Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Содержание
|
[1] [2] 1.1 Анализ технологического процесса [3] 1.2 Анализ работы оператора [4] 1.3 Расчетная схема механической части электропривода
[5] [6] 2.1 Расчет нагрузок механизмов установки [7] 2.2 Предварительный расчет мощности двигателя [8] 2.3 Патентно-информационный обзор [9] 2.3.1 Общие сведения [10] 2.3.2 Насосная станция перекачки с регулируемым электроприводом на основе ИМС
[11]
[12] [13] 2.3.5 Насосная станция с приводом на базе вентильного электродвигателя [14] 2.3.6 Многоскоростные электродвигатели в насосных установках
[15]
[16]
[17] [18] 2.6.1 Обоснование выбора системы электропривода
[19]
[20] [21] 3.1 Расчет капитальных вложений [22] 3.2 Определение годовых эксплуатационных расходов
[23] [24] 4.1 Построение нагрузочных диаграмм и уточнение мощностей электродвигателей [25] 4.2 Расчет параметров схемы замещения, построение естественной механической характеристики [26] 4.3 Проверка выбранного электродвигателя по перегрузочной способности и перегреву
[27]
[28] [29] 6.1 Функциональная схема электропривода [30] 6.2 Математическое описание установки [31] 6.3 Разработка структурной схемы и расчет ее параметров [32] 6.3.1 Структурная схема системы стабилизации напора [33] 6.3.2 Структурная схема системы управления электроприводом
[34] [35] 6.4 Построение статических характеристик
[36]
[37] [38] 8.1 Выбор принципов и проектирование схемы управления насосной установки [39] 8.2 Формализация условий работы установки
[40]
[41] [42] 8.5 Разработка программы управления установкой
[43]
[44] [45] 10.1. Проектирование схемы электроснабжения и защиты насосной установки [46] 10.2. Выбор аппаратов и кабелей [47] 10.3 Таблица перечня элементов производственной установки
[48]
[49] [50] 12.1 Техника безопасности при работе насосной установки [51] 12.1.1 Общие сведения [52] 12.1.2 Обеспечение электробезопасности насосной установки [53] 12.2 Производственная санитария [54] 12.3 Пожарная безопасность
[55]
[56]
[57]
[58] |
Введение
Рациональное использование водных и топливно-энергетических ресурсов, а также охрана окружающей среды определили направление развития систем водо - и теплоснабжения. При проектировании новых и реконструкции существующих систем водоснабжения все чаще предусматривается создание систем бессточного водопользования на базе замкнутых циклов. Основными энергетическими звеньями систем водоснабжения, обеспечивающими перемещение различных жидких сред по водопроводам, являются насосные станции.
Задачей настоящего курсового проекта является проектирование автоматизированного электропривода насосной установки системы горячего водоснабжения, т.е. насосной станции горячего водоснабжения (теплового пункта).
Значительная экономия топливно-энергетических ресурсов достигается при централизации теплоснабжения жилых, промышленных и общественных зданий в городах и других населенных пунктах. Рациональная концентрация и централизация производства горячей воды и пара для отопительных и технологических нужд, постепенная ликвидация нерентабельных мелких котельных, строительство ТЭЦ и крупных районных котельных - основные пути развития централизованного теплоснабжения. С этим развитием связано строительство протяженных и широко разветвленных тепловых сетей с многочисленными тепловыми пунктами разнородных потребителей жилого и промышленного секторов.
Теплоснабжение народного хозяйства и населения является одной из основных подсистем энергетики страны. Назначение системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты в виде пара и горячей воды требуемых параметров.
электропривод насосная установка автоматизация
В системах централизованного теплоснабжения (СЦТ) осуществляются следующие технологические процессы: производство и отпуск теплоты, транспортирование и использование теплоносителя.
Производство и отпуск теплоты осуществляются в теплоподготовительных установках источников теплоты - ТЭЦ и городских или промышленных котельных. В источниках теплоты используют органическое или ядерное топливо. Основное назначение источников теплоты - обеспечение экономичных режимов отпуска теплоты в тепловую сеть, надежная, бесперебойная и экономичная работа их агрегатов.
Транспортирование теплоносителя производится по тепловым сетям, соединяющим источник теплоты с потребителями. К тепловым сетям относят теплопроводы и сооружения на них - сетевые станции (подкачивающие, смесительные, дроссельные). СЦТ городов являются, как правило, водяными системами, где в качестве теплоносителя применяется вода.
Водяные системы теплоснабжения могут быть закрытыми и открытыми. В закрытых системах циркулирующая в тепловой сети вода используется только как теплоноситель, из сети для потребления она не отбирается; в открытых системах теплоноситель (вода) разбирается у потребителей для нужд горячего водоснабжения.
Для теплоснабжения городов от источников теплоты до данной группы потребителей, как правило, используются двухтрубные тепловые сети.
Назначение тепловых сетей - надежная, бесперебойная транспортировка теплоносителя при минимальных потерях теплоты и воды.
Использование теплоносителя (отпуск теплоты) осуществляется в теплоприемниках потребителей: в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения. При отпуске теплоты потребителям осуществляется поддержание по заданному закону параметров нагреваемой среды.
В связи с возрастающей стоимостью электроэнергии тема данного проекта является актуальной.
При описании технологической установки используются некоторые термины, являющиеся специфическими для данного типа установок:
Насосные установки подразделяются на водопроводные, канализационные, мелиоративные, теплофикационные и др.
Теплофикационные насосные станции (тепловые пункты) предназначены для подачи потребителям горячей воды требуемых параметров.
Насосные установки ежегодно расходуют около 20% электроэнергии, вырабатываемой энергосистемами республики. В настоящее время большая часть насосных установок работают неэкономично. Потери электроэнергии составляют 10.15%, а иногда достигают 20.25% потребляемой электроэнергии.
Применение экономичных способов регулирования, основанных на изменении частоты вращения рабочих колес насоса, позволяет значительно сократить потери электроэнергии в насосных установках. В современных насосных установках изменение частоты вращения насосов осуществляется с помощью автоматизированного электропривода (АЭП).
Поступление горячей воды в систему хозяйственно-бытового потребления и характер распределения ее суточных расходов, неравномерны и зависят от степени благоустройства зданий и от числа жителей населенного пункта.
В открытых системах теплоснабжения жилых районов между центральным тепловым пунктом и тепловыми пунктами зданий прокладывается четырехтрубная тепловая сеть: два трубопровода - подающий и обратный - для подачи теплоты в системы отопления зданий и два трубопровода - подающий и циркуляционный - для подачи воды в системы горячего водоснабжения. Схема такого теплового пункта представлена на рис.1.1.
Режим работы насосной установки подачи горячей воды определяется режимом водопотребления и наличием напорно-регулирующих сооружений системы водоснабжения. В таблице 1.1 приведено примерное распределение среднесуточного расхода горячей воды по часам суток при среднем секундном их расходе 20 л/с и общем коэффициенте неравномерности водоотведения Кобщ=1,3 [1, стр. 193]. Если в сети водопотребителя нет регулирующей емкости, то для обеспечения потребителя водой в час максимального водопотребления (по таблице от 9 до 10 ч) часовую подачу установки необходимо принимать по максимуму, т.е. равной 5,6% объема суточного водопотребления. Общую подачу и мощность насосной станции можно уменьшить, если ввести в сеть потребителей водонапорную башню с регулирующей емкостью, но, в отдельных случаях, регулирующая емкость напорной башни может получиться непомерно большой, а ее строительство окажется экономически нецелесообразным. Оборудование насосных установок центробежными насосами, обладающими возможностью саморегулирования, позволяет использовать системы горячего водоснабжения без регулирующих емкостей.
Таблица 1.1.
Примерное распределение среднесуточного расхода горячей воды по часам суток при среднем секундном расходе 20 л/с и коэффициенте неравномерности водоотведения Кобщ=1,3.
|
Часы суток |
Часовой расход,% |
Часы суток |
Часовой расход,% |
|
0.1 |
3 |
12.13 |
4,7 |
|
1.2 |
2,5 |
13.14 |
4,1 |
|
2.3 |
2,5 |
14.15 |
4,1 |
|
3.4 |
2,6 |
15.16 |
4,4 |
|
4.5 |
3,5 |
16.17 |
4,7 |
|
5.6 |
4.1 |
17.18 |
4,1 |
|
6.7 |
4,5 |
18.19 |
4,5 |
|
7…8 |
4,9 |
19.20 |
4,5 |
|
8.9 |
4,9 |
20.21 |
4,5 |
|
9.10 |
5,6 |
21.22 |
4,8 |
|
10.11 |
4,9 |
22.23 |
4,6 |
|
11…12 |
4,7 |
23…24 |
3,3 |
Насосная станция системы горячего водоснабжения состоит из входного коллектора, к которому через щитовой затвор подведены всасывающие линии двух насосов (тип К90/20). Напорные линии насосов объединены напорным коллектором. Один из насосов является основным, второй - аварийным. Функции насосов периодически меняются. Насосную станцию с потребителями соединяют напорные водоводы. По заданию на данной насосной установке теплового пункта системы горячего водоснабжения используем насос типа К (горизонтальный центробежный консольный насос). Насосы типа К предназначены для подачи чистой воды и других чистых жидких сред температурой до 105С. Приводятся в движение асинхронным двигателем типа 4А. Технические характеристики насоса приведены в таблице 1.2.
Табл.1.2.
Технические характеристики насоса типа К90/20.
|
Подача м3/ч л/с |
60 |
80 |
100 |
|
16,7 |
22,2 |
27,8 |
|
|
Напор, м |
25,7 |
22,8 |
18,9 |
|
Частота обращения рабочего колеса, об/мин |
2900 |
||
|
Мощность насоса, кВт |
5,6 |
6,3 |
6,7 |
|
КПД насоса, % |
76 |
79,5 |
77 |
|
Допустимая вакуумметрическая высота всасывания, м |
5,4 |
5,3 |
4,2 |
|
Диаметр рабочего колеса, мм |
148 |
Система автоматического управления может работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. При работе системы в ручном режиме функция оператора заключается в ручной коммутации насосов в зависимости от напора жидкости в сети. Напор жидкости в сети в этом режиме может контролироваться по датчикам. Считаем, что температура жидкости контролируется автоматически на центральном тепловом пункте.
При работе системы в автоматическом режиме функция оператора заключается в визуальном контроле исправности системы управления.
Кинематическая схема механической части электропривода изображена на рис.1.2.
Упругими свойствами соединительной муфты и валов можно пренебречь ввиду большой жесткости механиче6ской системы. Тогда на основании кинематической схемы (рис.1.2.) составим одномассовую расчетную схему механической части электропривода, представленную на рис.1.3.
При подборе центробежных насосов для конкретных установок необходимо знать зависимость одних параметров от других. В качестве независимого переменного параметра при построении характеристик принимают подачу насоса Q, так как она непосредственно связана с расходом жидкой среды в системе трубопроводов данной насосной установки. Изменение же остальных параметров насоса зависит от подачи.
Статической характеристикой сети (трубопровода) называется зависимость между расходом жидкости через трубопровод и напором H, который требуется для обеспечения этого расхода. Она описывается уравнением:
, (2.1)
где: Нст - статическая составляющая напора, в нашем случае равна нулю, R - сопротивление сети, не является постоянной величиной, изменяется в зависимости от состояния сети от 100Rб при отсутствии потребления воды из сети до Rб при максимуме потребления воды из сети, здесь Rб = - базовое сопротивление сети (сопротивление сети при максимальном потреблении воды из нее).
При отсутствии потребления воды из сети, сопротивление сети имеет значение 100Rб т.к. в этом случае идет сток воды через обратный трубопровод, а также имеются утечки воды (например, в неплотных соединениях и т.д.).
Статической (напорной) характеристикой насоса называется зависимость напора Н от подачи насоса Q при постоянной частоте вращения n рабочего колеса:
, (2.2)
где: Н0 - напор, соответствующий нулевой подаче, , м; С - коэффициент, определяемый как , здесь Н1 = 25,7 м и Q1 = 60 м3/ч - некоторые точки на характеристике насоса; n, nном - соответственно текущая и номинальная скорость вращения насоса.
Характеристики строим для nном = 2900 об/мин; n = 2489 об/мин; n = 1993 об/мин, что необходимо для поддержания напора соответственно при максимальном потреблении воды из сети, потреблению воды из сети равному 50%, максимальному потреблению воды из сети.
По формулам 2.1 и 2.2 строим совмещенные статические характеристики сети (трубопровода) и насоса (турбомеханизма). Данные характеристики, были рассчитаны и построены на ЭВМ при помощи программы EXCEL’97. Результаты расчетов по формулам 2.1 и 2.2 в графическом виде приведены на рис.2.1.
Определим мощность двигателя, необходимую для привода насоса. Исходя из [1, c.266] получаем:
(2.3)
где: = 1000 кг/м3 - плотность перекачиваемой жидкости (воды); = 1.25 - коэффициент запаса; Qном и Нном - параметры насоса, g = 9.81 кг/ - ускорение свободного падения; ном = 79,5% - номинальный КПД насоса.
Подставив необходимые значения в формулу 2.3, получаем, что мощность, необходимая для приведения насоса в движение равна 7,5 кВт.
Работа насосных установок электроэнергии. В современных отечественных и зарубежных системах регулирование режимов работы насосных установок осуществляется посредством автоматизированного регулируемого электропривода. В таких системах регулируемым параметром является напор жидкости. Современное развитие техники позволяет поддерживать заданный напор с большой точностью. Однако высокая точность влечет за собой непрерывное изменение частоты вращения электродвигателя насосного агрегата и вследствие этого способствует возникновению знакопеременных нагрузок на отдельные элементы насосного агрегата (эластичные муфты, соединяющие насос с двигателем и др.), ведущих к преждевременному их износу. Поэтому в ряде случаев приходится устанавливать повышенную зону нечувствительности системы регулирования, что понижает точность стабилизации напора.
В качестве регулируемого электропривода насосной установки в системе горячего водоснабжения предусматривается использование одного из типов электропривода, в том числе: индукторных муфт скольжения (ИМС) с питанием возбуждения от тиристорных блоков БУ-3509 и им подобных; частотных преобразователей серии ПЧТ, ПЧР-2 SAMI (фирма Stromberg) и других типов; электроприводов по схеме АВК на базе преобразователей ТДП-2 и станций управления ШДУ; электроприводов на базе вентильных электродвигателей с преобразователями ПЧВН, ПЧВС.
Стабилизация напора жидкости осуществляется за счет того, что при уменьшении водоразбора напор в сети увеличивается, а частота вращения электродвигателя насоса в результате действия системы регулирования уменьшается. При увеличении водопотребления, наоборот, напор жидкости в сети падает, а частота вращения увеличивается. Основная цель системы стабилизации напора жидкости в системе трубопроводов заключается в поддержании напора на заданной отметке.
В системах стабилизации напоров в сети, необходимо предусматривать включение дополнительных нерегулируемых насосов при существенных увеличениях притока или водопотребления и отключение их при уменьшении.
Регулируемым приводом должны оснащаться наиболее крупные насосные агрегаты с наиболее пологой характеристикой. В случае использования однотипных насосов во избежание образования мертвых зон рабочие колеса нерегулируемых насосов должны иметь диаметры, меньшие регулируемых. При равенстве диаметров и работе регулируемого насоса в режиме максимальных подач с повышенной частотой вращения (в случае применения частотного электропривода) он должен быть укомплектован двигателем повышенной мощности в соответствии с рекомендациями.
Несмотря на явные преимущества, регулируемый электропривод еще не получил широкого распространения в насосных установках. В настоящее время сложились условия, требующие его более широкого использования. Бурное развитие полупроводниковой техники позволило создать на базе статических преобразователей надежные и сравнительно недорогие регулируемые электроприводы. Кроме того, мировой энергетический кризис наглядно продемонстрировал подлинную ценность энергетических ресурсов и стимулировал меры по их рациональному расходованию. В результате этого расширились работы по исследованию, разработке и созданию насосных установок, оснащенных автоматизированным регулируемым электроприводом. Ниже приводится описание некоторых, наиболее характерных установок.
Целесообразность применения САУ с регулируемым электроприводом в насосных станциях, с учетом существующего у нас в стране соотношения цен на оборудование и электроэнергию и других факторов обоснована в работах ВНИИВОДГЕО. Экспериментальная проверка этих предположений была осуществлена на Ивановской насосной станции г. Москвы. На этой станции два установленных насосных агрегата из шести были оснащены ИМС, изготавливаемыми серийно. Номинальные параметры агрегатов: подача 800 м3/ч (О,22 м3/с), напор 33 м (О,33), мощность 160 кВт, частота вращения 960 об/мин, вращающий момент ИКС 1, 60 кНм (160 кгс/м). Регулирование режима работы установки без регулируемого электропривода осуществлялось периодическим включением-отключением: насосных агрегатов. Число включений составляло 30-40 в сутки, а число работающих агрегатов в зависимости от притока изменялось от 1 до 6. Система автоматического регулирования изменяет частоту вращения одного или двух регулируемых агрегатов и общее, число работающих агрегатов в соответствии с изменением притока. Частота вращения изменяется по сигналу отклонения, формируемому при выходе уровня из заданных пределов. Сигнал отклонения, обработанный по ПИ-закону, поступает на вход системы импульсно-фазного управления тиристорного возбудителя ИМС. Тем самым регулируется ее ток возбуждения и соответственно частота вращения электродвигателя насоса. При существенных изменениях притока, когда изменение частоты вращения регулируемого насоса не обеспечивает требуемого изменения подачи насосной установки, возникает необходимость в изменении общего числа работающих на станции агрегатов. Для этого служит блок взаимодействия регулируемых и нерегулируемых агрегатов. Блок отключает спин из нерегулируемых агрегатов и форсирует возбуждение ИКС до максимального значения тока (5 А) в тот момент времени, когда частота вращения регулируемого насоса становится настолько малой, что его обратный затвор закрывается и насос прекращает откачку. Если же частота вращения регулируемого насоса достигает максимального значения, а приток продолжает увеличиваться и установка не справляется с откачкой сточных вод из резервуара, блок включает дополнительно один из нерегулируемых агрегатов и уменьшает возбуждение ИМС до минимума. Система обеспечивает стабилизацию уровня в резервуаре насосной станции с точностью 50 мм и кратковременными отклонениями (до 350 мм) при подключении или отключении нерегулируемого насосного агрегата. Система позволяет регулировать частоту вращения одновременно нескольких, в данном случае двух, агрегатов. Необходимость в таком режиме работы возникает при незначительном превышении притока над подачей одного насоса. В таких условиях параллельная работа регулируемого и нерегулируемого агрегатов неустойчива, так как нагрузка регулируемого агрегата составляет всего 5-10% номинала. Возникающие при этом незначительные изменения притока влекут за собой включение и отключение нерегулируемого агрегата. Вследствие этого создаются значительные возмущающие воздействия, которые не всегда могут быть сняты системой регулирования. Синхронная работа двух регулируемых агрегатов, эквивалентная работе одного агрегата большой мощности, предотвращает возникновение неустойчивых режимов работы. Внедрение системы регулирования позволило сократить потребление электроэнергии примерно на 10%, т.е. на 170000 кВт в год, а также число включений насосных агрегатов с 30 до 3 в сутки.
Повышение эффективности СНУ обеспечивается введением устройства, изменяющего число работающих агрегатов до того, как регулируемый насосный агрегат войдет в зону недопустимо низких КПД. Такое устройство разработано во ВНИИВОДГЕО и прошло проверку на одной из действующих московских насосных станций. Одновременно опыт эксплуатации выявил чрезвычайно низкую надежность ИМС, серийно изготавливаемых нашей промышленностью, что не позволяет рекомендовать их для широкого внедрения до приведения их в соответствие с лучшими образцами ИМС, изготавливаемых зарубежными фирмами. На объекте испытывались несколько систем регулирования: с дискретными и аналоговыми преобразователями уровня различных типов. В условиях насосных станций наиболее надежными оказались аналоговые преобразователи с воздушным колоколом.
В г. Москва длительное время работает СНУ Кунцевской насосной станции, на которой установлено шесть насосных агрегатов мощностью 800 кВт, в том числе 3-4 рабочих. Система автоматического регулирования состоит из одного асинхронного электродвигателя с фазным ротором мощностью 800 кВт и частотой вращения 740 об/мин, преобразователя АВК, функции которого выполняет агрегат ТДП2ЗО4ОО-Т, состоящий из выпрямителя и инвертора, сглаживающего дросселя ФРОС-800, согласующего трансформатора ТС4ОО, станции управления П3ДУ90248А и пусковых резисторов, преобразователя уровня, состоящего из воздушного колокола и дифференциального манометра; ПИ-регулятора. Система стабилизирует уровень жидкости в резервуаре с точностью 7-10 см. Более высокая точность стабилизации уровня влекла за собой повышенный износ пальцев эластичной муфты, соединяющей электродвигатель с насосом. Повышенный износ обусловлен волнением жидкости в резервуаре (высота волны по 20 см), что потребовало увеличить зону нечувствительности САУ и снизить точность стабилизации уровня. Принцип действия системы регулирования частоты вращения агрегата аналогичен вышеописанной. Изменение числа работающих на станции насосных агрегатов осуществляется оперативным персоналом. Использование этой системы в насосной установке экономит ежегодно 600700 тыс. кВт/ч электроэнергии, таким образом примерно 4-5 % общего энергопотребления.
Дополнительные капитальные затраты, обусловленные применением системы регулирования в насосной установке, составили 15 тыс. руб. Регулируемый насосный агрегат используется в течение года до 5ООО час.
В настоящее время в целях повышения эффективности работы САУ и снижения износа регулируемого насосного агрегата намечено оснащение еще одного насоса регулируемым электроприводом того же типа.
В насосной станции Мосвокстрой (г. Москва) обычный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель насоса мощностью 110 кВт/ч включен через преобразователь ПЧТ, разработанный в НИИ ХЭМЗ. Система управления электроприводом построена аналогично ранее описанным, за исключением того, что в качестве преобразователя уровня в системе использован ультразвуковой уровнемер ЭХО3. Применение частотного электропривода в этой установке уменьшает потребление электроэнергии на 60 тыс. кВт - ч в год, Т.о. примерно на 5 %.
В насосных станциях г. Москва используются также частотные преобразователи типа ПЧР-2 и производства финской фирмы Stromberg, на основе которых созданы и работают свыше 10 систем автоматического регулирования режима работы насосных станций с агрегатами мощностью от 75 до 160 кВт. Система регулирования с применением частотного преобразователя типа SAMI фирмы Stromberg длительное время эксплуатируется на Ново-Нагатинской станции, обеспечивая экономию электроэнергии 7-8% общего ее потребления.
Частотные преобразователи фирмы Stromberg - высоконадежные и достаточно компактные средства регулирования насосных агрегатов. Для обеспечения равномерного использования насосных агрегатов предусматривается устройство, с помощью которого они могут поочередно подключаться к одному преобразователю.
Известны случаи применения отечественных частотных преобразователей типа ПЧТ в г. Харькове, типа ЭКТ - в г. Ленинграде и др.
На Филевской насосной станции г. Москва внедрена САУ с использованием электропривода на базе вентильного электродвигателя. Из шести насосов марки 30-ФВ-17, установленных на станции, один из них оснащен таким электроприводом с применением преобразователя ПЧВН, разработанного НИИ ХЭМЗ. Мощность электропривода 1600 кВт, напряжение двигателя 10 кВ. Преобразователь подключен к питающей электросети через понижающий сухой трансформатор мощностью 4000 кВА, а двигатель - к преобразователю через такой же повышающий трансформатор. В состав преобразователя входит также тиристорный преобразователь питания системы возбуждения синхронного электродвигателя, который при внедрении электропривода не заменялся. Система управления электроприводом насоса аналогична вышеописанным. В качестве датчика уровня использован воздушный колокол и дифманометр с выходом 0-5 мА. В системе управления использован ПИ-регулятор типа Р-17. Применение САУ с регулируемым электроприводом снизило потребление электроэнергии примерно на 1200 тыс. кВт-ч год, улучшило условия эксплуатации насосного оборудования, облегчило условия работы оперативного персонала. Анализ работы САУ и выполненные расчеты показывают, что оборудование аналогичным электроприводом второго насосного агрегата позволяло бы увеличить экономию электроэнергии почти вдвое. На станции прошло проверку устройство, исключающее работу регулируемого насоса в зоне низких КПД.
Циркуляционные насосные станции некоторых московских ТЭЦ укомплектованы вертикальными насосными агрегатами с двухскоростными двигателями марки ДВДА215/64-16-20К. Из семи насосов каждой станции два приводятся во вращение этими электродвигателями. Номинальная мощность двигателей 1400 кВт, частота вращения 375 и 300 об/мин. Наличие таких насосных агрегатов позволяет лучше приспосабливать режим работы насосной установки к режиму работы теплосети. Применяются двухскоростные электродвигатели и в водопроводных насосных установках.
Насосы являются механизмами с режимом длительной нагрузки с малым числом включений и большим количеством часов работы в году. Нагрузка на валу приводного двигателя спокойная, без перегрузок. Необходимый диапазон частоты регулирования не превышает, как правило, 2:
1. Нагрузка на валу механизма носит чисто вентиляторный характер, т.е. статический момент сопротивления на валу механизма пропорционален квадрату скорости.
Электропривод должен нормально функционировать в условиях повышенной влажности и относительно высоких температур, а также иметь максимально возможные показатели надежности. В этих условиях предпочтительным является применение асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, получающего питание от преобразователя частоты. АД КР отличается простотой, надежностью, отсутствием контактных соединений (щеток), дешевизной, а преобразователь частоты позволяет добиться достаточно точного регулирования скорости АД КР.
Таким образом, можно сформулировать требования к электроприводу. Электропривод должен обеспечивать:
Автоматизация производственных установок позволяет более быстро и точно воспроизводить технологический процесс. При полной автоматизации процесса не требуется постоянного участия человека, ему остается роль наблюдателя и корректировщика. На данный момент целесообразно автоматизировать производственные установки при помощи микропроцессорных систем (программируемых контроллеров), которые позволяют заменить жесткую логику на программное управление, повысить надежность и гибкость системы управления.
Определим требования к автоматизированной системе управления:
Для привода насосной установки предварительно была выбрана система: преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.
Действительно, на основании сформированных требований к электроприводу и системе автоматизации (см. п.2.5, п.2.6.), можно предположить, что использование в насосной установке двигателя постоянного тока с тиристорным выпрямителем не имеет смысла, т.к. по сравнению с асинхронным двигателем с КЗР и ПЧ ДПТ имеет следующие недостатки:
Достоинства ДПТ перед АД такие как простота и точность регулирования скорости в широком диапазоне, хорошие статические характеристики в данном случае, при использовании в качестве привода насосной установки, не имеют решающего значения, т.к. особая точность отработки заданной скорости и ее стабилизации не нужна, тем более не нужен широкий диапазон регулирования скорости (вполне достаточно иметь диапазон регулирования скорости D = 3…5). Тем более, что использование системы ПЧ-АД дает результаты не намного худшие, чем использование системы УВ-ДПТ или ШИП-ДПТ, а преобразователь частоты стоит не намного больше чем управляемый выпрямитель или широтно-импульсный преобразователь, которые все чаще применяются для управления приводами постоянного тока.
Системы электропривода с АД с фазным ротором не являются актуальными т.к.:
Системы электропривода с синхронными двигателями также как и системы АД ФР вполне пригодны для насосных установок, но их использование обойдется дороже из-за дороговизны двигателя.
Таким образом можно выделить следующие существенные преимущества системы ПЧ-АД КЗР перед другими системами электропривода при использовании его в насосной установке: простота и надежность двигателя; отсутствие контактных соединений (щеток) в двигателе; низкая стоимость двигателя; достаточное качество регулирования скорости; экономичность.
Недостаток системы ПЧ-АД КЗР один - пока что достаточно высокая стоимость преобразователя частоты.
Исходя из вышеперечисленных соображений, целесообразно использовать в качестве приводного двигателя насосной установки асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, а питание двигателя осуществлять от преобразователя частоты с векторным управлением.
В качестве электропривода для проектируемой установки применим трехфазный асинхронный электропривод, построенный по системе ПЧ-АД КЗР. Действительно, применение системы ПЧ-АД позволяет плавно изменять скорость привода в достаточно широких пределах, что должно обеспечить плавное регулирование напора в насосной установке, и, в итоге, значительно уменьшить количество энергии, потребляемой насосной установкой.
Автоматизировать установку предлагается внедрением программируемого контроллера. В функции контроллера в таком случае будут входить: выработка задания для электропривода в зависимости от напора в сети; осуществление переключения основного и резервного насосов при выходе из строя основного; диагностика состояния элементов установки; подключение дополнительного насоса при перегрузке основного; выдача аварийных сигналов в диспетчерскую службу.
В соответствии с техническими данными насоса, рассчитанной предварительно мощностью двигателя (см. п.2.3.1), а также, согласно выбранной системы электропривода, предварительно выбираем трехфазный асинхронный двигатель 4А112М2У3 с короткозамкнутым ротором серии 4А, с номинальными техническими характеристиками приведенными ниже [2]:
Степень защиты выбранного двигателя - IP44, обеспечивает защиту от проникновения внутрь оболочки проволоки, инструментов и т.п. диаметром или толщиной более 2,5мм и от проникновения твердых тел размером более 1 мм, обеспечивает защиту от брызг: вода, разбрызгиваемая на оболочку в любом направлении не должна оказывать вредного влияния на изделие.
Способ охлаждения ICАО141 - закрытая машина с ребристой или гладкой станиной, обдуваемой внешним вентилятором, расположенным на валу машины.
В соответствии с требованиями, предъявляемыми к системе автоматизации, выбранной системой электропривода и выбранным двигателем, для питания двигателя предварительно выбираем преобразователь частоты РЭН-2-02-УХЛ4 (ЯВИЕ.435321.001) производства Новополоцкого завода "Измеритель", а для управления насосной установкой применим контроллер ГСП МИКРОДАТ.
Выбор системы автоматизированного электропривода насосной установки будем производить на основе анализа сравнительных данных. Экономическая оценка базируется на принципе минимальных расходов: начальных затрат, затрат электроэнергии, эксплуатационных затрат и затрат на ремонт. Данные сравниваемых систем электропривода насосной установки приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1.
Данные сравниваемых систем.
|
Данные о насосной станции |
Базовый вариант |
Проектируемый вариант |
|
Число насосов |
2 |
2 |
|
Мощность и тип приводного двигателя |
7,5 кВт, АД-КЗР |
7,5 кВт, АД-КЗР |
|
Преобразователь частоты |
- |
РЭН-2-02 |
Рассчитываем капитальные вложения. Капитальные вложения определим исходя из выражения (3.1):
К = кэ. д. + кп. ч. + ку. а, (3.1)
где кэ. д. - стоимость электродвигателя; кп. ч. - стоимость преобразователя частоты; ку. а. - стоимость устройств автоматики; кпр. - стоимость прочего оборудования (сглаживающие дроссели, контакторы и т.д.).
Расчеты капитальных вложений насосной установки и сравнение капиталовложений базового (нерегулируемый электропривод) и проектируемого (регулирование скорости электропривода в системе ПЧ-АД) производим в таблице 3.2.
Таблица 3.2.
Расчет и сравнение капиталовложений базового и проектируемого варианта насосной установки
|
Наименование |
Базовый вариант |
Проектируемый вариант |
||
|
Цена тыс. руб. |
Стоимость тыс. руб. |
Цена тыс. руб. |
Стоимость тыс. руб. |
|
|
Электродвигатель |
137500 |
275000 |
137500 |
275000 |
|
Преобразователь |
- |
- |
412500 |
412500 |
|
Устройства автоматики (ПК) |
142000 |
142000 |
142000 |
142000 |
|
Прочее оборудование (дроссели и т.п.) |
- |
27500 |
- |
55000 |
|
Итого |
444500 |
884500 |
Годовые эксплуатационные расходы - это суммарные затраты на рабочий механизм и его электропривод, необходимые для эксплуатации механизма в течение, т.е. это себестоимость эксплуатации механизма.
Годовые эксплуатационные расходы в общем случае сводятся к следующим составляющим:
С = Сээ+ Са+ Собсл, (3.2)
где Сээ - стоимость потребляемой электроэнергии; Са - амортизационные отчисления; Собсл. - годовые затраты по эксплуатации электрической части установки.
Амортизационные отчисления:
Са = а. К, (3.3)
где а = 8 % - процент отчислений на реновацию; К - капиталовложения.
Затраты на электроэнергию:
Сээ = Рном. дв. Со.12 + Wэ. Сдоп, (3.4)
где Рном. дв - номинальная мощность используемых одновременно двигателей, кВт; Со = 2,1 тыс. руб. /кВтч - тарифная ставка (основная); Сдоп = 1,5 тыс. руб. /кВтч - тарифная ставка (дополнительная); Wэ - электрическая энергия потребляемая за год, кВтЧ:
Wэ = РпТгод/ном, (3.5)
где Рп - мощность потребляемая установкой; ном - номинальный КПД установки, %; Тгод - число рабочих часов в год, ч, Тгод = 8760 ч.
Основой, для расчета мощности, потребляемой установкой, является суточное распределение расхода воды. Если, в базовом варианте мощность двигателя не зависит от расхода воды, то, проектируемый вариант, позволяет уменьшить мощность установки при уменьшении расхода воды. Исходя из примерного распределения среднесуточного расхода горячей воды, приведенного в таблице 1.1 рассчитаем среднесуточную мощность, потребляемую насосной установкой:
Pср =, (3.6)
где Рср - среднесуточная мощность, потребляемая насосной установкой, Рi - мощность потребляемая установкой в течении i-го часа.
Оборудование электропривода является ремонтируемым. Оно проходит планово-предупредительные ремонты, периодичность и объем проведения которых регламентируется сметой планово-предупредительных ремонтов и сетей энергетики. Затраты на планово-предупредительные ремонты и обслуживание можно определить как:
Собсл = Ср. р + Смат + Со, (3.7)
где Ср. р - заработная плата ремонтных рабочих; Смат - стоимость материалов для ремонта; Со - общие расходы, у. е.;
Заработная плата ремонтных рабочих определяется следующими параметрами.
Плановая продолжительность ремонтного цикла составляет:
Тпл = Ттабл к и c, (3.8)
где Ттабл = 15 лет табличная величина ремонтного цикла;
к = 0,75 - коэффициент обусловленный ремонтным циклом; и = 1 - коэффициент использования; c = 0,65 - коэффициент сменности;
Плановая продолжительность межремонтного цикла будет составлять:
tпл = tтаб. к. с. и, (3.9)
tтаб = 12 мес - табличная величина межремонтного цикла;
Количество капитальных ремонтов в расчете на 1 год:
Мк. р. = 1/Тк. р., (3.10)
Количество текущих ремонтов в расчете на 1 год:
Мт. р. = 12/tпл, (3.11)
Определим годовую трудоемкость капитальных ремонтов:
Тк. р. = Мк. р. n. Hк. р. kп. р., (3.12)
где
n = 2 - количество однотипных машин или аппаратов, шт;
Hк. р = 12,5 - челчас - норма трудоемкости капитального ремонта;
kп. р = 1 - поправочный коэффициент, зависящий от электрической машины.
Определим трудоемкость текущих ремонтов:
Тт. р. = Мт. р. n. Hт. р. kп. р., (3.13)
Hт. р = 1,5 чел-час - норма трудоемкости текущего ремонта. Трудоемкость технического обслуживания принимаем равной 10% табличной трудоемкости текущего ремонта электропривода без учета поправочных коэффициентов. Трудоемкость технического обслуживания электропривода за год:
ТТ.о. = 0,1 12 nсмНтр, (3.14)
где nсм = 3 - количество смен работы. Суммарные затраты времени на ремонт и техническое обслуживании составляют:
Т = Тт. р. Ткр. Тт. о, (3.15)
Затраты на заработную плату ремонтных рабочих:
Ср. р. = Стар.0,5. Т, (3.16)
где Стар = 27,5 тыс. руб. часовая тарифная ставка рабочего (по IV разряду);
0,5 - начисления на ликвидацию последствий аварии на ЧАЭС, на содержание детских дошкольных учреждений, социальное страхование, пенсионный фонд, премирование, выплаты дополнительной заработной платы (гос. обязанности).
Стоимость материалов для ремонта электропривода примем равной 100% от основной заработной платы без учета дополнительных затрат.
Общие расходы примем равными 50% от основной заработной платы без учета дополнительных затрат.
Рассчитав годовые эксплуатационные расходы для базового и проектируе6мого вариантов по формулам (3.2) - (3.16), сведем их в таблицу 3.3.
Таблица 3.3.
Расчет и сравнение годовых эксплуатационных расходов.
|
Наименование и ед. измерения |
Обозначение |
Формула для расчета |
Базовый вариант |
Проектируемый вариант |
Разность |
|
Амортизационные отчисления, тыс. руб. |
Са |
3.3 |
35560 |
47560 |
- 12000 |
|
Потребляемая за год электроэнергия, кВт |
Wэ |
3.5 |
82125 |
38132 |
|
|
Стоимость электроэнергии, тыс. руб. |
Сээ |
3.4 |
123377 |
57387 |
65990 |
|
Плановая продолжительность ремонтного цикла, лет |
Тпл |
3.8 |
7 |
7 |
|
|
Плановая продолжительность межремо-нтного цикла, мес. |
tпл |
3.9 |
4 |
6 |
|
|
Кол-во капитальных ремонтов в год |
Мкр |
3.10 |
0,2 |
0,14 |
|
|
Кол-во текущих ремонтов в год |
Мтр |
3.11 |
3 |
2 |
|
|
Трудоемкость капитальных ремонтов |
Ткр |
3.12 |
5 |
3,5 |
|
|
Трудоемкость текущих ремонтов |
Ттр |
3.13 |
9 |
6 |
|
|
Трудоемкость технического обслуж. |
Тто |
3.14 |
5,4 |
5,4 |
|
|
Суммарные затраты на ремонт и ТО |
Т |
3.15 |
243 |
113,4 |
|
|
Затраты на заработную плату, тыс. руб. |
Срр |
3.16 |
13365 |
6237 |
7,128 |
|
Стоимость материалов, тыс. руб. |
Смат |
13365 |
6237 |
7,128 |
|
|
Общие затраты, Тыс. руб. |
Со |
6682 |
3118 |
3564 |
|
|
Затраты на обслуживание, тыс. руб. |
Соб |
3.7 |
33412 |
15592 |
17820 |
|
Годовые эксплуатационные расходы, тыс. руб. |
С |
3.2 |
192349 |
120539 |
71810 |
Таким образом, ежегодно эксплуатационные расходы в проектируемой установке будут меньше на 71810 тыс. руб. чем в действующей.
Для оценки экономической эффективности сравниваемых вариантов используем понятие фактического срока окупаемости. Фактическим сроком окупаемости называют период, в течение которого превышение капитальных затрат одного варианта по сравнению с затратами другого окупается прямыми (без амортизационных отчислений) эксплуатационными затратами. Наиболее выгодный вариант должен иметь наименьший срок окупаемости.
Определим фактический срок окупаемости дополнительных капитальных вложений:
, (3.17)
где Кб и Кп - капиталовложения, соответственно по базовому и проектируемому варианту насосной установки, Сб и Сп - суммы прямых эксплуатационных затрат, соответствующие базовому и проектируемому вариантам.
После расчетов по формуле (3.17) получим, что срок окупаемости равен 5 лет. Для водопроводных систем, нормативный срок окупаемости составляет 7-10 лет, т.е. проектируемая насосная установка имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению с базовой.
Исходя из примерного распределения среднесуточного расхода горячей воды по часам суток (см. п.1.1., таблица 1.1) можно построить график водопотребления, приведенный на рис.4.1, считая при этом, что расход горячей воды в течение часа равномерен.
Исходя из графика потребления горячей воды, можно построить диаграммы скорости и момента насоса, и, соответственно двигателя, учитывая, что подача жидкости пропорциональна скорости, а момент турбомеханизма пропорционален квадрату скорости насоса.
Коэффициент пропорциональности для скорости найдем из уравнения:
Q2 = Q1 (n2/n1), (4.1)
где Q1 и Q2 - подача насоса, при скорости насоса соответственно n1 и n2.
Таким образом, получаем:
Q2 = kn2 = (n1/Q1) n2 (4.2)
Подставляя в уравнение 4.2 номинальные данные насоса из таблицы 1.2 получаем, что коэффициент пропорциональности к = 2900/25 = = 116 л/ (соб/мин).
Момент насоса для относительной скорости можно определить как:
Мнас = М0 + 0,95Мнас*2, (4.3)
где М0 - момент определяемый силами трения в механизме, принимаем равным 5% от номинального момента насоса; Мнас - номинальный момент насоса, определяем как Мнас = Рнас / нас, где Рнас и нас - соответственно номинальные мощность и частота вращения насоса; * - относительная скорость насоса: * = /н.
Исходя из формул 4.2, 4.3 и графика водопотребления рис.4.1 строим нагрузочные диаграммы механизма, приведенные на рис.4.2 и рис.4.3.
Как видно из диаграмм (рис.4.2 и 4.3.) нагрузка имеет продолжительный характер, следовательно, имеем продолжительный режим работы установки (S1). Поэтому проверять выбранный двигатель можно без учета динамических режимов работы.
Произведем расчет естественной статической характеристики выбранного двигателя.
Для этого рассчитаем параметры схемы замещения асинхронного двигателя по паспортным данным:
Полное сопротивление короткого замыкания:
= 220/ (7,5*14,76) = 1,99 Ом, (4.4)
где Uф=220 В - номинальное фазное напряжение; Iн=Рн/ (3Uф. ннcosн) =14,7 А; I = 7,5 - кратность пускового тока. Пусковой коэффициент мощности:
= 0,244, (4.5)
где cosн=0,88 - номинальный коэффициент мощности; н=0,875 - номинальный КПД; - номинальное скольжение; - отношение потерь в обмотке статора к полным потерям при номинальной нагрузке; п = 2 - кратность пускового момента.
Активное пусковое сопротивление короткого замыкания:
= 0,486 Ом. (4.6)
Индуктивное пусковое сопротивление короткого замыкания:
= 3,65 Ом. (4.7)
Индуктивные сопротивления фаз статора и ротора [3, табл.3], Ом:
Х1 = 0,864; Х’2 = 2,087. (4.8)
Критическое скольжение: sк = 12%.
Приведенное активное сопротивление фазы ротора, Ом: R’2 = 0,417.
Активное сопротивление фазы статора, Ом: R1 = 0,686.
Критический момент:
= 53,95 Нм. (4.9)
Ток холостого хода:
= 5,024 А. (4.10)
Приведенный ток ротора описывается уравнением:
. (4.11)
Потери на намагничивание:
Рст =0,02 * Рном / ном = 171,429 Вт. (4.12)
Активное сопротивление ветви намагничивания:
= 2,264 Ом. (4.13)
Индуктивное сопротивление ветви намагничивания: Х = 55,149 Ом.
Электромагнитная постоянная времени электродвигателя:
с. (4.14)
Для скорости двигателя в пределах от 0 до ном с некоторым шагом проводим следующие расчеты:
определяем абсолютное скольжение:
sa = 1 - / он; (4.15)
определяем момент двигателя, Нм:
. (4.16)
Расчет естественной механической характеристики, согласно формулам 4.15 и 4.16 производим на ЭВМ в пакете EXCEL’97. Полученная в итоге механическая характеристика приведена на рис.4.4.
Как было указано выше, проектируемая установка работает в длительном режиме, поэтому для проверки двигателя достаточно проверить три точки при относительной скорости * = /н, равной 0,5; 0,75; 1, с учетом ухудшений условий охлаждения при пуске двигателя. График зависимости коэффициента ухудшения условий охлаждения от скорости двигателя показан на рис.4.5.
Рассчитаем величины необходимые для проверки двигателя по перегрузочной способности и по нагреву.
Определим синхронную частоту вращения двигателя:
0=n0/30=3,143000/30=314 рад/с (4.17)
Определим номинальную частоту вращения двигателя:
н= 0 (1-sн) =314 (1-0,026) = 305,836 рад/с
Определим номинальный момент двигателя:
Мн = Рн / н = 7500/305,836 = 24,523 Нм (4.18)
Момент насоса для любой относительной скорости * можно определить как [1, стр.266]:
Мнас = М0 + 0,9Мн*2, (4.19)
где М0 - момент определяемый силами трения в механизме, принимаем равным 5% от номинального момента насоса, Мн - номинальный момент насоса, определяем как Мнас = Рнас / нас = 6500/303,53 = 21,41; где Рнас и нас - соответственно номинальные мощность и частота вращения насоса.
Расчетный момент двигателя определяем с учетом ухудшения условий охлаждения при пуске двигателя, для учета ухудшения условий охлаждения введем коэффициент ку, значения которого принимаем согласно рис.4.5.
Таким образом, формула для расчетного момента двигателя будет иметь вид:
Мрасч = ку Мнас (4.20)
Исходя из вышеизложенных соображений для первого случая (*=1) имеем:
Мнас = 0,0521,41 + 0,9521,411 = 21,41 Нм,
Мрасч = 21,411 = 21,41 Нм.
Для второго случая (*=0,75) получаем:
Мнас = 0,0521,41 + 0,9521,410,752 = 12,51 Нм,
Мрасч = 12,511,25 = 15,64 Нм.
Для третьего случая (*=0,5) получим:
Мнас = 0,0521,41 + 0,9521,410,52 = 6,16 Нм,
Мрасч = 6,161,5 = 9,23 Нм.
Так как для всех трех случаев расчетный момент двигателя с учетом ухудшения охлаждения, меньше чем номинальный момент двигателя (Мрасч < Мн), то, следовательно, двигатель удовлетворяет и условиям перегрузки, и условиям перегрева.
Для питания электродвигателей привода насосов, которые предварительно выбраны в п.2.7.2 и проверены по нагреву и перегрузке в п.4.3 мы будем использовать преобразователь частоты типа РЭН (ЯВИЕ.435321.001) производства Новополоцкого завода "Измеритель".
Данный преобразователь предназначен для частотного управления асинхронными трехфазными электродвигателями мощностью до 30 кВт.
Область применения преобразователя: насосные станции водо - и теплоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве, энергетике, технологические насосные установки в химической промышленности, станции оборотного водоснабжения на предприятиях машиностроительной и других отраслей промышленности.
Примерная упрощенная схема силовых цепей этого преобразователя показана на рис.5.1 Все элементы данной схемы рассчитаны и поставляются в составе преобразователя.
Основные параметры преобразователя частоты типа РЭН:
Преобразователь частоты обеспечивает:
Преобразователь частоты может работать в следующих режимах:
Сглаживающий дроссель L1 выбираем из расчета того, что его индуктивность должна быть как можно больше, а падение фазного напряжения на нем не должно превышать 3%. Тогда, входную мощность преобразователя определим как:
Рвх = Рэд / (эд пр), (5.1)
где Рэд - мощность приводного двигателя; эд - КПД приводного двигателя; пр - КПД преобразователя.
С учетом параметров выбранных электродвигателя и преобразователя после расчетов по формуле 5.1 получаем: Рвх = 7,5/ (0,8750,9) = 9,524 кВт.
Можно определить входной ток фазы преобразователя:
Iвх = Рвх / (3кмUфн), (5.2)
где км - коэффициент мощности преобразователя; Uфн - номинальное фазное напряжение сети.
После расчетов по формуле 5.2 получим: Iвх= 9524/ (30,95220) = 15,2 А.
Задавшись допустимым падением фазного напряжения на дросселе 3% от номинального, можно найти реактивное сопротивление дросселя:
Х = Uдоп / Iвх. (5.3)
Произведя расчет по формуле 5.3 получаем: Х=2203%/15,2 = 0,434 Ом.
Зная индуктивное сопротивление легко найти индуктивность дросселя:
L = Х / 2, (5.4)
где - частота питающего напряжения.
Таким образом, в соответствии с формулой 5.4 получаем: L = 0,434/314 = 0,00138 Гн.
Исходя из приведенных выше расчетов, предполагаем изготовить на заказ сглаживающий дроссель L1 со следующими параметрами:
Сглаживающий дроссель L2 должен иметь индуктивность, согласно документации на преобразователь [4], приблизительно равную индуктивности статора двигателя. Причем допустимая мощность рассеяния дросселя L2 не должна превышать 2% от номинальной мощности двигателя. Таким образом, предполагаем изготовить на заказ сглаживающий дроссель L2 со следующими параметрами:
На основании сформулированных требований к электроприводу и системе автоматизации, а также выбранной системы электропривода можно заметить, что существует необходимость работы насосной установки в ручном и автоматическом режиме с периодической сменой резервного насоса и подключением, в случае необходимости, дополнительного насоса. С учетом указанных выше переключений можно составить принципиальную схему силовых цепей насосной установки. Разработанная принципиальная схема силовых цепей приведена на рис.5.2.
Схема, приведенная на рис.5.2 работает следующим образом. Приводные электродвигатели М1 и М2 через силовые контакты контакторов КМ1 и КМ3 подключены через сглаживающий дроссель L2 к выходу преобразователя частоты (клеммы U, V, W разъема ХТ1 ПЧ), а силовые контакты контакторов КМ2 и КМ4 подключают двигатели М1 и М2 напрямую к сети 380 В 50 Гц. Защита двигателей от перегрузок осуществляется тепловыми реле FR1 и FR2. Преобразователь подключен к сети через сглаживающий дроссель L1 (клеммы А, В, С разъема ХТ1 ПЧ).
Управление контакторами КМ1-КМ4 осуществляется при помощи релейно-контактной схемы. Переключатель SA1 задает режим работы установки (ручное управление/автоматический).
При нахождении переключателя SA1 в положении "Авт." установка работает в автоматическом режиме, при этом управление контакторами КМ1-КМ4 осуществляется контактами реле К1-К4, которые управляются программируемым контроллером. В зависимости от команды с контроллера (т.е. от положения ключей К1-К4) возможна периодическая замена основного рабочего двигателя и резервного двигателя, а также запуск, при необходимости, резервного двигателя от сети. Приводные двигатели могут работать в следующем порядке:
Если контакт К1 замкнут (К2, К3 и К4 - разомкнуты), то двигатель М1 получает питание от преобразователя через контактор КМ1 (работает замкнутая система регулирования). При увеличении расхода в сети до такой степени, что один насос не в состоянии поддерживать необходимый напор, система работает следующим образом (предполагается, что работал двигатель М1): двигатель М1, управляемый системой автоматического регулирования разгоняется до максимума, затем контроллер выдает сигнал на переключение приводов, контакт К1 размыкается, замыкается контакт К2 (включается контактор КМ2) и двигатель М1 начинает работать от сети на номинальной скорости, далее замыкается контакт К3 и двигатель М2 начинает работать от преобразователя частоты (через контактор КМ3). При уменьшении расхода в сети до нормального уровня, размыкается контакт К2, и двигатель М1 отключается от сети (размыкается контактор КМ2), а двигатель М2 продолжает работу от преобразователя (под управлением САР), т.е. происходит смена основного (рабочего) и резервного насоса. Такая последовательность действий необходима для уменьшения динамического удара в водопроводной сети.
Контакторы КМ1 и КМ2, а также КМ3 и КМ4 имеют взаимную блокировку чтобы исключить возможность их одновременного включения, так как в противном случае получится, что на выход преобразователя подается напряжение сети, что недопустимо. Также предусмотрена блокировка от одновременного подключения электродвигателей М1 и М2 к выходу преобразователя, она осуществляется вспомогательными контактами контакторов КМ1 и КМ3.
Если переключатель SA1 находится в положении "Ручн.", то установка работает в режиме ручного управления. При этом пуск и остановка двигателя М1 осуществляются кнопками SB2 и SB1 соответственно, а двигателя М2 - SB4 и SB3. В режиме ручного управления возможно два режима работы системы, выбираемые положением переключателя SA2:
Исходя из принципиальной схемы силовых цепей (рис.5.2.), учитывая ранее выбранные комплектующие (двигатель и преобразователь), приступим к выбору элементов силовых цепей.
Для осуществления переключений в силовых цепях выбираем контакторы серии КТ64 с бездуговой коммутацией, со следующими техническим данными:
Для защиты двигателей от перегрузки выбираем двухполюсные тепловые реле серии РТЛ с номинальным током цепи управления 16 А, номинальным напряжением цепи управления 380 В 50 Гц., с пределом регулирования уставок (0,16-1) Iном.
Для осуществления коммутаций в схеме управления выбираем пакетные переключатели типа ПВМ-1 на ток 6,3 А, напряжение 380 В, и кнопки типа КЕ-202 (замыкающая) и КЕ-203 (размыкающая).
На основании принятых ранее решений о системе электропривода и реализации ее автоматизации можно составить функциональную схему электропривода, представленную на рис.6.1.
Система автоматического управления электроприводом состоит из объекта управления и регулятора. Под объектом управления мы понимаем совокупность электродвигателя, преобразователя энергии, питающего двигатель, и рабочего органа, т.е. в данном случае центробежного насоса, соединенного с валом двигателя через муфту. Задача по расчету автоматической системы управления данным электроприводом выборе, расчете и реализации регулятора. Регулируемая величина в данном случае одна - напор жидкости в сети. Регулятор реализован в комплектном преобразователе, выбранном нами для питания двигателя, нам остается только рассчитать и задать параметры и тип регулятора.
Уравнения электропривода для случая механической передачи момента от двигателя к рабочему органу через муфту имеют вид:
М - Мс = Jс d/dt (6.1)
где Jс - суммарный момент инерции электропривода, кг/м2, принимаем равным 1,6 момента инерции двигателя; М, Мс - соответственно моменты двигателя и сопротивления, Нм; - угловая скорость вала двигателя, рад/с.
Рассмотрим насосную установку горячего водоснабжения соединенную с сетью без статического напора как объект регулирования напора жидкости.
Напор жидкости в сети определяется уравнением:
Нс = RQ2 (6.2)
где Нс - напор в сети; R - сопротивление в сети (функция расхода жидкости); Q - расход жидкости.
Напор, сообщаемый насосом в сеть определим как:
Нн = Н0*2 - СQ2 (6.3)
где Н0 - напор при закрытой задвижке; * - относительная скорость вращения вала насоса; С - коэффициент; Q - расход жидкости.
Регулируемой величиной в сети является напор, который изменяют путем увеличения подачи насоса. Водопроводную сеть без статического напора можно представить в виде апериодического звена с коэффициентом передачи равным обратному значению сопротивления сети и сравнительно большой постоянной времени (около 0,5с). Следовательно, входной величиной рассматриваемого звена (объекта) будет являться напор в сети, а выходной - подача насоса в сеть.
Воспользовавшись математическим описанием технологического объекта можно структурную схему системы стабилизации напора, представленную на рис.6.2.
Блок СУЭП (система управления электроприводом) включает в себя комплектный преобразователь и двигатель.
Данная структурная схема отражает математическое описание объекта управления (насоса, включенного в водопроводную сеть без статической составляющей напора). Зависимость Нн (Q2; ) имеет вид формулы 6.3, а зависимость М (Q; ) определена при расчете нагрузочных диаграмм (см. формулу 4.3). Постоянную времени сети Тс принимаем равной 0,5 с [1]. Апериодическое звено с постоянной времени Т0 моделирует перепады давления из-за неравномерности выброса воды насосом, принимаем постоянную времени Т0 = 0,01 с. коэффициент обратной связи по напору Кос определим как:
Кос = Uз max / Нmax, (6.4)
где Нmax - максимальный напор в сети (25 м); Uз max - максимальное напряжение задания, принимаем равным 10 В.
Таким образом, Кос = 10/25 = 0,4 м/В.
В соответствии с основным уравнением электропривода (ф-ла 6.1) и разработанной функциональной схемой электропривода (см. рис.6.1.) составим структурную схему системы управления электроприводом. Разработанная структурная схема представлена на рис.6.3.
Данная структурная схема отражает математическое описание системы управления электроприводом, построенной по принципу ПЧ-АД.
Задатчик интенсивности ЗИ, представляет собой апериодическое звено с достаточно большой постоянной времени зи. Постоянную времени зи из технологических соображений (чтобы уменьшить гидравлические удары в сети) принимаем равной 10 с [1]. Функциональный преобразователь ФП преобразует задание относительной частоты в напряжение питания U, используя заданную форму кривой разгона. Определим форму кривой разгона, исходя из постоянства перегрузочной способности во всем диапазоне регулирования. Зададимся перегрузочной способностью. Примем перегрузочную способность 2,2. Построим совмещенный график естественной механической характеристики двигателя и механической характеристики насоса без учета перегрузочной способности и с учетом ее. Данный график изображен на рис.6.4.
По графику (рис.6.4) выбираем три точки на механической характеристике насоса с учетом перегрузочной способности, по которым будем аппроксимировать эту кривую прямыми. Для данных точек находим М и . Так как систему управления электроприводом, реализованная в комплектном преобразователе обеспечивает программное формирование зависимости U (), то при постоянной частоте, и, следовательно, постоянном напряжении, механические характеристики можно аппроксимировать прямыми линиями. Жесткость характеристик в таком случае найдем по естественной характеристике:
= Мном / (0н sн) = 24,523/ (3140,026) = 3, (6.5)
где Мном - номинальный момент двигателя, 0н - синхронная частота вращения, sн - номинальное скольжение. Зная момент и скорость для выбранных точек, используя рассчитанную жесткость характеристик найдем синхронную частоту для характеристики двигателя, проходящей через выбранную точку:
0 = + М / , (6.6)
где и М - скорость и момент по графику (рис.6.4.).
Для выбранных точек, рассчитаем напряжение питания двигателя соответствующее найденным скоростям и моментам. Напряжение питания определим по формуле:
, (6.7)
где Мк - момент, соответствующий выбранной точке, - частота питающего напряжения, которую можно определить как:
= 0/0н, (6.8)
где 0 - синхронная частота, соответствующая характеристике двигателя, проходящей через выбранную точку, 0н - номинальная синхронная частота двигателя.
Данные, определенные из графика (координаты выбранных точек), а также рассчитанные по формулам 6.4 6.8 сведем в таблицу 6.1.
Таблица 6.1.
Расчетные данные для аппроксимации кривой разгона.
|
№ точки |
, рад/с |
М, Нм |
0, рад/с |
, о. е. |
Uф, В |
|
1 |
94,2 |
6,66 |
96,42 |
0,307 |
29,26 |
|
2 |
204,1 |
22,59 |
211,63 |
0,674 |
101,62 |
|
3 |
305,836 |
47,78 |
314 |
1 |
220 |
Построенная в соответствии с таблицей 6.1 кривая разгона и ее аппроксимация изображены на рис.6.5 Из рисунка видно, что кривая разгона имеет форму параболы, т.е. имеет место квадратичная зависимость U (). Такой закон управления позволяет уменьшить потери в статоре двигателя, что ведет к снижению общего расхода энергии. Аппроксимированная кривая начинается не из точки с координатами 0; 0, чтобы увеличить пусковое напряжение, и, следовательно, иметь больший пусковой момент.
Блок М (U, , ) производит вычисление момента двигателя и сопутствующих величин (момента критического и критического скольжения) в зависимости от напряжения питания двигателя, частоты питающего напряжения и скорости двигателя. Вычисление момента производится по формуле Клосса (ф-ла 6.9), вычисление момента критического по формуле 6.10, вычисление критического скольжения - по формуле 6.11.
, (6.9)
, (6.10)
, (6.11)
где 0 - синхронная частота, определяемая как 0 = 0н, - относительная частота, а - коэффициент, определяемый как а = R1/R’2.
Апериодическое звено с постоянной времени Тэ учитывает электромагнитные свойства двигателя, величина Тэ определена в п.4.2 (см. формулу 4.14) и равна 0,122 с.
На основании структурных схем системы стабилизации напора (рис.6.2.) и системы управления электроприводом (рис.6.3.) можно составить общую упрощенную структурную схему электропривода, представленную на рис.6.6.
Коэффициент передачи кнас определим как:
кнас = Нн / н = 20/303,53 = 0,0659, (6.12)
где Нн - номинальный напор в сети, н - номинальная скорость насоса.
Коэффициент обратной связи по напору кос был определен в п.6.3.1 по формуле 6.4 и равен 0,4 м/В.
Передаточная функция электропривода Wэп исходя из структурной схемы СУЭП может быть представлена в виде:
, (6.13)
где и - постоянная времени задатчика интенсивности, кэп = max/Uз max = 30,6.
Действительно, электромагнитная постоянная времени двигателя Тэ, равная 0,122 с, пренебрежимо мала по сравнению с постоянной времени задатчика интенсивности и, которая принята равной 10 с. Следовательно, пренебрегая электромагнитной постоянной времени двигателя Тэ, получаем что структурная схема системы управления электроприводом содержит одно апериодическое звено - задатчик интенсивности, а его постоянная времени определяет инерционные свойства системы управления электроприводом.
Постоянная же времени сети Т0, также весьма мала по сравнению с и (принята равной 0,005 с), следовательно ей можно пренебречь. Таким образом получаем контур регулирования содержащий одно апериодическое звено, с постоянной времени, равной постоянной времени задатчика интенсивности и.
Стандартным регулятором для полученного контура регулирования является И-регулятор. Настроим его на технический оптимум:
, (6.14)
. (6.15)
Подставив в формулу 6.15 коэффициенты получим WРН = 1/ (2ир). Таким образом регулятор напора представляет собой И-регулятор с постоянной времени ТРН равной двум постоянным времени задатчика интенсивности и, т.е. ТРН = 20 с.
Семейство механических характеристик для частотного управления асинхронным двигателем по закону U ~ 2 построим при помощи формулы Клосса, имеющей вид 6.9, при этом рассчитывая необходимые критические момент и скольжение по формулам 6.10 и 6.11. Формула Клосса для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором справедлива только для скольжений не больше критического, но с учетом того, что ниже критического скольжения лежит нерабочая ветвь механической характеристики, построим характеристики начиная с критического скольжения. Как уже отмечалось, система управления электроприводом реализованная в комплектном преобразователе обеспечивает программное формирование зависимости напряжения питания двигателя от частоты питающего напряжения, поэтому при постоянной частоте, и, следовательно, постоянном напряжении, механические характеристики электропривода могут быть аппроксимированы прямыми линиями. Следовательно, для представления о семействе характеристик вполне достаточно построить три характеристики - естественную и две искусственные, проходящие через точки, указанные в таблице 6.1 (точки излома аппроксимированной кривой излома).
Расчет семейства механических характеристик электропривода, согласно формулам 6.9 6.11 для скольжений не больше критического, производим на ЭВМ в пакете EXEL’97. Полученное в итоге расчета семейство статических характеристик изображено на рис.6.7.
Для расчета динамических характеристик САУ электроприводом насосной установки воспользуемся математическим моделированием системы электропривода на ЭВМ в среде SIMULINK 2.0.
Прежде чем приступить к расчетам определим цель моделирования. Главной целью моделирования является прогнозирование динамических характеристик реальной системы насосной установки горячего водоснабжения при свойственных ей внешних воздействиях.
Исходя из поставленной задачи, модель системы, может учитывать или не учитывать некоторые особенности динамики реальной системы. Например, будем рассматривать насосную установку как объект регулирования напора жидкости (без учета внешних воздействий). Выбор входных воздействий и начальных условий зависит от назначения проектируемой системы и наиболее характерных режимов ее работы.
Специфика моделирования систем управления заключается в том, что любая система автоматического управления состоит из динамических звеньев, взаимодействующих друг с другом. К ней могут быть приложены внешние воздействия, изменяющиеся во времени. Следовательно, может быть рассчитан динамический режим любой системы автоматического управления, если имеются средства, моделирующие динамику непрерывных и импульсных, линейных и нелинейных динамических звеньев, а также произвольных входных воздействий.
В соответствии со структурной схемой нашей системы (см. рис.6.2) составлена математическая модель для среды SIMULINK. Схема модели приведена на рис.7.1.
В результате моделирования были получены графики переходных процессов выходного напряжения задатчика интенсивности, регулятора напора; приведенного тока ротора и тока статора двигателя; скорости и момента двигателя; момента статического; напора в водопроводной сети и расхода воды через водопроводную сеть. Данные переходные процессы получены для двух режимов работы установки - при пуске насосной установки и при регулировании напора по изменению потребления воды из водопроводной сети. Полученные в результате моделирования графики переходных процессов представлены на рис.7.2 - рис.7.10.
Анализ графиков переходных процессов (рис.7.2 - рис.7.10) показывает, что разработанный электропривод полностью соответствует сформулированным в разделе 2 требованиям. Время установления заданного давления в системе горячего водоснабжения составляет 10 с.
Согласно требованиям к насосным установкам, они должны быть максимально автоматизированы и работать без постоянного дежурства обслуживающего персонала.
Выполнение этого требования можно обеспечить лишь в случае применения системы автоматизированного управления. Данную систему целесообразно построить на базе программируемого контроллера, в функции которого входит анализ информации о состоянии объекта, поступающей с датчиков и выработка управляющих воздействий, а также выдача информации о ходе рабочего процесса на управляющую ЭВМ центрального диспетчерского пункта.
Выбор принципов управления насосной установкой произведем на основании требований к системе автоматизации (см. п.2.6). В соответствии с данными требованиями была разработана структурная схема автоматизации установки, изображенная на рис.8.1.
Структурная схема включает в себя два насоса (Н1 и Н2), сетевой трубопровод (СТ), преобразователь частоты с коммутационной аппаратурой (ПЧ), программируемый контроллер (ПК) и управляющую ЭВМ центрального диспетчерского пункта (ЭВМ).
На данной структурной схеме произведено разделение потоков информации, а именно: от контроллера к агрегатам насосной установки и обратно. Укажем, какую информацию должен получать контроллер, а какую передавать.
В процессе работы насосной установки необходимо осуществлять контроль следующих параметров:
Следовательно, на контроллер должна поступать информация о расходе жидкости, напоре в сетевом трубопроводе, температуре жидкости, состоянии преобразователя и насосов (электродвигателей насосов). Контроллер же, в зависимости от расхода через сетевой трубопровод, должен подавать на преобразователь частоты сигнал задания на стабилизацию напора на необходимом уровне. Расчет необходимого напора, в зависимости от реального расхода, проводится по характеристикам сети.
Проанализировав схему силовых цепей насосной установки, приведенную на рис.5.2., можно сделать вывод, что для управления контакторами необходимо четыре дискретных выходных сигнала. Для управления преобразователем необходим один аналоговый выходной сигнал (напряжение задания напора).
Некоторое количество выходных дискретных сигналов необходимо для организации сигнализации режимов работы установки.
Для контроля состояния контакторов необходимо четыре дискретных входа и еще два необходимо для контроля исправности преобразователя и контроля необходимости включения дополнительного насоса. Для опроса датчиков необходимо два аналоговых входа.
В процессе работы насосной установки необходимый напор в системе трубопроводов поддерживается за счет изменения скорости вращения насоса. Величина необходимого напора определяется по текущему расходу воды из сети.
Для определения расхода воды из сети воспользуемся следующим уравнением:
, (8.1)
где Q0 - расход воды, м3/с; - коэффициент расхода о. е.; F0 - площадь отверстия сужающего устройства, м2; - плотность воды в рабочих условиях, кг/м3; Р - перепад давления в сужающем устройстве, Н/м2.
Приведение расхода воды в нормальных условиях Q0 к расходу воды в нормальном состоянии QН выполняется по формуле:
, (8.2)
где QН - расход воды в нормальном состоянии, м3/с; Р - абсолютное давление воды перед сужающим устройством, Н/м2; РН - нормальное абсолютное давление воды, Н/м2; Т - температура воды перед сужающим устройством, К; ТН - температура воды в нормальных условиях, ТН=293 К; К - коэффициент сжимаемости воды.
На основании выражений (8.1) и (8.2) получим следующую формулу для расчета расхода воды в нормальном состоянии:
, (8.3)
где d - диаметр отверстия сужающего устройства, м.
В формуле (8.3) независимыми переменными являются Р, Р и Т. таким образом, выражение (8.3) можно легко упростить:
, (8.4)
где .
В микропроцессорной системе, использующей операции только с целыми числами, измеряемые величины, после аналого-цифрового преобразования представлены в масштабе, определяемом количеством разряда слова данных. Введем следующие обозначения: Р2, Р2, Т2 - двоичные коды, пропорциональные, соответственно, перепаду давления, абсолютному давлению и температуре воды; Р2max, Р2max, Т2max - максимальные значения двоичных кодов целочисленных переменных, пропорциональных, соответственно, перепаду давления, абсолютному давлению и температуре воды; Рmax, Рmax, Тmax - ожидаемые максимальные значения, соответственно, перепада давления, абсолютного давления и температуры воды.
Тогда для независимых переменных Р, Р и Т справедливо следующее соотношение:
Хi = miXi2, (8.5)
где Хi - независимая переменная; mi - масштаб независимой переменной, Xi2 - двоичный код, пропорциональный независимой переменной.
На основании формул (8.4) и (8.5) получим следующее соотношение для учета расхода воды:
. (8.6)
Мгновенное значение расхода воды можно также представить в целочисленном двоичном виде:
QH = mQ QH2, (8.7)
где mQ - масштаб двоичного представления расхода сжатого воздуха.
Тогда в соответствии с (8.6) и (8.7) получим:
, (8.8)
где .
С целью обеспечения расчета по формуле (8.8) при сохранении восьмиразрядного формата данных на всех этапах вычислений, целесообразно принять следующую последовательность выполнения арифметических операций:
1) ;
2) ;
3) ;
4) ;
5) /;
6) К’’/.
Вычисления по формуле (8.8) для повышения достоверности вычислений необходимо проводить для усредненных на некотором интервале времени значений давления и температуры. Стандартная процедура усреднения выполняется по формуле:
, (8.9)
где Хi - мгновенное значение усредняемого параметра; N - количество значений, используемых для усреднения. Для вычисления числителя выражения (8.9) необходимо увеличивать разрядность слова данных, поэтому преобразуем его к виду:
, (8.10)
где Х1 - первое значение усредняемого параметра, Хi - отклонение i-го значения параметра от Х1 (Хi = Хi - Х1).
Алгоритм расчета и учета объемного расхода воды, а также определения необходимого для обеспечения вычисленного расхода воды напора в сети, составленный по уравнению (8.8) представлен на рис.8.2. Контроль напора и расхода воды осуществляют при помощи следующих датчиков: абсолютного давления (напор), разности давлений и температуры (расход).
Поскольку, реализация приведенного алгоритма предполагается на контроллере типа МикроДАТ, не реализующем функцию корня квадратного, то вычисление корня квадратного организуем в подпрограмме, используя разложение этой функции в ряд.
Также в подпрограмме организуем вычисление среднего значения величины.
Алгоритмы подпрограмм для вычислений корня квадратного и среднего значения приведены на рис.8.3 и рис.8.4 соответственно.
При составлении схемы алгоритмов, представленных на рис.8.2-8.4 приняты следующие обозначения:
i - счетчик цикла опроса датчиков;
N - количество циклов опроса используемое для расчета средних значений;
Х, Х1, Хср, Х - операнды подпрограммы вычисления среднего значения (Х - очередное значение измеряемого параметра, Х1 - первое в цикле значение измеряемого параметра, Хср - среднее значение измеряемого параметра, Х - суммарное значение отклонений измеряемого параметра от Х1);
b, с, d - суммарные значения отклонений от первого за цикл значения, соответственно, перепада давления, абсолютного давления и температуры;
Р2i, Р2i, Т2i - измеренное значение, соответственно, перепада давления, абсолютного давления и температуры;
Р21, Р21, Т21 - первое в цикле значение измеряемого параметра;
Р2ср, Р2ср, Т2ср - среднее за цикл измерения значение соответствующего параметра;
х, у - операнды подпрограммы вычисления корня квадратного, х - входное значение, у - результат;
у1, у2, у3 - промежуточные значения для вычисления расхода;
Q2ср - среднее за цикл измерения значение объемного расхода воды;
tj+1 - текущее время, соответствующее значению Q2ср;
tj - значение времени, соответствующее последнему зафиксированному значению расхода;
Q2j - последнее зафиксированное значение расхода;
Q2min - значение расхода воды, соответствующее нижнему пределу;
FQ - флаг минимального расхода;
FT - флаг начала суток;
S - счетчик суток.
Если по каким-либо причинам напор в сети не поддерживается на должном уровне, имеется возможность перейти на ручное управление электроприводом насоса, как с регулированием его скорости, так и без регулирования.
На основании анализа условий работы насосной установки можно сформулировать следующие требования, предъявляемые к системе управления:
1. Точное поддержание заданного оптимального напора в сети.
2. Программное управление приводами насосов.
3. Оперативный контроль, учет, отчетность, протоколирование процесса и диагностику работоспособности технических средств АСУ.
4. Использование средств дистанционного контроля и автоматического регулирования параметров сети.
Обобщенный алгоритм работы насосной установки, составленный исходя из требований к системе управления насосной установкой и к системе автоматизации, с учетом разработанной силовой схемы (см. рис.5.1) представлен на рис.8.5 Алгоритм составлен в соответствии с процессом подачи воды потребителям, рассмотренным в разделе 1. При составлении алгоритма используются обозначения принятые на принципиальной схеме.
Для автоматизации работы насосной установки системы горячего водоснабжения применим контроллер типа МикроДАТ. Выбор данного контроллера обусловлен низкой ценой, широкой распространенностью данного оборудования в странах СНГ, простотой программирования и наладки, вполне удовлетворительным набором инструкций.
Микроконтроллер ГСП МикроДАТ МБ57.02 предназначен для комплектования отдельных узлов гибких производственных систем, агрегатных станков с количеством входов-выходов до 64.
Состав контроллера определяет потребитель по карте заказа изготовителя из списка изделий, приведенного ниже:
Электрическое питание контроллера осуществляется от однофазной электрической сети с напряжением 220 В, частотой 50 Гц.
Потребляемая мощность - не более 80ВА.
Микроконтроллер содержит резервный источник питания (элемент типа А-316 "Квант" (2шт.)), обеспечивающий сохранение информации в ЭОЗУ при отключении электропитания. Время сохранения информации не менее 140 ч.
В соответствии с разработанным алгоритмом для создания системы автоматики на базе контроллера МикроДАТ выбираем следующие модули:
Таблица 8.1.
Технические характеристики модулей ввода-вывода дискретных сигналов.
|
Модуль |
Род тока |
Напряжение, В |
Кол-во каналов |
|
|
Обозначение |
Тип |
|||
|
МС34.08-03 |
Ввод |
Постоянный |
24 |
8 |
|
МС34.09-03 |
Ввод |
Переменный |
220 |
8 |
|
МС35.25-03 |
Вывод |
Переменный |
220 |
8 |
Для осуществления переключений в силовой части дискретные выходные сигналы контроллера подаются на схему через промежуточные реле типа РП-21МУХЛ4.
Для измерения требуемых параметров выбираем преобразователи измерительные, обеспечивающие линейную зависимость между изменением измеряемой величины и выходного сигнала, относящиеся к изделиям ГСП:
В соответствии с выбранным контроллером, сменными модулями и датчиками, составим функциональную схему контроллера. Данная схема представлена на рис.8.6 Схема подключения контроллера к устройствам системы управления насосной установкой изображена на схеме принципиальной электропривода насосной установки (лист 6).
В соответствии с разработанным алгоритмом, выбранными устройствами и местом подключения блоков ввода-вывода к каркасу компоновочному контроллера (см. сему принципиальную электропривода насосной установки, лист 6), была разработана программа управления насосной установкой. Программа составлена на языке символического кодирования. Текст программы и карта идентификаторов к ней приведены в приложении 1. Данная программа обеспечивает расчет напряжения задания напора для преобразователя частоты в зависимости от текущего расхода, управляет релейно-контактной частью схемы, а также производит статистический учет водопотребления (среднечасового, среднесуточного и среднемесячного). Версия данной программы для учета расхода пара была внедрена на Гомельском древообрабатывающем комбинате в 1998 г.
Для обеспечения оперативного взаимодействия оператора с насосной установкой необходимо предусмотреть пульт управления. Пульт управления должен содержать органы воздействия, при помощи которых оператор мог бы управлять процессом работы, а также индикаторы для контроля состояния установки.
В соответствии с разработанной принципиальной схемой электропривода насосной установки (см. лист 6), на пульте управления должны находиться переключатели, кнопки и лампы световой сигнализации.
При помощи переключателей выбирается режим работы установки (ручное управление или автоматическое управление), а при ручном управлении - способ подключения двигателя (подключение к сети через преобразователь или прямое). При подключении двигателя к сети через преобразователь, управление параметрами преобразователя осуществляется с панели управления преобразователя, которая находится в шкафу управления (там же находится контроллер).
Кнопки используются для коммутации подключения двигателей (преобразователь или сеть), пуска при прямом подключении к сети и останова двигателей. Также на пульт управления выведена кнопка "ПУСК" преобразователя частоты, для пуска двигателя в режиме ручного управления от преобразователя частоты. Все используемые кнопки без фиксации. Кнопки "ПУСК" - черного цвета, кнопки "СТОП" - красного.
Световая индикация осуществляется лампами на номинальное напряжение 220 В. Лампы установлены под цветными глазками ("Работа", "Авт.", "Рег.", питающая сеть - зеленого; "Авария", "Ручн.", "Нерег." - красного). Над лампами сигнализации расположены надписи. Лампы должны сигнализировать о наличии напряжения питания на силовой и управляющей частях схемы, о состоянии двигателей привода насосов (автоматическое управление или ручное, прямое подключение к сети или через преобразователь), о состоянии релейно-контактной автоматики, преобразователя частоты и контроллера.
Разработанный в соответствии с вышеизложенными требованиями пульт управления приведен на рис.9.1 и на листе 7 графического материала.
Установка питается электроэнергией от главного распределительного щита трансформаторной подстанции. Воздушная или кабельная линия от главного распределительного щита трансформаторной подстанции приходит на силовой распределительный щит установки к которому через автоматические выключатели присоединены силовые агрегаты установки. Схема электроснабжения проектируемой установки изображена на рис.10.1.
Выбор автоматического выключателя и питающего кабеля осуществим в соответствии с методикой, приведенной в [5]. Требуется определить номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и выбрать сечения проводов и кабеля из условий нагрева и соответствия токам расцепителей.
Номинальный ток защищающего от перегрузки теплового расцепителя автоматического выключателя или нагревательного элемента теплового реле магнитного пускателя выбирают только по длительному расчетному току линии Iдл:
Iтр > Iдл, (10.1)
где Iдл = Iн эд = 15 А (Iн эд - номинальный ток двигателя).
Выбираем автоматический выключатель с комбинированным расцепителем типа А3710Б на 40 А.
Номинальный ток электромагнитного Iэл или комбинированного расцепителя автоматических выключателей выбирают также по длительному расчетному току линии:
Iэл > Iдл. (10.2)
Выбираем расцепитель с номинальным током 25 А.
Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или комбинированного расцепителя Iср. эл проверяется по максимальному кратковременному току линии Iкр:
Iср. эл > 1.25Iкр. (10.3)
Для ответвления к одиночному электродвигателю максимальный кратковременный ток линии равен пусковому току электродвигателя Iп = 112,5 А, тогда:
Iср. эл > 1.25112,5 = 140,6 А. (10.4)
Выбираем расцепитель с номинальным током 25А и током мгновенного срабатывания 150А.
Устанавливаем невозможность срабатывания автомата при пуске по выражению (10.4): 150 > 140,6.
Чтобы обеспечивалась защита установки, необходимо, чтобы время срабатывания автоматического выключателя было меньше времени протекания максимального тока через преобразователь.
Итак, выбираем автоматический выключатель типа А3710Б на 40 А, с комбинированным расцепителем на ток 25 А и током отсечки 150 А, время срабатывания защиты - 0,05 с.
Сечение жил кабеля, питающего установку определяем исходя из экономической плотности тока j = 4 А/мм2, по выражению:
S = Iн. эд / j, (10.5)
тогда получаем: S = 15/4 = 3,75 мм2.
Выбираем трехжильный кабель с бумажной пропитанной изоляцией с алюминиевыми жилами, марки ААШВ сечением жилы 6 мм2, прокладываемый в трубе.
Проверку выбранного провода осуществим по длительному току нагрузки Iдл, исходя из условия:
Iдоп > Iдл / кткп, (10.6)
где кт - коэффициент поправки на температуру окружающей среды, кп - поправочный коэффициент на количество совместно проложенных кабелей.
Так как температура воздуха в помещении равна 20С, то поправочный коэффициент по температуре кт = 0.88.
Так как в трубе находится один кабель, то поправочный коэффициент будет равен кп = 1, тогда условие (10.6) примет вид:
Iдоп > Iдл / кт, (10.7)
следовательно, Iдоп > 15/0,88 = 17 А.
Для выбранного ранее кабеля ААШВ с сечением жилы 6 мм2, допустимая токовая нагрузка равна 55 А.
В соответствии с разработанной принципиальной схемой установки (см. лист 6 графического материала) составим перечень элементов, используемых в системе электропривода. Данный перечень элементов приведен в приложении 2.
Наладка (пусконаладочные работы) - это комплекс работ по пуску, испытанию и доведению оборудования и средств автоматизации до режима нормальной их работы. Эти работы должны обеспечить надежное и бесперебойное действие систем автоматизации при выполнении ими функций контроля, управления и регулирования объектов управления в режимах, заданных проектом и службами эксплуатации предприятия.
Эксплуатация - это совокупность подготовки и использования системы автоматизации по назначению, ее технического обслуживания, хранения и транспортировки.
Подготовку и эксплуатацию приборов, средств и систем автоматизации следует начинать одновременно с монтажными работами по установке этих средств согласно проекту. Общее наблюдение за ходом и качеством выполнения монтажных работ и их приемка должны быть поручены представителям службы эксплуатации предприятия. Такая совместная работа работников службы эксплуатации с монтажниками способствует повышению качества монтажных работ и сокращению объема пусконаладочных работ.
Проведение наладочных работ состоит из следующих этапов:
Анализ технической документации на установку и средства автоматизации проводится с целью ознакомления с параметрами объектов и всей системы в целом, с принятой проектом схемой автоматизации, а также для оценки правильности выбора средств автоматизации. В процессе анализа уточняются задачи автоматического регулирования. Особое внимание следует обратить на соответствие проектной схемы автоматизации технологическим требованиям объекта.
Характеристики оборудования (насосов, вентиляторов, компрессоров, водонагревателей и т.д.) определяются в процессе натурного обследования по табличкам, имеющимся на оборудовании, и сравниваются с проектными данными. При несоответствии фактических и проектных данных составляется акт. Дальнейшие работы проводятся только после согласования с заказчиком возникших разногласий с проектной организацией и получения от нее разрешения на продолжение работ. Кроме того, определяется наличие, достаточность и правильность установки КИПиА (контрольно-измерительных приборов и аппаратуры).
По результатам анализа технической документации и натурного обследования составляется заключение о возможности проведения наладочных работ. При необходимости намечаются и выполняются мероприятия по доработке схемы автоматизации.
Наладка электропривода насосной установки заключается в наладке преобразователя (параметрировании регуляторов и т.д.) и программируемого, проверке работоспособности электродвигателей и коммутирующей аппаратуры. Первоначально производится стендовая проверка оборудования. Наладка электропривода производится в режиме ручного управления, наладка системы автоматического управления - первоначально производится отдельно от электропривода. После монтажа установки необходимо проверить правильность установки оборудования (электродвигателей, автоматики и силовой части), а также работоспособность установки в целом. При возникновении неисправностей необходимо пользоваться документацией на преобразователь частоты и программируемый контроллер.
В таблице 11.1 приведен список возможных неисправностей и сообщений выдаваемых на основной и вспомогательный индикаторы преобразователя частоты, а также возможные способы их устранения.
Таблица 11.1.
Возможные неисправности ПЧ и способы их устранения
|
Показание ВИ |
Показание ОИ |
Характер аварии |
Действия пользователя |
|
Е |
ПЗУ |
Ошибка ПЗУ |
Заменить ПЗУ |
|
Е |
ОЗУ |
Ошибка ОЗУ |
Проверить напряжение литиевой батареи на плате управления (не менее 1,5 В) |
|
- |
ЕЕ3 |
Авария клавиатуры |
Проверить надежность соединения клавиатуры ПУ и платы управления гибким кабелем |
|
U |
LD |
Напряжение в сети ниже минимально допустимого |
|
|
U |
HI |
Напряжение в сети выше максимально допустимого |
|
|
А |
или |
Авария первого транзисторного модуля |
Возможно короткое замыкание в нагрузке |
|
А |
или |
Авария второго транзисторного модуля |
Возможно короткое замыкание в нагрузке |
|
А |
или |
Авария третьего транзисторного модуля |
Возможно короткое замыкание в нагрузке |
|
А |
Перегрузка по току |
Проверить соответствие мощности двигателя паспортным данным на преобразователь. Убедиться в отсутствии заклинивания насоса |
|
|
А |
U |
Авария системы питания собственных нужд |
Перезапустить привод, при повторении - проверить блок питания собственных нужд |
|
- |
СБР |
Сброс таймера |
Перезапустить привод |
|
U |
СБР |
Исчезновение питания собственных нужд 12 В |
Перезапустить привод, при повторении - проверить блок питания собственных нужд |
Наладка и диагностика системы автоматики сводится к визуальному осмотру релейно-контактной части схемы и контроллера. При переводе контроллера в режим РАБ в течение 3-5 с производится автоматическая проверка работоспособности. При обнаружении неисправности выдача сигнала ГОТ блокируется. Если в начальном запуске неисправностей не обнаружено, формируется сигнал ГОТ, и контроллер переходит в режим РАБ. При возникновении неисправностей или сбоев, обнаруживаемых внутренними системами контроля, сигнал ГОТ снимается, а отказы фиксируются в области диагностики отказов и сбоев. Информация о характере неисправности выводится на индикаторы, расположенные на процессоре и модулях ввода-вывода. Методика устранения неисправностей сводится к отысканию неисправного модуля и замене его. Возможные неисправности и их причины указаны в таблице 11.2.
Таблица 11.2.
Возможные неисправности контроллера и их вероятные причины
|
Возможные неисправности, внешнее проявление и дополнительные признаки |
Вероятная причина |
|
Отсутствует свечение индикаторов СЕТЬ, УСТ, "+5 В", "+12 В", "-5 В" источника МВ91.22 |
Неисправна вставка плавкая на лицевой стороне источника МВ91.22 |
|
Отсутствует свечение одного из индикаторов МВ91.22 "+5 В" "+12 В" "-5 В" |
Неисправен канал "+5 В" источника питания; Неисправен канал "+12 В", вышел из строя предохранитель канала "+12 В"; Неисправен канал "-5 В" |
|
Постоянное свечение индикатора УСТ |
Неисправны каналы "+5 В", "+12 В", "-5 В", неисправен один из компараторов "УСТ +5 В", "УСТ +12 В", "УСТ - 5 В" |
|
Постоянное свечение индикатора "ПР", "РИ" модуля микропроцессорного |
Недостаточное напряжение резервного источника питания в модуле микропроцессорном |
|
Постоянное свечение индикатора "ПР", "ПМ" |
Неисправно ОЗУ в модуле микропроцессорном |
|
Постоянное свечение индикатора "ПР", отсутствие свечения индикатора ГОТ |
Информация о причине неисправности содержится в словах 7714 и 7715 |
|
Постоянное свечение индикатора "ПР", "ВВ" |
Информация о причине неисправности содержится в слове 3716 |
|
Постоянное свечение индикатора "ОМ" модуля ввода или вывода |
Неисправна вставка плавкая в модуле МС35.25, перегрузка по току в одном из каналов модуля МС35.18, повышение напряжения по входу в каналах МС34.08, МС 34.09 |
В данном дипломном проекте разрабатывается насосная установка системы горячего водоснабжения.
При эксплуатации насосной установки возможно воздействие на человека следующих опасных и вредных производственных факторов:
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала вращающиеся части электродвигателей и насосов должны быть закрыты защитными кожухами. Уровень вибраций и шума должен быть ограничен в пределах, указанных ГОСТом. Недостаток естественного освещения должен компенсироваться искусственным. В соответствии с ГОСТом должна обеспечиваться электробезопасность.
Техническая эксплуатация действующих электроустановок насосной станции осуществляется электротехническим персоналом в соответствии с ведомственными Правилами технической эксплуатации электроустановок (ПТЭ) и Правилами технической безопасности при эксплуатации электроустановок (ПТБ). Действующими называют электроустановки или их участки, которые находятся под напряжением или на которые напряжение можно подать включением коммутационных аппаратов (выключателей, отделителей, разъединителей и др.).
Обслуживание электроустановок насосной станции осуществляется административно-техническим, дежурным, ремонтным или оперативно-ремонтным электротехническим персоналом. Лица из числа дежурного и оперативно-ремонтного персонала должны пройти необходимую теоретическую подготовку, обучение на рабочем месте и проверку знаний ПТЭ и ПТБ.
Оперативное обслуживание предусматривает периодические осмотры электрооборудования распределительных устройств, приборов релейной защиты и автоматики, кабельных и воздушных линий, а также производство необходимых оперативных переключений.
В процессе эксплуатации электроустановок насосной станции производятся работы, предусмотренные графиками планово-предупредительного ремонта действующего электрооборудования, профилактические испытания изоляции электрических машин, кабелей, наладка и проверка аппаратуры управления электроприводами, релейной защиты и автоматики и др., а также возможны внеплановые ремонты, ликвидация последствий аварий и п. т.
До начала работы на электроустановках насосной станции и в процессе ее выполнения необходимо выполнять организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность труда.
Работы в действующих электроустановках подразделяются в отношении принятия мер безопасности на три категории:
Для безопасного выполнения работ с полным или частичным снятием напряжения в электроустановках насосной станции необходимо выполнить следующие технические мероприятия:
Насосная установка системы горячего водоснабжения включает в себя два насосных агрегата, и шкаф электрооборудования, являющиеся источником опасности. Для обеспечения безопасной работы предусмотрена аварийная сигнализация и индикация режимов работы (см. общий вид пульта управления, рис.9.1). Панель индикации передает следующую информацию: индикация наличия трехфазного напряжения на входе системы управления по фазам А, В, С; индикация состояния насосных агрегатов; индикация отказа САУ; индикация режима ручного управления.
Помещения насосной станции относятся к помещениям особой опасности. Они имеют токопроводящие полы, кроме того существует возможность одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования и заземленным конструкциям.
В случае аварийной ситуации при работе электроустановок насосной станции возможно появление напряжения на металлических шкафах электрооборудования, электродвигателях и металлических частях пульта управления и других нетоковедущих частях. Поэтому при прикосновении к металлическим установки может произойти замыкание электрической цепи через тело человека. В настоящее время в РБ действует ГОСТ 12.1.000-02 ССБТ "Электробезопасность. Допустимые уровни напряжений прикосновения и токов", который распространяется на производственные и бытовые электроустановки постоянного и переменного токов и устанавливает нормы предельно допустимых для человека значений напряжения прикосновения и токов протекающих через его тело.
Стандарт предусматривает нормы напряжений прикосновения и токов через тело человека для электрических установок при нормальном режиме их работы (таблица 12.1), а также при аварийных режимах производственных и бытовых электроустановок (таблица 12.2).
Таблица 12.1.
Наибольшие допустимые напряжения прикосновения Uпр при нормальном режиме работы электроустановки.
|
Род и частота тока |
Наибольшее допустимое значение напряжения прикосновения Uпр, В. |
|
Переменный 50 Гц |
2 |
|
Постоянный |
0.3 |
Таблица 12.2.
|
Род и частота тока |
Нормируемая величина |
Продолжительность действия, с. |
||||||||||
|
0,01 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
||
|
Переменный50 Гц |
Uпр, В |
650 |
500 |
250 |
165 |
125 |
100 |
85 |
70 |
65 |
55 |
50 |
|
Переменный 50 Гц |
Ih, мА |
650 |
500 |
250 |
165 |
125 |
100 |
85 |
70 |
65 |
55 |
50 |
|
Постоянный |
Uпр, В |
650 |
500 |
400 |
350 |
300 |
250 |
240 |
230 |
220 |
210 |
200 |
|
Постоянный |
Ih, мА |
650 |
500 |
400 |
350 |
300 |
250 |
240 |
230 |
220 |
210 |
200 |
Наибольшие допустимые напряжения прикосновения Uпр и токи Ih, проходящие через тело человека, а также время их действия, при аварийном режиме работы производственных установок.
Контроль предельно допустимых уровней напряжения прикосновения и тока должен осуществляться измерениями этих величин в перечисленных местах, где может произойти замыкание электрической цепи через тело человека.
Для защиты обслуживающего персонала корпуса шкафов управления и прочего электрооборудования заземляются, а двигатели - зануляются.
Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус или другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала на заземленном оборудовании (за счет уменьшения сопротивления заземления), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования.
Защитное зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (между фазным и нулевым проводником) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и автоматически отключить поврежденное электрооборудование от питающей сети. Схема защитного зануления приведена на рис.12.1.
Отключение поврежденной установки от питающей сети произойдет, если значение тока однофазного короткого замыкания (Iк), которое искусственно создается в цепи, будет больше значения тока срабатывания автоматического выключателя и выполняется следующее условие:
Iк кIном, (12.1)
где к - коэффициент кратности тока, выбирается в зависимости от типа защиты электроустановки.
Для проверки обеспечения отключающей способности зануления необходимо проверить следующее условие:
Iк2 Iк1, (12.2)
где Iк1 наименьшее допустимое значение тока которого замыкания, Iк2 - действительное значение тока однофазного короткого замыкания.
Нам необходимо определить:
Определим величину тока Iк1:
Iк1 = кIном = 1,25150 = 187,5 А,
где Iном = 150 А - номинальный ток срабатывания автоматического выключателя. Определим полное сопротивление петли "фаза-нуль":
Zп = (12.3)
где Rф = 0,9 Ом (алюминий), Rн. а = 0.154 Ом (сталь). - активное сопротивление фазного и нулевого защитного проводников; Хф= 0.015 Ом, Хн. а= 0.154 Ом - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого проводников; Хп = 0,02 Ом - внешнее индуктивное сопротивление петли "фаза-нуль".
Получаем: Zп = 1,07 Ом.
Находим действительное значение тока однофазного короткого замыкания, проходящего в схеме в аварийном режиме:
= = 198,2 А, (12.4)
где Uф - фазное напряжение, В;
Zп - полное сопротивление цепи "фаза-нуль", Ом;
Zт - полное сопротивление трансформатора, Ом.
Сравним действительные (вычисленные) значения токов однофазного короткого замыкания (Iк2) с наименьшим, допустимым по условиям срабатывания защиты током (Iк1):
198,2 А > 187,5 А, то есть Iк2 Iк1,следовательно, отключающая способность системы зануления обеспечена и нулевой защитный проводник выбран правильно.
На насосной станции в процессе работы возможно воздействие на человека (оператора) следующих факторов, относящихся к опасным и вредным в соответствии с ГОСТ 12.0.002-80, ГОСТ 12.0.00374 (ССБТ "Опасные и вредные производственные факторы. Классификация"):
наличие вращающихся частей насосных агрегатов;
повышенная вибрация;
повышенные уровни шума;
недостаток естественного света.
При возникновении на насосной станции биологически опасных факторов, к которым относятся патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы, риккетсии, спирохеты) и продукты их жизнедеятельности, возможно заражение большого числа людей, поэтому помещения насосной станции должны находиться под санитарным контролем.
Насосные установки являются источниками шума. Допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот и уровней звука на рабочих местах приведены в таблице 10.3.
Таблица 10.3.
Допустимые уровни звукового давления в октавных полосах частот.
|
Рабочее место |
Уровни звукового давления дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами |
Уровни звука, дБ |
|||||||
|
63 |
125 |
250 |
500 |
1000 |
2000 |
4000 |
8000 |
||
|
Постоянные рабочие места |
95 |
87 |
22 |
78 |
75 |
73 |
71 |
69 |
80 |
Освещенность помещений насосной станции должна соответствовать виду производимых работ: в помещении с пультом управления - зрительной работе средней точности, а в прочих помещениях - малой точности.
Нормативы освещенности на рабочих местах приведены в таблице 10.4.
Таблица 10.4.
Нормативы освещенности на рабочих местах.
|
Характеристика зрительной работы |
Минимальный размер объекта |
Разряд зрительной работы |
Контраст объекта с фоном |
Характеристика фона |
Искусственное освещение, лк |
Естественное освещение КЕО,% |
Совместное освещение КЕО,% |
|
Средней точности |
0.5.1.0 |
IVв |
средний |
средний |
400 |
4 |
2.4 |
|
Малой точности |
1.0.5.0 |
Vв |
средний |
средний |
150 |
3 |
1.8 |
Работа насосной установки полностью автоматизирована, поэтому участие человека (оператора) в управлении насосной установкой сводится к наблюдению за световой индикацией пульта управления и управлению установкой (в случае необходимости) с помощью пульта ручного управления. Индикация аварийных режимов работы дублируется звуковой сигнализацией.
Понятие пожарная безопасность означает состояние объекта, при котором исключается возможность пожара, а в случаях его возникновения предотвращается воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей.
Пожарная безопасность регламентируется ГОСТ 12.1.0333-81 "Общие требования", Строительными Нормами и Правилами, межотраслевыми правилами и правилами пожарной безопасности, утвержденными министерствами и ведомствами.
Опасными факторами пожара для людей являются открытый огонь, искры, повышенная температура воздуха, токсичные продукты горения, дым, пониженная концентрация кислорода, обрушение и повреждение зданий, сооружений, установок, а также взрыв.
Для предотвращения пожара необходимы следующие меры:
а) предотвращение образования горючей среды;
б) предотвращение образования в горючей среде источников зажигания;
в) поддержание температуры и давления горючей среды ниже допустимых;
г) уменьшение определяющего размера горючей среды.
Согласно Строительным Нормам и Правилам (СНиП II-М.2-72) насосная станция относится к производствам категории Д, характеризующимся наличием несгораемых веществ и материалов в холодном состоянии.
При коротких замыканиях, перегреве и т.п. возможно загорание электропроводки, электроустановок. Для тушения пожара в таких условиях необходимо применять специальные средства, невозможно использовать воду и другие токопроводящие вещества. Поэтому помещения насосной станции должны быть оборудованы средствами для тушения электропроводок и электроустановок под напряжением. Применяемый тип огнетушителей: ОУ-10 (огнетушитель углекислотный).
Для сравнения технико-экономических показателей проектируемой и базовой насосных установок составим таблицу 13.1.
Таблица 13.1.
Технико-экономические показатели сравниваемых систем.
|
Наименование показателя |
Обозна-чение |
Базовый вариант |
Проектируемый вариант |
|
Номинальная мощность приводного двигателя, кВт |
Рном. эд |
7,5 |
7,5 |
|
Номинальная мощность преобразователя, кВт |
Рпр |
- |
7,5 |
|
Годовое число часов работы электропривода |
Тм |
8760 |
8760 |
|
Капитальные вложения, тыс. руб. |
К |
444500 |
884500 |
|
Амортизационные отчисления, тыс, руб. |
Са |
35560 |
47560 |
|
Годовое потребление электроэнергии, кВтчас |
Wэ |
82125 |
38132 |
|
Годовые эксплуатационные расходы, тыс. руб. |
С |
192349 |
120539 |
|
Себестоимость 1м3 поданной среды, тыс. руб. |
Ср |
0,0003 |
0,0002 |
|
Удельный расход электроэнергии насосной установки, кВтчас |
Nуд |
0,00016 |
0,0001 |
|
Фактический срок окупаемости, лет |
Ток |
10 |
5 |
Из сравнения величин, представленных в таблице 13.1 видна целесообразность применения выбранной системы электропривода, в случае ее использования себестоимость поданной среды уменьшается в полтора раза, а срок окупаемости насосной установки - в два раза.
В соответствии с заданием на дипломный проект был разработан электропривод и система автоматического управления насосной установки.
Система управления позволяет избежать гидравлических и пневматических ударов в водопроводной сети путем поддержания на заданном необходимом уровне напора воды. Наличие датчиков температуры и разности давлений (расхода) позволяет рассчитать напор, необходимый для обеспечения требуемого расхода, что позволяет сделать систему более экономичной.
Применение регулируемого привода увеличивает срок службы двигателя привода насоса и обеспечивает требуемую подачу воды и соответствующий ей расход электроэнергии. Используется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором и с комплектным преобразователем частоты.
Особенностью нашей разработки является возможность модернизации насосной установки без переделки основного оборудования. Система имеет возможность применять два уровня управления.
Нижний уровень (разработанный) обеспечивает контроль параметров водопроводной сети и управление оборудованием насосной установки. Осуществляется контроль расхода воды в сети.
Верхний уровень управления будет предназначен для контроля данной установки, возможности оперативного вмешательства в процесс управления, а также хранения и документирования информации о ходе протекания процесса водоподачи в течение одного года. Верхний уровень управляется на основе персональной ЭВМ и обеспечивает задание параметров и отображение хода протекания процесса на мониторе. Верхний уровень обеспечивает работу нескольких систем нижнего уровня.
При применении предлагаемой автоматизированной системы управления на предприятиях и в жилищно-хозяйственных организациях основной экономический эффект достигается за счет:
снижения расхода энергоносителя;
улучшения качества водоснабжения.
В результате исследования динамических характеристик реальной системы насосной установки при свойственных ей внешних воздействиях при помощи программы SIMULINK из прикладного пакета MATLAB 5.3 была проверена работоспособность предложенной системы электропривода и регулирования напора в водопроводной сети.
Результаты работы удовлетворяют заданию проекта. Таким образом, основная цель дипломного проекта была выполнена.
Приложение 1
Программа управления насосной установкой для контроллера МикроДАТ на языке символического кодирования и карта идентификаторов к ней
ТЕКСТ ПРОГРАММЫ
] ПРОГРАММА РАСЧТА НАПОРА И УЧЕТА РАСХОДА] ===========================================================] $ НЗО О3300;
] $ НРП О3500;
] $ ВРЦ К377;
] $ МАСКА - ХХY----;
] $ - 000 255 Д0;
] $ (0000) Д0 Д1 Д2 Д3 Д4 Д5 Д6 Д7 Д8 Д9 Д10 Д16 Д255 Д60 Д48 Д1440;
] $ КОДЫ_НЗ Д0 Д1 Д2 Д3 Д4 Д5 Д6 Д7 Д8 Д9 Д10 Д16 Д255 Д60 Д48 Д1440;
] $ ВР_ФОРМ_ТР Д30;
] $ - ДИАГ_ИМ1 8 К377377;
] $ - НАЧ_Ф_ВР 32 Д0;
] $ - НАЧ_Ф_ДИАГН 32 Д11;
] $ - НАЧ_Ф_СОСТ 32 Д1;
] $ - РАБ_ЯЧ_ИНД 3 Д0;
] $ - РАБ_ЯЧ_ПРЕР 3 К377377;
] $ К_РАСХ1 Д2 Д2 Д2 Д2 Д2;
] ===========================================================НСТ 00
] ===========================================================НБЛ 00 {НАЧАЛЬНЫЕ УСТАВКИ И ТЕСТ}
==С НАЧ_УСТ {}
СБС ЗАДЕРЖ
СБС НОМЕР_АГР
СБС МАСКА1
СБС МАСКА2
СБС УПРАВЛЕНИЕ
==С МАСКА1.00
==С ДО16
==Р ПОСЛЕ16
СБС СЧ_ПФФ
ПФФ СЧ_ПФФ
ПРС КОДЫ_НЗ
ПРС (0000)
ПРК 0015
ПРК 0015
СБС СЧ_ПФФ
СБС ФЛАГИ
СБС ТАИМ_ИМ
СБС СЧ_ПФФ
==С РАБОТА
ОСТ 01
ОСТ 02
ПБЛ ЗАДЕРЖ_КММ
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ ЗАДЕРЖ_КММ
=/= ЗАДЕРЖ.16
ТНД ЗАДЕРЖ
ПРК 0010
=== ЗАДЕРЖ.16
СБС ЗАДЕРЖ
ПБЛ ЧТ_РАБ_ОБЛ
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ ЧТ_РАБ_ОБЛ {ЧТЕНИЕ УСТАВОК В РАБ ОБЛАСТЬ}
ЧТС НОМЕР_АГР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЧСФ СЧ_ПФФ {ЧТЕНИЕ СЛОВА СОСТОЯНИЯ АГРЕГАТА}
ПРС НАЧ_Ф_СОСТ
ПРС СОСТ_АГР
ПРК 0032
ЧТС НОМЕР_АГР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЧСФ СЧ_ПФФ {ЧТЕНИЕ ВРЕМЕНИ РАБОТЫ В ТЕКУШЕМ РЕЖИМЕ}
ПРС НАЧ_Ф_ВР
ПРС ВРЕМЯ_ПУСКА
ПРК 0032
ЧТС НОМЕР_АГР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЧСФ СЧ_ПФФ
ПРС НАЧ_Ф_ПОД
ПРС Т_НАЧ
ПРК 0032
ЧТС НОМЕР_АГР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЧСФ СЧ_ПФФ {ЧТЕНИЕ СЧ ТРЕНДА }
ПРС НАЧ_Ф_СЧ_ТР
ПРС СЧ_ТР
ПРК 0032
РВН СЧ_ТР
ПРК 0000
ЧТС (0001)
ЗПС СЧ_ТР
=== РАБОТА
ЧТС НОМЕР_АГР
УАС (0004) {ВЫЧИСЛЕНИЕ СМЕШЕНИЯ В ФАИЛЕ}
ЗПС СЧ_ПФФ
ЧСФ СЧ_ПФФ {ЧТЕНИЕ УСТАВОК ВР_ВЫД, ВР_ПОД, ВР_ИЗОТ, ТЕМП_ИЗОТ}
ПРС НАЧ_Ф_УСТ
ПРС ВР_ВЫД
ПРК 0128
==Р СЧ_ПФФ.17
ЧСФ СЧ_ПФФ {ЧТЕНИЕ УСТАВОК ВР_ПОД, ВР_ИЗОТ, ТЕМП_ИЗОТ}
ПРС НАЧ_Ф_УСТ
ПРС ВР_ПОД
ПРК 0128
==Р СЧ_ПФФ.17
ЧСФ СЧ_ПФФ {ЧТЕНИЕ УСТАВОК ВР_ИЗОТ, ТЕМП_ИЗОТ}
ПРС НАЧ_Ф_УСТ
ПРС ВР_ИЗОТ
ПРК 0128
==Р СЧ_ПФФ.17
ЧСФ СЧ_ПФФ {ЧТЕНИЕ УСТАВОК ТЕМП_ИЗОТ}
ПРС НАЧ_Ф_УСТ
ПРС ТЕМП_ИЗОТ
ПРК 0128
ЧТС ВРЕМЯ
ВАС ВРЕМЯ_ПУСКА
ЗПС РАБ_ЯЧ
=== РАБ_ЯЧ.14
ЧТС (1440)
ВАС ВРЕМЯ_ПУСКА
САС ВРЕМЯ
ЗПС РАБ_ЯЧ
=== РАБОТА
ЧТС РАБ_ЯЧ
ЗПС ВРЕМЯ_РАБОТЫ
СБС УСТ_ТЕМП
ПБЛ БЛ_ЧТ_ТЕМП
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ БЛ_ЧТ_ТЕМП {БЛОК ЧТЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ}
=/= СЧ_ТЕМП.16
==Р СЧ_ТЕМП.15
СЧС СЧ_ТЕМП
ПРК 0008
ЧТР РЕГ_ТЕМП
ЗПС СЛ_ТЕМП
ЧТС СЛ_ТЕМП
ПУС (000377)
САС СУМ_ТЕМП
ЗПС СУМ_ТЕМП
=== СЧ_ТЕМП.16
СБС СЧ_ТЕМП
ЧТС СУМ_ТЕМП
ДАС (0008)
ПУС (000377)
ЗПС ТЕМП
СБС СУМ_ТЕМП
ПБЛ ДИАГНОСТИКА
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ ДИАГНОСТИКА {БЛОК ДИАГНОСТИКИ И ЗАПИСИ ЗНАЧЕНИЙ}
==С АВАР_ИК1
ПРН ТЕМП
ПРК 0150
ПРК 0001
==Р АВАР_ИК1
=== АВАР_ИК1
= () ИНД_АВ_ИК
=/= АВАР_ИК1
==Р АВАР_ИК2
==Р АВАР_ИК3
=== АВАР_ИК3
=== АВАР_ИК1
==С АВАР_ИК
=== АВАР_ИК2
=== АВАР_ИК1
==С АВАР_ИК3
=== АВАР_ИК1
==С АВАР_ИК2
==Р АВАР_ИК1
=== АВАР_ЗАКР
+
=== АВАР_ОТКР
= () ИНД_АВ_ИМ
=== АВАР_ИК
=/= ЦКЛ_ПР
ПБЛ БЛ_ПРЕР
=== РАБОТА
ПБЛ БЛ_РЕГ
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ БЛ_РЕГ {БЛОК РЕГУЛИРОВАНИЯ}
БЛШ УСТ_ТЕМП
ПРС ТЕМП_ИЗОТ
ЧТС ТЕМП_ИЗОТ
ЗПС УСТ_ТЕМП
=== РАБОТА
СБС РАЗНИЦА
==Р АВАР_ТЕМП
БЛШ ТЕМП
ПРС УСТ_ТЕМП
ЧТС ТЕМП
ВАС УСТ_ТЕМП
ЗПС РАЗНИЦА
==С РАЗНИЦА.17 {ПРЕВЫШЕНИЕ}
БЛШ УСТ_ТЕМП
ПРС ТЕМП
ЧТС УСТ_ТЕМП
ВАС ТЕМП
ЗПС РАЗНИЦА
БЛШ РАЗНИЦА
ПРК 0005
==С АВАР_ТЕМП
=== РАЗНИЦА.17 {ПРЕВЫШЕНИЕ}
БЛШ РАЗНИЦА
ПРК 0002
=/= ОС_ЗАКР
ПБЛ БЛ_ЗАКР
=/= РАЗНИЦА.17
БЛШ РАЗНИЦА
ПРК 0006
==Р ИМП
СБС ТАИМ_ИМ
ПБЛ БЛ_ОТКР
=/= РАЗНИЦА.17 {ЗАНИЖЕНИЕ НА 3.6 ГРАД}
БЛШ РАЗНИЦА
ПРК 0002
==С ИМП
СБС ТАИМ_ИМ
ПБЛ БЛ_ОТКР
=== РАБОТА
ПБЛ ЗАП_РАБ_ОБЛ
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ ЗАП_РАБ_ОБЛ {БЛОК ЗАПИСИ РАБОЧЕИ ОБЛАСТИ В ФАИЛЫ}
ЧТС НОМЕР_АГР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ {ЗАПИСЬ СЛОВА СОСТОЯНИЯ АГРЕГАТА}
ПРС НАЧ_Ф_СОСТ
ПРС СОСТ_АГР
ПРК 0032
ЧТС НОМЕР_АГР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ {ЗАПИСЬ ВРЕМЕНИ СТАРТА}
ПРС НАЧ_Ф_ВР
ПРС ВРЕМЯ_ПУСКА
ПРК 0032
ЧТС СМЕШЕНИЕ
ЗПС СЧ_ПФФ
ЧБМ УСТ_ТЕМП
ЗБС РАБ_ЯЧ
ЧБМ ТЕМП
ЗБМ РАБ_ЯЧ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС НАЧ_Ф_ТЕМП
ПРС РАБ_ЯЧ
ПРК 0032
=== ДО16
(
=== АВАР_ОТКР
+
=== АВАР_ЗАКР
)
ЧТС МАСКА1
ПСС (0000)
ПУС ДИАГ_ИМ1
ЗПС ДИАГ_ИМ1
=== ПОСЛЕ16
(
=== АВАР_ОТКР
+
=== АВАР_ЗАКР
)
ЧТС МАСКА2
ПСС (0000)
ПУС ДИАГ_ИМ2
ЗПС ДИАГ_ИМ2
=== ДО16
=== АВАР_ИК
ЧТС МАСКА1
ПСС (0000)
ПУС ДИАГ_ИК1
ЗПС ДИАГ_ИК1
=== ПОСЛЕ16
=== АВАР_ИК
ЧТС МАСКА2
ПСС (0000)
ПУС ДИАГ_ИК2
ЗПС ДИАГ_ИК2
=== РАБОТА
ПБЛ БЛ_ЗАП_ТР
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ БЛ_ЗАП_ТР {БЛОК ЗАПИСИ В ТРЕНД}
БЛШ СЧ_ТР
ПРК 0031
ЧТС (0010)
УАС (0003)
САС (0001)
ЗПС СЧ_ТР
=== ВЫКЛЮЧЕН
ПБЛ БЛ_ИНДИК
=== РАБОТА
ЧТС СЧ_ТР
УАС ВР_ФОРМ_ТР
ЗПС РАБ_ЯЧ
МНШ РАБ_ЯЧ
ПРС ВРЕМЯ_РАБОТЫ
=/= ВЫКЛЮЧЕН
ЧТС УСТ_ТЕМП
ПУС (000377)
ЗПС РАБ_ЯЧ
ПББ РАБ_ЯЧ
ЗПС РАБ_ЯЧ
ЧБМ ТЕМП
ЗБМ РАБ_ЯЧ
ЧТС СМЕШЕНИЕ
УАС (0016)
УАС (0002)
САС СЧ_ТР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС НАЧ_ТРЕНДОВ
ПРС РАБ_ЯЧ
ПРК 1030
==Р СЧ_ТР.15
СЧС СЧ_ТР
ПРК 0040
=== РАБОТА
ЧТС НОМЕР_АГР
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС НАЧ_Ф_СЧ_ТР
ПРС СЧ_ТР
ПРК 0033
ПБЛ БЛ_ИНДИК
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ БЛ_КММ_АГР {КММ НОВОГО АГРЕГАТА}
=== РАБОТА
==Р НОМЕР_АГР.15
СЧС НОМЕР_АГР
ПРК 0100
БЛШ НОМЕР_АГР
ПРК 0023
СБС НОМЕР_АГР
БЛШ НОМЕР_АГР
ПРК 0000
МНШ НОМЕР_АГР
ПРК 0016
==С ДО16
==Р ПОСЛЕ16
СЦС МАСКА1
МНШ НОМЕР_АГР
ПРК 0032
БЛШ НОМЕР_АГР
ПРК 0016
==Р ДО16
==С ПОСЛЕ16
СЦС МАСКА2
РВН НОМЕР_АГР
ПРК 0000
СБС МАСКА1
СБС МАСКА2
==С ДО16
==Р ПОСЛЕ16
==С МАСКА1.00
РВН НОМЕР_АГР
ПРК 0016
СБС МАСКА1
СБС МАСКА2
==Р ДО16
==С ПОСЛЕ16
==С МАСКА2.00
=== РАБОТА
ПБЛ ЗАДЕРЖ_КММ
] ===========================================================
] СЕГМЕНТ ЧТЕНИЯ ТЕКУЩЕГО ВРЕМЕНИ
] ===========================================================НСТ 01
НБЛ 00
=== РАБОТА
ЧТР РЕГ_СЕК
ПУС (000377)
ЗПС СЕК
ЧТР РЕГ_МИН
ПУС (000377)
ЗПС МИН
ЧТР РЕГ_ЧАС
ПУС (000377)
ЗПС ЧАС
ЧТР РЕГ_ДЕНЬ
ЗПС РАБ_ЯЧ
ПББ РАБ_ЯЧ
ЧТС РАБ_ЯЧ
ПУС (000377)
ЗПС ДЕНЬ
ЧТР РЕГ_МЕСЯЦ
ПУС (000377)
ЗПС МЕСЯЦ
ЧТР РЕГ_ГОД
ЗПС РАБ_ЯЧ
ПББ РАБ_ЯЧ
ЧТС РАБ_ЯЧ
ПУС (000377)
ЗПС ГОД
ЧТС ЧАС
УАС (0060)
САС МИН
ЗПС ВРЕМЯ
ЧТР 105
ЗПС ИНД_РЕГ_АВ
ЧТР 106
ЗПС ИНД_РЕГ_СД
] ===========================================================] СЕГМЕНТ РАСХОДА
] ===========================================================НСТ 02
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ 00 {ПРОВЕРКА ПРОШЛО ЛИ ВРЕМЯ ДЛЯ НОВОГО РАСЧЕТА}
ЧТС ВРЕМЯ
ВАС ВР_ВЫЧ_РАСХ
ЗПС РАБ_ЯЧ_РАСХ
БЛШ РАБ_ЯЧ_РАСХ
ПРК 0001
ЧТС ВРЕМЯ
ЗПС ВР_ВЫЧ_РАСХ
ПБЛ 10
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ 10 {ВЫЧ МГНОВЕННОГО РАСХОДА}
ЧТР РЕГ_РАСХ1
ЗПС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ПББ РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЧТС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ПУС (000377)
САС (0001)
ЗПС ДАВЛ1
ЧТР РЕГ_РАСХ1
ПУС (000377)
УАС ДАВЛ1
ЗПС ЧИСЛО
ЗПС ЧИСЛО1
ЗПС КОРЕНЬ
==Р КОРЕНЬ_ЕСТЬ
=/= КОРЕНЬ_ЕСТЬ
ВПП 00 {ВЫЧИСЛЕНИЕ КОРНЯ}
=== КОРЕНЬ_ЕСТЬ
ЧТС КОРЕНЬ
УАС К_РАСХ1
ЗПС М_РАСХ1
==Р СЧ_РАСХ.15
СЧС СЧ_РАСХ
ПРК 0010
=== КОРЕНЬ_ЕСТЬ
=== СЧ_РАСХ.16
ПБЛ 02
=== КОРЕНЬ_ЕСТЬ
=/= СЧ_РАСХ.16
ПБЛ 00
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ 02 {ВЫЧИСЛЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО РАСХОДА}
ЧТС М_РАСХ1
САС ИНТ_РАСХ1
ЗПС ИНТ_РАСХ1
БЛШ ИНТ_РАСХ1
ПРК 1000
ЧТС ИНТ_РАСХ1
ДАС (0010)
ДАС (0010)
ДАС (0010)
ЗПС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЧТС ИР12
САС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЗПС ИР12
ЧТС РАБ_ЯЧ_РАСХ
УАС (0010)
УАС (0010)
УАС (0010)
ЗПС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЧТС ИНТ_РАСХ1
ВАС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЗПС ИНТ_РАСХ1
БЛШ ИР12
ПРК 1000
==Р ИР13.15
СЧС ИР13
ПРК 4000
ЧТС (0010)
УАС (0010)
УАС (0010)
ЗПС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЧТС ИР12
ВАС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЗПС ИР12
=== НАЧ_УСТ
СБС СЧ_РАСХ
ПБЛ 03
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НБЛ 03 {ЗАПИСЬ МГНОВЕННОГО РАСХОДА В ТРЕНД}
ЧТС ЧАС
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС ТРЕНД_РАСХ1
ПРС М_РАСХ1
ПРК 0024
ЧТС ЧАС
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС ТРЕНД_РАСХ2
ПРС М_РАСХ2
ПРК 0024
ЧТС ЧАС
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС ТРЕНД_РАСХ3
ПРС М_РАСХ3
ПРК 0024
ЧТС ЧАС
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС ТРЕНД_РАСХ4
ПРС М_РАСХ4
ПРК 0024
ЧТС ЧАС
ЗПС СЧ_ПФФ
ЗСФ СЧ_ПФФ
ПРС ТРЕНД_РАСХ5
ПРС М_РАСХ5
ПРК 0024
ПБЛ 00
] - ------------------------------------------------------------------------------------------------
НСТ 77
] ===========================================================] ПОДПРОГРАММА ИЗВЛЕЧЕНИЯ КОРНЯ КОРЕНЬ=SQRT (ЧИСЛО)
] Х=ЧИСЛО Yn=ЧИСЛО1 Yn+1=КОРЕНЬ
] ===========================================================НПП 00
РВН КОРЕНЬ
ПРК 0000
==С КОРЕНЬ_ЕСТЬ
БЛШ КОРЕНЬ
ПРК 0000
ЧТС ЧИСЛО
ДАС ЧИСЛО1
САС ЧИСЛО1
ДАС (0002)
ЗПС КОРЕНЬ
ЧТС КОРЕНЬ
ВАС ЧИСЛО1
ПУС (000377)
ЗПС РАБ_ЯЧ_РАСХ
ЧТС КОРЕНЬ
ЗПС ЧИСЛО1
==Р КОРЕНЬ_ЕСТЬ
МНШ РАБ_ЯЧ_РАСХ
ПРК 0002
==С КОРЕНЬ_ЕСТЬ
НБЛ 77
НПП 77
КАРТА ИДЕНТИФИКАТОРОВ
|
000.00 000.01 000.10 000.15 000.16 000.17 000 001 002 003 004 005 005.02 005.03 005.04 005.05 010 011 012 013 014 015 016 016.00 016.01 016.02 016.03 016.04 016.05 016.06 000 017 020 021 021 022 023 024 025 026 027 030 031 032 033 034 035 036 040 041 0200 200 201 202 203 204 205 206 207 210 211 212 213 240 241 242 243 244 245 246 247 250 251 252 253 254 255 256 257 260 261 262 263 264 265 266 267 270 271 272 273 274 275 276 277 300 301 302 303 304 305 306 307 310 311 312 313 314 |
РАБОТА НАЧ_УСТ АВАР_ДАВЛ Х Х Х Х МАСКА1 МАСКА2 ИНД1 ИНД2 УПРАВЛЕНИЕ ИНД_АВ_ИМ ИНД_АВ_ИК ЗАКР_ИМ ИМ СЕК МИН ЧАС ДЕНЬ МЕСЯЦ ГОД ФЛАГИ ДО16 ПОСЛЕ16 КОРРЕКЦИЯ МИГАНИЕ ФЛАГ ИМП КОРЕНЬ_ЕСТЬ X СЧ_ПФФ РАБ_ЯЧ НОМЕР_АГР СМЕШЕНИЕ СЧ_ТЕМП СУМ_ТЕМП СУМ_ДАВЛ РАЗНИЦА ТАИМ_ИМ ЗАДЕРЖ СЛ_ТЕМП ДИАГ_ИК1 ДИАГ_ИК2 ДИАГ_ИМ1 ДИАГ_ИМ2 СЧ_УСТ_ПОД ЯЧ_ПОД1 ЯЧ_ПОД2 ЯЧ_ПОД3 НАЧ_Ф_ВР ВР_АГР1 ВР_АГР2 ВР_АГР3 ВР_АГР4 ВР_АГР5 ВР_АГР6 ВР_АГР7 ВР_АГР8 ВР_АГР9 ВР_АГР10 ВР_АГР11 ВР_АГР12 М_РАСХ1 М_РАСХ2 М_РАСХ3 М_РАСХ4 М_РАСХ5 ДАВЛ1 ДАВЛ2 ДАВЛ3 ДАВЛ4 ДАВЛ5 ДАТА_РАСХ ВРЕМЯ_РАСХ ИНТ_РАСХ1 ИР12 ИР13 ИНТ_РАСХ2 ИР22 ИР23 ИНТ_РАСХ3 ИР32 ИР33 ИНТ_РАСХ4 ИР42 ИР43 ИНТ_РАСХ5 ИР52 ИР53 ВР_ВЫЧ_РАСХ СЧ_РАСХ ЧИСЛО1 ЧИСЛО КОРЕНЬ (0000) (0001) (0002) (0003) (0004) (0005) (0006) (0007) (0008) (0009) (0010) (0016) (0255) |
. . . . . . S S S S S S . . . . S S S S S S S . . . . . . . S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S U S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S |
042 000 100 105.12 105.10 105.11 000 110 111 124 125 126 127 130 131 132 133 134 000 160 160.00 160.01 160.02 160.03 160.04 160.05 160.06 160.07 160.10 160.11 160.12 160.13 160.14 160.15 160.16 160.17 161 162 163 164 165 166 167 170 171 172 173 175 176 177 314 315 316 317 320 321 322 323 324 325 326 327 0440 0500 0540 0600 1000 1040 1100 3100 3100 3130 3160 3210 3240 3300 000 3321 3500 002 007 000 000 007 000 000 100 101 102 103 104 104 01 76 75 74 73 72 71 70 67 |
ТАИМ_ИМПУЛЬС x X ТУМБЛЕР ОС_ОТКР ОС_ЗАКР X ИНД_РЕГ_АВ ИНД_РЕГ_СД ВР_ФОРМ_ТР СЧ_ОЧИСТ ВР_ОПРОСА РАБ_ЯЧ_ИНД ЯЧ_ИНД1 ЯЧ_ИНД2 РАБ_ЯЧ_ПРЕР ЯЧ_ИНД_ПР1 ЯЧ_ИНД_ПР2 x СОСТ_АГР ВЫКЛЮЧЕН ВЫДЕРЖКА РАЗГОН. ИЗОТ ЦКЛ_ОК ЦКЛ_ПР x x АВАР_ИК АВАР_ЗАКР АВАР_ОТКР X АВАР_ТЕМП АВАР_ИК1 АВАР_ИК2 АВАР_ИК3 ВРЕМЯ_РАБОТЫ ВРЕМЯ_ПУСКА ВРЕМЯ УСТ_ТЕМП ТЕМП СЧ_ТР ВР_ВЫД ВР_ПОД ВР_ИЗОТ ТЕМП_ИЗОТ Т_НАЧ УСТ_ВЫД Х Х (000377) (0060) (0048) (1440) К_РАСХ1 К_РАСХ2 К_РАСХ3 К_РАСХ4 К_РАСХ5 СЧ_ПФФ2 РАБ_ЯЧ_РАСХ Х НАЧ_Ф_ПОД НАЧ_Ф_СОСТ НАЧ_Ф_ДИАГН НАЧ_Ф_УСТ НАЧ_Ф_СЧ_ТР НАЧ_Ф_ТЕМП НАЧ_ТРЕНДОВ Х ТРЕНД_РАСХ1 ТРЕНД_РАСХ2 ТРЕНД_РАСХ3 ТРЕНД_РАСХ4 ТРЕНД_РАСХ5 X X КОДЫ_НЗ Х РЕГ_ТЕМП РЕГ_РАСХ1 РЕГ_РАСХ2 РЕГ_РАСХ3 РЕГ_РАСХ4 РЕГ_РАСХ5 x РЕГ_СЕК РЕГ_МИН РЕГ_ЧАС РЕГ_ДЕНЬ РЕГ_МЕСЯЦ РЕГ_ГОД Х БЛ_КММ_АГР ЗАДЕРЖ_КММ ЧТ_РАБ_ОБЛ БЛ_ЧТ_ТЕМП ДИАГНОСТИКА ЗАП_РАБ_ОБЛ БЛ_РЕГ БЛ_ЗАП_ТР |
S S S . . . S S S S S S S S S S S S S S . . . . . . . . . . . . . . . . S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S U U U U U U U U U U U U U U S U U R R R R R R S R R R R R R B B B B B B B B B |
FQTRY
FT
TC
FQI
FQI
1
2
3
4
5
6
7
7
7
8
Из теплосети
На горячее водоснабжение
Из системы горячего водо-снабжения
К регулятору температуры воды горячего водоснабжения
|
грязевик; датчик расхода; теплосчетчик с измерением расхода в подающем и обратном трубопроводах; трехходовой смесительный клапан регулятора температуры воды; |
регулятор температуры воды; циркуляционные насосы; обратные затворы; водомеры. |
Рис. 1.1.
Схема теплового пункта с непосредственным водозабором на горячее водоснабжение
М
Н
Муфта
– приводной асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором;
Н – горизонтальный центробежный консольный насос типа К90/20.
Рис. 1.2.
Кинематическая схема электропривода
Совмещенные статические характеристики насоса и сети
|
1 – 2 – 3 – |
Характеристика насоса при n = 2900 об/мин; Характеристика насоса при n = 2489 об/мин; Характеристика насоса при n = 1993 об/мин; |
4 – 5 – 6 – |
Характеристика сети при R = Rб; Характеристика сети при R = 10Rб; Характеристика сети при R = 100Rб; |
Рис.2.1.
Рис. 4.1.
Примерный график водопотребления
Рис. 4.2.
Диаграмма скорости
Рис. 4.3.
Диаграмма момента
Рис.4.4.
Естественная механическая характеристика двигателя
ку
*
0,5
1,5
2
1
0
0,5
1
Рис.4.5.
Зависимость коэффициента ухудшения охлаждения от скорости.
V1
V3
V5
V4
V2
V6
V7
V8
Cф
R1
VT1
VT2
V13
VT7
V9
V10
VT3
VT4
V11
V12
VT5
VT6
~Uc
А
В
С
U,=var
U
V
W
XT1
L1
L2
Упрощенная схема силовых цепей преобразователя частоты
Рис. 5.1.
А
В
С
U
V
W
ХТ 1
L1
KM2
KM4
KM1
KM3
L2
Преобразователь частоты
FR1
FR2
М1
М2
FR1
FR2
KM1
KM2
KM3
KM4
KM1
KM2
KM3
KM4
KM1
KM3
KM1
KM3
K1
K2
K3
K4
SB1
SB3
SB2
SB4
SA1
SA2
“Ручн.”
“Авт.”
“Рег.”
“Нерег.”
“Стоп насос 1”
“Пуск насос 1”
“Стоп насос 2”
“Пуск насос 2”
~ 380 В
Рис. 5.2.
Принципиальная схема силовых цепей
ПУ
БПУ
АИН
В
М
Н
ДД
~380 В 50 Гц
|
ПУ – БПУ – СУЭП – В – АИН – М – Н – ДД – |
Пульт управления Блок программного управления Система управления электроприводом Выпрямитель Автономный инвертор напряжения Асинхронный двигатель Центробежный насос Датчик давления сети трубопроводов |
Рис.6.1.
СУЭП
Функциональная схема электропривода насоса
РН
Кос
Uз
Мс
Q2
Нн
Н0
Рис.6.2.
С У Э П
Структурная схема системы стабилизации напора
ЗИ
М(U,,)
ФП
U()
Uз
К
0
Мс
Рис. 6.3.
U
Структурная схема системы управления электроприводом
1 – естественная двигателя;
2 – насоса;
3 – насоса, с учетом постоянной перегрузочной способности, равной 2,2.
Рис. 6.4.
Совмещенные механические характеристики двигателя и насоса
Рис.6.5.
Кривая разгона и ее аппроксимация.
РН
Wэп
Кос
Uз
Н
Рис.6.6.
кнас
Упрощенная структурная схема электропривода
Рис. 6.7.
Статические характеристики электропривода
Схема моделирования электропривода насосной установки
Рис. 7.1.
Н1
Н2
ПЧ
ПК
ЭВМ
СТ
Структурная схема автоматизации насосной установки.
Потоки информационных воздействий
Потоки физических воздействий
ЭВМ – управляющая электронно-вычислительная машина диспетчерского пункта;
ПК – программируемый контроллер насосной установки;
ПЧ – преобразователь частоты;
Н1, Н2 – соответственно первый и второй насосы насосной установки;
СТ – сетевой трубопровод.
Рис. 8.1.
МС59.07
Модуль микропроцессорный
МС34.08-03
Модуль ввода дискретных сигналов
МС34.09-03
Модуль ввода дискретных сигналов
МС35.25-03
Модуль вывода дискретных сигналов
МС31.14
Модуль ввода непрерывных сигналов
МС32.09
Модуль вывода непрерывных сигналов
Модуль реального времени
8
Функциональная схема контроллера
8
8
8
8
8
8
8
К выходам состояния ПЧ
К выходам состояния РКС
К входам РКС
К выходам датчиков
К входу задания частоты ПЧ
Шина данных
Рис. 8.6.
СЕТЬ ~380 В
СЕТЬ ~220 В
А
В
С
Рег.
Нерег.
Ручн.
Авт.
Работа
Авария
ПК
Работа
Авария
ПЧ
Нерег.
Рег.
Ручн.
Насос №1
Авт.
Нерег.
Рег.
Ручн.
Насос №2
Авт.
Насос №1
Насос №2
ПЧ
ПУСК
ПУСК
ПУСК
СТОП
СТОП
Пульт управления насосной установкой
Рис. 9.1
Схема электроснабжения установки.
6-10 кВ
1
2
3
4
5
220-380 В
220-380 В
к потребителям
к потребителям
1 – трансформаторная подстанция;
2 – главный распределительный щит трансформаторной подстанции;
3 – силовой распределительный щит;
4 – автоматический выключатель;
5 – насосная установка.
Рис. 10.1.
1 – корпус;
2 – аппараты защиты от токов короткого замыкания (предохранители и автоматы);
R0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока;
Rп – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;
Iк – ток к.з.;
Iн – часть тока короткого замыкания, протекающая через нулевой проводник;
Iз – часть тока короткого замыкания, протекающая через землю;
0 (н.з.) – нулевой защитный проводник.
Рис. 12.1.