Электрификация свинарника-маточника на 120 голов с разработкой автоматизации подогрева пола

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Ялуторовский аграрный колледж

Курсовой проект

По предмету: «Автоматическая система управления»

Выполнил студент 62 Э группы

Оглашенных Н.П.

Проверил: Зубарев А .С.

Ялуторовск 2004 год

Утверждаю

Заместитель директора

по учебной части

_____________________

«___» __________ 2003 года

Задание

Для курсового проектирования по Электрооборудованию

Студента 5 курса 52 Э группы Ялуторовского Аграрного колледжа

Ф.И.О. Миллер Сергей Владимирович

Тема задания Электрификация свинарника-маточника на 120 голов с разработкой автоматизации подогрева пола

Курсовой проект на указанную тему выполнен студентом в объеме ___

Руководитель проекта ___________________



Введение

Основным направлением развития современного сельскохозяйственного производства является комплексная механизация, электрификация и автоматизация технических процессов.

Автоматизация сельскохозяйственного производства повышает производительность и улучшает условия труда, устраняет различие между физическим и умственным трудом, увеличивает выпуск продукции, снижает её себестоимость, позволяет полнее удовлетворять потребности человека. Автоматизация сельскохозяйственного производства - одно из важнейших направлений науки.

Богатый практический и теоретический опыт, накопленный при автоматизации промышленности, позволяет использовать его при автоматизации процессов в сельском хозяйстве. При этом необходимо помнить, что сельскохозяйственному производству присущи и свои специфические особенности, которые следует учитывать при электрификации и автоматизации. К ним относятся: большое число помещений с агрессивными средами и повышенной запыленностью, с широкими пределами изменения влажности и температуры; связь сельскохозяйственных машин и другой техники с биологическими объектами (животными и растениями), которые оказывают определённое влияние на работу установок, большое число мобильных машин как в растениеводстве, так и в животноводстве, подверженных сильной вибрации; рассредоточенность сельскохозяйственных машин и установок по площадям значительных размеров, а также удалённость от ремонтной базы.

Современный этап развития автоматизации и электрификации характеризуется широким внедрением принципиально новых средств автоматизации, выполненных на интегральных микросхемах, внедрением микропроцессоров и микро-ЭВМ. Достижения электроники, электротехники и механики воплощаются в работах, создание и использование которых является одним из магистральных направлений технического прогресса.

Без электрификации и автоматизации производственных процессов немыслимо и невозможно дальнейшее развитие сельскохозяйственного производства.



1. Краткая характеристика объекта

Проект фермы разработан для определённой климатической зоны с установленными параметрами:

- температура наружного зимнего воздуха: до 40єс;

- вес снегового покрова к горизонтальной поверхности земли: Ро=70кг/м²;

- -нормативный скоростной напор ветра: 35 кг/м²;

- расчетная сейсмичность: не более 6 баллов; на поверхности с непроусадочным грунтом, не подверженной оползням, карстам и горным выработкам; на территории не подверженной затоплениям и с отсутствием грунтовых вод.

Для фермы предусмотрено одноэтажное здание с габаритами: 78 х 18 х 3 метра. Стены и перегородки здания выполнены из кирпича на бетонном фундаменте. Двухскатная крыша покрыта шифером.

Здание состоит из помещения для содержания животных и тамбура в торце здания, в котором находятся подсобные помещения: туалет, инвентарный и инструментальный склады, щитовая и комната для отдыха обслуживающего персонала. В этом торце также находятся входные ворота.

Животные на ферме содержатся в станках ССН-2, с размерами 2х3,6 метра, которые расположены вдоль фермы в четыре ряда, с образованием двух кормовых проходов.

В каждом станке находятся вместе свиноматка и поросята-сосуны, которые находятся на отдельной площадке размером 665х2000 мм. Площадка для свиноматки имеет размеры: 1335х2000 мм. Также в станке имеется площадка для кормления свиноматок размером 2х1,6 м.

Площадки для поросят и свиноматок оборудованы электрическим обогревом пола проволочным обогревателем, причём температура площадки для поросят несколько выше, чем для свиноматок, что необходимо по технологии содержания животных.

Также в станках установлены сосновые полки с электрическим нагревом воды.

Практически все технологические линии фермы электрифицированы и автоматизированы.

Навоз из фермы удаляется электрифицированным скребковым транспортёром, с одновременной погрузкой его в транспортное средство. Уборка навоза происходит два раза в день.

В настоящее время на свиноводческих фермах в рационах для животных используют полнорациональные корма, комбикорма или размолотые зёрна в смеси с сочными и другими и другими кормами, а также пищевые отходы, обогащенные комбикормами. Раздача кормов происходит по три раза в день. Перед кормлением корма предварительно увлажняются. Корма привозят из комбикормового цеха. С помощью распределительного шнека их подают электрифицированный рельсовый кормораздатчик, который непосредственно и раздает корм.

Периодически на ферме будет осуществляться бактерицидное облучение помещений специально предусмотренными лампами ультрафиолетового облучения.

Хороший микроклимат в свинарнике имеет очень важную роль в продуктивности животных, и поэтому на ферме разработана приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением воздуха. Вентиляция децентрализована с размещением оборудования в шумо- и теплоизолированных шкафах по типу промышленных комплексов.

Помимо обогреваемых полов, на ферме разработано и общее отопление. Его во всех случаях целесообразно совмещать с приточной вентиляцией. При этом в помещение подается подогретый воздух и не происходит оседание конденсата в воздуховодах, туманообразования и зон с разными перепадами температур.

Воздухоснабжение фермы происходит по каскадной схеме из водоёма с помощью водонапорных башен Снабжение горячей водой - централизовано.

Канализация фермы сточная, выполнена из полиэтиленовых труб с удалением в выгребную яму.

Для питания электропотребителей фермы подведена воздушная линия: ВЛ-0,4 кв, от трансформаторной подстанции ТП - 10/0,4 кв, удалённой от фермы на расстояние 100 метров.



2. Технико-экономическое обоснование

Применение электромеханических средств в сельском хозяйстве имеет большое экономическое значение. Транспортные работы на животноводческих фермах по затратам труда составляет примерно от 30 до 40 % всех выполненных работ. На животноводческих фермах значительное распространение получили электрифицированные транспортные средства, которые в значительной степени обеспечивают и облегчают работу обслуживающему персоналу.

Приготовление кормов является наиболее трудоёмким процессом. При существующих способах механизации затраты составляют 40-50 % общих затрат труда на единицу продукции, а себестоимость готовых кормов 60-80 % себестоимости продукции. Качество корма, в значительной мере зависящее от технологии, качества переработки и приготовления - один из основных факторов, определяющих продуктивность животных.

Вентиляционные установки, применяемые для поддержания допустимых пределов температуры, пыли, влажности и вредных газов в животноводческих помещениях также необходимы для животных, как и хорошее полноценное питание. В невентилируемых помещениях неудовлетворительный температурно-влажный режим и газовый состав воздуха вызывает уменьшение прироста свиней на 20-30 %.

Водоснабжение животноводческих ферм очень трудоемкий процесс, электрификация и автоматизация которого обеспечивает работу обслуживающего персонала и повышает производительность животных. Надёжность и качество водоснабжения влияет на продуктивность животных. Установлено, что прекращение бесперебойного водоснабжения и поения животных из автопоек снижает привес поголовья на 10-15 %.

Уборка навоза - это очень важный и трудоемкий процесс, ведь несвоевременное его удаление влияет на микроклимат в помещении фермы, а это в свою очередь плохо влияет на здоровье животных, поэтому создание устройств обеспечивающих автоматическое управление работой навозоуборочных транспортеров в животноводческих помещениях - также важная задача в свинарниках - маточниках.

Большим преимуществом обладает содержание животных, особенно молодняка, на теплом (обогреваемом) полу. Системы общего отопления даже при высоком расходе энергии не всегда способны обеспечить надлежащие параметры микроклимата. Рациональное решение этой проблемы находят в применении местного (локального) отопления, к которому и относятся обогрев пола электричеством. Его применение позволяет решить две важные задачи: экономить электроресурсы, так как приближение источников теплоты непосредственно к зонам обитания животных позволяет использовать энергию более рационально, и повышать сохранность молодняка (в 3-4 раза) и продуктивность животных (на 10-15 %) при неизменном уровне кормления.

3. Выбор технологического оборудования

3.1 Основное оборудование

Обогрев пола осуществляется проволочным обогревателем. Для обогрева применяется провод ПОСХВ.

Определяем удельную плотность теплового потока

1. Поросята - сосуны: Р01 = 280 В т/м2[Л-1]

2. Свиноматки: Р02 = 100 Вт/м2[Л-1]

Определяем площадь обогреваемой поверхности каждой площадки

S = a * (в - 2*в') (3.1.)

где a - длина обогреваемой поверхности

в - ширина площади

в' - расстояние между краем провода и краем площади

a = 1600 мм; в2 = 1335 мм

в1 = 665 в' = 50мм [Л-1]

Поросята:

S1 = 1600 * (665 - 2 * 50) = 0,9 м2

Матки:

S2 = 1600 * (1335 - 2 * 50) = 1,9 м2

Определяем общую площадь обогреваемой поверхности

S общ. = S * n (3.2.)

ге: n - количество станков на ферме



Поросята:

S общ 1 = S1 * n = 0,9 * 120 = 108 м2

Матки:

S общ 2 = S2 * n = 1,9 * 120 = 228 м2

Определяем расчетную мощность

Ррасч = Ро * S (3.3.)

Поросята:

Ррасч1 = Ро1 * S1 = 280 * 108 = 30,2 квт

Матки:

Ррасч2 = Ро2 * S2 = 100 * 228 = 22,8 квт

Определяем падение напряжения на 1 м длины провода

? U = v ? Р' * r' (3.4.)

где ? Р' = 10 вт;

r' = 0,174 ом - мощность и сопротивление 1 м провода ПОСХВ[Л-1]

? U = v 10 * 0,174 = 1,32 в



Определяем длину отрезка провода, подключаемого к фазе

(3.5)

где Uфн = 220 в - номинальное напряжение сети

Определяем мощность одного отрезка провода

Ротр = Lотр * ? Р (3.6.)

Ротр = 167 * 10 = 1670 вт

Определяем количество отрезков, требуемых для обогрева всей поверхности пола:

(3.7)

Поросята:

Принимаем 18

Матки:

Принимаем 14

Таким образом, всего отрезков:



Nотр = Nотр + Nотр 2 = 18 + 14 = 32

Определяем общую длину провода

L = Lотр * N (3.8.)

L = 167 * 32 = 5344 м

Определяем количество отрезков подключаемых к одной фазе

Это значит, что к фазе «А» подключено 10 отрезков

К фазе «В» и «С» подключено 11 отрезков

Определяем количество групп обогреваемых проводов (m).

Для равномерного распределения по фазам «m» принимаем равно 5.

Таким образом:

Это значит, что четыре группы имеют по 6 проводов, а одна имеет 8.

Рисунок 1. Схема распределения отрезков по группам

Определяем мощность одной группы

Р = Ротр * Zгр (3.10.)



Р1…4 = Р отр * Z1…4 = 1670 * 6 = 10 квт

Р5 = Р отр * Z5 = 1670 * 8 = 13,4 квт

Определяем номинальную мощность

Р4 = Р отр * Z = 1670 * 32 = 53,4 квт

3.2 Остальное оборудование

Остальное оборудование выбирается аналогично. Для навозоудаления выбираем два горизонтальных транспортёра ТСН - 160.

Токоприемники:

Двигатель горизонтального транспортера: 4А112МВ6СУ1

Двигатель наклонного транспортёра: 4А80В4СУ1

С номинальными мощностями: 4 и 1,5 квт соответственно.

Для раздачи кормов выбираем два рельсовых кормораздатчика-смесителя КС - 0,4.

Токоприемник:

Двигатель:АО2 - 31 - 4СХ, с номинальной мощностью 2,2 квт

Для вентиляции выбираем установку ПВУ-4

Двигатель привода вентилятора: 4АХ80А4УЗ; Рн = 1,1 квт

Шесть трубчатых электронагревателей ЭТ-200, с номинальной мощностью 2,5 квт каждый. [Л-4]

Для освещения и облучения выбираем 60 светильников-облучателей ОЭСПО-2, с двумя лампами: люминесцентной ЛБР -40, Рп = 0,04 квт и рефлекторный ЛЭР-40, Рн = 0,04 квт

Для подогрева воды в поилках выбираем водонагреватель САОС 400/90 - 41; Рн = 12 квт[Л-1]

Составляем сводную таблицу токоприемников



Таблица 1

Наименование оборудования	Тип токоприемника	Мощность Рн, квт	Количество	Коэф. загрузки К.з.	К.п.д. отн.ед.	Время работы t, ч
Проволочный обогреватель	Провод ПОСХВ	53,4	1	1,0	1,0	1
ТСН-160 Горизонтальный транспортёр Наклонный транспортёр	4А 112 МВ ССУ-1 4А 80 В4 СУ-1	4 1,5	2 2	0,5 0,5	0,82 0,88	0,1 0,1
КС-0,4 Кормораздатчик	А 02-31- 4СХ	2,2	2	0,5	0,79	0,1
ПВУ-4 Двигатель вентил. Трубчатые электронагреват	4АХ80А4УЗ ЭТ - 200	1,1 2,5	1 6	0,8 1,0	0,75 1,0	1 1
ОЭСПО - 2 Осветительная лампа Облучающая лампа	ЛБР - 40 ЛЭР - 40	0,04 0,04	60 60	1,0 1,0	1,0 1,0	1 1
САОС 400/90 - 41 Водонагреватель	ТЭНы	12	1	1,0	0,9	1

Рассчитываем нагрузку на вводе

Ррасч = ? Рн * К3 + 2 * ? Р'н * Кз* t' (3.11.)

где Рн - номинальная мощность каждого из электроприемников, участвующих в максимуме нагрузки, в течение времени более 0,5 часа.

Кз - коэффициент загрузки электроприемников [Л-1]

- К.П.Д. электроприемника [Л-4]

n - число электроприемников, участвующих в максимуме нагрузок с продолжительностью более 0,5 часа.

Р'н - номинальная мощность [Л-1]



Определяем расчетные мощности каждого токоприемника; подставляя данные в формулу 3.11.

Таким образом, нагрузки на вводе:

Ррасч = 53,4 + 0,98 + 0,34 + 0,56 + 1,17 + 15 + 2,4 + 2,4 + 13,3 = 88,4 квт

Определяем коэффициент мощности на вводе исходя из того, что установленная мощность тепловых электроприемников составляет более 60 % общей установленной мощности, то Соs U определяем по таблице [Л-1], в зависимости от отношения:

Рт / ?Р (3.12.)

где Рт - установленная мощность тепловых электроприемников

?Р - общая установленная мощность всех электроприемников

Подставляем данные таблицы 3.1. и определяем Рт и ?Р

Рт = 53,4 + 6 * 2,5 + 2 * 60 * 0,04 = 85,2 квт

?Р = Рт + 2 * 4 + 2 * 1,5 + 2,2 + 1,1 = 85,2 + 16,5 = 102 квт

Подставляем полученные данные в формулу 3.12.

Рт/?Р = 85,2/102 = 0,84

Исходя из таблицы [Л-1] принимаем Соs U = 0,98

Определяем ток на вводе

(3.13)

3.3 Выбор пусковой и защитной аппаратуры

Для выбора аппаратуры начертим электрическую схему оборудования обогрева пола.

При выборе будем учитывать, что мощности групп проводов Рн равны:

Е1 : Рн = 10 квтЕ4 : Рн = 10 квт

Е2 : Рн = 10 квтЕ5 : Рн = 13,4 квт

Е3 : Рн = 10 квт

Рисунок 2. Электрическая схема оборудования обогрева пола



3.3.1 Выбор автоматического выключателя (QF)

Автоматический выключатель выбираем по пяти условиям:

1) Uна ? Uну

2) Iна ? I р мах

3) Iнр ? К нт * Iр мах (3.14.)

4) Iотс ? Кнэ * I пуск мах

5) Iпред откл ? Iк мах

где Uна и Uну - номинальное напряжение автомата и установки (В)

Iна - номинальный ток автомата (А)

? I р мах - максимально возможный рабочий ток (А)

Iнр - номинальный ток расцепителя (А)

К нт - коэффициент надёжности расцепителя (А)

Iотс - ток отсечки (Ток, при котором срабатывает электромагнитный расцепитель ) (А)

Кнэ - коэффициент надёжности электромагнитного расцепителя

I пуск мах - ток установки при пуске самого мощного двигателя (А)

Iпред откл - магнитный ток, который автомат может отключить без повреждения (КА)

Iк мах - максимально возможный ток КЗ в месте установки АВ (кА)

(3.15)

где Хт - сопротивление трансформатора 250 ква, приведение к U = 400 В, Хт = 0,029 кА[Л-1]

Rл - сопротивление линии от шин 0,4 кв ТП до места установки автомата



Rл = rо * L (3.16.)

где rо = 0,92 ом/км - удельное сопротивление провода А-35 [Л-5]

L - длина линии (км). В нашем случае: L = 0,1 км

Rл = 0,92 * 0,1 = 0,092 Ом

Подставляем данные в формулу

(3.17)

Определяем максимальный рабочий ток установки

где Р - мощность установки = 53,4 квт

Так как двигателей в установке нет, то:

I мах пуск = I р мах

Таким образом:

Iмах пуск = 81,2 А

По каталогу [Л-1], учитывая условия формулы 3.16. выбираем автоматический выключатель

При этом принимаем: Кнэ = 1,25; Кнт = 1,1 [Л-1]

А ток отсечки определяем по формуле:

Iотс = 3 * Iнр

1) Uна = 500В ? Uну = 380 В



2) Iна = 100 А ? I р мах = 81,2 А

3) Iнр = 100 А ? К нт * Iр мах= 1,1 * 81,2А = 89,3А

4) Iотс = 3 Iнр = 3 * 100 = 300 ? Кнэ * I пуск мах = 1,25 * 81,2А = 102А

5) Iпред откл = 9кА ? Iк мах = 2,24 кА

Все условия выполняются. Таким образом, принимаем к установке автоматический выключатель АЕ - 2056

Iна = 100АIнр= 100АIотс = 3 * Iнр

3.3.2 Выбор магнитных пускателей

Выбор производим по условиям выбора магнитных пускателей [Л-1]

Первая цифра серии: мощность, подключаемая к пускателю.

Для Е1,Е2, Е3 и Е4 - «2». То есть мощность, подключенная к пускателю: до 10 квт.

Для Е5 - «3». Мощность: до 17 квт

Вторая цифра серии: исполнение по степени защиты. Для всех групп выбираем - «1». То есть степень защиты:

Iр -оо - защита отсутствует.

Третья цифра серии: исполнение по назначению.

Для всех групп выбираем - «1». То есть нереверсивный, без теплового реле.

Таким образом, выбираем магнитные пускатели: для Е1, Е2, Е3, и Е4: ПМЕ - 211;

Для Е5: ПАЕ - 311

3.3.3 Выбор проводов

Учитывая, что способ прокладки провода: в стальных трубах, а помещение: «особо сырое, с химически активной средой», выбираем провод АПВ.

Сечение провода определяется по двум условиям:

1) Iдоп ? 0,22 * Iнэ расц

2) Iдоп ? I р мах (3.19.)

где: I доп - допустимый мах

I н э расц - номинальный ток электромагнитного расцепителя

Подставляем данные в условия 3.19.

1) Iдоп = 28 А ? 0,22 * 100 = 22 А

По таблице [Л-1] выбираем сечение: 4,0 мм 2

2) Iдоп ? Iр мах

Для второго условия определяем I р мах на каждом участке, используя формулу 3.17.

Подставляем данные в условие (2) 3.19. и выбираем сечение по таблице [Л-1]

Iдоп (1…4) = 19А ? 15,5 А; Сечение: 2,5 мм²

Iдоп (5) = 28А ? 20,7А; Сечение 4,0 мм²

Таким образом, из двух условий окончательно выбираем наибольшее сечение = 4,0 мм².

Итак, к прокладке принимаем провод:

АПВ - 4 (1х4)

Алюминевый провод, поливинилхлоридная изоляция - 4 провода сечением на 4 мм².

3.3.4 Выбор распределительного щита

Для выбора распределительного щита определяем и выписываем ток на каждой линии и ток на вводе.

Линия 1 - ПОСХВ I= 82,3 А

Линия 2 - КС-0,4 I= 9,8 А

Линия 3 - ТСН-160 I= 21 А

Линия 4 - ОЭСПО-2 I= 7,44 А

Линия 5 - ПВУ-4 I= 26,4 А

Линия 6 - САОС I= 18,6 А

Ток на вводе: I= 140 А

По таблице [Л-6] выбираем щит напольного исполнения ПР-9322. Номер схемы для переменного тока: 337. Шесть линейных автоматов А 3120. Один входной автомат А 3130.



4. Работа схемы обогрева пола

Автоматический режим: SА 1 (А) (SА 2…..SА6- включены). При включении QF набирается цепь: Ф - FU-SА 1 (А) - ВК - N.

Ток подается на терморегуляторы ВК. Сопротивление ВК низкое, поэтому контакты ВК 1.1 …ВК 5.1. замыкаются и набирается цепь: Ф - FU - SА1 (А) - ВК 1.1 …ВК 5.1. - SА1 - SА6 - КМ - N.

Срабатывают магнитные пускатели КМ1.1….КМ5.1., замыкают их главные контакты КМ1.1….КМ5.1. и напряжение подается на провод ПОСХВ. При повышении температуры пола возрастает сопротивление ВК. При повышении температуры до верхней уставки ВК срабатывает и контакты ВК1.1 - ВК 5.1. размыкаются.

Пускатели КМ1….КМ5 обеспечиваются, их главные контакты размыкаются и провод ПОСХВ обесточивается. Температура пола понижается, и при достижении нижней уставки ВК срабатывает. Цикл повторяется.

Ручной режим: SА 1(р) (SА….SА6 - включены)

При включении QF ток напрямую идет на пускатели КМ, по цепи:

Ф - FU - SА1 (р) - SА 1…SА 5 - КМ1…КМ5 - N. И схема работает принудительно.

При включении SА1(о) схема отключена.

При отключении SА2…SА5, отключены группы ПОСХВ по отдельности.



Заключение

Курсовой проект написан на тему: Электрификация свинарника-маточника на 120 голов с разработкой автоматизации подогрева пола.

В курсовом проекте выполнено: краткая характеристика объекта, технико-экономическое обоснование, расчетная часть и конструкторская разработка.

В расчетной части был рассчитан подогрев пола для обогрева свиноматок и поросят сосунов. А также был выполнен выбор технологического оборудования, расчет нагрузки на вводе в здание, выбор пусковой и защитной аппаратуры, выбор проводки и выбор распределительного щита.

В конструкторской разработке была разработана схема включения подогрева пола, как в ручном, так и в автоматическом режимах.



Список литературы

[Л-1] Коганов И.Л. «Курсовое и дипломное проектирование» 1990 год Москва Колос

[Л-2] Кудрявцев И.Ф. «Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок» 1988 год Москва Агропромиздат

[Л-3] Колесов Л.В. «Основы автоматики» 1984 год Москва Колос

[Л-4] Сорокин Ю.И. «Справочник электромонтёра» 1984 год Минск Урожай

[Л-5] Буздко И.Н. «Электрические линии и сети» 1962 год Москва

[Л-6] Фёдоров. «Справочник по электроснабжению промышленных предприятий»