности  [10];и будет выяснен наилучший способ их отработки для достижения поставленной цели.

Список источников

  1. П. Д. Гаврилов, Л. Я. Гимельштейн, А. Е. Медведев Автоматизация производственных процессов – М.: Недра, 1985. – 216с.
  2. Сайт компании OTIS http://www.otis.com. 
  3. Под общ. ред. И. П. Копылова и Б. К. Клонова Справочник по электрическим машинам: В 2т./С74. Т.1.–М.: Энергоатомиздат, 1988. 456 с.
  4. Электронный каталог лифтового оборудования. http://лифтов.рф/liftovoe-oborudovanie-katalog.
  5. А. Э. Кравчик, М. М. Шлав, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/А90 – М.: Энергоиздат, 1982. 504 с.
  6. В. Е. Китаев, Л. С. Шляпинтох Электротехника с основами промышленной электроники. Учебное пособие для проф.-техн. учебных заведений. Изд. 2-е, переработ. и доп. М., Высш. школа, 1968. 416 c.
  7. С. Г. Герман – Галкин, Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие – СПб.: Корона принт, 2001. 320 с.
  8. Ю. Лазарев Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. 512 с.
  9. П. В. Агуров Интерфейсы USB. Практика использования и программирования Спб.: БХВ Петербург, 2004.
  10. Б. Ван дер Поль. Нелинейная теория электрических колебаний. Пер. с англ. Связьтехиздат, 1935.