RU2402683C2

RU2402683C2 - Device for control over operation mode of ventilating installation

Info

Publication number: RU2402683C2
Application number: RU2008117743/03A
Authority: RU
Inventors: Нестер Никитович Петров (RU); Нестер Никитович Петров
Original assignee: ООО Научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт "АЭРОТУРБОМАШ"
Priority date: 2008-05-04
Filing date: 2008-05-04
Publication date: 2010-10-27
Also published as: RU2008117743A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: device is equipped with autonomous sub-system of control over separate ventilating installation. The sub-system consists of a mode setting block, of an electric engine smooth start-up block, of a control block, outputs of which are connected to inputs of actuators of working wheel blades turn and turn of the gate of the ventilator, of sensors of working wheel blades position and gate position and of a metre of current voltage or electric engine exciting current. The device is additionally equipped with autonomous sub-systems of control over separate ventilator installations. Each sub-system contains an actuator for control over brake, the input of which is coupled with the output of the control block, pressure and brake gauges and a micro-processor controller including a "driving-driven" mode switch block, an input-output module and a micro-processor module. The outputs of the sensors of working wheel blades position, gate position, feed voltage or electric engine exciting current, gauges of pressure and brake are connected with corresponding inputs of the input-output module. The block for electric engine smooth start-up of each autonomous sub-system is made in form of a combined block of a smooth start-up-adjustment of excitation (SSB/EAB). The latter is used as a block of smooth start-up with phase control at application of an a-synchronous electric engine and as a block for adjustment of excitation current at application of synchronous electric engine of the ventilator. The microprocessor controller is coupled with the electric engine of the ventilator via the module of input-output and SSB/EAB.

EFFECT: increased reliability of control over installations containing several ventilator aggregates with a-synchronous or synchronous electric engines.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к вентиляторным установкам, а именно к управлению режимами их работы, в частности, при автоматическом управлении вентиляторными агрегатами шахт и тоннельной вентиляции метрополитенов.The invention relates to fan installations, and in particular to the management of their operating modes, in particular, with automatic control of fan units of mines and tunnel ventilation of subways.

Известно устройство управления режимом работы вентиляторной установки (патент №2064587, кл. E21F 1/00, 1996), содержащее программно управляемый блок согласования давлений, выполненный в виде цифрового регулятора, к первому входу которого подключен блок задания давления, а также установленные на выходе вентилятора датчик давления, датчик положения лопаток и частоты вращения рабочего колеса, выходы которых соединены с входами блока согласования давлений. Кроме того, устройство содержит блок питания, совмещенный с блоком плавного пуска и блоком торможения, а также блок питания электромагнитной муфты, соединяющей валы электродвигателя и вентилятора.A device for controlling the operation mode of a fan installation (patent No. 2064587, class E21F 1/00, 1996) is known, which contains a software-controlled pressure matching unit made in the form of a digital regulator, to the first input of which a pressure setting unit is connected, as well as installed at the fan output a pressure sensor, a blade position and impeller speed sensor, the outputs of which are connected to the inputs of the pressure matching unit. In addition, the device includes a power supply unit combined with a soft start unit and a braking unit, as well as a power supply unit of an electromagnetic clutch connecting the shafts of the electric motor and fan.

Недостатком данного устройства является функциональная сложность, низкая надежность управления режимом работы вентиляторной установки, а также его высокая стоимость вследствие наличия ряда сложных блоков и их избыточных связей.The disadvantage of this device is the functional complexity, low reliability of control of the operation mode of the fan unit, as well as its high cost due to the presence of a number of complex blocks and their excessive connections.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является устройство управления режимом работы вентиляторной установки (патент №2146331, кл. E21F 1/00, 2000), содержащее программируемый блок управления, блок задания параметров, исполнительные механизмы поворота лопаток рабочего колеса, элементов шибера с датчиками их положения, при этом выходы датчиков соединены с соответствующими входами программируемого блока управления, связанного также с пультом управления и модулем плавного пуска электродвигателя вентилятора.Closest to the claimed technical essence is a device for controlling the operation mode of the fan unit (patent No. 2146331, class E21F 1/00, 2000), containing a programmable control unit, parameter setting unit, rotary actuators for impeller vanes, gate elements with their sensors positions, while the outputs of the sensors are connected to the corresponding inputs of the programmable control unit, also connected to the control panel and the soft start module of the fan motor.

Недостатком данного устройства является невозможность его применения при использовании для привода вентилятора с синхронным электродвигателем, а также невозможность его использования при управлении параллельно работающими вентиляторными агрегатами и в режиме дистанционного управления от диспетчера или ЭВМ верхнего уровня.The disadvantage of this device is the impossibility of its use when used to drive a fan with a synchronous electric motor, as well as the impossibility of its use when controlling parallel-running fan units and in remote control mode from a dispatcher or top-level computer.

Целью изобретения является управление установкой, содержащей несколько вентиляторных агрегатов, для привода которых используются асинхронные или синхронные электродвигатели.The aim of the invention is to control an installation containing several fan units, for the drive of which asynchronous or synchronous motors are used.

Поставленная цель достигается тем, что устройство управления содержит автономные подсистемы управления отдельными вентиляторными агрегатами (СУВ), микропроцессорные контроллеры которых снабжены блоками переключения режимов «ведущий-ведомый», модулями ввода-вывода и микропроцессорным модулем, а электроприводы вентиляторов запитаны через модуль ввода-вывода, и комбинированный блок БПП/БРВ, который используется как блок плавного пуска (БПП) с фазовым управлением в случае применения асинхронного электродвигателя или как блок регулирования тока возбуждения в случае использования синхронного электродвигателя вентилятора. При этом микропроцессорные контроллеры автономных систем управления вентиляторными агрегатами снабжены индивидуальными пультами управления, соединены между собой через модули ввода-вывода, а также с микропроцессорным контроллером МКВУ (ЭВМ) верхнего уровня. При этом автономные системы управления вентиляторными агрегатами СУВ₁, СУВ₂, СУВ_n содержат блоки управления исполнительными механизмами поворота лопаток рабочего колеса, привода тормоза, открывания шиберного аппарата вентилятора и приводов технологического оборудования вентиляторной установки, а вентиляторы снабжены датчиками давления вентилятора, положения шибера и лопаток рабочего колеса вентилятора, тормоза ротора, температуры и вибрации подшипников, тока возбуждения или напряжения питания электродвигателя вентилятора, а также состояния элементов технологического оборудования вентиляторной установки.This goal is achieved by the fact that the control device contains autonomous subsystems for controlling individual fan assemblies (SUV), the microprocessor controllers of which are equipped with master-slave switching units, input-output modules and a microprocessor module, and the fan drives are powered through an input-output module, and a combined BPP / BRV unit, which is used as a soft starter (BPP) with phase control in the case of using an induction motor or as a control unit anija excitation current in case of a synchronous motor of the fan. At the same time, microprocessor controllers of autonomous control systems for fan assemblies are equipped with individual control panels, interconnected via input-output modules, as well as with a microprocessor controller MKVU (computer) of the upper level. At the same time, autonomous control systems for fan assemblies SUV ₁ , SUV ₂ , SUV _n contain control units for actuators for rotating the impeller blades, a brake drive, opening a fan gate device and drives of technological equipment of a fan installation, and the fans are equipped with sensors for fan pressure, position of the gate and blades fan impeller, rotor brake, bearing temperature and vibration, field current or fan motor supply voltage, and the same state of the elements of the technological equipment of the fan installation.

На чертеже фиг.1 представлена блок-схема устройства управления вентиляторной установкой, которая включает автономные системы управления вентиляторами СУВ₁, СУВ₂, содержащие микропроцессорные контроллеры МК₁, МК₂ управления вентиляторами, вентиляторы В₁, В₂ и электродвигатели ЭД₁, ЭД₂, комбинированные блоки БПП/БРВ плавного пуска и регулирования возбуждения синхронного электродвигателя вентилятора, а также микропроцессорный контроллер (ЭВМ) верхнего уровня МКВУ и блок задания режимов.The drawing of figure 1 shows a block diagram of a control unit for a fan installation, which includes autonomous fan control systems SUV ₁ , SUV ₂ , containing microprocessor controllers MK ₁ , MK _{2 for} controlling fans, fans ₁ , ₂ and electric motors ED ₁ , ED ₂ , combined BPP / BRV soft-start and excitation control units for a synchronous fan motor, as well as a microprocessor controller (PC) of the upper level of the MKVU and a mode setting block.

Микропроцессорные контроллеры MK₁ и МК₂ подсистем управления CУB₁ и СУВ₂ содержат модуль ввода-вывода 2, микропроцессорный модуль 1, блок 4 переключения режимов «ведущий-ведомый», а СУВ₁ и СУВ₂ снабжены индивидуальными пультами управления 5 и блоком 3 управления исполнительными механизмами вентилятора и установки. Подсистемы СУВ₁ и СУВ₂ также содержат исполнительные механизмы 6 поворота лопаток рабочего колеса вентилятора, управления тормозом ротора 7, управлением шибером вентилятора 8 и управления технологическим оборудованием установки 9, входы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока 3 управления исполнительными механизмами вентиляторного агрегата. Вентиляторные агрегаты снабжены также датчиками: 10 - состояния технологического оборудования, 11 - фактического давления вентилятора, 12 - положения лопаток рабочего колеса, 13 - положения шиберного аппарата, 14 и 15 - температуры и вибрации подшипников ротора вентилятора, 16 - положения тормоза ротора и 17 - датчиком напряжения питания или тока возбуждения электродвигателя, выходы которых соединены соответственно с 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 входами модуля ввода-вывода 2.Microprocessor controllers MK ₁ and MK _{2 of} the control subsystems CUB ₁ and SUV ₂ contain an input-output module 2, a microprocessor module 1, a master-slave mode switching unit 4, and the SUV ₁ and SUV ₂ are equipped with individual control panels 5 and a control unit 3 fan and installation actuators. The subsystems SUV ₁ and SUV ₂ also contain actuators 6 for turning the blades of the impeller of the fan, controlling the brake of the rotor 7, controlling the gate of the fan 8 and controlling the technological equipment of the installation 9, the inputs of which are connected respectively to the first, second, third and fourth outputs of the actuator control unit 3 fan assembly mechanisms. The fan units are also equipped with sensors: 10 - the state of the technological equipment, 11 - the actual pressure of the fan, 12 - the position of the impeller blades, 13 - the position of the vane apparatus, 14 and 15 - temperature and vibration of the bearings of the rotor of the fan, 16 - the position of the rotor brake and 17 - sensor voltage supply or excitation current of the electric motor, the outputs of which are connected respectively to 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8 inputs of the input-output module 2.

Система управления также содержит блок 18 задания режимов давления вентиляторной установки, на вход которого подаются исходные данные для определения требуемого (заданного) давления, например N_Л (число людей в шахте), Т_А(t) (температура атмосферного воздуха) и т.п. Функции блока 18 могут выполняться программно микропроцессорным контроллером МК «ведущей» СУВ.The control system also includes a unit 18 for setting the pressure regimes of the fan unit, the input of which is supplied with initial data for determining the required (set) pressure, for example, N _L (number of people in the mine), T _A (t) (temperature of the atmospheric air), etc. . The functions of block 18 can be performed by software microprocessor controller MK "leading" SUV.

Управление режимом работы вентиляторной установки осуществляется в следующей последовательности.The operation mode of the fan unit is controlled in the following sequence.

На микропроцессорных контроллерах MK₁, МК₂ и т.п. обслуживающим персоналом посредством блоков 4 устанавливается режим «ведущей-ведомый», при этом в качестве «ведущего» на установке, состоящей из нескольких подсистем СУВ, может выступать только один контроллер. После поступления на установку команды «пуск» от диспетчера или контроллера (ЭВМ) верхнего уровня МКВУ первым запускается в работу вентиляторный агрегат, режим контроллера которого определен как «ведущий».On microprocessor controllers MK ₁ , MK ₂ , etc. the service personnel through the units 4 is set to the "master-slave" mode, while the "master" in the installation, consisting of several subsystems of SUV, can be only one controller. After the “start” command is received from the supervisor or controller (computer) of the upper level of the MCU, the fan unit is the first to start operation, the controller mode of which is defined as “leading”.

После запуска вентиляторной установки ее блок 18 задания параметров работы вырабатывает значение заданного давления вентиляторной установки Р₃(t), при этом, если вентилятор не работает и фактическое давление Р_Ф(t) равно нулю - микропроцессорный контроллер MK₁ через модуль «ввода-вывода» 2 выдает сигнал на блок БПП₁/(БРВ₁) и посредством блока БПП путем плавного увеличения напряжения U запускает в работу электродвигатель первого вентилятора В₁. После включения вентилятора В₁, если его фактическое давление Р_ф(t) окажется меньше Р₃(t), цифровой регулятор, реализованный на базе микропроцессорного контроллера, через блок исполнительных механизмов 3 выдает сигнал на исполнительный механизм 6 для увеличения угла установки лопаток рабочего колеса вентилятора. При равенстве заданного Р₃(t) и фактического Р_ф(t) давлений вентиляторной установки поворот лопаток рабочего колеса прекращается. В процессе работы, если фактическое давление вентиляторной установки оказывается меньше заданного, то «ведущий» микропроцессорный контроллер запускает в работу параллельно установленный «ведомый» вентиляторный агрегат, и, затем, синхронно увеличиваются углы установки лопаток их рабочих колес до положения, при котором Р_Ф(t)=P₃(t).After starting the fan unit, its unit 18 for setting operation parameters generates the value of the set pressure of the fan unit P ₃ (t), and if the fan does not work and the actual pressure P _F (t) is zero, the microprocessor controller MK ₁ through the I / O module »2 gives a signal to the unit БПП ₁ / (БРВ ₁ ) and by means of the unit БПП by smoothly increasing the voltage U starts the electric motor of the first fan B ₁ . After turning on the fan B ₁ , if its actual pressure P _f (t) is less than P ₃ (t), the digital controller, implemented on the basis of the microprocessor controller, through the block of actuators 3 gives a signal to the actuator 6 to increase the angle of installation of the impeller vanes fan. If the specified P ₃ (t) and the actual P _f (t) pressures of the fan unit are equal, the rotation of the impeller blades stops. In the process, if the actual pressure of the fan installation is less than the set value, then the "leading" microprocessor controller starts the parallel-mounted "slave" fan assembly, and then, the installation angles of the blades of their impellers simultaneously increase to a position at which Р _Ф ( t) = P ₃ (t).

В случае использования в качестве привода вентилятора синхронного электродвигателя блок БПП/БРВ управляет током J возбуждения его ротора в функции положения лопаток рабочего колеса вентилятора, например, как это регламентировано в описании к патенту №2129688 по заявке №96121324 от 28.01.98.In the case of using a synchronous electric motor as a fan drive, the BPP / BRV unit controls the excitation current J of its rotor as a function of the position of the blades of the fan impeller, for example, as regulated in the description of patent No. 2129688 for application No. 96121324 of January 28, 1998.

В случае необходимости реверсирования режима вентиляторной установки, когда блок 18 задания режимов выдает задание в виде отрицательного давления, т.е. - Р₃(t), микропроцессорные контроллеры MK₁ и МК₂ подсистем СУВ₁ и СУВ₂ посредством блоков их исполнительных механизмов 3 разворачивают лопатки рабочих колес до углов установки, равных 135°, что приводит к реверсированию режимов вентиляторной установки, т.е. -Р_Ф(t)=-Р₃(t).If it is necessary to reverse the fan installation mode, when the mode setting unit 18 issues a task in the form of negative pressure, i.e. - P ₃ (t), the microprocessor controller MC MK ₁ and ₂ WOS subsystems ₁ and ₂ by blocks WOS their actuators 3 unfolded blade impellers before installation angles equal to 135 °, which leads to reversing fan installation modes, i.e. -P _F (t) = - P ₃ (t).

При необходимости выключения вентиляторной установки, когда P₃(t)=0, сначала выключается «ведомый» вентиляторный агрегат, после чего закрывается его шиберующий аппарат, а затем выключается «ведущий» агрегат, закрывается его шиберующий аппарат и включаются их стоячие тормоза.If it is necessary to turn off the fan unit when P ₃ (t) = 0, the “driven” fan unit is first turned off, then its gate unit is closed, and then the “master” unit is turned off, its gate device is closed and their standing brakes are turned on.

Claims

1. Устройство управления режимом работы вентиляторной установки, содержащее автономную подсистему управления отдельным вентиляторным агрегатом, включающую блок задания режимов, блок плавного пуска электродвигателя, блок управления, выходы которого соединены с входами исполнительных механизмов поворота лопаток рабочего колеса и шибера вентилятора, датчики положения лопаток рабочего колеса, положения шибера и датчик напряжения питания или тока возбуждения электродвигателя, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительными автономными подсистемами управления отдельными вентиляторными агрегатами, причем каждая автономная подсистема управления отдельным вентиляторным агрегатом содержит исполнительный механизм управления тормозом, вход которого соединен с выходом блока управления, датчики давления и тормоза, и микропроцессорный контроллер, включающий блок переключения режимов «ведущий-ведомый», модуль ввода-вывода и микропроцессорный модуль, причем выходы датчиков положения лопаток рабочего колеса, положения шибера, напряжения питания или тока возбуждения электродвигателя, давления и тормоза соединены с соответствующими входами модуля ввода-вывода, а блок плавного пуска электродвигателя каждой автономной подсистемы управления отдельным вентиляторным агрегатом выполнен в виде комбинированного блока плавного пуска-регулирования возбуждения (БПП/БРВ), который используется как блок плавного пуска с фазовым управлением в случае применения асинхронного электродвигателя, и как блок регулирования тока возбуждения в случае применения синхронного электродвигателя вентилятора, при этом микропроцессорный контроллер через модуль ввода-вывода и БПП/БРВ соединен с электродвигателем вентилятора.1. The control unit of the operation mode of the fan unit, containing an autonomous subsystem for controlling a separate fan unit, including a mode setting unit, a soft-start motor block, a control unit whose outputs are connected to the inputs of the actuators for turning the impeller blades and the fan gate, position sensors of the impeller blades , the position of the gate and the voltage sensor or the excitation current of the electric motor, characterized in that the device is equipped with additional with separate fan control subsystems, each autonomous individual fan control subsystem containing a brake control actuator, the input of which is connected to the control unit output, pressure and brake sensors, and a microprocessor controller including a master-slave mode switching unit, an input module - output and microprocessor module, and the outputs of the sensors of the position of the blades of the impeller, the position of the gate, the voltage or excitation current The electric motor, pressure and brake are connected to the corresponding inputs of the input-output module, and the soft-start block of the electric motor of each autonomous subsystem for controlling a separate fan unit is made in the form of a combined soft-start-control unit for excitation (BPP / BRV), which is used as a soft-start block with phase control in the case of using an asynchronous electric motor, and as a unit for regulating the excitation current in the case of using a synchronous fan motor, the microprocessor controller is connected to the fan motor through the input-output module and the BPP / BRV.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство снабжено микропроцессорным контроллером верхнего уровня, а каждая автономная подсистема управления отдельным вентилятором снабжена индивидуальным пультом управления, причем микропроцессорные контроллеры автономных подсистем управления отдельными вентиляторами соединены между собой через модули ввода-вывода, а также с микропроцессорным контроллером верхнего уровня. 2. The device according to claim 1, characterized in that the device is equipped with a microprocessor controller of the upper level, and each autonomous subsystem for controlling a separate fan is equipped with an individual control panel, and the microprocessor controllers of the autonomous subsystems for controlling individual fans are interconnected via input / output modules, as well as with microprocessor controller of the upper level.