Дипломный проект - Система автоматизации насосной установки станции подкачки воды жилищного комплекса - файл DIPLOM_new_1.doc

Дипломный проект - Система автоматизации насосной установки станции подкачки воды жилищного комплекса
скачать (2086.5 kb.)
Доступные файлы (17):
DIPLOM_new_1.doc3057kb.28.06.2012 22:43скачать
model_2_autosave.mdl
n3.cdw
n4.cdw
n5.png33kb.17.05.2012 00:22скачать
n6.cdw
n7.cdw
n8.bmp
n9.bmp
n10.bmp
n11.bmp
n12.tifскачать
n13.tifскачать
n14.spw
n15.cdw
n16.cdw
n17.spw

DIPLOM_new_1.doc

  1   2   3   4   5   6   7
Реферат
Дипломный проект содержит _153__страниц; _47_рисунков; __9 таблиц;

_6__листов графической части;

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

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

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

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

Реферат
Дипломний проект містить _153_сторінок; _47__малюнків; _9_ таблиць;

_6__аркушів графічної частини;

У дипломному проекті розроблена система автоматизації насосної установки станції підкачування води житлового комплексу.

Завдання даної системи керування – підтримка постійного заданого напору у водопровідній магістралі житлового комплексу, забезпечення відпрацьовування добової діаграми напорів, забезпечення енергозберігаючого керування напором, забезпечення захисту від перевищення й заниження тиску у водогінній мережі.

Відповідно до вихідних даних зроблений вибір двигуна й частотного перетворювача, розрахована система електропостачання насосної станції, розроблена структурна схема системи керування, визначені параметри динамічних ланок. Синтезований ПІД-регулятор напору. Дослідження динамічних режимів системи керування виконане за допомогою моделювання на ЕОМ. Проведений економічний аналіз эфективності впровадження частотного регулювання привода насосної установки й розроблені заходи щодо забезпечення умов праці на насосній станції.

ЕЛЕКТРОПРИВОД, НАСОСНА УСТАНОВКА, АСИНХРОННИЙ ЕЛЕКТРОДВИГУН, ЧАСТОТНЕ РЕГУЛЮВАННЯ, ЗАКОН КЕРУВАННЯ, РЕГУЛЯТОР ТИСКУ, МОДЕЛЮВАННЯ, ПИД- РЕГУЛЯТОР, ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ, MATLAB, SIMULINK.

THE Summary
The graduation work contains _153__pages; _47__drawings; _9_ tables;

__6_pages of charts;

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

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

In accordance with the output data the motor and frequency transformer were chosen, power supply of pumping station was rated, structural scheme of control system was developed, parameters of dynamic links were determined. PID-regulator of pressure was synthesized. The study of dynamic modes of control system was carried out by means of modeling in a computer. Efficiency analysis of implementation frequency regulation of pumping unit drive was carried out and measures to ensure safety labor conditions at a pumping station were elaborated.
ELECTRICAL DRIVE, PUMPING STATION, ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR, FREQUENCY ADJUSTMENT, CONTROL LAW, PRESSURE REGULATOR, MODELING, PID- REGULATOR, TRANSIENT PROCESSES, MATLAB, SIMULINK.


Содержание

Введение 10

1. Технические требования к электроприводу насосной установки .13

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

2.1. Назначение и виды насосных станций 18

2.2. Насосные установки 21

2.2. Регулирование режимов работы насосных установок 22

  1. Аналитический обзор методов управления насосными установками 29

3.1. Регулировка подачи насосов 29

3.2. Выбор принятых показателей качества 35

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

  1. Определение основных элементов электропривода 43

4.1. Расчет мощности и выбор электродвигателя насосной
установки 43

4.2. Расчет и выбор преобразовательного устройства 47

4.3. Выбор датчика давления 52

4.4. Расчет и выбор кабеля питания 54

4.5. Выбор аппаратов защиты 56

5. Синтез системы управления 58

  1. Разработка структурной схемы 58

  2. Расчет параметров передаточной функции объекта управления….59

  3. Синтез контура регулирования давления………………………….60




  1. Математическое моделирование и исследование динамических режимов САК………………………………………………………………………………….…83

  2. Спецвопрос…………………………………………………………………………..90

  3. Техническая реализация системы автоматизации ……………………………….93

  4. Технико-экономические расчеты ….………………………………………….103

  5. Охрана труда при эксплуатации системы автоматизации насосной установки станции подкачки жилищного комплекса………………………. 119

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

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


Введение

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

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

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

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

Рассматривая отрасль коммунального водоснабжения, можно отметить, что реально потребляемый уровень электроэнергии далек от достаточного. Рост цен на электроенергию заставляет задуматься о реально достаточном уровне потребления последней электродвигателями насосных установок.

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

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

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

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

Для решения этой задачи требуется:

1. Технические требования к системе автоматИзации

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

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

Применение регулируемого асинхронного электропривода для управления насосными агрегатами позволяет обеспечить:


Проектируемая насосная установка, должна обеспечивать следующие технические характеристики:

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

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

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

Для реализации задачи управления насосной установки электропривод должен обеспечивать:

САУ насосной установки должна обеспечить следующий показатель качества регулирования:

Характеристики переходных процессов должны удовлетворять следующим требованиям:

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

"Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий";

"Правила устройства электроустановок";

"Пожарная автоматика зданий и сооружений";

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

"ССБТ. Цвета сигнальные и знаки безопасности".

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

Должен быть ограничен доступ к вращающимся частям насосной установки.

Электрические элементы должны иметь защитное зануление.

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

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

Конструкция и расположение щитов, пультов, должны обеспечить обозримость и простоту обслуживания.

Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту компонентов системы

Насосная установка должна размещаться в закрытом помещении, исключающем попадание атмосферных осадков и устанавливаться на специальный фундамент.

На оборудовании должны быть установлены таблички и нанесены обозначения для обеспечения быстроты монтажа и ремонта.

Площадь помещения должна соответствовать требованиям предприятий-изготовителей по размещению и обслуживанию технических средств и санитарных норм.

При проектировании электроснабжения и систем искусственного освещения помещений для размещения технических средств необходимо выполнять требования "Правил устройств электроустановок".

Вывод.

В даном разделе дипломного проекта приведены основные требования к разрабатываемой системе автоматизации насосной установки, которая обеспечивает подачу холодной воды в водопроводную сеть жилищного комплекса. Согласно требований пункта, проектируемая насосная установка, должна обеспечивать заявленные технические характеристики при максимальном экономическом эфекте, соответствовать требованиям безопасности при монтаже, эксплуатации, обслуживанию и ремонту, отвечать современным требованиям к эргономике и технической эстетике.
2. Общие сведения о технологическом процессе и задаче автоматизации насосной установки
2.1. Назначение и виды насосных станций

Насосные станции (НС) представляют собой сложный электрогидравлический технический комплекс сооружений и оборудования, в котором осуществляется преобразование электрической энергии в механическую энергию потока жидкости и управление этим процессом преобразования[1].

Насосные водопроводные станции в зависимости от места, занимаемого в общей системе водоснабжения, подразделяют на станции 1-го, 2-го, 3-го и последующих подъемов и канализационные. Их назначение показано в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Назначение и виды насосных станций

Объект

Задача

Насосная станция 1-го подъема

Управление глубинными насосами, расположенными в скважинах Поддержание заданного уровня воды в накопительном резервуаре Применяются в составе водоподъемных технологических сооружений совместно со станциями управления насосами 2-го и 3-го подъемов

Насосная станция 2-го подъема

Создание давления в водопроводной сети, с забором воды из аккумулирующей емкости Давление создается из расчета обеспечения застройки малой и средней этажности Поддержание постоянного значения давления согласно суточному или недельному графику

Насосная станция 3-го подъема и последующих подъемов

Создание и поддержание необходимого давления в трубопроводе с забором воды из станиии 2-го подъема для зданий средней и высокой этажности Поддержание постоянного значения давления или согласно суточному или недельному графику

Канализационная насосная станиня

В очистных сооружениях для перекачки дренажных вод, осушения подвалов жилых, производственных и прочих сооружений, котлованов и прочих емкостей во время строительных, спасательных и тому подобных работ


Основным назначением НС является обеспечение:

требуемого графика подачи жидкости для нормальных и аварийных условий;

наименьших затрат на сооружение, оснащение и эксплуатацию;

требуемой степени надежности и, следовательно, определенной степени бесперебойности работы;

долговечности, соответствующей технологической значимости объектов, в состав которых они входят;

удобства эксплуатации (широкое применение автоматики и телемеханики);

эксплуатации при непрерывно изменяющихся объемах, режимах потребления жидкости и изменяющемся составе потребителей.

В зависимости от назначения можно выделить следующие виды НС: хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий; оборотного водоснабжения промышленных предприятий; канализационные; систем теплоснабжения; дренажные; противопожарного водоснабжения; мелиоративные; нефтеперекачивающие и др.

По способу объединения насосов можно выделить НС с индивидуальной работой насосов и НС с совместной работой насосов. Первый случай характерен для НС с невысокими единичными мощностями насосов и низкими требованиями к надежности работы. Это характерно, например, для дренажных насосов. Совместно работающие насосы находят широкое применение на всех видах НС. При этом для обеспечения требуемых технологических показателей используется параллельное, последовательное и комбинированное соединение установок. Наиболее характерным является параллельное соединение насосов, применяемое на большинстве типов НС. Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда необходимо создать достаточно высокое давление в системе, например, при транспортировке вязких растворов (нефть, ил и др.).

По главному регулируемому параметру НС можно разделить на станции с регулированием давления и станции с регулированием подачи.

Согласно требованиям к надежности обеспечения подачи транспортируемой жидкости к технологическому объекту НС могут быть отнесены к 1-й, 2-й или 3-й категории [2].

Среди рассмотренных выше видов НС преимущественное использование получили НС с параллельным соединением насосов, которые применяются в системах водоснабжения и водоотведения населенных пунктов, промышленных предприятий, системах оборотного водоснабжения технологических комплексов производственных объектов, в том числе на предприятиях цветной металлургии и нефтеперерабатывающих заводах.



Рис. 2.1 - Технологическая схема типовой насосной станции
На рис. 2.1 изображена технологическая схема типовой НС. Жидкость поступает во входной коллектор НС и аккумулируется в резервуаре. Из входного резервуара она откачивается насосами, подается в выходной коллектор НС и далее в магистральный трубопровод, откуда и распределяется по потребителям или поступает ко входу следующей НС. Для отделения насоса от трубопровода служат задвижки, размещенные на входном и напорном патрубках насоса. Кроме того, на выходном патрубке насоса установлен обратный клапан, предотвращающий обратный ток жидкости через насос. В качестве электроприводов насосов и задвижек применяются электродвигатели. В правой части рис. 2.1 размещена таблица, в которой для каждого из объектов НС приведен перечень контролируемых параметров. Данный перечень может изменяться в зависимости от назначения НС и мощности насосных установок.
2.2. Насосные установки

Основным энергетическим элементом НС является насосная установка, содержащая один или несколько насосов, всасывающую и нагнетательную систему трубопроводов, запорную арматуру, электропривод, а также датчики технологических параметров установки. В качестве основного силового оборудования на НС применяют объемные или динамические насосы.



Рис. 2.2 - Принципиальная схема центробежного насоса:
1 - рабочая камера; 2 - рабочее колесо; 3 - направляющий аппарат; 4 - вал;
5 - лопатка рабочего колеса; 6 - лопатка направляющего аппарата; 7 - нагнетательный патрубок; 8 - подшипник; 9 - корпус насоса (опорная стойка); 10 - гидравлическое торцовое уплотнение вала (сальник); 11 - всасывающий патрубок.
Объемные насосы работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой жидкости повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (аксиально-поршневые и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т. п.) насосы.

Динамические насосы работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (центробежные (рис.2.2), осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т. п.). Преимущественное использование получили насосы центробежного типа.
Основными характеристиками НС являются зависимости выходных подачи и давления жидкости от времени и входной подачи, а также от ряда возмущающих воздействий. Эти зависимости отражают изменение режима работы НС.
2.3. Регулирование режимов работы насосных установок

Для обеспечения заданного режима работы НС при изменении условий работы требуется производить регулирование режимов работы насосных установок. Эта задача может быть разделена на два направления: регулирование гидравлических режимов работы насосов и регулирование энергетической эффективности работы электропривода НС.

Для насосных установок центробежного типа применяют следующие способы регулирования подачи жидкости и давления:

дросселированием трубопровода;

перепуском части потока жидкости из выходного патрубка насоса во входной;

отключением или подключением насосов (ступенчатое регулирование);

изменением частоты вращения рабочего колеса насоса.

Дросселирование трубопровода является весьма распространенным способом регулирования давления и подачи жидкости. Регулирующим элементом в этом случае является механическое устройство в виде шибера, дроссель-клапана, задвижки, диафрагмы и т. п., которое располагается на напорном патрубке насоса и за счет своего перемещения изменяет поперечное сечение трубопровода [1].

Несмотря на простоту реализации данного способа регулирования он имеет ряд недостатков. Одним из них является снижение КПД НС, особенно при глубоком регулировании подачи. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на преодоление дополнительного сопротивления регулирующего устройства, преобразуется в тепловые потери, что и определяет низкую энергетическую эффективность данного подхода. Помимо этого, рост давления на выходе насоса при закрытии задвижки приводит к сокращению срока службы уплотнений и запорных устройств, а также к увеличению утечек жидкости через стыки и щели. Другим недостатком этого способа является возможность однозонного регулирования в сторону уменьшения подачи или напора насосной установки.

Регулирование напора перепуском основано на отведении части потока жидкости с выхода насоса на его вход через отвод с задвижкой. При этом энергия, затрачиваемая на циркуляцию жидкости по холостому кругу, не создает полезной работы, что снижает КПД установки, особенно сильно при глубоком регулировании. Как и в предыдущем методе, подача НС регулируется только в сторону уменьшения.

Ступенчатое регулирование подачи насосной станции осуществляется за счет подключения или отключения насоса или группы насосов. Данный способ характеризуется простотой управления, так как не требует дополнительных регулирующих устройств. Однако он не позволяет обеспечить непрерывное и качественное поддержание напора при изменении потребления жидкости и вызывает частые пуски двигателей, что уменьшает срок работы оборудования и требует строительства промежуточного аккумулирующего резервуара для сглаживания колебаний подачи НС. Кроме того, электроприводы работают не в оптимальном режиме, что также снижает КПД всей НС.

Указанные особенности обусловливают сокращение НС, на которых применяются рассмотренные выше способы регулирования.

Изменение частоты вращения рабочего колеса насосной установки позволяет осуществить непрерывное регулирование производительности НС с меньшими затратами энергии, чем в предыдущих вариантах [2]. Однако оно требует больших затрат на регулирующее оборудование, особенно для установок с мощностью выше средней, и приводит к ухудшению электромагнитной совместимости с питающей сетью. Тем не менее снижающаяся стоимость регулируемых электроприводов делает этот способ наиболее перспективным.

Возможно также сочетание нескольких способов регулирования. Одним из широко применяемых вариантов регулирования является сочетание ступенчатого регулирования с изменением частоты вращения рабочего колеса насосной установки, которое достигается с помощью частотно-регулируемого электропривода. Согласно рекомендациям [3], регулируемым электроприводом следует оборудовать один насосный агрегат в группе из 2–3 рабочих агрегатов.

Для регулирования энергетической эффективности оборудования НС должен быть выбран оптимальный по энергопотреблению режим работы насосов при их совместной работе. Один из путей решения этой задачи приведен в литературе [5–7].
2.3.1. Основные функции автоматической системы регулирования НС

Согласно требованиям СНиП насосные станции всех назначений должны проектироваться, как правило, с управлением без постоянного обслуживающего персонала: автоматическим — в зависимости от технологических параметров (уровня воды в емкостях, давления или расхода воды в сети); дистанционным (телемеханическим) — из пункта управления; местным — периодически приходящим персоналом с передачей необходимых сигналов на пункт управления или на пункт с постоянным присутствием обслуживающего персонала.

Управление регулируемым электроприводом в основном следует осуществлять автоматически в зависимости от давления в диктующих точках сети, расхода воды, подаваемой в сеть, уровня воды в резервуарах.

В НС следует предусматривать измерение давления в напорных водоводах и у каждого насосного агрегата, расходов воды на напорных водоводах, а также контроль уровня воды в дренажных приямках и вакуум-котле, температуры подшипников агрегатов (при необходимости), аварийного уровня затопления (появления воды в машинном зале на уровне фундаментов электроприводов). При мощности насосного агрегата 100 кВт и более необходимо предусматривать периодическое определение КПД с погрешностью не более 3%.



Рис. 2.3 - Структура насосной станции

При автоматическом или дистанционном (телемеханическом) управлении должно предусматриваться также местное управление.

В насосных станциях должна предусматриваться автоматизация следующих вспомогательных процессов: промывки вращающихся сеток по заданной программе, регулируемой по времени или перепаду уровней, откачки дренажных вод по уровням воды в приямке, электроотопления по температуре воздуха в помещении, а также вентиляции.
2.3.2. Структура автоматизированной НС

Упрощенная электрическая схема силовых цепей показана на рис.2.3а. Штриховой линией со звездочкой обозначена взаимная механическая блокировка контактных аппаратов, запрещающая одновременное подключение электродвигателя к сети и к преобразователю частоты. Взаимодействие блоков станции и гидравлической системы показано на рис.2.3б.

Упрощенная структурная схема автоматизированной НС с частотно-регулируемым электроприводом приведена на рис. 2.4.

Электроснабжение НС осуществляется от трансформаторной подстанции ТП. Электроэнергия поступает на распределительное устройство РУ, к которому подключено силовое электрооборудование. Здесь же размещены первичные аппараты для средств учета потребляемой электроэнергии.

Силовое электрооборудование размещено в электрощитовой НС. Оно содержит: силовые шкафы управления СШУ, преобразователь частоты ПЧ и, при необходимости, компенсатор реактивной мощности КРМ. Силовой шкаф управления содержит коммутационный аппарат, с помощью которого осуществляется коммутация питания электропривода М центробежного насоса Н либо к выходу ПЧ, либо к секции РУ.


Рис. 2.4 – Структурная схема автоматизированной насосной станции
В машзале НС размещено основное и вспомогательное оборудование НС. Основное оборудование включает насосы ЦН1–ЦН3, электроприводы М1–М3. В состав вспомогательного оборудования входят: дренажные, пожарные, вакуум-насосы; задвижки; вентиляторы; обогреватели и другое оборудование. Управление им производится при помощи исполнительных механизмов ИМ1–Имn.

Для получения информации о значениях регулируемых параметров служат датчики Д1–Дm.

Сигналы управления и измерительные сигналы от оборудования НС собираются в шкафу управления ШУ. Здесь же происходит их объединение в одну общую информационную линию связи, которая подключается к технологическому контроллеру ТК.

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

управление основной насосной установкой;

управление дополнительной насосной установкой, например пожарными насосами;

управление дренажными насосами;

измерение и обработка параметров оборудования НС;

управление отоплением и вентиляцией помещений НС;

осуществление функций охраны от несанкционированного проникновения посторонних лиц на территорию НС;

обслуживание локального терминала;

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

Вывод.

В даном разделе дипломного проекта рассмотрены общие сведения о технологическом процессе и задаче автоматизации насосной установки. Приведены сведения о типах насосных установок и их составляющих частей, осных режимах работы и способах обеспечения заданного режима работы НС.

3. Аналитический обзор методов управления насосными установками

3.1. Регулировка подачи насосов

Подача насоса регулируется, в основном, тремя разными способами:

На промышленных предприятиях наиболее распространенный способ регулирования дросселированием. Это регулирование осуществляется путем введения в нагнетающую магистраль различных заслонок. КПД регулирования дросселированием значительно хуже чем КПД регулированием скорости вращения, при котором экономия энергии часто превышает 50%. Этот способ применяется для маломощных установок и характеризуется небольшим диапазоном регулирования. Преимуществом этого способа является простота реализации.

Регулирование насосов на водопроводных и водоочистительных сооружениях выполняется прерывистым способом регулирования. К недостаткам этого способа принадлежат: невысокий КПД, частые пуски и остановки, отрицательно действующие на трубопроводы и оборудование, невозможность плавного регулирования. При использовании данного способа регулирования необходимо предусматривать необходимый запас по мощности двигателя. Преимуществом этого способа является достаточно высокая экономичность, поскольку отсутствуют дополнительные потери при регулировании подачи.

Регулирование скорости вращения позволяет осуществлять точное и плавное регулирование. Благодаря применению регулирования скорости вращения трубопроводы и клапаны получают меньшую нагрузку; увеличивается их срок службы, и уменьшается потребность в их обслуживании [4].

В отличие от прямого пуска, электродвигатель насоса с регулированием от преобразователя частоты получает из сети лишь часть пускового тока. Таким образом, габаритные размеры электрооборудования можно сократить и снизить затраты на их приобретение. Благодаря применению приовода с преобразователем частоты габариты двигателя можно уменьшить на 10-20%.

Статическая нагрузка на магистраль уменьшается, так как система не работает постоянно при высоком давлении. Давление поддерживается на заданном уровне.

Динамические нагрузки заметно снижаются при «мягком» регулировании в сравнении с прерывчатым регулированием. Устраняются гидравлические удары, которые изнашивают трубопроводы и оборудование. Срок службы оборудования может даже удваиваться.

Регулирование путем изменения скорости вращения также позволяет осуществлять экономию энергии [4].

Исходя из вышесказанного, как способ регулирования напора выбираем регулирование путем изменения скорости вращения насоса.

Механизмы центробежного типа в силу особенностей их конструкций и условий технологического процесса не требуют реверсирования, их скорость согласуется со скоростью двигателя, поэтому електропривод этих установок выполняется безредукторным и поставляется обычно вместе с механизмом.

Отличительной особенностью рассмотренной группы механизмов есть облегченные условия их пуска. Эти механизмы, как в нормальных условиях, так и после аварийного отключения пускаются, как правило, вхолостую. При этом момент трогания не превышает 30-35% номинального момента. Для установок вентиляторного типа, которые пускаются под нагрузкой, момент сопротивления плавно возрастает с увеличением скорости, которая благоприятно согласуется с формой механической характеристики асинхронного двигателя. В результате прямой пуск рассмотренных механизмов с асинхронным короткозамкнутым двигателем или синхронным двигателем с асинхронной пусковой обмоткой происходит под действием практически неизменного динамического момента. Отмеченные особенности механизмов центробежного типа разрешают в большинстве случаев для их привода использовать нерегулированные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В установках значительной мощности целесообразное применение синхронных двигателей, которые позволяют активно влиять на результирующую реактивную мощность, потребляемую из сети промышленным предприятием.

На некоторых больших установках вентиляторного типа суммарный момент инерции электропривода значительно превышает момент инерции двигателя. При этом прямой пуск оказывается затянутым и сопровождается значительным нагреванием обмоток асинхронного короткозамкнутого или синхронного двигателя. Поэтому в электроприводе указанных установок находят применение асинхронные двигатели с фазным ротором и в том случае, когда регулирование скорости не нужно. Реостатный способ пуска таких двигателей облегчает процесс разгонки установки, уменьшает пусковые тока и нагрев обмоток двигателя.

Множество насосных установок работают в условиях агрессивной, взрывоопасной среды, при высоких температурах и влажности. Для таких установок применяются преимущественно асинхронные короткозамкнутые двигатели закрытого выполнения. Для особенно тяжелых условий эксплуатации двигатели специальной конструкции.

В установках, которые требуют плавного и автоматического регулирования подачи, электропривод выполняется регулированный. Характеристики механизмов центробежного типа создают благоприятные условия работы регулируемого электропривода, как относительно статических нагрузок, так и необходимого диапазона регулирования скорости. Из механических характеристик следует, что при уменьшении скорости, по крайней мере квадратично, снижается и момент сопротивления на валу двигателя. Это облегчает тепловой режим двигателя при работе на сниженной скорости. Необходимый диапазон регулирования скорости при условии отсутствия статического напора Нст=0 не превышает заданный диапазон изменения подачи.

В среднем для регулируемых механизмов центробежного типа необходимый диапазон регулирования скорости обычно не превосходит 2:1. Отмеченные особенности данных механизмов и невысокие требования относительно жесткости механических характеристик позволяют успешно применять для них простые в реализации варианты регулированного асинхронного электропривода [5-7].

Рассмотрим основные варианты применяемых регулируемых электроприводов.

Для установок сравнительно небольшой мощности (7-10 кВт) задача регулирования успешно решается с помощью системы регулятор напряжения –асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Как регулятор напряжения применения находит тиристорный коммутатор. Вентиляторная механическая характеристика нагрузки позволяет обеспечить устойчивую работу электропривода по системе тиристорный коммутатор – асинхронный двигатель в довольно большом диапазоне скорости без обратных связей.

Обычное изменение технологического режима, в котором принимает участие регулируемый электропривод, протекает довольно медленно и не требует высокого быстродействия. Поэтому как регулятор напряжения может быть использован трехфазный магнитный усилитель, включенный в цепь статора. Довольно просто реализовать и импульсный способ регулирования скорости асинхронного двигателя. Тиристорный ключ, замыкаясь и размыкаясь, изменяет среднее за цикл коммутации значения дополнительного сопротивления. Это сопротивление пропорционально скважности широтно-импульсной модуляции. Регулируя скважность, можно получить семейство механических характеристик электропривода. Скважность зависит от управляющего напряжения на входе системы управления тиристорным ключом. Так как критическое скольжение двигателя уменьшается при увеличении дополнительного сопротивления, то диапазон скоростей устойчивой работы привода даже при «вентиляторной» характеристике механизма оказывается довольно незначительным. Введение обратной связи по скорости обеспечивает жесткие механические характеристики и устойчивую работу замкнутой системы электропривода в необходимом для механизма диапазоне скоростей.

Общим недостатком рассмотренных вариантов регулированного электропривода есть выделение потерь скольжения при снижении скорости в самом двигателе. Эти потери вызывают дополнительное нагревание двигателя и требуют соответствующего завышения установленной мощности двигателя.

В установках, где по условиям эксплуатации допустимо применение асинхронного двигателя с фазным ротором, возможности регулируемого электропривода расширяются. Введение дополнительного сопротивления в цепь ротора позволяет вывести часть потерь скольжения из обмоток двигателя. Благодаря этому снижается необходимое завышение габарита двигателя и появляется возможность расширить диапазон мощностей привода при рассмотренных выше способах регулирования скорости. Например, импульсный способ регулирования окажется более целесообразным относительно коммутации дополнительного сопротивления в роторной цепи. При этом механические характеристики привода обеспечивают устойчивую работу в довольно большом диапазоне скоростей при разомкнутой системе электропривода.

Во всех рассмотренных вариантах имеют место значительные потери скольжения, которые рассеиваются в виде тепла в обмотках двигателя, в регулировочных сопротивлениях или в муфте скольжения, и КПД электропривода оказывается низким. Поэтому для электроприводов рассмотренных механизмов мощностью от сотни и тысячи киловатт находят применение каскадные варианты регулирования скорости, в которых потери скольжения возвращаются в сеть или на вал двигателя.

При больших диапазонах регулирования (D >2) и высоких требований к жесткости механических характеристик электропривода перспективна схема транзисторный преобразователь частоты — асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Отсутствие необходимости в электрическом торможении и реверсе привода механизмов центробежного типа упрощает структуру транзисторного преобразователя частоты и позволяет выполнить его на базе автономного инвертора напряжения и управляемого выпрямителя.

Первоначально из-за отсутствия надежных и дешевых преобразователей частоты (ПЧ) для управления скоростью насоса в продолжительном режиме пытались использовать преобразователи напряжения (ПН), т.е осуществлять так называемое параметрическое регулирование.

Этот способ привлекателен тем, что тиристорный преобразователь напряжения (ТПН) очень прост и дешев. Однако, существует принципиальное ограничение на использование параметрического регулирования в продолжительном режиме – большие потери энергии в двигателе. Для того, чтобы все-таки использовать этот способ, энтузиасты идут на завышение установленной мощности электродвигателя в 2-2,5 раза, использование специально ухудшенного ротора с повышенным скольжением.

Очевидно, что при этом система с дешевым преобразователем ТПН оказывается слишком дорогой и нерациональной в практической реализации. Система ПЧ-АД, в которой скорость двигателя регулируется изменением частоты питающего напряжения, полностью лишена перечисленных недостатков. В этой системе экономится примерно вдвое больше энергии, так как в системах с ТПН половина экономящейся в насосе энергии рассеивается в двигателе, непредсказуемо уменьшая срок службы его подшипников и других деталей.

Из изложенного следует важный вывод: наиболее эффективный способ регулирования скорости АД – изменение частоты с одновременным изменением напряжения при использовании ПЧ. При этом срок окупаемости инвестиций в оборудование составляет от 6 до 18 месяцев в зависимости от механизма, режимов его работы и мощности приводного двигателя [8].

Изменять частоту оборотов имеет смысл только до определённой величины, при которой напор турбомеханизма станет равным статическому напору. При дальнейшем понижении производительности насоса, напора развиваемого турбомеханизмом будет недостаточно, чтобы преодолеть статический напор в сети.
  1   2   3   4   5   6   7


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации