Главная Коллекция "Otherreferats" Производство и технологии Проектирование автоматизированного электропривода

Проектирование автоматизированного электропривода

Анализ технологического процесса промышленной установки и формулирование требований к автоматизированному электроприводу. Гидравлическая характеристика сети. Выбор рациональной системы. Обоснование выбора вида преобразователя электрической энергии.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 29.05.2012
Размер файла 1,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Анализ технологического процесса промышленной установки и формулирование требований к автоматизированному электроприводу

1.1 Описание промышленной установки

В состав насосной станции входят 3 консольно-моноблочных насоса Grundfos NB/NK 50-200/210 (1 насос рабочий, 1 насос резервный, 1 насос аварийный с ручным управлением). Номинальная характеристика насоса: производительность Q=80 ; напор Н=57 м; число оборотов n=2900 об/мин.

Рисунок 1.1 - Упрощённая схема установки

ПЧ - преобразователь частоты;

PLC - программируемый логический контроллер;

ДД - датчик давления;

Н1, Н2, Н3 - насосы рабочий, резервный и с ручным управлением соответственно;

М1, М2, М3 - двигатели относящиеся к насосам Н1, Н2, Н3 соответственно;

QF1 - автоматический выключатель.

Система технологического водоснабжения неавтоматизированная, нет постоянного контроля давления в сети, включение подкачивающего насоса производится вручную в соответствии с накопленным опытом персонала, зачастую насос работает, выдавая излишнее давление, более 3 атм., или недостаточное, менее 3 атм. Качество водоснабжения сказывается на производительности завода и потребительских свойствах продукции.

Основными параметрами и характеристиками насосного оборудования являются давление, напор, подача, мощность.

Давление, создаваемое насосом,Ї разность удельных энергий рабочей жидкости между всасывающим и нагнетающим патрубками:

где РН и РВ - абсолютные давления на выходе и входе, Па; VH и VB - скорость жидкости на выходе и входе, м/c; ZH и ZB - высоты точек замера давления от плоскости сравнения, м; с - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения(9,8 м/с2).

Скорости жидкости на входе VB выходеVHопределятся по формулам:VH=Q/SH;

VB=Q/SB,

где Q - подача насоса, м3/с; SH и SBЇ площади проходного сечения в местах измерения давлений PН и PВ, м3.

На практике, когда речь идет о динамических насосах, чаще используется понятие напора, которое измеряется в метрах столба жидкости (чаще всегоЇ воды), м.

Напор Н=Р/с?g.

На основании двух последних формул:

.

Подача насоса QЇ объем(масса) рабочей среды, подаваемой машиной в единицу времени. Подача измеряется в м3/с, м3/час, л/с, л/мин. Массовая подача Qm измеряется в кг/с, т/ч. Если известна массовая подача Qm, то объемная подача Q определяется из соотношения Q=Qm/с.

При характеристике насосов различают:

- оптимальную подачу Qопт - при оптимальном КПД;

- номинальную подачу Qном - определенную по техническим условиям на поставку насоса;

- минимальную Q мин и Q макс максимальную подачи - предельные значения подач, которыми ограничивается рабочая область насоса.

Мощность насоса (компрессора) P - мощность, передаваемая от привода ( электродвигателя) на вал насоса( компрессора), измеряется обычно в кВт.

Полезная мощность:

Мощность насоса больше полезной мощности на величину потерь в насосе. Эти потери оцениваются коэффициентом полезного (КПД).

КПД равен отношению полезной мощности к мощности з=Pp/P.

Значения КПД современный насосов и компрессоров составляют 0,4-0,9.

В процессе эксплуатации насосов возможны изменения основных параметров их работы: могут меняться подача, напор и соответственно потребляемая мощность. Поэтому необходимо располагать данными о взаимосвязи основных параметров насоса в достаточно широком диапазоне их изменения.

Зависимости напора, потребляемой мощности, КПД и допустимого кавитационного запаса насоса от подачи называют характеристиками. Они представляются обычно в виде графика H(Q), P(Q), з(Q), ДhДОП.

Зависимость напора от подачи H(Q) называется напорной или главной характеристикой. Характеристики насосов необходимы потребителю для подбора оборудования, определения условий монтажа и эксплуатации, согласования параметров насоса с параметрами сети.

1.2 Анализ технологического процесса промышленной установки и определение управляемых координат

Особенности работы насосной установки водоснабжения завода СИиТО:

1. Система водоснабжения завода СИиТО предусматривает установку трех подкачивающих насосов (1 насос рабочий, 1 насос резервный, 1 насос аварийный с ручным управлением).

2. Основной и резервные насосы должны быть одинаковы и взаимозаменяемы, соответственно расчет будем вести для одного основного насоса.

3. Гидравлическая характеристика сети и напорная характеристика насосов представлена на рис.1.1 . т. А (Q=80 м3/ч, H=57 м)- рабочая точка системы насос-сеть.

4. Т.к. подача воды осуществляется в одном определенном направлении, то реверс привода недопустим

5. Запуск насосной установки должен осуществляться при падении давления воды из городской сети ниже 3 атмосфер.

6. Режим работы - непрерывный.

7. Т.к. данные насосы предназначены для поддержания необходимого давления в сети водоснабжения, то характер их работы должен зависеть от напора.

8. Расход воды имеет сильные различия в течение смены.

Рисунок 1.2 - Гидравлическая характеристика сети и характеристика Н=f(Q) насоса Grundfos NB 50-200/210

1 - гидравлическая характеристика сети;

2 - характеристика Н=f(Q) насоса Grundfos NB 50-200/210.

Исходя из вышеизложенных особенностей технологического процесса управляемой координатой электропривода выбираем скорость в зависимости от давления в трубопроводе.

1.3 Формулирование требований к автоматизированному электроприводу

автоматизированный электропривод схема преобразователь

Основные технологические требования к системе электропривода:

Требования, предъявляемые к системе управления электроприводом, формируются исходя из требований обеспечения функционирования и управляемости технологическим процессом:

Требования технического задания

Основным требованием к автоматизированному электроприводу является стабилизация напора на уровне , а для системы автоматизации -- в случае отказа преобразователя перейти в режим нерегулируемого насоса или включение резервного насоса при увеличении потребления воды выше возможностей одно насоса или при выведении его из строя.

Так же электроприводу насоса предъявляется следующие требования:

- высокоэффективного перекачивания, при производительности Q=80 при этом устраняется необходимость в регулирующих клапанах, которые неэффективно использовались для снижения расхода воды, и нет нужды недогружать насосы, что происходит при их работе с постоянной скоростью;

- плавного пуска, помогающего избежать пиков давления которые превышают номинальное и вытекающей отсюда нагрузки на выходные трубы. Это снижает риск повреждений и утечки, а также внезапных колебаний давления, которые вызывают вибрацию труб, сопровождаемую звуками, напоминающими стук молотка, называемые обычно "трамбовкой". Интенсивная трамбовка может даже вызвать разрыв труб, в то время как внезапное понижения давления может, наоборот, вызвать вдавливание. Кавитация может также вызвать коррозию трубопровода. Постепенная, а не внезапная остановка насосов к тому же предотвращает одинаково вредные для труб пики давления. Более того, она снижает износ подшипников и редукторов насоса;

- в системе управления электроприводом должен быть резервный режим питания электродвигателя в обвод преобразователя частоты - байпас. Байпас - режим в котором преобразователь выключен, а электропривод работает напрямую. Байпас включается при сигнале “авария”, отключая при этом преобразователь частоты от электродвигателя.

- удобство наладки. Использование блочной архитектуры. Это обеспечит быстроту изменения функционирования промышленной установки, а также оперативную замену вышедших из строя элементов;

- надежность системы. Соответствие этому требованию позволит обеспечить безопасность функционирования промышленной установки;

- требования к массогабаритным показателям;

- энергетические показатели. Обеспечение этого требования является следствием экономии электроэнергии;

- требования техники безопасности и охраны труда;

- требования противопожарной безопасности;

- защита от радиопомех и подавление собственных радиопомех. Использование экранированных проводов, а также применение реакторов на входе силовой схемы. - пыле- и влагозащищенность не ниже IP44.

2. Проектирование функциональной схемы автоматизированного электропривода

2.1 Выбор рациональной системы электропривода

Выбор системы управления осуществляется на основе анализа сравнительных технических данных, а именно: диапазона регулирования, способа управления, ресурса (уровня износостойкости), диапазона возможных мощностей электроприводов, показатели энергетики и динамики, а также дополнительных данных, определяющих условия эксплуатации электроприводов. Экономическая оценка систем управления должна базироваться на принципе минимальных расходов, связанных с первоначальными затратами, эксплуатационными затратами на ремонт, а также затратами на ремонт, а также затратами энергии. Выбирается система, обладающая наилучшими экономическими показателями. Если экономические показатели сравниваемых систем близки, то производится дополнительная оценка по массогабаритным показателям и условиям размещения электрооборудования. В настоящее время наибольшее распространение получили системы электроприводов переменного тока, т.к. они дешевле и надежнее электроприводов постоянного тока.

Выбираем скалярное управления насосами, так как оно имеет следующие преимущества:

Экономический эффект от внедрения преобразователей частоты:

- экономия электрической энергии благодаря оптимизации работы насосных агрегатов составляет в среднем по объектам 30 - 60%.

- снижение расхода воды до 5% и уменьшение скрытых утечек за счет обеспечения постоянства давления в сети и снятия избыточного напора.

Уменьшение напора при стабильной подаче

- Уменьшение механической, а, следовательно, и электрической мощности, потребляемой из сети, вследствие уменьшения скорости вращения

- Исключение при регулировании гидравлических потерь в виду отсутствия дроссельных элементов

- Уменьшение реактивной мощности, которой обменивается электродвигатель с питающей сетью.

2.3 Проектирование функциональной схемы автоматизированного электропривода

Проектируемый автоматизированный электропривод насоса имеет датчик напора, регулятор давления, на вход которого подается разность сигнала задания и обратной связи по измеренному значению напора. В схему также введем обратную связь по току двигателя для компенсации падения напряжения на активном сопротивлении статора. Данный сигнал обратной связи вычитается из заданного значения ЭДС статора и поступает на блок регулятора напряжения. Поддержание напора в заданных пределах осуществляется изменением скорости вращения двигателя с помощью регулятора частоты. В блоке управления силовыми ключами обрабатываются сигналы с регуляторов частоты и напряжения, на основании которых вырабатываются управляющие импульсы, поступающие на транзисторы ПЧИН.

Полученная функциональная схема представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Функциональная схема электропривода насоса

ЗН - задатчик напора, Нз - напряжение сигнала задания напора,

Нос - напряжение сигнала обратной связи по измеренному напору,

РД - регулятор давления, ФП - функциональный преобразователь ЭДС,

РЧ - регулятор частоты, РН - регулятор напряжения, М - двигатель,

Ф - фильтр, L - индуктивность фильтра, С1 - конденсатор фильтра,

Н - насос, ПЧ- преобразователь частоты , ДТ1-ДТ3 - датчики тока,

АИН - автономный инвертор напряжения, ДН - датчик напора,

НВ - неуправляемый выпрямитель, R1- активное сопротивление статора,

Eз - заданное значение ЭДС статора, I1 - ток статора, f - частота,

Kдн - коэффициент обратной связи по напору, U - напряжение,

БУСК - блок управления силовыми ключами.

3. Проектирование преобразователя электрической энергии

3.1 Определение возможных вариантов и обоснование выбора вида преобразователя электрической энергии

Преимущества использования частотных преобразователей.

Плавная регулировка скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры. Это значительно упрощает механическую систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы.

При использовании частотного преобразователя пуск двигателя происходит плавно, без пусковых токов и ударов, что уменьшает нагрузку на двигатель и механику, увеличивает срок их жизни. Применение частотных преобразователей с обратной связью обеспечивает точное поддержание скорости вращения при переменной нагрузке, что во многих задачах позволяет значительно улучшить качество технологического процесса.

Для питающей сети преобразователь является чисто активной нагрузкой и потребляет ровно столько энергии, сколько требуется для выполнения механической работы (с учетом КПД преобразователя и двигателя).

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем может применяться для замены приводов постоянного тока. В этом случае значительно снижаются эксплуатационные затраты, повышается перегрузочная способность, а соответственно и надежность системы.

Применение регулируемого частотного электропривода позволяет сберегать энергию путем устранения непроизводительных затрат энергии в дроссельных заслонках, механических муфтах и других регулирующих устройствах. При этом экономия прямо пропорциональна непроизводительным затратам и может достигать 80%.

Основные возможности.

Частотный преобразователь позволяет регулировать выходную частоту в пределах от 0 до 400 Гц.

Разгон и торможение двигателя осуществляется плавно (по линейному закону), время разгона и торможения можно настраивать в пределах от 0.1 сек до 30 мин. Возможен плавный реверс двигателя.

При разгоне происходит автоматическое увеличение момента для компенсации инерционной нагрузки. Момент при пуске достигает 150% от номинального.

Частотные преобразователи обеспечивают полную электронную защиту преобразователя и двигателя от перегрузок по току, перегрева, утечки на землю и обрыва линий передачи.

Преобразователь позволяет отслеживать и отображать на цифровом пульте основные параметры системы - заданную скорость, выходную частоту, ток и напряжение двигателя, выходную мощность и момент, состояние дискретных входов, общее время работы преобразователя и т. д. В зависимости от характера нагрузки можно выбрать подходящую вольт-частотную характеристику или создать свою собственную. Преобразователь позволяет экономить на непроизводительных затратах энергии, кроме того он имеет функцию энергосбережения. Эта функция позволяет при выполнении той же работы экономить еще от 5 до 30% электроэнергии путем поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД.

В режиме энергосбережения преобразователь автоматически отслеживает потребление тока, рассчитывает нагрузку и снижает выходное напряжение. Таким образом снижаются потери в обмотках двигателя и увеличивается его КПД. Режим энергосбережения хорошо подходит для следующих задач:

- управление скоростью вращения вентиляторов и насосов;

- управление оборудованием с переменной нагрузкой;

- управление машинами, которые большую часть времени работают с малой нагрузкой.

Выбор преобразователя частоты будем производить исходя из следующих условий:

1. Напряжение выходное напряжение преобразователя Uпр 380В.

2. Номинальный ток преобразователя не менее:

3. Кратность максимального тока преобразователя 2 .

4. Минимальная цена преобразователя.

5. Степень защиты корпуса - IP44.

6. Наличие макропрограммы для управления двумя насосами по следующей схеме: один основной, второй - резервный.

Этим условиям соответствует преобразователь частоты фирмы АВВ тип

ACS550-01-012A-4. Его параметры приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Технические параметры ACS550-01-038A-4

Pном, кВт

Iном, А

Uном, В

18500

38

380-480

Ток перегрузки 2IН в течение 2 секунд каждые 60 секунд.

3.2 Выбор датчиков управляемых координат электропривода

В качестве датчика обратной связи по давлению выбираем датчик CS-PT100, основные технические данные которого приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Основные технические данные датчика давления CS- PT100.

Диапазон измерения

0 ~ 12.6 бар

Перегрузка давления

250%

Выходной сигнал

4 ~ 20 мА

Напряжение питания

24V DC

Суммарная погрешность

0,5%

Время срабатывания

10 мсек

Температура термокомпенсации

10 ~ +60 °C

Рабочая температура

-40 ~ +85 °C

Степень защиты

IP65

4. Проектирование схемы электрической общей и подключения автоматизированного электропривода

4.1 Схема электрическая общая и подключений автоматизированного электропривода

Схему электрооборудования заданного электропривода будем проектировать на основании схемы подключения выбранного преобразователя.

Схема подключения ACS550-01-012A-4 представлена на рисунке 10.1

Рисунок 10.1 Схема подключения преобразователя частоты.

В таблице 10.1 приводится информация по подключению цепей управления к клеммной колодке Х1 привода.

Таблица 10.1 - Подключение цепей управления

Макросы предназначены для присвоения группе параметров новых предварительно заданных значений. Использование макросов позволяет максимально сократить необходимость ручного изменения значений параметров. При выборе макроса устанавливаются значения по умолчанию для всех параметров.

После выбора макроса можно изменить значения параметров вручную с панели управления.

Прикладные макросы активизируются с помощью параметра 9902 ПРИКЛ.

Для управления тремя насосами (один из которых - основной, а второй и третий - резервные) используем макропрограмму управления насосами и вентиляторами.

Рисунок 10.2 - Подключение цепей при использовании макропрограммы управления насосами и вентиляторами.

В качестве датчика обратной связи по давлению выбираем датчик CS-PT100, основные технические данные которого приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Основные технические данные датчика давления CS- PT100.

Диапазон измерения

0 ~ 12.6 бар

Перегрузка давления

250%

Выходной сигнал

4 ~ 20 мА

Напряжение питания

24V DC

Суммарная погрешность

0,5%

Время срабатывания

10 мсек

Температура термокомпенсации

10 ~ +60 °C

Рабочая температура

-40 ~ +85 °C

Степень защиты

IP65

Схема электрическая соединений автоматизированного электропривода представлена на рисунке 10.3.

4.2 Составление перечня элементов электрооборудования промышленной установки

Перечень элементов производственной установки представлен в таблице 10.2.

Таблица 10.2 - Перечень элементов элементов электрооборудования промышленной установки

Поз. обозн.

Наименование

Кол.

Примечание

Документация

Пояснительная записка

1

Электродвигатели

М1,М2,М3

MMG 160L-Е, 380/220В

2

Преобразователи частоты

ПЧ

ACS550-01-038A-4

1

Автоматические выключатели

QF1,QF3, QF4

ВА47-29, D40

2

QF2

ВА47-29, C4

1

Магнитные пускатели

КМ1.1,КМ1.2, КМ2,КМ3

ПМЛ 310004, 220В, 50 Гц

2

Тепловые реле

КК1,КК2,КК3

РТЛ 1009

2

Транформаторы

TV

Трансформатор напряжения

1

ОСМ1-0,063. 380/220В, 50 Гц,

Датчики

ВР

Датчик температуры CS- PT100.

1

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены