Автоматизация насосных установок диплом

Введение

В настоящее время в коммунальном хозяйстве и промышленности используется много вентиляторов, компрессоров и насосов. На данные виды установок тратится большое количество электроэнергии. А поскольку рост цен на электроэнергию продолжается, то увеличиваются и расходы на производство.

Перед многими предприятиями остро встает задача по уменьшению энергозатрат. Решение этой задачи предполагает два варианта. Во-первых, борьба с нерациональным расходованием ресурсов, во-вторых, внедрение новейших энергосберегающих технологий.

На большинстве предприятий промышленности и коммунального хозяйства широко применяются электроприводы с асинхронными двигателями. Несмотря на свою простоту и низкую стоимость, данные двигателя потребляют до 50 % энергии. Такие виды двигателей используются в насосных станциях водоснабжения и систем отопления. Однако из-за большого потребления электроэнергии коэффициент полезного действия таких установок остаётся достаточно низким.

Обеспечению режима рационального электропотребления препятствует то, что в большинстве своем такие электроприводы являются нерегулируемыми.

Для решения этих проблем необходимо внедрение автоматической системы управления.

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

• добиться экономии электроэнергии;

• гибкая настройка электропривода для различных режимов работы;

С целью осуществления запланированного необходимо выполнить следующие мероприятия:

• изучить технологические процессы подачи воды;

• изучить техническую литературу по данному вопросу;

• разработать необходимые технические и экономические обоснования;

• выбрать элементы электропривода произвести необходимые расчеты;

• разработать функциональные схемы системы автоматического управления;

• провести математическое описание объекта и системы управления;

• произвести моделирование и исследование статики и динамики САУ на ЭВМ.

1 Технические требования к системе автоматИзации

Установка, проектируемая в данной работе, будет обеспечивать подачу холодной воды в водопроводную сеть жилищного комплекса.

Станция управления насосами состоит из системы управления (СУ), преобразователя частоты (ПЧ), устройства плавного пуска (УПП) и коммутационной аппаратуры.

Асинхронный электропривод применяется для следующих целей:

• плавного пуска электродвигателя и исключения нагрузок на двигатель;

• избежание гидравлических ударов;

• использование мощности с большей эффективностью;

• обеспечение автономной работы;

• уменьшения уровня шума во время работы.

Установка должна соответствовать следующим характеристикам:

• номинальная подача воды 315 м³/ч;

• максимальная высота напора 65 м.

Рассматриваемый электропривод центробежного насоса должен соответствовать требованиям:

• Напор в системе должен поддерживаться постоянно;

• Должна присутствовать возможность ручного регулирования уровня напора;

• Возможность восстановить давление за время не более 2 с;

• Присутствие защиты от разнообразных неблагоприятных условий (короткое замыкание, перегрузка по току, повышение температуры обмотки двигателя и т.п.);

• Электропитание от 3-х фазной сети переменного тока 380/220 В, 50 Гц;

• Максимальный режим экономии.

В вопросе управления установкой должны выполняться следующие требования:

• Пуск и остановка должны производится как в автоматическом так и в ручном режиме;

• Наличие экстренного варианта остановки в случае аварийной ситуации;

• Возможность переключения на резервный насос;

• Возможность самозапуска при перепаде напряжения.

Немаловажным аспектом при проектировании САУ является обеспечение требований безопасности согласно соответствующим нормативным документам. Соблюдение требований безопасности важно на всех этапах: при монтаже, эксплуатации, обслуживании и ремонте.

Элементы, находящиеся под напряжением и вращающиеся части установки должны иметь защиту от случайного прикосновения.

Поскольку установка будет использоваться в районе жилых построек, необходимо обеспечить низкий уровень шума и обеспечить пожарную безопасность.

Установку необходимо устанавливать в специальном помещении, исключающем доступ посторонних лиц и обеспечение защиты от атмосферных осадков.

Вывод: в этом разделе рассмотрены требования, которые предъявляются к системе автоматизации насосной установки.

Требования направлены на эффективную эксплуатацию, обслуживание и ремонт при максимальной экономии электроэнергии.

2 Общие сведения о технологическом процессе и задаче автоматизации насосной установки

2.1 Назначение и виды насосных станций

Насосная станция – это электрогидравлический технический комплекс сооружений и оборудования, в котором осуществляется преобразование электрической энергии в механическую энергию потока жидкости и управление этим процессом преобразования .

Насосные водопроводные станции бывают 1-го, 2-го, 3-го и последующих подъемов и канализационные.

Насосные станции предназначены:

• для подачи жидкости в заданных объемах и временных интервалах;

• уменьшения затрат на иные сооружения;

• надежной эксплуатации в различных условиях.

Насосные станции в зависимости от назначения могут быть:

• хозяйственно-питьевого водоснабжения;

• канализационные;

• теплоснабжения;

• противопожарного водоснабжения;

• мелиоративные;

• иные.

Насосные станции в зависимости от способа использования насосов могут быть:

• с индивидуальной работой насосов;

• с совместной работой насосов.

Совместная работа насосов может осуществляться путем параллельного соединения насосов, последовательного соединения или комбинированного соединения.

В основном на насосных станциях используется параллельное соединение насосов.

По требованиям надежности подачи жидкости насосные станции могут быть 1-й, 2-й или 3-й категории.

В системах водоснабжения жилых комплексов большее распространение получили насосные станции с параллельным соединением насосов.

Рисунок 2.1 — Технологическая схема типовой насосной станции

На рис. 2.1 изображена технологическая схема типовой НС. Сначала жидкость поступает во входной коллектор станции и в резервуаре, из которого её откачивание насосами. она попадает в выходной станции, по трубопроводу подается к . Для предотвращения тока в обратном направлении в предусмотрены клапаны. Электродвигатели для приведения в действие и задвижек.

2.2 Насосные

Насосная – это основной элемент станции. Она состоит из или нескольких насосов, трубопроводов, арматуры, электропривода. В входят также технологические датчики.

Рисунок 3.1 — центробежного :

Как правило, корпус имеет спиральную . Внутри корпуса вал, на котором рабочее колесо. колесо может открытого и закрытого . Соединение с трубопроводами производится с патрубков.

Когда из трубопровода поступает в корпус и рабочему колесу с электродвигателя придается , то жидкость находящаяся в рабочего начинает поступать в трубопровод. Во время процесса внутри насоса разрежение, под действием жидкость одновременно поступать в насос из трубопровода. образом, происходит подача жидкости насосом из всасывающего в трубопровод.

центробежные насосы с рабочими колесами (). Принцип их действия насосу с рабочим колесом.

2.3 режимов работы установок

Регулирование работы установок производится в обеспечения работы станции в различных работы.

может проводится по направлениям:

• регулирование режимов работы;

• энергетической работы электропривода.

регулирования гидравлических могут быть:

• трубопровода;

• регулирование;

• изменение вращения рабочего .

Самым распространенным является трубопровода. В качестве в этом случае дроссель-клапан, задвижка и т. п. располагается на патрубке насоса и за своего перемещения поперечное сечение .

Этот является наиболее способом, но и имеет недостатки. К первому относится коэффициента полезного всей насосной . Связано это с увеличением на сопротивление устройства. К второму относят то, что регулирование только в сторону напора .

Рассмотренный способ наиболее простым , но и имеет некоторые . К первому относится снижение полезного действия насосной станции. это с увеличением на сопротивление регулирующего . К второму недостатку то, что регулирование происходит в сторону напора установки.

ступенчатого регулирования на подключении (отключении) или нескольких . Данный способ не дополнительных устройств. Как отмечается необходимость отключения и электродвигателей, что ведет к их .

Способ изменения вращения рабочего производит с меньшими затратами . Как недостаток отмечается стоимость регулирующих .

Также сочетание нескольких регулирования.

Согласно , регулируемым электроприводом оборудовать насосный агрегат в из 2–3 рабочих агрегатов.

Для энергетической эффективности НС должен выбран оптимальный по режим работы при их совместной работе.

При насосных различных назначений соблюдаться требование по их без постоянного присутствия .

Автоматическое должно осуществляться в от давления, уровня в резервуаре и её расхода.

Рисунок 2.3 — управления станции

Рисунок 2.4 – Структурная автоматизированной насосной

Предположим, что в машинном НС размещено и вспомогательное оборудование НС. оборудование включает ЦН1–ЦН3, электроприводы 3. В состав оборудования входят: , пожарные, вакуум-насосы; ; вентиляторы; обогреватели и оборудование. им производится при помощи механизмов ИМ1–Имn.

Для информации о значениях параметров датчики Д1–Дm.

управления и измерительные от оборудования НС собираются в управления ШУ. же происходит их объединение в общую информационную связи, которая к технологическому ТК.

Технологический контроллер общий алгоритм НС и обмен информацией с системой технологическим комплексом АСУ ТК. обеспечение ТК содержит ряд блоков, реализованных на уровне:

• основной насосной ;

• управление дополнительной установкой, например насосами;

• дренажными насосами;

• и обработка параметров НС;

• управление отоплением и помещений НС;

• функций охраны от проникновения посторонних лиц на НС;

• обслуживание локального ;

Передача о параметрах и режимах оборудования НС на АСУ ТК и обработка управления, получаемых от нее.

: В данном дипломного проекта общие сведения о процессе и задаче насосной . Приведены сведения о насосных установок и их состовляющих частей, основных работы и обеспечения заданного работы НС.

3 Аналитический методов управления установками

3.1 подачи насосов

способы регулирования насоса:

Самым способом дросселирование. Также способ является неэффективным. Для дросселирования необходимо гидравлическое сопротивление на трубопровода. Для этого регулирующую арматуру, может ручной и автоматической.

унок 3.1- Регулирование подачи насоса дросселированием.

Устройство располагается на патрубке насоса и за своего изменяет поперечное трубопровода.

Этот является наиболее способом, но и некоторые недостатки. К недостатку относится коэффициента полезного всей станции. Связано это с энергии на сопротивление устройства. К второму относят то, что происходит только в уменьшения напора .

При дросселировании увеличивается , а подача и КПД .

Электропривод и система автоматического управления насосной установки

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Анализ технологического процесса

1.2 Анализ работы оператора

1.3 Расчетная схема механической части электропривода

2. Выбор систем электропривода и автоматизации

2.1 Расчет нагрузок механизмов установки

2.2 Предварительный расчет мощности двигателя

2.3 Патентно-информационный обзор

2.3.1 Общие сведения

2.3.2 Насосная станция перекачки с регулируемым электроприводом на
основе ИМС

2.3.3 Насосная станция с регулируемым электроприводом по схеме АВК

2.3.4 Насосные станции с частотными электроприводами

2.3.5 Насосная станция с приводом на базе вентильного
электродвигателя

2.3.6 Многоскоростные электродвигатели в насосных установках

2.4 Требования к автоматизированному электроприводу

2.5 Требования к системе автоматизации насосной установки

2.6 Обоснование выбора системы электропривода

2.6.1 Обоснование выбора системы электропривода

2.6.2 Предварительный выбор электродвигателя, преобразователя и
устройств автоматизации

3. Технико-экономическое обоснование рациональной системы
электропривода

3.1 Расчет капитальных вложений

3.2 Определение годовых эксплуатационных расходов

4. Проверка выбранных электродвигателей по перегрузочной
способности и нагреву

4.1 Построение нагрузочных диаграмм и уточнение мощностей электродвигателей

4.2 Расчет параметров схемы замещения, построение естественной
механической характеристики

4.3 Проверка выбранного электродвигателя по перегрузочной
способности и перегреву

5. Расчет и проектирование силовой схемы автоматизированного
электропривода

6. Расчет основных параметров и проектирование системы управления
электроприводом

6.1 Функциональная схема электропривода

6.2 Математическое описание установки

6.3 Разработка структурной схемы и расчет ее параметров

6.3.1 Структурная схема системы стабилизации напора

6.3.2 Структурная схема системы управления электроприводом

6.3.3 Линеаризация структурной схемы и настройка регулятора

6.4 Построение статических характеристик

7. Анализ динамических характеристик электропривода насосной
установки

8. Проектирование системы автоматизации насосной установки

8.1 Выбор принципов и проектирование схемы управления насосной
установки

8.2 Формализация условий работы установки

8.3 Выбор аппаратов

8.4 Разработка функциональной схемы

8.5 Разработка программы управления установкой

9. Конструктивная разработка пульта управления насосной установкой

10. Проектирование схемы электроснабжения и защиты насосной
установки

10.1. Проектирование схемы электроснабжения и защиты насосной
установки

10.2. Выбор аппаратов и кабелей

10.3 Таблица перечня элементов производственной установки

11. Наладка и диагностика электропривода насосной установки

12. Техника безопасности и охрана труда

12.1 Техника безопасности при работе насосной установки

12.1.1 Общие сведения

12.1.2 Обеспечение электробезопасности насосной установки

12.2 Производственная санитария

12.3 Пожарная безопасность

13. Технико-экономические показатели

Заключение

Список использованых источников

Приложения

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.

1.
Технологическая часть

 

1.1
Анализ технологического процесса

При описании технологической установки используются некоторые
термины, являющиеся специфическими для данного типа установок:

·  
Насос — гидравлическая машина,
создающая напорное перемещение жидкости при сообщении ей энергии.

·  
Насосный
агрегат (НА) — совокупность насоса, электропривода и передаточного механизма
(муфта, редуктор, шкив).

·  
Насосная
установка (НУ) — комплекс оборудования обеспечивающий требуемый режим работы
насосов одного или нескольких насосных агрегатов. НУ состоит из одного или
нескольких насосных агрегатов, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры,
контрольно-измерительной аппаратуры, а также аппаратуры управления и защиты.

·  
Насосная
станция (НС) — сооружение, включающее в себя одну или несколько насосных
установок, а также вспомогательные системы и оборудование.

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.

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 К_общ=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 К_общ=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 105°С. 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

 

1.2
Анализ работы оператора

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.

1.3
Расчетная схема механической части электропривода

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.

2.
Выбор систем электропривода и автоматизации

2.1
Расчет нагрузок механизмов установки

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: Н_{ст —} статическая составляющая напора, в нашем
случае равна нулю, R — сопротивление сети, не является
постоянной величиной, изменяется в зависимости от состояния сети от 100R_б при отсутствии потребления воды из сети до R_б при максимуме потребления воды из сети, здесь R_б =  — базовое сопротивление сети
(сопротивление сети при максимальном потреблении воды из нее).

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, n_ном — соответственно текущая и номинальная
скорость вращения насоса.

Характеристики строим для n_ном = 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.

 

2.2
Предварительный расчет мощности двигателя

Определим мощность двигателя, необходимую для привода насоса.
Исходя из [1, c.266] получаем:

 (2.3)

где: r = 1000 кг/м^3
— плотность перекачиваемой жидкости (воды);  = 1.25 — коэффициент запаса; Q_ном и Н_{ном —} параметры насоса, g = 9.81 кг/ — ускорение свободного падения; h_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.

 

2.3
Патентно-информационный обзор

2.3.1
Общие сведения

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.

2.3.2
Насосная станция перекачки с регулируемым электроприводом на основе ИМС

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 кН×м (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.

2.3.3
Насосная станция с регулируемым электроприводом по схеме АВК

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.

2.3.4
Насосные станции с частотными электроприводами

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.

2.3.5
Насосная станция с приводом на базе вентильного электродвигателя

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 кВ×А, 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.

2.3.6
Многоскоростные электродвигатели в насосных установках

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.

2.4
Требования к автоматизированному электроприводу

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:

. 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:

·  
диапазон
регулирования скорости 3: 1;

·  
перегрузочную
способность не ниже 1,5;

·  
плавный
пуск насосного агрегата и разгона до заданной скорости;

·  
торможение
выбегом;

·  
климатическое
исполнение УХЛ4;

·  
степень
защиты IP44.

 

2.5
Требования к системе автоматизации насосной установки

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:

·  
плавный
пуск насосного агрегата и разгон до заданной скорости;

·  
определение
необходимого напора в зависимости от текущего расхода;

·  
стабилизация
необходимого напора жидкости в системе за счет регулирования скорости вращения
электродвигателя;

·  
включение
и отключение резервного насоса в зависимости от требуемого расхода;

·  
ввод
в действие резервного насоса в случае аварии рабочего;

·  
автоматический
разгон насосного агрегата после исчезновения напряжения питания (автоматическое
повторное включение);

·  
защита
от тепловых перегрузок приводных двигателей насосных агрегатов;

·  
периодическая
смена основного насосного агрегата стабилизирующего подачу жидкости в систему;

·  
система
управления должна обеспечивать контроль минимального, максимального и
аварийного расхода.

 

2.6
Обоснование выбора системы электропривода

2.6.1
Обоснование выбора системы электропривода

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:

·  
наличие
щеточного контакта понижает надежность и неприхотливость двигателя;

·  
высокая
стоимость ДПТ, по сравнению с АД КЗР;

·  
на
щеточных контактах отрицательно сказывается высокая влажность окружающей среды,
следовательно, для использования в насосной установке потребуется специальный,
герметизированный ДПТ, что еще более поднимет его сложность и стоимость.

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.:

·  
система
АД ФР со ступенчатым регулированием скорости в принципе подходит по
характеристикам и дешевле по стоимости, но, наличие добавочных сопротивлений в
роторной цепи увеличивает расход электроэнергии, что является весьма
актуальным;

·  
система
АД ФР с импульсным регулированием сопротивления имеет характеристики,
аналогичные характеристикам системы ПЧ-АД КЗР, но при соизмеримой цене
преобразователя частоты и импульсного регулятора сопротивления, стоимость АД ФР
гораздо выше, чем АД КЗР.

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.

 

2.6.2
Предварительный выбор электродвигателя, преобразователя и устройств
автоматизации

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]:

·  
номинальная
мощность: 7,5 кВт;

·  
синхронная
частота вращения: 3000 об/мин;

·  
номинальное
скольжение: 2,6%;

·  
номинальный
КПД: 87,5%;

·  
номинальный
cosj = 0,88;

·  
М_max/М_ном = 2,2;

·  
М_п/М_ном
= 2;

·  
критическое
скольжение: 17%;

·  
кратность
пускового тока: I_п/I_ном = 7,5;

·  
момент
инерции двигателя: 0,01 кг*м2.

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.

3.
Технико-экономическое обоснование рациональной системы электропривода

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

 

3.1
Расчет капитальных вложений

Рассчитываем капитальные вложения. Капитальные вложения
определим исходя из выражения (3.1):

К = к_{э. д.} + к_{п. ч.} + к_{у. а},
(3.1)

где к_{э. д. —} стоимость электродвигателя; к_{п.
ч. —} стоимость преобразователя частоты; к_{у. а. —} стоимость устройств
автоматики; к_{пр. —} 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

 

3.2
Определение годовых эксплуатационных расходов

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 = С_ээ+ С_а+ С_обсл, (3.2)

где С_ээ — стоимость потребляемой электроэнергии; С_а
— амортизационные отчисления; С_{обсл. —} годовые затраты по
эксплуатации электрической части установки.

Амортизационные отчисления:

С_а = а^. К, (3.3)

где а = 8 % — процент отчислений на реновацию; К —
капиталовложения.

Затраты на электроэнергию:

С_ээ = Р_{ном. дв}^. С_о^.12
+ W_э^. С_доп, (3.4)

где Р_{ном. дв} — номинальная мощность используемых
одновременно двигателей, кВт; С_о = 2,1 тыс. руб. /кВт×ч — тарифная ставка
(основная); С_доп = 1,5 тыс. руб. /кВт×ч — тарифная ставка
(дополнительная); W_э — электрическая энергия потребляемая за год, кВт×Ч:

W_э = Р_п×Т_год/h_ном, (3.5)

где Р_п — мощность потребляемая установкой; h_ном — номинальный КПД установки, %; Т_год — число рабочих
часов в год, ч, Т_год = 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:

P_ср =, (3.6)

где Р_ср — среднесуточная мощность, потребляемая
насосной установкой, Р_i —
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:

С_обсл = С_{р. р} + С_мат + С_о,
(3.7)

где С_{р. р} — заработная плата ремонтных рабочих; С_мат
— стоимость материалов для ремонта; С_о — общие расходы, у. е.;

Заработная плата ремонтных рабочих определяется следующими
параметрами.

Плановая продолжительность ремонтного цикла составляет:

Т_пл = Т_табл × b_к × b_и × b_c, (3.8)

где Т_табл = 15 лет табличная величина ремонтного цикла;

b_к = 0,75 — коэффициент обусловленный ремонтным циклом; b_и = 1 — коэффициент использования; b_c = 0,65 — коэффициент сменности;

Плановая продолжительность межремонтного цикла будет составлять:

t_пл = t_таб^. b_к. b_с. b_и, (3.9)

t_таб = 12
мес — табличная величина межремонтного цикла;

Количество капитальных ремонтов в расчете на 1 год:

М_{к. р.} = 1/Т_{к. р.,} (3.10)

Количество текущих ремонтов в расчете на 1 год:

М_{т. р.} = 12/t_пл, (3.11)

Определим годовую трудоемкость капитальных ремонтов:

Т_{к. р.} = М_{к. р.} n. H_{к. р.} k_{п. р.,}
(3.12)

где

n = 2 — количество однотипных машин или аппаратов, шт;

H_{к. р} =
12,5 — чел×час — норма трудоемкости капитального
ремонта;

k_{п. р} = 1 —
поправочный коэффициент, зависящий от электрической машины.

Определим трудоемкость текущих ремонтов:

Т_{т. р.} = М_{т. р.} n. H_{т. р.} k_{п. р.,}
(3.13)

H_{т. 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:

Т_Т.о. = 0,1× 12× n_см×Н_тр, (3.14)

где n_см = 3 — количество смен работы. Суммарные затраты времени на
ремонт и техническое обслуживании составляют:

Т = Т_{т. р.} Т_кр. Т_т.
о, (3.15)

С_{р. р.} = С_тар^.0,5. Т,
(3.16)

где С_тар = 27,5 тыс. руб. часовая тарифная ставка
рабочего (по IV разряду);

,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 К_б и К_п — капиталовложения,
соответственно по базовому и проектируемому варианту насосной установки, С_б
и С_п — 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.

4.
Проверка выбранных электродвигателей по перегрузочной способности и нагреву

4.1
Построение нагрузочных диаграмм и уточнение мощностей электродвигателей

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 × (n_2/n₁), (4.1)

где Q₁ и Q₂ — подача насоса, при скорости насоса
соответственно n₁ и n₂.

Таким образом, получаем:

Q₂ = k×n₂ = (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/
(с×об/мин).

Момент насоса для относительной скорости можно определить
как:

М_нас = М₀ + 0,95М_нас×w*², (4.3)

где М₀ — момент определяемый силами трения в
механизме, принимаем равным 5% от номинального момента насоса; М_нас
— номинальный момент насоса, определяем как М_нас = Р_нас /
w_нас, где Р_нас и w_нас — соответственно
номинальные мощность и частота вращения насоса; w* — относительная
скорость насоса: w* = w/w_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.

4.2
Расчет параметров схемы замещения, построение естественной механической
характеристики

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 U_ф=220 В — номинальное фазное напряжение; I_н=Р_н/ (3U_{ф. н}h_нcosj_н) =14,7
А; l_I = 7,5 — кратность пускового тока. Пусковой
коэффициент мощности:

= 0,244, (4.5)

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: s_к = 12%.

Приведенное активное сопротивление фазы ротора, Ом: R’₂ = 0,417.

Активное сопротивление фазы статора, Ом: R₁ = 0,686.

Критический момент:

= 53,95 Н×м. (4.9)

Ток холостого хода:

= 5,024 А. (4.10)

Приведенный ток ротора описывается уравнением:

. (4.11)

Потери на намагничивание:

DР_ст =0,02 * Р_ном / h_ном = 171,429 Вт. (4.12)

Активное сопротивление ветви намагничивания:

= 2,264 Ом. (4.13)

Индуктивное сопротивление ветви намагничивания: Х_m = 55,149 Ом.

Электромагнитная постоянная времени электродвигателя:

с. (4.14)

Для скорости двигателя w в пределах от 0 до w_ном с
некоторым шагом Dw проводим
следующие расчеты:

определяем абсолютное скольжение:

s_a = 1 — w / w_он; (4.15)

определяем момент двигателя, Н×м:

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.

4.3
Проверка выбранного электродвигателя по перегрузочной способности и перегреву

Как было указано выше, проектируемая установка работает в
длительном режиме, поэтому для проверки двигателя достаточно проверить три
точки при относительной скорости w* = w/w_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:

w₀=p×n₀/30=3,14×3000/30=314 рад/с (4.17)

Определим номинальную частоту вращения двигателя:

w_н= w₀ (1-s_н) =314 (1-0,026) =
305,836 рад/с

Определим номинальный момент двигателя:

М_н = Р_н / w_н = 7500/305,836 = 24,523
Н×м (4.18)

Момент насоса для любой относительной скорости w* можно определить как
[1, стр.266]:

М_нас = М₀ + 0,9М_н×w*², (4.19)

где М₀ — момент определяемый силами трения в
механизме, принимаем равным 5% от номинального момента насоса, М_н —
номинальный момент насоса, определяем как М_нас = Р_нас / w_нас = 6500/303,53 = 21,41;
где Р_нас и w_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 к_у, значения которого принимаем согласно рис.4.5.

Таким образом, формула для расчетного момента двигателя будет
иметь вид:

М_расч = к_у × М_нас (4.20)

Исходя из вышеизложенных соображений для первого случая (w*=1) имеем:

М_нас = 0,05×21,41 + 0,95×21,41×1 = 21,41 Н×м,

М_расч = 21,41×1 = 21,41 Н×м.

Для второго случая (w*=0,75) получаем:

М_нас = 0,05×21,41 + 0,95×21,41×0,75² = 12,51
Н×м,

М_расч = 12,51×1,25 = 15,64 Н×м.

Для третьего случая (w*=0,5) получим:

М_нас = 0,05×21,41 + 0,95×21,41×0,5² = 6,16 Н×м,

М_расч = 6,16×1,5 = 9,23 Н×м.

Так как для всех трех случаев расчетный момент двигателя с
учетом ухудшения охлаждения, меньше чем номинальный момент двигателя (М_расч
< М_н), то, следовательно, двигатель удовлетворяет и условиям
перегрузки, и условиям перегрева.

5.
Расчет и проектирование силовой схемы автоматизированного электропривода

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.

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:

·  
номинальное
напряжение питающей сети 3´380±10% В, 50±1% Гц;

·  
номинальное
напряжение питания приводного двигателя 3´380 В, 50 Гц;

·  
номинальная
мощность приводного двигателя — не более 7,5, 11, 15, 22, 30 кВт, в зависимости
от конструктивного исполнения преобразователя (принимаем преобразователь
РЭН-2-02-УХЛ4, рассчитанный на мощность приводного двигателя до 7,5 кВт);

·  
диапазон
регулирования частоты от 2,5 до 50 Гц;

·  
форма
выходного напряжения — импульсная, модулированная по гармоническому закону,
обеспечивает квазисинусоидальную форму тока во всем диапазоне регулирования
выходной частоты;

·  
коэффициент
полезного действия преобразователя в номинальном режиме — не менее 0,9;

·  
коэффициент
мощности преобразователя — не менее 0,95;

·  
преобразователь
частоты предназначен для работы в закрытых отапливаемых помещениях в районах с
умеренным климатом, климатическое исполнение УХЛ, категория размещения 4 ГОСТ
15150;

·  
окружающая
среда невзрывоопасная, не содержащая агрессивных паров и газов в концентрациях,
разрушающих металлы и изоляцию, не насыщенная токопроводящей пылью;

·  
температура
окружающей среды — 0…+40°С, относительная влажность воздуха — до 100%;

·  
степень
защиты шкафа IP54.

Преобразователь частоты обеспечивает:

·  
плавный
запуск электродвигателя с заданным темпом;

·  
плавный
самозапуск с тем же темпом после восстановления питающего напряжения;

·  
регулирование
(в соответствии с задающим сигналом), например, давления, развиваемого насосом
в замкнутой системе регулирования давления;

·  
работу
в нерегулируемом режиме с ручным заданием частоты напряжения питания
электродвигателя;

·  
защиту
электродвигателя и преобразователя от токов перегрузки и короткого замыкания;

·  
защиту
электродвигателя от недопустимого снижения и превышения напряжения питающей
сети;

·  
выработку
сигналов для подключения к системе нерегулируемого электродвигателя резервного
насоса и отключения его по мере необходимости;

·  
преобразователь
имеет световую сигнализацию наличия напряжения питания и включенного состояния,
индикацию частоты питания электродвигателя, срабатывания каналов защиты.

Преобразователь частоты может работать в следующих режимах:

·  
Режим
ручного управления с заданием частоты выходного напряжения от пульта
управления: частота задается перед подключением преобразователя к нагрузке
(электродвигателю); при работе ПЧ разгоняется до заданной частоты и работает на
ней сколь угодно долго, в этом режиме сигнал от датчика внешней технологической
координаты не влияет на работу электропривода, при включении привода в замкнутый
контур регулирования по внешнему технологическому параметру этот режим работы
электропривода может использоваться как отладочный.

·  
Режим
автоматического регулирования частоты выходного напряжения по сигналу от
датчика внешней технологической координаты: частота выходного напряжения
выбирается автоматически, в зависимости от текущей величины сигнала,
поступающего в систему управления от датчика внешнего технологического
параметра (датчика давления).

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:

Р_вх = Р_эд / (h_эд × h_пр), (5.1)

где Р_эд — мощность приводного двигателя; h_эд — КПД приводного
двигателя; h_пр — КПД преобразователя.

С учетом параметров выбранных электродвигателя и
преобразователя после расчетов по формуле 5.1 получаем: Р_вх = 7,5/
(0,875×0,9) = 9,524 кВт.

Можно определить входной ток фазы преобразователя:

I_вх = Р_вх / (3×к_м×U_фн), (5.2)

где к_м — коэффициент мощности преобразователя; U_фн — номинальное фазное
напряжение сети.

После расчетов по формуле 5.2 получим: I_вх= 9524/ (3×0,95×220) = 15,2 А.

Задавшись допустимым падением фазного напряжения на дросселе
3% от номинального, можно найти реактивное сопротивление дросселя:

Х = DU_доп / I_вх. (5.3)

Произведя расчет по формуле 5.3 получаем: Х=220×3%/15,2 = 0,434 Ом.

Зная индуктивное сопротивление легко найти индуктивность
дросселя:

L = Х / 2p¦, (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:

·  
индуктивность
катушки — L = 1,38 мГн;

·  
допустимая
мощность рассеяния — Р_S = 2%Р_вх = 190 Вт.

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:

·  
индуктивность
катушки — L
= 2 мГн;

·  
допустимая
мощность рассеяния — Р_S = 2%Р_эд = 150 Вт.

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:

·  
М1 —
основной (подключен к преобразователю), М2 — резерв (выключен);

·  
М1 —
основной (подключен к преобразователю), М2 — резерв (подключен к сети
напрямую);

·  
М2 —
основной (подключен к преобразователю), М1 — резерв (выключен);

·  
М2 —
основной (подключен к преобразователю), М1 — резерв (подключен к сети
напрямую).

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:

·  
двигатель
получает питание от преобразователя частоты, а регулирование скорости двигателя
(частоты преобразователя) осуществляется вручную с пульта управления
преобразователем (SA2 находится в положении «Рег. «);

·  
двигатель
напрямую подключен к сети, скорость двигателя не регулируется (SA2 находится в положении
«Нерег. «).

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:

·  
номинальное
напряжение главной цепи 380 В ´ 50 Гц;

·  
номинальный
ток главной цепи 100 А;

·  
количество
контактов главной цепи — 3 замыкающих;

·  
количество
вспомогательных контактов — 2 размыкающих, 2 замыкающих;

·  
номинальное
напряжение цепи управления 220 В ´ 50 Гц.

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) ´I_ном.

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).

6.
Расчет основных параметров и проектирование системы управления электроприводом

6.1
Функциональная схема электропривода

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.

 

6.2
Математическое описание установки

Уравнения электропривода для случая механической передачи
момента от двигателя к рабочему органу через муфту имеют вид:

М — М_с = J_с × dw/dt (6.1)

где J_с — суммарный момент инерции электропривода, кг/м²,
принимаем равным 1,6 момента инерции двигателя; М, М_с —
соответственно моменты двигателя и сопротивления, Н×м; w — 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:

Н_с = RQ² (6.2)

где Н_с — напор в сети; R — сопротивление в сети
(функция расхода жидкости); Q — расход жидкости.

Напор, сообщаемый насосом в сеть определим как:

Н_н = Н₀×w*² — СQ² (6.3)

где Н₀ — напор при закрытой задвижке; w* — 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.

 

6.3
Разработка структурной схемы и расчет ее параметров

6.3.1
Структурная схема системы стабилизации напора

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 Н_н (Q²; w) имеет вид формулы 6.3,
а зависимость М (Q; w) определена при расчете нагрузочных диаграмм
(см. формулу 4.3). Постоянную времени сети Т_с 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
К_ос определим как:

К_ос = U_{з max} / Н_max, (6.4)

где Н_max — максимальный напор в сети (25 м); U_{з max} — максимальное
напряжение задания, принимаем равным 10 В.

Таким образом, К_ос = 10/25 = 0,4 м/В.

6.3.2
Структурная схема системы управления электроприводом

Данная структурная схема отражает математическое описание
системы управления электроприводом, построенной по принципу ПЧ-АД.

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 w. 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 b в таком случае найдем по
естественной характеристике:

b = М_ном / (w_0н × s_н) = 24,523/ (314×0,026) = 3, (6.5)

где М_ном — номинальный момент двигателя, w_0н — синхронная частота
вращения, s_н — номинальное скольжение. Зная момент и скорость для выбранных
точек, используя рассчитанную жесткость характеристик b найдем синхронную
частоту для характеристики двигателя, проходящей через выбранную точку:

w₀ = w + М / b, (6.6)

где w 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 М_к — момент, соответствующий выбранной точке, a — частота питающего напряжения, которую
можно определить как:

a = w_0/w_0н, (6.8)

где w₀ — синхронная частота, соответствующая
характеристике двигателя, проходящей через выбранную точку, w_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	w, рад/с	М, Н×м	w0, рад/с	a, 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, w, a) 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)

где w₀ — синхронная частота, определяемая как w₀ = a×w_0н, a — относительная частота, а — коэффициент, определяемый как а = R_1/R’₂.

Апериодическое звено с постоянной времени Т_э учитывает
электромагнитные свойства двигателя, величина Т_э определена в п.4.2
(см. формулу 4.14) и равна 0,122 с.

6.3.3
Линеаризация структурной схемы и настройка регулятора

Коэффициент передачи к_нас определим как:

к_нас = Н_н / w_н = 20/303,53 = 0,0659,
(6.12)

где Н_н — номинальный напор в сети, w_н — номинальная скорость
насоса.

Коэффициент обратной связи по напору к_ос был
определен в п.6.3.1 по формуле 6.4 и равен 0,4 м/В.

Передаточная функция электропривода W_эп исходя из структурной
схемы СУЭП может быть представлена в виде:

, (6.13)

где t_и — постоянная времени задатчика
интенсивности, к_эп = w_max/U_{з max} = 30,6.

Действительно, электромагнитная постоянная времени двигателя Т_э,
равная 0,122 с, пренебрежимо мала по сравнению с постоянной времени задатчика
интенсивности t_и, которая принята равной 10 с.
Следовательно, пренебрегая электромагнитной постоянной времени двигателя Т_э,
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 t_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 t_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 W_РН = 1/ (2t_ир). Таким образом регулятор напора
представляет собой И-регулятор с постоянной времени Т_РН равной двум
постоянным времени задатчика интенсивности t_и, т.е. Т_РН
= 20 с.

 

6.4
Построение статических характеристик

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.

7.
Анализ динамических характеристик электропривода насосной установки

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.

8.
Проектирование системы автоматизации насосной установки

8.1
Выбор принципов и проектирование схемы управления насосной установки

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:

·  
напора
в сетевом трубопроводе;

·  
температуру
жидкости в сетевом трубопроводе.

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.

 

.2
Формализация условий работы установки

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; a — коэффициент расхода о. е.; F₀ —
площадь отверстия сужающего устройства, м²; r — плотность воды в рабочих условиях, кг/м³;
DР — перепад давления в сужающем
устройстве, Н/м².

Приведение расхода воды в нормальных условиях Q₀ к расходу воды в нормальном состоянии Q_Н
выполняется по формуле:

, (8.2)

где Q_Н — расход воды в нормальном состоянии, м³/с; Р —
абсолютное давление воды перед сужающим устройством, Н/м²; Р_Н
— нормальное абсолютное давление воды, Н/м²; Т — температура воды
перед сужающим устройством, °К; Т_Н
— температура воды в нормальных условиях, Т_Н=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 DР, 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: DР₂,
Р₂, Т₂ — двоичные коды, пропорциональные, соответственно,
перепаду давления, абсолютному давлению и температуре воды; DР_2max, Р_2max, Т_2max — максимальные значения двоичных кодов целочисленных
переменных, пропорциональных, соответственно, перепаду давления, абсолютному
давлению и температуре воды; DР_max, Р_max, Т_max —
ожидаемые максимальные значения, соответственно, перепада давления, абсолютного
давления и температуры воды.

Тогда для независимых переменных DР, Р и Т справедливо следующее соотношение:

Х_i = m_i×X_i2, (8.5)

где Х_i —
независимая переменная; m_i —
масштаб независимой переменной, X_i2 — 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:

Q_H = m_Q × Q_H2, (8.7)

где m_Q — 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:

) ;

) ;

) ;

) ×;

) ×/;

) 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 Х_i —
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, DХ_i — отклонение i-го значения
параметра от Х₁ (DХ_i = Х_i — 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, Х_ср, DХ_S — операнды подпрограммы
вычисления среднего значения (Х — очередное значение измеряемого параметра, Х₁
— первое в цикле значение измеряемого параметра, Х_ср — среднее
значение измеряемого параметра, DХ_S — суммарное значение
отклонений измеряемого параметра от Х₁);

b_S, с_S, d_S — суммарные значения
отклонений от первого за цикл значения, соответственно, перепада давления,
абсолютного давления и температуры;

DР_2i, Р_2i, Т_2i — измеренное значение,
соответственно, перепада давления, абсолютного давления и температуры;

DР₂₁, Р₂₁, Т₂₁ —
первое в цикле значение измеряемого параметра;

DР_2ср, Р_2ср, Т_2ср
— 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;

Q_2ср — среднее за цикл измерения значение объемного
расхода воды;

t_j+1 — текущее время, соответствующее значению
Q_2ср;

t_j — значение времени, соответствующее последнему
зафиксированному значению расхода;

Q_2j — последнее
зафиксированное значение расхода;

Q_2min — 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:

. Точное поддержание заданного оптимального напора в сети.

. Программное управление приводами насосов.

. Оперативный контроль, учет, отчетность, протоколирование
процесса и диагностику работоспособности технических средств АСУ.

. 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.

8.3
Выбор аппаратов

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:

·  
каркас
компоновочный МК10.13-02;

·  
источник
электропитания МВ91.22;

·  
модуль
микропроцессорный МС59.07;

·  
модуль
ввода дискретных сигналов постоянного тока МС34.08-01;

·  
модуль
ввода дискретных сигналов постоянного тока МС34.08-03;

·  
модуль
ввода дискретных сигналов переменного тока МС34.09-01;

·  
модуль
ввода дискретных сигналов переменного тока МС34.09-03;

·  
модуль
вывода дискретных сигналов постоянного тока МС35.18-01;

·  
модуль
вывода дискретных сигналов переменного тока МС35.25-01;

·  
модуль
ввода непрерывных сигналов постоянного тока МС34.14-01;

·  
модуль
вывода непрерывных сигналов постоянного тока МС32.09-01;

·  
модуль
последовательного ввода-вывода МС52.26;

·  
расширитель
интерфейса МС99.03-03.

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:

·  
модуль
микропроцессорный МС59.07 предназначен для обработки, хранения информации и
управления модулями ввода-вывода, технические характеристики:

1)  
объем
памяти — 4К инструкций;

2)  
время
выполнения логических операций — 7 мс/К инструкций;

3)  
максимальное
количество дискретных каналов ввода-вывода — 256;

4)  
диапазон
счета таймеров-счетчиков — 0-4095;

·  
модули
ввода дискретных сигналов МС34.08-03 и МС34.09-03 (технические данные приведены
в таблице 8.1);

·  
модуль
вывода дискретных сигналов МС35.25-03 (технические данные приведены в таблице
8.1);

·  
модуль
ввода аналоговых сигналов МС31.14, имеющий 8 каналов, с диапазоном изменения
входных сигналов 0-10 В, 0-20 мА;

·  
модуль
вывода аналоговых сигналов МС32.09, имеющий 2 канала, с диапазоном изменения
выходных сигналов 0-10 В, 0-20 иА;

·  
модуль
реального времени, предназначенный для обработки процессов реального времени,
разработанный и изготовленный ГП НИПТИС, для реализации счетчика суток;

·  
согласователь
интерфейсов МС52.25, для обмена информацией с управляющей ЭВМ (обмен информацией
осуществляется с IBM-совместимыми ЭВМ при помощи предназначенной для этого программной
среды «MEMOWORD», разработанной ГП НИПТИС).

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:

·  
абсолютного
давления Сапфир-22М-ДА модель 2040;

·  
разности
давлений Сапфир-22М-ДД модель 2440 с блоком извлечения корня БИК-1;

·  
температуры
ТПХА-Б-1.01Г-02.200.

8.4
Разработка функциональной схемы

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).

 

 

.5
Разработка программы управления установкой

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.

9.
Конструктивная разработка пульта управления насосной установкой

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.

 

10.
Проектирование схемы электроснабжения и защиты насосной установки

10.1.
Проектирование схемы электроснабжения и защиты насосной установки

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.

 

10.2.
Выбор аппаратов и кабелей

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
I_дл:

_тр > I_дл, (10.1)

где I_дл = I_{н эд} = 15 А (I_{н эд} — номинальный ток
двигателя).

Выбираем автоматический выключатель с комбинированным
расцепителем типа А3710Б на 40 А.

Номинальный ток электромагнитного I_эл или
комбинированного расцепителя автоматических выключателей выбирают также по
длительному расчетному току линии:

_эл > I_дл. (10.2)

Выбираем расцепитель с номинальным током 25 А.

Ток срабатывания (отсечки) электромагнитного или
комбинированного расцепителя I_{ср. эл} проверяется по максимальному
кратковременному току линии I_кр:

_{ср. эл} > 1.25×I_кр. (10.3)

Для ответвления к одиночному электродвигателю максимальный кратковременный
ток линии равен пусковому току электродвигателя I_п = 112,5 А, тогда:

_{ср. эл} > 1.25×112,5 = 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 = I_{н. 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 I_дл, исходя из условия:

_доп > I_дл / к_тк_п,
(10.6)

где к_т — коэффициент поправки на температуру
окружающей среды, к_п — поправочный коэффициент на количество
совместно проложенных кабелей.

Так как температура воздуха в помещении равна 20°С, то поправочный
коэффициент по температуре к_т = 0.88.

Так как в трубе находится один кабель, то поправочный
коэффициент будет равен к_п = 1, тогда условие (10.6) примет вид:

_доп > I_дл / к_т, (10.7)

следовательно, I_доп > 15/0,88 = 17 А.

Для выбранного ранее кабеля ААШВ с сечением жилы 6 мм²,
допустимая токовая нагрузка равна 55 А.

 

10.3
Таблица перечня элементов производственной установки

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.

11.
Наладка и диагностика электропривода насосной установки

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:

·  
анализа
технической документации;

·  
определения
характеристик установленного оборудования;

·  
стендовой
проверки средств автоматического регулирования;

·  
наладки
регуляторов;

·  
составления
технического отчета.

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

 

12.
Техника безопасности и охрана труда

 

12.1
Техника безопасности при работе насосной установки

12.1.1
Общие сведения

В данном дипломном проекте разрабатывается насосная установка
системы горячего водоснабжения.

При эксплуатации насосной установки возможно воздействие на
человека следующих опасных и вредных производственных факторов:

·  
возможность
поражения электрическим током;

·  
наличие
вращающихся частей;

·  
повышенный
уровень вибраций;

·  
повышенный
уровень шума;

·  
недостаток
естественного света.

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:

1.
Со
снятием напряжения с токоведущих частей.

2.
Под
напряжением на токоведущих частях с применением электрозащитных средств.

3.
Без
снятия напряжения на нетоковедущих частях.

Для безопасного выполнения работ с полным или частичным
снятием напряжения в электроустановках насосной станции необходимо выполнить
следующие технические мероприятия:

1.
Произвести
отключения и принять меры, препятствующие подаче напряжения к месту работы.

2.
Вывесить
на рукоятках коммутационных аппаратов запрещающие плакаты: «Не включать
— работают люди!».

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 U_пр 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	500	400	350	300	250	240	230	220	210	200

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения U_пр и
токи I_h, 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.

12.1.2
Обеспечение электробезопасности насосной установки

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.

Отключение поврежденной установки от питающей сети
произойдет, если значение тока однофазного короткого замыкания (I_к), которое искусственно
создается в цепи, будет больше значения тока срабатывания автоматического
выключателя и выполняется следующее условие:

I_к ³ к×I_ном, (12.1)

где к — коэффициент кратности тока, выбирается в зависимости
от типа защиты электроустановки.

Для проверки обеспечения отключающей способности зануления
необходимо проверить следующее условие:

I_к2 ³ I_к1, (12.2)

где I_к1 наименьшее допустимое значение тока которого
замыкания, I_{к2 —} действительное значение тока однофазного короткого замыкания.

Нам необходимо определить:

·  
наименьшее
допустимое значение тока (I_к1) которого замыкания, при котором произойдет
срабатывание защиты и поврежденное оборудование отключится от сети;

·  
действительное
значение тока однофазного короткого замыкания, которое будет иметь место в
схеме при возникновении аварии (I_к2).

Определим величину тока I_к1:

I_к1 = к×I_ном = 1,25×150 = 187,5 А,

где I_ном = 150 А — номинальный ток срабатывания
автоматического выключателя. Определим полное сопротивление петли
«фаза-нуль»:

Z_п =  (12.3)

где R_ф = 0,9 Ом (алюминий), R_н.
а = 0.154 Ом (сталь). —
активное сопротивление фазного и нулевого защитного проводников; Х_ф=
0.015 Ом, Х_{н. а}= 0.154 Ом — внутренние индуктивные сопротивления
фазного и нулевого проводников; Х_п = 0,02 Ом — внешнее индуктивное
сопротивление петли «фаза-нуль».

Получаем: Z_п = 1,07 Ом.

Находим действительное значение тока однофазного короткого
замыкания, проходящего в схеме в аварийном режиме:

= = 198,2 А, (12.4)

где U_ф — фазное напряжение, В;

Z_п — полное
сопротивление цепи «фаза-нуль», Ом;

Z_т — полное
сопротивление трансформатора, Ом.

Сравним действительные (вычисленные) значения токов однофазного
короткого замыкания (I_к2) с наименьшим, допустимым по условиям
срабатывания защиты током (I_к1):

,2 А > 187,5 А, то есть I_к2 ³ I_к1,следовательно, отключающая способность
системы зануления обеспечена и нулевой защитный проводник выбран правильно.

 

12.2
Производственная санитария

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.

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.

 

12.3
Пожарная безопасность

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).

13.
Технико-экономические показатели

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, кВт×час	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, кВт×час	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.

Заключение

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.

Список
использованых источников

1.
Республиканская
программа “ Энергосбережение». — Мн.: Полымя, 1995.

2.
Карасев
Б.И. Насосные и воздуходувные станции. — Мн.: ВШ, 1990.

3.
Витальев
В.П., Фаликов В.С. Автоматизация тепловых пунктов: Справочное пособие. — М.:
Энергоатомиздат, 1989.

4.
Бару
А.Ю., Эпштейн И.И. Преобразователи частоты для насосных станций //
Водоснабжение и санитарная техника, 1986, №3.

5.
Гинзбург
Я.Н., Лезнов Б.С. Внедрение автоматизированных систем регулируемого
электропривода в насосные установки // Автоматизация и управление системами
водоснабжения и водоотведения, 1986.

6.
Лезнов
Б.С. Экономичное регулирование режимов работы насосных станций / Водоснабжение
и санитарная техника, 1983.

7.
Лезнов
Б.С., Чебанов В.Б., Контаутас Р.К. Регулирование насосных агрегатов с
рекуперацией энергии скольжения // Водоснабжение и санитарная техника, 1986,
№9.

8.
Лезнов
Б.С., Чебанов В.Б., Чурганов А.В. Регулирование режимов работы насосной
установки // Водоснабжение и санитарная техника, 1985, №4.

9.
Рекомендации
по применению регулируемого электропривода в системах управления насосных
установок. — М.: ВНИИВОДГЕО, 1987.

10.Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. — М.:
Энергоатомиздат, 1985.

11.Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и
систем управления технологическими процессами / Под. ред. В.И. Круповича, Ю.Г.
Барыбина, М.Л. Самовера. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат,
1982.

12.Автоматизированный электропривод / Под. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г.
Юнькова. — М.: Энергоатомиздат, 1990.

13.Федоров О.В., Карпович Э.Л. Основы технико-экономического выбора
электропривода промышленных установок: Монография. — Нижний Новгород: изд-во
НГУ, 1991.

14.Руденко В.С., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной
техники: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. школа,
1980.

15.Бедфорд Б., Хофт Р. Теория автономных инверторов, перевод с англ.
под. ред. И.В. Антика. — М., Энергия, 1969.

16.Фираго Б.И. Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию
по теории электропривода для студ. спец.21.05. — Мн.: БГПА, 1993.

17.Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление
электроприводами: Учебное пособие для вузов. — Л.: Энергоатомиздат, 1982.

18.Справочник по проектированию систем и электрооборудования / Под.
ред. Ю.Г. Барвбина и др. — М.: Энергоатомиздат, 1991.

19.Электротехнический справочник / Под. ред.П.Г. Грудинского, Г.Н.
Петрова и др. — изд.5-е, перераб. и доп., в 3-х т. — М.: Энергия, 1976.

20.Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР — 6-е изд.
перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985.

21.Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.

22.Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей.

23.Правила защиты от статического электричества.

24.Охрана труда в электроустановках: Учеб. для вузов / Под. ред. Б.А.
Князевского — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

Приложения

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

+

=
() 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

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

В данном дипломном проекте разрабатывается устройство для частого пуска короткозамкнутых асинхронных электродвигателей насосов средней мощности на базе тиристорного преобразователя напряжения, для насосной станции г.п. Первомайский.
Обосновано применение данного устройство путем выявления и подсчета потерь для рассматриваемой водонасосной повышающей станции.
Предложен алгоритм управления техническим процессом, позволяющий сократить расход электроэнергии и воды, повысить ресурс оборудования.

Введение
1. Аннотация
2. Особенности работы центробежных насосов
3. Режимы работы насосов и насосных установок
4. Общие данные насосной станции, выбор двигателя.
5. Оснащение электроприводов преобразователями частоты
6. Дополнительные особенности оснащения электроприводов преобразователями частоты
7. Потери электроэнергии в насосных установках
8. Экономико-организационный раздел
9. Составление структурной схемы электропривода и расчёт её параметров
10. Безопасность жизнедеятельности
11. Обеспечение безопасности при наладке электропривода
Заключение
Список использованной литературы
Приложения – 6 чертежей

1 Справочник по автоматизированному электроприводу. Под ред. В.А.Елисеева и А.В.Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – с.
2 Азарх Д.Н., Попова Н.В., Монахова Н.П., Ситнова А.Н. Справочник гидромашиностроения. – М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1959. – с.
3 Строительные нормы и правила водоснабжения. Наружные сети и сооружения СНиП 2.04.02-84. М.: Стройиздат, 1985. – с.
4 Паспорт задвижки клиновой с выдвижным шпинделем ПТ 13070-150-ПС-12.
5 Прайс фирмы SIEMENS на преобразователи SIMOVERT MV.
6 Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках. М.: Энергоатомиздат, 1991. – 144 с.
7 Маурер В.Г. Элементы и устройства для плавного пуска асинхронных двигателей. – Челябинск: Издательство ЮУрГУ, 1998. – 98 с.
8 Гафиятуллин Р.Х., Маурер В.Г., Мацин В.П. Теория автоматического управления: Методические указания к лабораторно-практическим занятиям. – Челябинск: ЧГТУ, 1995. – 62 с.
9 Гафиятуллин Р.Х., Цытович Л.И., Маурер В.Г., Рахматулин Р.Х. Интегрирующая развертывающая система импульсно-фазового управления тиристорными преобразователями для электроприводов с источниками питания ограниченной мощности // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 1. – Магнитогорск: Издательство МГМА, С.29-38.
10 Петров Л.П., Андрюшенко О.А., Капинос В.И. и др. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 200 с.
11 Грейвулис Я.П., Рыбницкий Л.С. Тиристорный асинхронный электропривод для центробежных насосов. – Рига: Зинатне, 1983. – 228 с.
12 Теория автоматического управления: Учебник для вузов. Под ред. А.А.Воронова. – М.: Высшая школа, 1986. – 367 с.
13 Усынин Ю.С. Управление замкнутыми электроприводами: Конспект лекций. Часть 1. – Челябинск: ЧПИ, 1975. – 71 с.
14 Цытович Л.И. Развертывающие преобразователи для систем управления вентильными электроприводами и технологической автоматики. – Дисс. докт. техн. наук. – Челябинск: ЧГТУ, 1996. – 465 с.
15 П.А.Долин. Справочник по технике безопасности. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – с.
16 Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 401 с.
17 Гельман М.В., Лохов С.П., Худоносов Г.В. Проектирование тиристорного преобразователя для электропривода постоянного тока: Учебное пособие к курсовой работе для студентов спец. 0601 и 0628. – Челябинск: ЧПИ, 1986.– 96 с.
18 ЗАО “ЭЛЕКТРОТЕКС” Руководство по эксплуатации “Преобразователи частоты транзисторные”, 2005.-58с.
19 ЗАО “ЭЛЕКТРОТЕКС” Каталог продукции 2005г.

Содержание
Введение
1 Общие сведения
1.1 Нефтеперекачивающие станции
1.2 Автоматизированная система управления технологическим
процессом
1.3 Описание общей структуры АСУ ТП
1.4 Современная SCADA-система в автоматизации технологических
процессов
1.5 Система технологического программирования Control Builder F
2 Основная часть
2.1 Краткая характеристика НПС «Барсенгир»
2.2 Задачи и функции НПС «Барсенгир»
2.3 Технологический процесс НПС «Барсенгир»
2.4 Состав основного и вспомогательного оборудования
магистральной
насосной станции НПС «Барсенгир»
2.5 Достоинства и недостатки НПС «Барсенгир»
2.6 Постановка задачи
3 Разработка автоматизированной системы управления и контроля
магистральной насосной станции
3.1 Анализ макро и микро структуры ТП НПС «Барсенгир»
3.2 Организационная структура системы автоматизации МНС
3.3 Выбор технических средств измерения
3.4 Выбор программируемого логического контроллера
3.5 Разработка программного обеспечения МНС
3.6 Структура программного обеспечения
4 Безопасность жизнедеятельности
4.1 Общее понятие вентиляции
4.2 Анализ опасных и вредных факторов
4.3 Опасные производственные факторы и мероприятия по технике
безопасности
4.4 Вредные производственные факторы и мероприятия по гигиене
труда и
производственной санитарии
4.5 Пожаро и взрывобезопасность
4.6 Расчет тепловых показателей для приточно-вытяжной установки
5 Технико-экономическое обоснование приточно-вытяжной системы
5.2 Описание приточно-вытяжной системы
5.3 Маркетинговое исследование
5.4 Экономический расчет
Заключение
Перечень сокращений
Список литературы
1 Общие сведения

1.1 Нефтеперекачивающие станции
К системам и приборам перекачки нефти по магистральным
трубопроводам относятся насосы, компрессионные установки, системы
контроля за давлением и расходом и т.п.
Основным элементом магистрального нефтепровода с помощью
которой транспортируется нефть, является нефтеперекачивающая станция
(НПС). НПС выполняет функцию передачи энергии потоку нефти для его
перемещения к конечному пункту трубопровода. Нефтеперекачивающие
станции являются структурными подразделениями магистрального
нефтепровода и представляют комплекс сооружений, установок и
оборудования, предназначенных для обеспечения транспорта нефти по
трубопроводу. НПС подразделяются на головные и промежуточные.
На головных НПС осуществляется прием нефти от цехов
нефтегазодобывающих промыслов или магистральных трубопроводов.
Основными технологическими сооружениями головной НПС являются
магистральная насосная станция (МНС), подпорная насосная, резервуарный
парк, технологические трубопроводы с задвижками и фильтрами, узел
регулирующих устройств, узел приема и пуска скребка.
Промежуточные НПС располагаются по трассе трубопровода, и
предназначены для повышения давления перекачивающей системы, чтобы
компенсировать потери напора в трубопроводе на трение. В состав основных
технологических сооружений промежуточной станции входит:
магистральная насосная станция, технологические трубопроводы с
задвижками и фильтрами, узел регуляторов давления, узел приема и пуска
скребка. В отдельных случаях по технологическим соображениям на
промежуточных станциях могут устанавливаться небольшие резервуарные
парки. При этом устанавливаются подпорные насосы.
Насосы на НПС относятся к основному оборудованию и
подразделяются на основные и подпорные.
К основным насосам, т.е. магистральным насосным агрегатам (МНА),
перекачивающим нефть по магистральному трубопроводу, предъявляются
следующие требования: экономичность, надежность, и долговечность
непрерывной работы, простота в конструкции, компактность. Поскольку
этим требованиям наилучшим образом отвечают центробежные насосы, они
и получили преимущественное распространение на нефтеперекачивающих
станциях. Поршневые насосы применяются весьма редко, в основном для
перекачки высоковязких жидкостей. Магистральные центробежные насосы,
используемые в настоящие время, имеют частоту вращения вала, как
правило, 3000 об/мин.
Подпорные насосы применяются для обеспечения хорошей
всасывающей способности. Подпорные насосы эксплуатируются при
сравнительно низкой частоте вращения вала (730- 1450 об/мин), они имеют
одно рабочее колесо с двухсторонним подводом жидкости. Приводом
подпорных насосов служат низковольтные и высоковольтные
электродвигатели. Наиболее совершенной конструкцией подпорных насосов
являются вертикального типа. Насосы этого типа можно устанавливать
непосредственно в резервуарном парке, что значительно сокращает потери на
трение во всасывающих трубопроводах.
В качестве привода к основным насосам используются асинхронные и
синхронные электродвигатели высокого напряжения.

1.2 Автоматизированная система управления технологическим
процессо
Информационные технологии охватывают всю вычислительну
технику, технику связи, промышленную электронику и все в большей
степени бытовую электронику, телевидение и радиовещание. Она находит
применение в промышленности, торговле, управлении, образовании,
медицине и науке.
Благодаря прогрессу многопроцессорной техники сегодня происходят
качественные преобразования не только в области настольной компьютерной
техники и сетевых технологий, но и в сфере компьютеризации управления
техногенными организационными структурами, технологическими
процессами и промышленными изделиями. В этой сфере широко
применяются многочисленные локальные и распределенны
специализированные микропроцессорные системы сбора, регистрации,
обработки и отображения информации, управления сложными
динамическими объектами и процессами. Архитектура и программное
обеспечение таких систем являются оригинальными, так как в каждом случае
определяются содержанием и параметрами решаемых задач. Создаются эти
системы на основе встроенных микропроцессоров, микрокомпьютеров и
микроконтроллеров отечественного и зарубежного производства.
Автоматизированная система управления технологическим процессом
(АСУ ТП)–это комплекс программных и технических средств,
предназначенный для автоматизации управления технологическим
оборудованием на предприятиях. Под АСУ ТП обычно понимается
комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных
технологических операций на производстве в целом или каком-то его
участке, выпускающем относительно завершенный продукт.
Термин «автоматизированный»в отличие от термина«автоматический»
подчеркивает возможность участия человека в отдельных операциях, как в
целях сохранения человеческого контроля над процессом, так и в связи со
сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций.
Составными частями АСУ ТП могут быть отдельные системы
автоматического управления и автоматизированные устройства, связанные в
единый комплекс. Как правило, АСУ ТП имеет единую систему
операторского управления технологическим процессом в виде одного или
нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования
информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики,
контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи всех
подсистем используются промышленные сети.
АСУТПприменяется тогда, когда необходимо объединить
разобщённые или территориально рассредоточенные объекты управления в
единый производственный комплекс, либо когда присутствие человека на
объекте управления нежелательно (например, в атомной промышленности,
на химических предприятиях).
Обработка данных, полученных по информационным каналам (
датчиков),на ЭВМ позволяет значительно улучшить контроль за
технологическим процессом и упростить управление. В англоязычных
источниках аналогом понятия «АСУТП» является сокращение SCADA —
Supervisory Control And Data Acquisition — диспетчерское управление и сбор
данных, в которое вкладывается, по сути, тот же смысл.
В современной АСУТП большое внимание уделяется программному
обеспечению, системы и интеграции с действующими системами и
программными комплексами. Стандартом стало графическое представление
схем контролируемого процесса (мнемосхем) с «живым» отображением
текущего состояния, управление объектом с кадров мнемосхем. В
программном обеспечении наблюдается тенденция к стандартизации
программных интерфейсов систем сбора данных и обрабатывающих
программ (технология OPC), возрастает потребность экспорта собранных
данных в специализированные программы (расчета режимов, планирования,
аналитические, АРМ специалистов). В условиях усложнения систем
повышается роль средств диагностики и отладки.
С технической стороны в системах всё чаще используются
современные скоростные каналы связи (оптоволокно,Ethernet) и
беспроводные технологии. Вместе с тем сохраняется потребность стыковки с
морально (а иногда и физически) устаревшими «унаследованными»
системами, с сохранением их протоколов связи. На контролируемых
объектах всё чаще возникает необходимость стыковки с локальными
технологическими системами.

1.2.1 Общие принципы построения систем АСУТП
Построение системы АСУТП зависит от применяемых технических
средств и поставленных задач. При модернизации уже существующей
системы важно сохранить обмен информацией по существующим каналам.
При построении системы требуется учитывать интерфейсы распределенных
устройств сбора информации, таких как счетчики, токовые защиты,
сумматоры и так далее.
Учитывая большое количество различных комбинаций используемого
оборудования и каналов связи, можно сделать вывод, что проектирование
каждой системы индивидуально и универсального решения нет.

При решении вопроса о необходимости объединения локальных
автоматизированных систем строится многоуровневая система, в которой
может быть 3, 4 и более уровней, в зависимости от иерархической
сложности.
При построении многоуровневой системы следует учитывать
следующие факторы:
1. Ограниченную пропускную способность каналов связи. При
передаче данных на более верхний уровень необходимо отбирать те
параметры, которые действительно необходимы для контроля. При передаче
больших потоков данных может увеличиться время реакции системы на
изменения.
2. Увеличение времени выполнения команд из-за задержек, которые
тем больше, чем больше межуровневых каналов связи.

1.3 Описание общей структуры АСУ ТП
1.3.1 Пункт управления в АСУТП

Пункт Управления (ПУ) — это место размещения диспетчерского
(оперативного) персонала, аппаратуры для приема и обработки информации
от контролируемых пунктов . Часто под термином ПУ подразумевают
контроллеры , непосредственно выполняющие прием и первичную обработку
данных от контролируемых пунктов (КП). Для реализации полного набора
перечисленных функций контроллеры ПУ оснащают микропроцессорами и
соответствующим программным обеспечением. Перенастройка
программного обеспечения позволяет гибко изменять конфигурацию
системы, протоколы обмена и алгоритмы обработки данных в процессе
эксплуатации системы. Для настройки ПУ используют специальные
программы-конфигураторы, функционирующие на ПЛК. В современных ПУ
программы и настройки хранят во внутренней FLASH- памяти контроллеров,
что обеспечивает быстрый запуск системы и восстановление в случае сбоев.

1.3.2 Автоматизированное рабочее место
АРМ
—рабочее место специалиста в предметной области,
оборудованное компьютером и специальным программным обеспечением,
помогающее решать задачи в рамках деятельности этого специалиста
(например, АРМ диспетчера, АРМ технолога и т.п.). АРМ может быть
оснащен дополнительным нестандартным оборудованием и программным
обеспечением, например, АРМ телемеханика оснащают программатором
микросхем, отладочным комплектом и пр. Часто под термином АРМ
понимают исключительно программный продукт для автоматизации труда
специалиста. При этом подразумевается, что компьютер на рабочем месте
уже имеется.
1.3.3 Контролируемый пункт
Контролируемый пункт (КП) — это место размещения объектов
контроля и управления, а также аппаратура, выполняющая функции контроля
и управления, обычно называемая контроллером КП. Часто под термином
КП подразумевают контроллер , установленный на контролируемом объекте.
Контроллер КП выполняет непосредственный сбор данных с объекта
(посредством опроса датчиков и преобразователей) и передачу их на ПУ
(реализуя функци телесигнализации и телеизмерения ),а такж
непосредственно выполняет команды телеуправления.
В настоящее время практически все контроллеры КП оснащены
микропроцессорами и работают по заданной программе. Программное
обеспечение решает задачи сбора данных (фильтрует дребезг контактов ТС и
ослабляет сетевые наводки на цепи ТИ), выполняет буферизацию событий
перед выдачей в канал связи. Современные контроллеры КП вместе с
базовыми функциями (ТС, ТИ, ТУ) обеспечивают интеграцию в систему
различных электронных устройств: приборов учета энергии, автоматических
защит и проч. Например, контроллеры КП снимают показания электронных
счётчиков, расходомеров и передают их для обработки на ПУ по единому
телемеханическому каналу связи.
1.4 Современные SCADA-системы в автоматизации
технологических процессов
Современные системы автоматического управления технологическими
процессами не мыслимы без визуального контроля и управления на базе
программируемых логических контроллеров (PLC). Еще совсем недавно
визуальный контроль технологического процесса на предприятиях со
сложной архитектурой управления осуществлялся при помощи мнемосхем и
пультов управления с многочисленной коммутационной и сигнальной
аппаратурой.
Это оборудование, в настоящее время, заменяется системами
визуализации нового поколения, так называемыми SCADА – системами
(Supervisory Control and Data Acquisition – централизованный контроль и сбор
данных).
SCADA относятся к системам человеко-машинного интерфейса (HMI).
На сегодня все передовые фирмы, производящие оборудование для
автоматизации технологического процесса, предлагают ту или иную SCADА-
систему. Большинство их выполнены на базе персональных компьютеров под
управлением операционных систем Windows 95/ 98/ NT 4.0/ 2000, ХР и
предоставляют широкие функциональные возможности для построения
систем управления различного назначения.
Преимущество современных систем визуализации состоит в том, что
они не только отображают статическое состояние объекта, но также
позволяют:
— наблюдать технологический процесс в динамике;
— архивировать переменные процесса, с последующим выводом их на
печать в форме отчета;
— управлять процессом с экрана персонального компьютера РС или
операторской панели посредством мышки и клавиатуры;
— выводить на печать бланки отчётов и заданий;
— изменять параметры процесса через РС или операторской панели;
— вносить изменения в задания на производство продукции;
— сохранять в памяти РС режимы и рецепты производства;
— выдавать сообщения по заданным событиям;
-контролировать ошибочные действия оператора, исключая
субъективные факторы, приводящие к выпуску некачественной продукции
или аварийным ситуациям;
— автоматически формировать и выдавать на печать отчёты, взамен
ручного заполнение бланков и оперативных журналов, исключая ошибки и
приписки оператора.
Все SCADА- системы имеют примерно одинаковую конфигурацию.
Рассмотрим архитектуру построения SCADА- системы фирмы Siemens (см.
рисунок 1.1) Simatic WinCC, которая, как и ряд других, состоит из:
— персонального компьютера, с программным пакетом визуализации
Simatic WinCC;
— программируемого логического контроллера фирмы Siemens или
контроллера любого другого производителя.
Связь между PC и PLС может осуществляться по протоколу MPI,
PROFIBUS-DP, Industrial Ethernet…..