Автоматизированный электропривод

 

Дипломный проект содержит 153 страниц; 47 рисунков; 9 таблиц;

6 листов графической части;

В дипломном проекте  разработана система автоматизации насосной установки станции подкачки воды многофункционального комплекса.

Задача данной системы  управления – поддержание постоянного заданного напора в водопроводной магистрали многофункционального комплекса, обеспечение отработки суточной диаграммы напоров, обеспечение энергосберегающего управления напором, обеспечение защиты от превышения и занижения давления в водопроводной сети.

В соответствии с исходными  данными произведен выбор двигателя  и преобразовательного устройства, расчитана система электроснабжения насосной станции, разработана структурная схема системы управления, определены параметры динамических звеньев. Синтезирован ПИД-регулятор напора. Исследование динамических режимов системы управления выполнено с помощью моделирования на ЭВМ. Проведен экономический анализ эфективности внедрения частотного привода насосной установки и разработаны мероприятия по обеспечению условий труда на насосной станции.

ЭЛЕКТРОПРИВОД, насосная установка, АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, ЧАСТОТНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ, закон управления, регулятор давления, МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПИД- РЕГУЛЯТОР, ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ, MATLAB, SIMULINK.

 

 

 

The graduation work contains 153 pages; 47 drawings; 9 tables;

6 pages of charts;

Pumping unit automation system of water supply into a housing estate was developed in this graduation work.

The task of  control system is to keep the set pressure steady in water main of  the housing estate, maintain stable pressure within 24 hours, maintain energy-saving pressure control, prevent from increased and  reduced pressure in water supply network

In accordance with the output data the motor and frequency transformer were chosen, power supply of pumping station was rated, structural scheme of control system was developed, parameters of dynamic links were determined.  PID-regulator of pressure was synthesized. The study of dynamic modes of control system was carried out by means of modeling in a computer. Efficiency analysis of implementation frequency regulation of pumping unit drive was carried out and measures to ensure safety labor conditions at a pumping station were elaborated.

 

ELECTRICAL DRIVE, PUMPING STATION, ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR, FREQUENCY ADJUSTMENT, CONTROL LAW, PRESSURE REGULATOR,   MODELING,  PID- REGULATOR, TRANSIENT  PROCESSES, MATLAB, SIMULINK.

 

 

Содержание

Введение 10

1. Технические требования к электроприводу насосной установки .13

2. Общие сведения о технологическом процессе и задаче автоматизации 
насосной установки 18

2.1. Назначение и виды насосных станций 18

2.2. Насосные установки 21

2.2. Регулирование режимов работы насосных установок 22

3. Аналитический обзор методов управления насосными установками 29

3.1. Регулировка подачи насосов 29

3.2. Выбор принятых показателей качества 35

3.2. Обоснование  выбора   системы регулирования привода  по  схеме   ПЧ-АД…………………………………………………………………….………..36

4. Определение основных элементов электропривода 43

4.1. Расчет    мощности    и    выбор    электродвигателя    насосной 
установки  43

4.2. Расчет и выбор преобразовательного устройства 47

4.3. Выбор датчика давления 52

4.4. Расчет  и выбор кабеля питания 54

4.5. Выбор аппаратов  защиты 56

5. Синтез системы управления 58

1. Разработка структурной схемы 58
2. Расчет параметров передаточной функции объекта управления….59
3. Синтез контура регулирования давления………………………….60

 

6. Математическое моделирование и исследование динамических режимов САК………………………………………………………………………………….…83
7. Спецвопрос…………………………………………………………………………..90
8. Техническая реализация системы автоматизации ……………………………….93
9. Технико-экономические расчеты ….………………………………………….103
10. Охрана труда при эксплуатации системы автоматизации насосной установки станции подкачки жилищного комплекса………………………. 119

Вывод……………….…………………………………………………………..149

Список используемых источников ………………………………………….....150

 

  

Введение

Около 60 % затрат электроэнергии в промышленности и коммунальном хозяйстве (ЖКХ) приходится на долю электродвигателей. При этом большая часть этого энергопотребления приходится на приводные системы вентиляторов, компрессоров, насосов и других установок с циклическим режимом нагрузки

Быстрый рост цен на энергоносители и ресурсы привел к тому, что  доля затрат на них в суммарных расходах на производство стала несоразмеримо большой. В результате перед многими промышленными предприятиями и предприятиями ЖКХ остро встала задача уменьшения энерго- и ресурсоемкости выпускаемой продукции и услуг, т.е. задача энергосбережения. Анализ расхода энергоресурсов на многих предприятиях показывает, что решение этой задачи имеет два направления - организационно-технические мероприятия, направленные на исключение бесполезного расходования энергоресурсов, и внедрение энергоэффективных технологий и энергосберегающего оборудования, позволяющих выполнить тот же объем работ при меньших затратах энергии.

Электропривод, является энергосиловой основой современного производства и в свою очередь, среди промышленных электроприводов преобладают электроприводы с асинхронными короткозамкнутыми двигателями, потребляющие до 50% энергии потребляемой электроприводом. Эти электроприводы благодаря своей простоте и относительно невысокой стоимости, нашли широкое применение в различных механизмах. Общеизвестны и их недостатки - тяжелый пуск при прямом подключении к сети, сопровождающийся 6-7 кратными токами, и, как следствие, невысокая эксплуатационная надежность, трудность регулирования скорости.

Характерным примером использования  асинхронных двигателей являются насосные станции холодного и горячего водоснабжения, канализационные насосные станции и системы отопления. Этот тип механизмов потребляет не менее 20-25% всей вырабатываемой электроэнергии.

Завышеный уровень потребления электроенергии является следствием низкого КПД насосных установок и систем водоснабжения в целом.

В подавляющем большинстве  случаев электроприводы указанных  механизмов являются нерегулируемыми, что не позволяет обеспечить режим  рационального энергопотребления  и расхода при изменении технологических  потребностей в широких пределах. Выбранные, исходя из максимальной производительности, эти механизмы значительную часть времени работают с меньшей производительностью, что определяется изменением потребности в разные периоды времени.

С внедрением в производство автоматической системы управления технологическими процессами качественно меняется форма и характер труда, повышается безопасность, квалификация и уровень знаний рабочих, стирается грань между физическим и умственным трудом.

Целью этого дипломного проекта является разработка электропривода центробежного насоса с использованием современной элементной базы, обеспечивающего выполнение следующих требований:

• экономия электроэнергии;
• возможность гибкой настройки привода при меняющихся режимах работы;

Для решения этой задачи требуется:

• ознакомится с процессом и технологией подачи воды;
• провести аналитический обзор технической литературы по данной проблематике;
• дать технико-экономическое обоснование выбранного принципа управления;
• осуществить выбор элементов электропривода, обеспечивающих работоспособность системы;
• разработать функциональные схемы системы автоматического управления;
• провести математическое описание объекта и системы управления;
• осуществить моделирование и исследование статики и динамики САУ на ЭВМ;

 

1. Технические требования к системе автоматИзации

Проектируемая установка  входит в состав насосной станции, которая  обеспечивает подачу холодной воды в  водопроводную сеть многофункционального комплекса.

Совместно с системой контроля и управления СУ, коммутационной аппаратурой, преобразователем частоты ПЧ, устройством плавного пуска УПП образуют станцию управления насосными агрегатами.

Применение регулируемого  асинхронного электропривода для управления насосными агрегатами позволяет  обеспечить:

• плавный пуск электродвигателя, отсутствие механических нагрузок на двигатель и бросков тока в сети;
• отсутствие гидравлических ударов;
• эффективное использование потребляемой насосным агрегатом мощности во всем диапазоне регулирования;
• обеспечение коэффициента мощности электродвигателя насоса на значении, близком к 1;
• снижение уровня шума при пуске и работе;
• обеспечение автономной и безопасной работы, интеграция в АСУ ТП.

 

Проектируемая насосная установка, должна обеспечивать следующие  технические характеристики:

• Номинальная подача воды 315 м³/ч;
• Максимальная высота напора 65 м.

Электропривод центробежного  насоса, который рассматривается, должен удовлетворять следующим требованиям:

• Поддержка постоянного напора в системе водоснабжения с точностью не ниже 1% и возможность, при необходимости, ручного регулирования его уровня;
• Исходя из технологического процесса, требования к восстановлению давления при наброске нагрузки составляет не больше 2 с;
• Обеспечение режима плавного пуска от задатчика интенсивности за время 1-5 с;
• Наличие защиты от неблагоприятных режимов работы насосной станции:

- защита от КЗ; 
- защита от перегрузки по току; 
- защита от превышения температуры обмотки двигателя; 
- защита от пропадания и перекоса фаз; 
- защита электронасосных агрегатов от работы в кавитационном режиме; 
- индикация на лицевой панели «Сеть» «Работа» «Авария»; 
- выбор режима работы «Ручной» / «Автоматический»; 
- диспетчеризация: «Авария» каждого электронасоса («сухие» контакты);

• Привод должен быть нереверсивным;
• Электропитание установки осуществляется от 3-х фазной сети  переменного тока 380/220 В, 50 Гц;
• Обеспечивать режим максимальной экономии при регулировании скорости.

Подход к проектированию системы управления насосной установки, силовой части и повода в целом, должен отвечать мировым тенденциям розвития электропривода.

Для реализации задачи управления насосной установки  электропривод  должен обеспечивать:

• автоматическое, ручное управление пуском и остановкой насосной установки;
• автоматическое изменение частоты вращения вала двигателя для поддержания постоянным давления в потребительской сети;
• экстренный останов насоса в случае поступления аварийного сигнала от датчика (при отклонении параметров от допустимых технологических пределов);
• защиту от аварийных режимов работы электродвигателя;
• включение резервного насоса в случае аварии; автоматическое чередование насосов;
• защита от «сухого» хода;
• самозапуск после перепада напряжения.

САУ насосной установки  должна обеспечить следующий показатель качества регулирования:

• статическая ошибка в установившихся режимах работы равна 0.

Характеристики переходных процессов должны удовлетворять  следующим требованиям:

• перерегулирование при пуске не более 5%;

• перерегулирование при набросе или сбросе нагрузки - не более 10%.

При проектировании САУ должны быть предусмотрены меры по обеспечению безопасности при монтаже, эксплуатации, обслуживанию и ремонту технических средств в соответствии с действующими на территории Российской Федерации нормативными документами:

"Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий";

"Правила устройства электроустановок";

"Пожарная автоматика зданий и сооружений";

"Система стандартов  безопасности труда (ССБТ). Оборудование производственное. Общие требования безопасности";

"ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности".

Все внешние элементы технических средств САУ, находящиеся под напряжением, должны иметь защиту от случайного прикосновения.

Должен быть ограничен доступ к  вращающимся частям насосной установки.

Электрические элементы должны иметь защитное зануление.

Должны быть приняты  меры по ограничению уровня производственного  шума, так как установка эксплуатируется  в зоне жилых застроек, а также  предусмотрены средства пожаротушения.

Требования к эргономике и технической эстетике обеспечиваются расположением насосной установки в хорошо освещенном, отапливаемом помещении, в месте удобном для ее обслуживания техническим персоналом, что позволит обеспечить быстроту, простоту экономичность технического обслуживания и ремонта в нормальных и аварийных условиях.