Электрооборудование

Автоматизация насосных установок водоотведения. Автоматизированная система управления водоснабжением и водоотведением

Автоматизация насосных установок водоотведения. Автоматизированная система управления водоснабжением и водоотведением

Автоматизация систем водоснабжения и водоотведения

В основные функции автоматических устройств насосных станций как основного объекта автоматизации систем ВиВ могут быть включены функции:

Формирования и передачи импульсов на пуск и останов агрегатов;

Формирования временной программы пуска и останова агрегатов;

Создания и поддержания необходимого разрежения во всасывающем трубопроводе и насосе, если он не находится под заливом, перед пуском и во время работы;

Включения и отключения насосов в определенной последовательности;

Регулирования напора и производительности насосных агрегатов;

Защита агрегатов от ненормальных режимов и повреждений;

Контроль и сигнализация о режимах и состоянии агрегатов с отображением их на диспетчерских щитах;

Резервирования насосных станций.

На рисунке 21 отражена общая схема автоматизации насосной станции. Для ее реализации необходимо использовать как автоматическое управление отдельными агрегатами, так и регулирование процессов, происходящих на станции. Управление двигателями насосов может быть простейшим на основе релейно-контакторных схем (рисунок 22) и сложным на основе микропроцессорных схем – это зависит от задач, которые ставятся перед системой управления насосами. В настоящее время для электроприводов насосов рекомендуется использовать систему управления «частотный преобразователь-двигатель», основное преимущество которой заключается в энергосбережении при высоких технических характеристиках частотного электропривода.

Рисунок 21 – Общая схема автоматизации насосной станции

На рисунке 22 приведены следующие обозначения: QF – автоматический выключатель; М – двигатель; КК1 и КК2 – тепловые реле; КМ – магнитный пускатель; SB1 и SB2 – кнопки «СТОП» и «ПУСК».

Для пуска трехфазного асинхронного двигателя нажимают кнопку «ПУСК». В результате запитывается катушка магнитного пускателя КМ по цепи: фаза – кнопки «СТОП» и «ПУСК» – замкнутые контакты реле КК1 и КК2 – катушка КМ – «ноль (земля)». В силовой цепи замыкаются линейные контакты КМ.1, а в цепи кнопки «ПУСК» – блок-контакт магнитного пускателя КМ.2. Через контакт КМ.2 катушка КМ становится на самоподпитку, поэтому кнопку «ПУСК», которая выполнена с самовозвратом, можно отпустить. Двигатель запускается. Для отключения М надо разорвать цепь самоподпитки путем нажатия на кнопку «СТОП» или разрыва одного из контактов тепловых реле КК1 или КК2.

Рисунок 22 – Релейно-контакторная схема управления и защиты асинхронного двигателя

В системах управления двигателями насосов множество устройств под общим названием «пускорегулирующие и контролирующие аппараты»: КМ – магнитный пускатель и контактор; КL – промежуточное реле; KH – указательное реле; КТ – реле времени; КК – тепловое реле; КА – реле тока; KV – реле напряжения; резисторы R и потенциометры RP, станции и ключи управления SA. На смену контактным устройствам в управлении приходят бесконтактные и микропроцессорные, имеющие гораздо большие возможности. Рассмотрим схему управления двигателем насоса в функции регулирования уровня воды в резервуаре в релейно-контакторном исполнении (рисунок 23).

На рисунке 23 приведены обозначения: Э 0 , Э 1 , Э 2 , Э 3 – электродный датчик уровня воды в резервуаре, где Э 0 – базовый электрод; РА – реле, регистрирующее аварию на объекте; РУ – реле уровня; РПУ – реле переливного уровня; СР – контакт срабатывания токовых защит двигателя М; ЭП – контакт электродного датчика уровня в приямке насосной станции; Т – трансформатор питания оперативных цепей управления защитой и автоматикой двигателя; h max и h min – максимальный и минимальный допустимый уровень воды в резервуаре.

Станция управления SA позволяет схеме работать в ручном «Р» и автоматическом «А» режиме. Для включения двигателя насоса в ручном режиме надо нажать на кнопку S2 (ПУСК), а в автоматическом – перевести SA в положение «А». Катушка КМ запитывается и двигатель М запускается через линейные контакты пускателя КМ.

Рисунок 23 – Схема управления трехфазным двигателем насоса в функции уровня воды в резервуаре в релейно-контакторном исполнении

Уровень воды в резервуаре начинает повышаться. При достижении уровня h max срабатывает реле РУ и размыкает свои контакты в цепи питания КМ в автоматическом режиме, а в ручном эту операцию выполняет оператор,нажимая на кнопку S1 «СТОП». Если РУ отказало в автоматическом режиме или оператор не сработал, то уровень воды достигает переливного уровня. Тогда срабатывает реле РПУ от электрода Э 3 и замыкает свои контакты в цепи реле РА, которое разрывает свои контакты в цепи питания КМ. Пускатель КМ обесточивается, а двигатель насоса отключается от питающей сети и останавливается. Остановка двигателя наблюдается при появлении воды в приямке насосной, а также от срабатывания токовых (замыкается контакт СР) или тепловых (размыкаются контакты КК1, КК2) защит двигателя.

В автоматическом режиме при возврате в исходное положение контактов КК1 и КК2 понижение уровня воды до h min вызовет включение двигателя насоса. Уровень воды вновь начинает повышаться. Все повторяется вновь.

При управлении насосами может оказаться важным последовательность включения насосов. Покажем это на примере бесконтактного управления двумя насосами в функции уровня воды в резервуаре (рисунок 24 и 25). В таблице 1 приведены логические элементы логики «Т» и их функции, которые использованы в бесконтактном управлении насосами.

Таблица 1 – Логические элементы

1. « НЕ» х y = x Т – 101 3. «ИЛИ» x 1 y = x 1 + x 2 x 2 Т – 106

Продолжение таблицы 1

5. «ИЛИ – НЕ» x 1 y = x 1 +x 2 x 2 Т – 101
S T R
6. RS - триггер x 1 y x 2 Т – 102 Т – 103
7. Задержка x 1 у x 2 Т – 302 Т – 303 (1,0…10с) Т – 304 (9,0…100с) 10. Усилитель

согласования

х y 220 V Т – 401 (40мА, 12V) 11. Равнозначность x 1 = y=x 1 x 2 x 2 _ 12.Неравнозначность x 1 y=x 1 x 2 x 2 _

На рисунке 24 и 25 изображены схема управления двумя насосами и резервуар с водой. Единичный сигнал от датчиков Э1, Э2, Э3 электродного датчика уровня поступит в схему управления насосами только тогда, когда уровень воды в резервуаре достигнет уровня электродов соответственно Э1, Э2, Э3.

В начальном положении схемы тумблеры «1 ИЛИ» и «2 ИЛИ» и «CC» используются для ручного управления насосами. Рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме при условии, что вода находится на уровне электрода Э2.

При снижении уровня воды и полном оголении электрода Э2 должен включиться рабочий насос 1. Если уровень воды продолжает снижаться и оголится электрод Э3, то должен включиться дополнительно резервный насос 2, в результате чего появится звуковой сигнал «ЗВ». Для снятия звукового сигнала необходимо включить тумблер снятия сигнала (СС). При работе насосов наблюдается повышение уровня воды в резервуаре до тех пор, пока уровень воды не достигнет электрода Э1. Тогда оба насоса должны быть отключены схемой управления.


Рисунок 24 – Бесконтактное управление логикой включения насосов


Рисунок 25 – Схема управления двумя насосами в функции уровня воды в резервуаре

При автоматизации насоса на напорном трубопроводе устанавливают задвижку с электроприводом переменного или постоянного тока и реверсивным магнитным пускателем. Для определения момента полного открытия или закрытия задвижки устанавливают концевые выключатели.

Открытие напорной задвижки происходит после получения импульса на включение насоса при замыкании контактов реле контроля заливки насоса. Практика показала, что при ранее стандартной схеме пуска насоса, а затем открытия задвижки существует возможность заклинивания задвижки. Поэтому в настоящее время принята следующая последовательность: пуск насоса производится только тогда, когда задвижка откроется на 3…5% полного открытия. Это выполняется с помощью концевых выключателей. Рассмотрим схему управления задвижкой на основе фрагмента полной схемы управления задвижкой (рисунок 26).

Рисунок 26 – Фрагмент схемы управления задвижкой

На рисунке 26: РП и РО – контакты реле пуска и реле отключения; КОЗ и КЗЗ – соответственно пускатели и контакты открытия и закрытия задвижки; КВО и КВЗ – концевые выключатели положения «открыто» и «закрыто» для задвижки; SO и S1 – кнопки открыть и закрыть задвижку.

Управление задвижкой может быть ручным «Р» и автоматическим «А». При установке SA в положение «А» реле РП замыкает свой контакт в цепи катушки КОЗ, заставляя пускатель сработать на открытие задвижки. Одновременно с помощью контакта КОЗ блокируется цепь питания катушки КЗЗ. Это позволяет блокировать работу пускателя на закрытие задвижки при работе схемы управления на ее открытие. Электропривод задвижки открывается полностью, заставляя сработать концевой выключатель КВО, который разрывает цепь питания КОЗ. Это приводит к замыканию контакта КОЗ в цепи пускателя КЗЗ, подготавливая схему управления на закрытие задвижки.

При получении импульса на закрытие задвижки замыкается контакт РО в цепи пускателя КЗЗ. Пускатель срабатывает, блокирует цепь питания пускателя КОЗ открывшимся контактом КЗЗ и закрывает задвижку полностью. В результате срабатывает концевой выключатель КВЗ, рвет цепь питания пускателя КЗЗ и подготавливает схему управления задвижкой к ее открытию.

Ручное управление задвижки отличается от автоматического тем, что сигналы на открытие и закрытие задвижки организуются нажатием кнопок SO и S1.

Современная защита и автоматика агрегатов насосных станций базируется на микроэлектронной или микропроцессорной технике. Для двигателей насосов предлагаются комплексы фазочувствительной комбинированной защиты типа ФУКЗ-М (Латвия), микропроцессорные терминалы РКЗ-М и ЭКТ (г. Красноярск), МКЗиД (г. Новосибирск), SPAC-02 (концерн АВВ) и другие. Комплексы позволяют не только защитить агрегаты, но и выполнить мониторинг сети, состояния оборудования, совместить комбинированное управление с защитами, включая технологические, и мониторингом различных параметров объекта.

Липецкий государственный технический университет

Кафедра электропривода


ОТЧЕТ

о производственной практике в ООО «Эрегион Энерго Сервис»


Липецк 2014г.


Введение


Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи:

вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;

управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т. п.;

автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.

Решение поставленных задач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизации существующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологических процессов и производств.

В данном отчёте рассматривается автоматизация системы водоснабжения.


1. Водонапорная башня системы Рожновского


Водонапорные башни предназначены для регулирования неравномерности водопотребления, хранения ограниченных резервного и противопожарного запасов в системах сельскохозяйственного водоснабжения и водоснабжения небольших предприятий и жилых застроек.

Для эксплуатации водонапорных башен в районах с расчётной зимней температурой от минус 20 до минус 30°С необходимо обеспечить, как минимум, двукратный водообмен в сутки.Водонапорные башни предназначены для эксплуатации при температуре поступающей воды не менее 6°С преимущественно из буровых скважин.

Водонапорные башни представляют собой сварную листовую конструкцию, состоящую из цилиндрической обечайки с коническими крышей и днищем, цилиндрической водозаполняющейся опорой. Опора закрепляется на монолитном железобетонном фундаменте посредством закладных и соединительных деталей. Рядом с башней устраивается колодец, обслуживания, служащий для размещения водопроводной арматуры. Многолетний опыт (с 1954г) эксплуатации неутеплённых водонапорных башен системы Рожновского с теплоизолирующей ледяной рубашкой, не требующих сложных, дорогих и неэффективных работ по утеплению, показал надёжность их круглогодичной эксплуатации при морозах до минус 30°С.

Объём воды, содержащийся в опоре, при необходимости может использоваться для пожаротушения. На отводящей трубе предусмотрен отвод с задвижкой и головкой муфтовой для сброса воды при производстве пробных откачек, а также, при необходимости для непосредственной подачи воды в передвижные ёмкости.

Для наполнения водонапорной башни служит подводящая труба, по которой вода от насосной станции поступает в верхнюю часть опоры башни.

Питание водопроводной сети осуществляется с помощью отводящей трубы из нижней части опоры.

Переливная труба выведена на наивысший уровень воды в баке. В колодце на подводящей и отводящей трубах устанавливаются задвижки с ручным приводом и обратные клапаны, а на переливной трубе устанавливается гидрозатвор с электродным датчиком верхнего уровня. При полностью наполненном баке вода через переливную трубу поступает в гидрозатвор и замыкает контакты электродного датчика, в результате чего выключается насосная установка. Включение насосной установки производится автоматически по сигналу датчика нижнего уровня, который установлен внутри водонапорные башни.


Рисунок 1 - Система водоснабжения с башней Рожновского


Недостатки водонапорной башни:

трудности использования в зимний период (t<0°), особенно возрастающие при уменьшении водопотребления;

достаточно большая поверхность окисления - вода заполняет водонапорную башню, а затем сливается из нее. При этом смачивается большая, иногда несколько кв.м., внутренняя поверхность накопительной емкости. Смоченная водой металлическая поверхность, в присутствии воздуха вызывает интенсивное появление ржавчины, попадающей в воду, а водонапорные башни в большинстве своем изготавливаются из черного металла;

ограниченное давление воды на выходе из башни, определяющееся высотой водонапорной башни.

Принцип работы водонапорной башни:

Погружной насос, опущенный в скважину, подает воду в водонапорную башню. Когда вода поднимается до верхней отметки в водонапорной башне, датчик уровня дает команду насосу на отключение. Включением и отключением насоса занимается простейшая автоматика, размещенная в павильоне. По мере разбора воды из башни по магистрали, уровень поверхности понижается, и по достижении нижней отметки, датчик уровня (ДУ) дает команду на включение насоса. Таким образом, в башне постоянно находится запас воды, определяющийся объемом башни от нулевой отметки до верхнего уровня.


Рисунок 2 - Башенная водонасосная установка с погружным электродвигателем (а), схема датчика уровня воды (б) и принципиальная электрическая схема управления (в): 1- погружной электродвигатель; 2 - многоступенчатый насос; 3 - водоподъемные трубы; 4- хомуты; 5- скважина; 6- кабель; 7- плита; 8- манометр; 9- задвижки; 10- напорно-разводящий трубопровод; 11 - санитарно-техническое помещение; 12 - бак; 13 - водосливная труба; 14 - датчик уровня; 15-вентиляционный клапан; 16 - люк; 17 и 18- внешняя и внутренняя лестницы; 19- скоба; 20 - защитный корпус; 21, 22 и 23-электроды соответственно верхнего, нижнего и общего уровней


При всей простоте конструкции и широком распространении башни Рожновского обладают рядом существенных недостатков:

трудности использования в зимний период, особенно возрастающие при уменьшении водопотребления, отказы датчиков уровня, протечки;

неисправность датчиков уровня и автоматики приводит к переливу воды и замерзание ее в зимний период, что является причиной разрушения конструкции и падения водонапорной башни;

интенсивное появление ржавчины в воде из-за большой поверхности окисления накопительной емкости башни;

высокая стоимость, сложность ремонта и восстановления конструкции водонапорной башни, а также ее обслуживания, устранение течей, чистка, дезинфекция, покраска;

ограниченное и непостоянное давление воды на выходе из башни, которое определяется её высотой;

работа насоса в импульсном режиме с частыми включениями и отключениями приводит к ускоренному износу электродвигателя и самого насоса;

высокая стоимость новой башни, её доставки, монтажных работ и ввод в эксплуатацию;

основной недостаток изношенных водонапорных башен Рожновского - их аварийное состояние.

С увеличением новых застроек и подводом водопровода к домам, появилась проблема нехватки воды из-за отсутствия постоянного высокого давления в системе. Подключение подачи воды из скважины напрямую в сеть решало данную проблему. При этом использовалась водонапорная башня нижнего наполнения, а автоматизация происходила по сигналам электроконтактного манометра.


Рисунок 3 - Электроконтактный манометр (ЭКМ)


В такой системе можно было установить минимальное и максимальное давление, при этом в башне также находился необходимый запас воды. Однако частые включения и выключения двигателя приводили не только к быстрому износу глубинного насоса, но и разрушению всей системы из-за постоянных гидроударов.

В системе водоснабжения требовалось найти решение возникших проблем.


2. Современное решение для водоснабжения


ООО «РЕГИОН ЭНЕРГО СЕРВИС» (ООО «РЭС») одна из организаций работающих в Липецкой области с сельскими поселениями в сфере автоматизации водоснабжения. ООО «РЭС» предлагает альтернативное решение возникшим проблемам.


Рисунок 4 - Схема перехода на преобразователь частоты


Водонапорные башни долгое время являлись основным элементом локального водоснабжения, но на сегодняшний день их установка экономически нецелесообразна, в то время как применение частотного преобразователя для управления насосом скважины снижает расходы по реконструкции башни и имеет ряд неоспоримых технических преимуществ:

стабильность создаваемого давления за счет автоматического регулирования производительности насоса в зависимости от текущего расхода воды;

исключение громоздкой водонапорной башни: все необходимое оборудование может быть смонтировано в обычном помещении или специализированном внешнем контейнере, что резко снижает затраты по доставке оборудования и монтажу;

повышенная надежность оборудования, стабильность работы в зимний период;

повышение ресурса насоса скважины за счет плавного регулирования и ряда защит;

отсутствие периодически смачивающихся участков водопроводной системы и, соответственно, отсутствие коррозии, и лучшее качество подаваемой воды;

возможность интеграции систем учета по расходуемой воде и потребляемой электроэнергии.

Если в «башенной» системе водоснабжения главным элементом была башня, обеспечивающая необходимый напор, то в современных прямоточных «безбашенных» системах главным является преобразователь частоты. Именно он обеспечивает возможность плавного пуска, останова и регулирования производительности насоса для поддержания стабильного напора в зависимости от текущего потребления воды.


3. Существо проекта


Центробежные вентиляторы, насосы и компрессоры объединяются в один класс нагрузочных механизмов для электропривода, так как их характеристики с точки зрения требований и условий работы электропривода имеют много общего. Большая часть электроприводов указанных механизмов является нерегулируемыми.

Традиционные способы регулирования подачи насосных и вентиляторных установок состоят в дросселировании напорных линий и изменении общего числа работающих агрегатов по одному из технологических параметров - давлению втрубопроводе или в диктующей точке сети, уровня в приёмном или регулирующем резервуаре и др. Эти способы регулирования направлены на решение поставленных технологических задач (поддержание заданного давления) и практически не учитывают энергетических аспектов транспортировки воды.

Вместе с тем, гидравлическое и электротехническое оборудование насосных станций обычно выбирается по максимальным техническим параметрам (подаче, напору и др.) системы водоснабжения и водоотведения. Однако в реальной жизни оказывается, что вновь вводимые в эксплуатацию насосные установки выходят напроектные режимы в течение многих лет, либо не выходят вообще. Поэтому существующие станции, как правило, работают в режимах, существенно отличающихся от расчётных. Кроме того, имеют место суточные, недельные и сезонные колебания расходов и напоров, обусловленные переменным водопотреблением, в результате этого рабочие режимы насосов оказываются далеко от рабочих зон их характеристик (как правило, в меньшую сторону).

Поэтому с появлением надёжного регулируемого электропривода создались предпосылки для разработки принципиально новой технологии транспортировки воды с плавным регулированием рабочих параметров насосной установки без непроизводительных затрат электроэнергии и с широкими возможностями повышения точности и эффективности технологических критериев работы систем подачи.

В мировой практике для этой цели широко используется частотно-управляемый асинхронный электропривод со стандартными короткозамкнутыми асинхронными электродвигателями общего применения. Это обусловлено появлением на мировом рынке большого количества весьма совершенных и относительно недорогих преобразователей частоты, построенных на современной элементной базе.


4. Частотные преобразователи


Преобразователи частоты - это электронные устройства для плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения вала асинхронного двигателя.В простейшем случае частотного регулирования управление скоростью вращения вала осуществляется с помощью изменения частоты и амплитуды трехфазного напряжения, подаваемого на двигатель.

Большинство современных преобразователей частоты построено по схеме двойного преобразования. Они состоят из следующих основных частей:

звена постоянного тока;

силового трехфазного импульсного инвертора;

системы управления.


Рисунок 5 - Схема частотного преобразователя


Звено постоянного тока состоит из неуправляемого выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение питающей сети (L1, L2, L3) преобразуется в нем в напряжение постоянного тока (+, -).

Силовой трехфазный импульсный инвертор состоит из шести транзисторных ключей соединенных по схеме приведенной выше. Каждая обмотка двигателя подсоединяется через соответствующий ключ к положительному и отрицательному полюсу звена постоянного тока. Инвертор осуществляет преобразование напряжения постоянного тока в трехфазное переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (U, V, W), управляющее двигателем.

Система управления осуществляет управление силовым инвертором, используя Широтно Импульсную Модуляцию (сокращенно ШИМ), импульсно прикладывая к обмоткам двигателя напряжение звена постоянного тока, таким образом, что эффект оказывается практически эквивалентен, приложению синусоидального напряжения, требуемой частоты и амплитуды. ШИМ характеризуется периодом модуляции, внутри которого вывод обмотки подключается, по очереди, к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность этих состояний, внутри периода ШИМ, модулируется по синусоидальному закону. При высоких (обычно 2 … 15 кГц), тактовых частотах ШИМ, в обмотках двигателя, вследствие их фильтрующих свойств, протекают синусоидальные токи. Их частота и амплитуда определяются соответствующими параметрами модулирующей функции. Подобное импульсное управление позволяет получить очень высокий КПД преобразователя (до 98 %) и практически эквивалентно, аналоговому управлению с помощью частоты и амплитуды напряжения.

Меняя параметры питающего напряжения (частотное управление) можно делать скорость вращения двигателя как ниже, так и выше номинальной.


5. Принцип действия преобразователя частоты


В основу метода преобразования частоты заложен следующий принцип. Как известно, частота промышленной сети 50 Гц. При такой частоте двигатель насоса, к примеру, имеющий 2 полюса, вращается со скоростью 3000 (50 Гц х 60 сек) оборотов в минуту и дает на выходе насосного агрегата номинальный напор и производительность (т.к. это его номинальные параметры, указанные в паспорте). Если при помощи преобразователя частоты (ПЧ), понизить частоту подаваемого на него переменного напряжения, то соответственно понизятся скорость вращения двигателя, а значит измениться напор и производительность насосного агрегата.

Если момент вращения - квадратическая функция частоты вращения, то

мощность на валу двигателя уменьшается в кубической зависимости при снижении частоты вращения. Другими словами, уменьшение частоты вращения ротора на 1 единицу снижает мощность двигателя на 13, что влечет за собой соответствующее снижение расходов на электроэнергию. Именно это свойство используется в насосах, вентиляторах и турбокомпрессорах с асинхронными двигателями, которые питаются от статических преобразователей частоты.

При соединении ПЧ с расходомером, получается система, которая будет поддерживать расход с точностью до долей процента. Причем в этом случае исчезают нежелательные явления, связанные с прямым пуском двигателя насоса от сети, как при старт-стопном регулировании - отсутствуют броски напряжения, гидравлические удары, нет разрушения обмоток двигателя от рывков, пуск происходит плавно. Самое главное - двигатель затрачивает ровно столько энергии, сколько ему необходимо для обеспечения заданных показателей технологического процесса (давление воды и ее расход), а значит идет прямая экономия электроэнергии, по сравнению со старт-стопным (или любым другим рассмотренным выше) регулированием.

Необходимая информация о давлении в сети поступает в блок ПЧ от специального датчика (например, датчика давления), установленного на трубопроводе после работающего насоса и сообщающего соответствующую информацию (о падении или увеличении давления в трубопроводе в ПЧ, после его последний соответствующим образом изменяет частоту, подаваемую на двигатель и изменяя таким образом его рабочие характеристики.

В таком случае происходит экономия электроэнергии, воды, увеличивается ресурс оборудования.


Рисунок 6 - Характеристика насосного агрегата и сети с частотным регулированием


Кривая 1 соответствует номинальной (при номинальной частоте вращения привода) напорной характеристике, а кривые 2 - 4 напорным характеристикам при пониженной частоте вращения. Если организовать работу привода насосного агрегата таким образом, чтобы он при изменении параметров технологического процесса (расхода в сети и давления на входе агрегата) изменял частоту вращения, то в итоге можно без существенных потерь энергии стабилизировать давление в сети потребителей. При таком способе регулирования исключаются потери напора (нет дроссельных элементов), а значит, и потери гидравлической энергии. Способ регулирования давления в сети путем изменения частоты вращения привода насосного агрегата снижает энергопотребление ещё и по другой причине. Собственно насос как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия - отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата. Характер изменения коэффициента полезного действия насоса hн в зависимости от расхода жидкости Q при различных частотах вращения представлен на рисунке 7.

водоснабжение башня частота преобразователь

Рисунок 7 - Изменение КПД насосного агрегата с частотным регулированием при изменении производительности


В соответствии с теорией подобия максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты вращения несколько снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения. Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов рационально работать на пониженной частоте вращения. В этом случае кпд насоса выше, чем при работе на номинальной частоте вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию на исключении гидравлических потерь, но и получить экономический эффект за счет повышения коэффициента полезного действия самого насоса - преобразования механической энергии в гидравлическую.


Заключение


Применение частотно-регулируемых приводов для насосов и вентиляторов в технологических процессах позволяет снизить энергопотребление технологическим оборудованием. Перед началом внедрения рекомендуется провести технико-экономическое обоснование, позволяющее определить не только сроки окупаемости от внедрения, но и правильно организовать технологический процесс с учетом возможностей приводов с частотным регулированием. Целесообразно использование преобразователей частоты не в качестве элементов системы управления конкретного агрегата, а как составляющих комплексных системных решений с подключением широкого набора средств автоматизации технологического процесса. Такие решения позволят получить дополнительный эффект, который заведомо больше простой экономии электрической энергии.


Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Салаватский индустриальный колледж

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ

Методические указания и контрольные задания для студентов - заочников
для специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение»

Методические указания
составлены в соответствии с
примерной (рабочей)
программой по дисциплине
Автоматизация
систем водоснабжения

и водоотведения по

специальности 270112

«Водоснабжение и водоотведение»
Председатель комиссии

РАЗДЕЛ 1 Основные элементы автоматических устройств

Тема 1.1 Датчики и измерительные схемы

Студент должен:

знать:

Ø основные типы датчиков;

Ø виды схем измерений;

уметь:

правильно выбирать тип применяемого датчика;

правильно выбирать схему измерений.

Определение и классификация датчиков. Принцип действия и устройство датчиков электрических и неэлектрических величин. Мостовая, дифференциальная и компенсационная схемы измерений.

Методические указания

Средства автоматизации состоят из отдельных, связанных между собой элементов, в которых происходят качественные или колтческтвенные преобразования физического параметра производственного процесса. Отдельные элементы осуществляют передачу преобразованного параметра от предыдущего элемента к последующему.

Датчиком называют начальный элемент автоматической системы воспринимающий первично изменение того или иного физического параметра и преобразующий эти изменения в изменения другого параметра, удобного для передачи на расстояние и воздействия на последующие элементы автоматической системы.

Основной характеристикой датчика является чувствительность S, т. е отношение изменение величины выходного сигнала Y к изменению входного сигнала Х датчика:

Наибольшее распространение получили датчики, в которых неэлектрические параметры преобразуются в электрические. Такие датчики можно подразделить на две группы:

Ø параметрические, в которых изменение входной величины преобразуется в изменение параметра электрической цени – активное, индуктивное или емкостное сопротивление;

Ø генераторные, в которых аналогичное изменение неэлектрической величины преобразуется в электродвижущую силу.

Кроме электрических датчиков, в системах автоматического управления, применяют пневматические, которые преобразуют изменение регулируемого параметра в выходной сигнал, представляющий собой давление сжатого воздуха.

Для подключение датчиков в схемы автоматического управления применяют следующие схемы:

Ø мостовую;

Ø дифференциальную;

Ø компенсационную.

Вопросы для самопроверки:

1. Какой элемент называют датчиком?

2. На какие группы можно подразделить электрические датчики?

3. В чем состоит принцип компенсации?

4. На чем основан принцип действия фотоэлектрических датчиков?

Тема 1.2 Реле, усилители и преобразователи

Студент должен:

знать:

Ø основные типы реле и усилителей;

Ø принцип действия реле;

Ø область применения реле, усилителей, преобразователей;

Ø значения стандартных сигналов системы ГСП;

уметь:

правильно выбирать тип применяемого реле, усилителя и преобразователя.

Классификация реле. Принцип действия, область применения: электромагнитного реле, электронного, бесконтактного, реле времени, командоаппаратов.

Понятие о гидравлических и пневматических усилителях. Принцип действия и область применения электрических усилителей: электронных магнитных и электромагнитных.

Преобразователи сигналов Государственной системы приборов (ГСП).

Методические указания

Реле - аппараты, осуществляющие прерывистое скачкообразное управление. Такое прерывистое воздействие на процесс называется релейным управлением. Классифицируют реле по различным признакам. В зависимости от рода воспринимаемых физических величин реле делятся на:

электрические,

тепловые,

механические,

оптические,

скорости,

акустические.

Электрические реле по принципу действия подразделяют на электромагнитные (нейтральные и поляризованные), магнитоэлектрические, электронные, ионные, индукционные, а по параметру – на реле тока, напряжения, мощности, частоты, сдвига фаз. Тепловые реле делят по принципу действия на реле с линейным расширением и реле с плавлением. Механические реле делят по воспринимаемому параметру на реле силы, перемещения, скорости, ускорения, частоты.

Мощность сигналов, получаемых от чувствительных элементов, датчиков, в большинстве случаев недостаточно для непосредственного перемещения регулирующего органа, поэтому применяют усилители. По виду используемой вспомогательной энергии усилителя делятся на гидравлические, пневматические, электрические.

Вопросы для самопроверки:

1. Принцип действия элетромагнитных реле

2. Из каких основных элементов состоит электромагнитное (нейтральное) реле?

3. На чем основан принцип действия тепловых реле?

4. Назначение реле времени и принцип действия.

Тема 1.3 Исполнительные механизмы и регулирующие органы

Студент должен:

знать:

основные типы исполнительных механизмов;

характеристики регулирующих органов;

область применения исполнительных механизмов и регулирующих органов;

уметь:

правильно выбирать тип применяемого исполнительного механизма и регулирующего органа.

Основные определения и классификация. Гидравлические, пневматические и электрические исполнительные механизмы.

Типы регулирующих органов, их характеристики и область применения.

Методические указания

Система исполнительных устройств (СИУ) является основной частью Государственной системы приборов (ГСП). Эти устройства состоят из регулирующего органа и исполнительного механизма, который оснащается дополнительными приборами (дублерами, позиционерами).

СИУ предусматривается построение унифицированных исполнительных устройств по блочно – модульному принципу, т. е создание всех исполнительных устройств системы из нескольких унифицированных базовых блоков и узлов, что позволяет расширить их номенклатуру без больших производственных затрат на внедрение.

Системой исполнительных устройств предусматривается комплектование регулирующих органов исполнительными механизмами следующих видов: пневматическими мембранными пружинами, мембранными беспружинными, поршневыми, электрическими и механизмами со смешанным видом энергии.

Основным технологическим документом, определяющим структуру и функциональные связи между технологическим процессом и средствами контроля и управления, является функциональная схема. Поэтому необходимо при изучении данной темы прежде всего выяснить основные принципы выполнения функциональных схем. Для выполнения функциональных схем необходимо познакомиться с ГОСТ 21.404-85 «Автоматизация технологических процессов. Условные обозначения приборов и средств автоматизации.»

Вопросы для самопроверки:

Каким образом на схемах изображают графически средства автоматизации?

Как строится условное буквенное обозначение средств автоматизации?

Какие схемы называются типовыми?

Особенности проектирования схем автоматизации.

Что называется спецификацией оборудования?

Раздел 2 Автоматизация технологического контроля

Тема 2.1 Метрологическая служба и ее задачи. Обеспечение единства средств и методов измерений

Студент должен:

знать:

уметь:

правильно выбирать средства автоматики для автоматического управления.

Особенности автоматизации канализационных сооружений. Автоматизация сооружений механической очистки сточных вод. Автоматизация сооружений биологической очистки сточных вод. Особенности автоматизации сооружений для очистки производственных сточных вод.

Методические указания

Технология очистки сточных вод отличается сложностью и разно­образием протекающих процессов: физических, химических и биоло­гических, взаимосвязи которых еще не вполне изучены. Основные параметры этих процессов контролируют, как правило, лаборатории путем периодического отбора проб сточной жидкости в различных точках сооружений и проведения соответствующих анализов. Усилия обслуживающего персонала очистных сооружений в настоящее вре­мя сводятся главным образом к стабилизации существующих тех­нологических процессов.

Так как количество и состав сточных вод, поступающих на очист­ные сооружения, постоянно меняются, стабилизация технологических процессов экономически нецелесообразна. Технологический режим сооружений необходимо корректировать применительно к изменяющимся условиям. Эта задача наиболее успешно может быть разреше­на при использовании систем автоматического контроля и управле­ния процессами очистки сточных вод. Рассмотрим кратко современ­ный опыт автоматизации каждого из основных очистных сооружений.

Вопросы для самопроверки

1. В чем особенности автоматизации абсорбции ?

2. Что является основными возмущающими воздействиями?

4. Какие параметры обязательны для сигнализации?

Тема 5.4 Диспетчеризация и АСУ водопроводных и канализационных сооружений

Студент должен:

знать:

структуру диспетчерской службы;

состав диспетчерской службы;

иметь представление:

о системах управления системами водоснабжения и водоотведения.

Основные функции и состав диспетчерской службы. Оборудование диспетчерских пунктов. Автоматизированные системы управления водоснабжением и водоотведением.

Методические указания

При выборе схемы диспетчерского управления следует стремить­ся обеспечить оперативное управление и контроль, дать диспетчеру надежную связь с контролируемыми объектами и выполнить эти ус­ловия при минимуме капитальных затрат на диспетчеризацию и экс­плуатационных расходов на содержание диспетчерской службы.

В состав диспетчерской службы входят: оперативная группа смен­ных диспетчеров; группа профилактического осмотра оборудования сооружений; группа профилактического осмотра оборудования сети;

аварийная бригада; группа автоматики, телемеханики и связи. Кроме указанных групп при диспетчерской службе создается груп­па режима системы водоснабжения и канализации, обрабатывающая исходные данные для управления ею. Наличие и штаты указанных групп и бригад зависят от мощности и размеров системы, числа соо­ружений и протяженности сети.

Возможны следующие варианты диспетчерской службы:

односту­пенчатая, при которой один диспетчерский пункт оперативно управ­ляет работой всех сооружений, входящих в систему;

двухступенча­тая, при которой центральный диспетчерский пункт координирует работу местных диспетчерских пунктов, а местные диспетчерские пунк­ты управляют работой отдельных или группы сооружений;

трехсту­пенчатая, при которой центральный диспетчерский пункт координи­рует работу районных диспетчерских пунктов, районные диспетчер­ские пункты ведают работой местных диспетчерских пунктов, а мест­ные диспетчерские пункты управляют работой отдельных или группы сооружений.

Выбор варианта диспетчеризации в каждом конкретном случае оп­ределяется схемой и масштабами систем водоснабжения и канализации.

Вопросы для самопроверки

Какие типы диспетчерских служб знаете?

Какие основные функции выполняет диспетчерская служба?

Какие группы входят в состав диспетчерской службы?

Тема 5.5 Технико-экономическая эффективность автоматизации

Студент должен:

знать:

Ø показатели эффективности автоматизации;

уметь:

Ø рассчитывать срок окупаемости затрат на автоматизацию.

Автоматизация как средство технического прогресса. Показатели эффективности автоматизации. Срок окупаемости затрат на автоматизацию.

Методические указания

Автоматизация водопроводных и канализационных сооружений повышает надежность и бесперебойность их работы, улучшает качест­во обработки воды. Это достигается за счет постоянного разветвленно­го автоматического контроля за протеканием всех технологических процессов. По результатам контроля автоматические системы могут с большой быстротой изменять эти процессы, поддерживая их качест­венные и количественные показатели в заданных пределах.

Автоматизация резко повышает производительность труда обслу­живающего персонала, позволяет значительно улучшить условия тру­да, выполнять отдельные операции во вредных для человека условиях без его непосредственного участия, повысить безопасность труда и сократить производственные потери реагентов, топлива и электро­энергии. Автоматизация создает возможности для интенсификации технологических процессов и внедрения новых прогрессивных ме­тодов их реализации, неосуществимых без автоматизации, способ­ствует улучшению организации производства, предотвращает ава­рии, снижает их число, масштабы и облегчает ликвидацию послед­ствий аварий. Перечисленные преимущества автоматизации могут иметь большое техническое и социальное значение.

Основным критерием в оценке внедрения автоматических систем является также достигаемый при этом экономический эффект. Он мо­жет оцениваться в показателях, имеющих натуральное или стои­мостное (денежное) выражение.

Вопросы для самопроверки

1. Как рассчитывается срок окупаемости?

3. Какие дополнительные затраты возникают при введении автоматических систем?

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

По учебной дисциплине "Автоматизация водоснабжения и водоотведения" предусмотрено выполнение одной контрольной работы..

При выполнении контрольной работы необходимо:

Переписать вопрос и ответить на него как можно полнее, приводя соответствующие схемы, графики, чертежи.

При составлении схем все элементы необходимо выполнить в соответствии с действующими ГОСТами на условные обозначения.

Контрольная работа выполняется в тетради чернилами, четким почерком без исправлений и помарок. Обложка тетради оформляется согласно требованию учебного заведения.

К экзамену допускаются студенты, получившие положительную оценку за контрольные работы и выполнившие лабораторные работы.

При определения вариантов заданий контрольной работы пользуются номером по списку журнала.

Задание 1

Потенциометрические датчики: классификация, принцип действия, применение.

Дифференциально – трансформаторные датчики: классификация, принцип действия, применение.

Сельсины: назначение, принцип действия, применение.

Измерительные преобразователи пневматические. Принцип действия, классификация, устройство.

Измерительные преобразователи электрические. Принцип действия, классификация, устройство.

Преобразователь давления типа МС –П1: назначение, конструкция, принцип действия, технические характеристики.

Термоэлектрические преобразователи: назначение, конструкция, типы.

Физические основы методы измерения термоэлектрическими преобразователями.

Мостовая схема подключения датчиков в схему.

Компенсационная схема подключения датчиков в схему.

Фотоэлектрические датчики: назначение, конструкция, принцип действия.

Принцип действия и назначение электромагнитного реле.

Конструкция, принцип действия и применение теплового реле.

Принцип действия пневматических усилителей (пневмореле).

Принцип действия усилителя по току.

Принцип действия гидравлического усилителя.

Магнитные усилители: назначение, конструкция, принцип действия.

Основные стандартные сигналы в Государственной системе приборов

Исполнительные механизмы. Назначение, классификация.

Электрические ИМ. Область применения. Требования, предъявляемые к ним.

Пневматические ИМ. Требования, предъявляемые к ним. Область применения.

Регулирующие органы. Классификация, назначение, область применения.

Характеристики, свойства РО.

Цифро – аналоговые преобразователи: характеристики, типы.

Аналого – цифровые преобразователи: характеристики, типы.

Логические элементы: характеристики, основные принципы построения.

Дозирующие РО. Область применения, достоинства и недостатки.

Дросселирующие РО. Области применения, достоинства и недостатки,

Характеристики, свойства РО.

Электромагнитные усилители: принцип действия, конструкция, область применения.

Задание 2

1. Давление. Единицы измерения давления. Какие различают давления, их взаимосвязь. Классификация приборов давления.

2. Принцип действия и устройство жидкостных приборов. Вычертить схему микроманометра и описать принцип работы.

3. Характеристика, принцип действия, области применения преобразователей типа "Сапфир".

4. Характеристика, принцип действия, области применения преобразователей типа "13ДД11".

5. Принцип измерения расхода методом переменного перепада давления. Типы сужающих устройств, принцип действия, область
применения.

6. Принцип измерения расхода методом постоянного перепада давления. Ротаметры, принцип действия, зависимость расхода от
сечения кольцевого зазора. Основные типы ротаметров.

7. Принципиальная схема и принцип действия ротаметра с пневматической дистанционной передачей.

8. Электромагнитные расходомеры, устройство, принцип действия, область применения. Измерение количества. Методы измерения, типы и характеристика счетчиков.

9. Температурная шкала. Методы измерения температуры. Термометры расширения. Принцип работы, область применения.

10. Термопреобразователи сопротивления. Принцип действия, основные типы, устройство, область применения.

11. Термоэлектрические преобразователи. Их устройство, принцип действия, классификация, область применения.

12. Милливольтметры и логометры. Принцип действия, устройство, область применения.

13. Электронные автоматические мосты. Принцип действия, устройство, область применения.

14. Электронные автоматические потенциометры. Принцип действия, устройство, область применения.

15. Бесконтакный метод измерения температуры: оптический и радиационный пирометр.

16. Методы измерения уровня жидкостей, сыпучих материалов. Поплавковые и гидростатические уровнемеры. Принцип работы, устройство, область применения.

17. Электрические уровнемеры. Принцип работы, устройство, классификация, область применения. Сигнализаторы уровня

18. Уровнемеры сыпучих материалов.

19. Пьезометрические уровнемеры: область применения, схема и принцип действия.

20. Принцип действия и схема акустических уровнемеров.

21. Измерение. Методы измерения.

22. Погрешности измерения: абсолютная, относительная, приведенная. Понятие вариации и класса точности прибора.

23. Классификация контрольно-измерительных приборов. Государственная система приборов.

24. Манометрические термометры. Устройство, принцип работы, область применения.

25. Вычертить схему и описать работу манометра с одновитковой трубчатой пружиной.

26. Уровнемеры с визуальным отсчетом. Принцип работы, устройство, области применения.

27. Единицы измерения расхода. Классификация приборов. Методы измерения расхода и количества.

28. Ротаметры с дифференциально – трансформаторной дистанционной передачей.

29. Манометрические термометры: принцип действия, схема, основные типы.

30. Методика расчета сужающего устройства.

Задание 3

1. Измерительные преобразователи пневматические. Принцип действия, классификация, устройство.

2. Измерительные преобразователи электрические. Принцип действия, классификация, устройство.

3. Пневматические вторичные приборы. Классификация, назначение.

4. Вычертить схему измерительного устройства вторичного прибора типа ПВ. Устройство, принцип действия, назначение.

5. Вычертить схему измерительного устройства вторичного пневматического прибора типа ПКР. Устройство, принцип действия, назначение.

6. Приборы аналоговые. Назначение, классификация, область применения.

7. Приборы типа Диск-250. Область применения, устройство, принцип действия.

8. Газоанализаторы. Классификация, назначение, область применения.

9. Химические газоанализаторы. Назначение, устройство, область применения.

10. Кондуктометрические газоанализаторы. Принцип действия, устройство, назначение.

11. Магнитные газоанализаторы. Устройство, принцип действия, назначение.

12. Оптико-акустические газоанализаторы. Устройство, принцип действия, назначение.

13. Хроматографы. Принцип действия, область применения, классификация.

14. Плотномеры. Назначение, классификация, принцип действия.

15. рН-метры. Назначение, классификация, принцип действия.

16. Вискозиметры. Назначение, классификация, принцип действия.

17. Влагомеры. Назначение, классификация, принцип действия.

18. Какие приборы для определения состава и физико-химических свойств вещества применяются на вашем предприятии?

19. Автоматическая система регулирования. Назначение элементов, входящих в схему, структурные схемы, обратная связь.

20. Статические и динамические характеристики АСР, их назначение.

21. Переходные процессы в АСР, их виды, причины возникновения.

22. Типовые звенья в CAP. Их характеристика.

23. Объекты регулирования, их характеристика.

24. Свойства объектов регулирования.

25. Основные законы регулирования и их характеристика.

26. Классификация регуляторов.

27. Регуляторы прямого действия. Классификация, принцип действия.

28. Характеристика системы УСЭППА.

29. Основные элементы УСЭППА. Их характеристика, назначение.

30. Состав и назначение приборов системы "Старт".

Задание 4

1. Технологические объекты управления. Основные понятия.

2. Классификация технологических объектов управления.

3. Управляющая система, назначение, классификация.

4. Система управления технологическим объектом. Классификация систем управления.

5. Выбор контролируемых и сигнализируемых параметров.

6. Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирующих воздействий.

7. Выбор средств автоматизации.

8. Назначение позиционных регуляторов. Принцип действия, устройство и работа регулятора ПР1.5

9. Пневматические регуляторы типа ПР2.8 . Принцип действия, закон регулирования, назначение.

10. Пневматические регуляторы типа ПР3.31 . Принцип действия, закон регулирования, назначение.

11. Регуляторы соотношения. Принцип действия, устройство, назначение.

12. Вторичные пневматические приборы типа ПВ 10.1Э. Принцип работы. Назначение станции управления.

13. Электрические регуляторы. Классификация, область применения.

14. Микропроцессорные контроллеры. Классификация, область применения.

15. Исполнительные механизмы. Назначение, классификация.

16. Электрические исполнительные механизмы. Область применения. Требования, предъявляемые к ним.

17. Пневматические исполнительные механизмы. Требования, предъявляемые к ним. Область применения.

18. Регулирующие органы. Классификация, назначение, область применения.

19. Характеристики, свойства РО.

20. Основные функции АСУТП.

21. Режим работы АСУТП.

22. Назначение АСУТП.

23. Средства представления информации в АСУТП.

24. Устройства связи с объектом в АСУТП.

25. Классификация систем управления технологическими процессами.

26. Определение уровня автоматизации технологических объектов.

27. Надежность систем управления.

28. Агрегатные системы сигнализации, защиты и блокировки.

29. Виды обеспечения АСУТП.

30. Состав задач управления предъприятием.

Задание 5

При выполнении первого задания в контрольной
работе №3 необходимо придерживаться следующего плана:

Дать характеристику основному объекту управления;

Перечислить возмущающие воздействия;

Обозначить показатель эффективности и цель управления;

Описать основные схемы регулирования;

Параметры контроля и сигнализации;

Провести выбор средств автоматизации.

Провести исследование схемы автоматизации метантеков.

Провести исследование схемы автоматизации вакуум - фильтров.

Провести исследование схемы автоматизации сооружений биохимической очистки сточных вод.

Провести исследование схемы автоматизации тепловых вводов.

Провести исследование схемы автоматизации систем центрального отопления.

Провести исследование схемы автоматизации насосных систем отопления.

Провести исследование схемы автоматизации смесительных установок систем отопления.

Провести исследование схемы автоматизации систем горячего водоснабжения.

Провести исследование схемы автоматизации хозяйственно – питьевого водоснабжения .

Провести исследование схемы автоматизации противопожарного водоснабжения.

Провести исследование схемы автоматизации оборотного водоснабжения.

Провести исследование схемы автоматизации внутренней канализации.

Провести исследование схемы автоматизации проточных систем.

Провести исследование схемы автоматизации вытяжных систем.

Провести исследование схемы автоматизации воздушно – тепловых завес.

Провести исследование схемы автоматизации систем дымоудаления.

Провести исследование схемы автоматизации центральных конденционеров.

Провести исследование схемы автоматизации местных автономных и неавтономных конденционеров.

Провести исследование схемы автоматизации холодильных установок.

Провести исследование схемы автоматизации управления насосами водоснабжения.

Провести исследование схемы автоматизации канализационными насосными станциями.

Провести исследование схемы автоматизации дозирования реагентов.

Повести исследование схемы автоматизации скорых фильтров.

Провести исследование схемы автоматизации сооружений механической очистки сточных вод.

Провести исследование схемы автоматизации метантеков

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. , Шувалов автоматизации технологических процессов химических производств. - М., 19с.

2. ., Автоматизация систем водоснабжения и канализации.,М.,1983 –146с

3. , Основы автоматизации санитерно – технических устройств.,М.,1974 – 230с.

2. , Шувалов производственных процессов в химической промышленности . - М.: Химия, 19с.

3. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - М.: Энергия, 19с.

Дополнительная

1. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы. Справочное пособие под ред. . - Л.: Машиностроение, 19с.

3. Приборы и средства автоматизации. Каталоги. М.: Информприбор,1991.

4. Кулаков измерения и приборы для химических производств. М, Машиностроение, 1974, 464с.

5. Мелюшев автоматизации химических производств и техника вычислений. М, Химия, 1982, 360с.

6. и др. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. - М.: Энергия, 19с.

ВВЕДЕНИЕ

1.1 Система водоснабжения как объект автоматизации

1.2 Виды водоснабжения

2.1 Структурная схема АСУ ТП водоснабжения

2.2 Подбор необходимых датчиков, исполнительных механизмов и мест их расположения

5) Резервуары для воды выбраны: РВС-100 и РВС-200 (100 и 200 м 3 - резервуар 1 и 2 соответственно)

2.5 Функциональная схема технологического объекта

3.1 Алгоритм функционирования СУ технологического объекта

3.4 Алгоритм остановки системы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приложение А

Приложение Б

Введение

Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Характерной особенностью современного этапа автоматизации состоит в том, что она опирается на революцию в вычислительной технике, на самое широкое использование микропроцессорных контроллеров, а также на быстрое развитие робототехники, гибких производственных систем, интегрированных систем проектирования и управления, SCADA-систем.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать следующие задачи:

вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов, изменений в окружающей среде, ошибки операторов;

управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ на однотипном оборудовании и т. п.;

автоматически управлять процессами в условиях вредных или опасных для человека.

Решение поставленных задач предусматривает целый комплекс вопросов по проектированию и модернизации существующих и вновь разрабатываемых систем автоматизации технологических процессов и производств.

В данном курсовом проекте рассматривается автоматизация системы водоснабжения.

1. Обзор технической литературы

1 Система водоснабжения как объект автоматизации

Многочисленные потребители требуют воду: как различного качества, так и разное его количество. Количество и качество воды, необходимое каждому предприятию, определяется характером и масштабом его основного производства. В свою очередь, эффективность работы предприятия часто сильно зависит от организации снабжения его водой требуемых параметров.

Прекращение подачи воды даже на несколько минут для многих предприятий означает массовый брак продукции, а часто и аварийный выход из строя отдельных технологических аппаратов и установок.

Подача некачественной воды (грязной, жесткой и т.п.) так же приводит к появлению брака, снижению производительности и экономичности технологических аппаратов, а часто и к аварийному выходу из строя отдельных их элементов.

С внедрением в производство автоматической системы управления технологическими процессами значительно повышается надежность системы водоснабжения и обеспечивается высокая производительность предприятия.

1.2 Виды водоснабжения

Вода расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды. Тем не менее все виды водопотребления можно свести к трем основным категориям.

А. Хозяйственно-питьевое водопотребление.

) на утоление жажды рабочих и служащих предприятия, приготовления пищи и мытья посуды в столовых и буфетах;

) для помывки рабочих и служащих предприятия в душевых и умывальниках;

) на стирку в заводских прачечных, уборку помещений, цехов и т.п.;

) на полив зеленых насаждений, тротуаров и т.п.

Б. Производственно-техническое водопотребление.

Потребители этой воды сведены в группы. При этом вода расходуется:

) в качестве теплоносителя для охлаждения продуктов производства и технологических аппаратов, с целью обеспечения необходимого температурного уровня либо процессов, либо оборудования.

Например, защита оборудования от прогара, для конденсации паров хладагента в холодильных установках, водяного пара в паротурбинных установках, охлаждения компрессоров и т.п. В этом случае вода обычно не загрязняется, только нагревается.

Эта группа водопотребителей самая значительная, на ряде производств она расходует 70-90% всего количества производственной воды;

) для выработки пара в паровых котлах, системах испарительного охлаждения и других утилизационных установках.

На эту группу потребителей расходуется от 2 до 20% всей производственной воды;

) на промывку различных материалов, машин, деталей, мокрую очистку газов, вентвыбросов и т.п. Вода при этом сильно загрязняется;

) на гидротранспорт, гравитационное обогащение материалов, гидрозолоудаление. Загрязнение тоже сильное, главным образом механическими примесями;

) на приготовление растворов, электролитов и т.п. Это характерно для химической и рудообогатительной (при флотации руд) промышленности, электрохимического производства и т.п.;

) для комплексного использования. В этом случае вода служит средой охлаждающей, поглощающей, транспортирующей и т.п.

Например, очистка дымовых газов, мокрое тушение кокса, грануляция шлаков и т.д.

На потребителей групп 3) - 6) может расходоваться от 5 до 15% всего количества производственной воды.

В. Пожарное водопотребление.

Вода расходуется на тушение пожаров и внутренних возгораний.

1.3 Основные элементы системы водоснабжения

Система водоснабжения - это комплекс сооружений для обеспечения потребителей водой в требуемых количествах и требуемого качества.

В состав системы водоснабжения входят следующие сооружения:

а) водоприемные сооружения (водозабор);

б) водоподъемные сооружения (насосные станции);

в) сооружения для очистки, обработки и охлаждения воды;

г) водоводы и водопроводные сети;

д) башни и резервуары. Это регулирующие и запасные емкости для сохранения и аккумулирования воды.

На состав и схему системы водоснабжения большое влияние оказывают местные природные условия, источник водоснабжения и характер потребления воды. Поэтому в некоторых случаях могут отсутствовать те или иные сооружения. Например, в самотечных системах отсутствуют насосные станции, в системах водоснабжения от артезианских скважин нет очистных сооружений, при равномерном графике потребления не устанавливают водонапорные башни или резервуары и т.п.

На предприятиях может быть несколько систем водоснабжения одновременно. Например, отдельно системы производственно-технического, хозяйственно-питьевого назначения.

1.4 Описание технологического процесса прямоточного водоснабжения

Прямоточная система применяется для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения. В некоторых случаях применяется и для производственно-технического водоснабжения.

На рис.1 приведена схема взаимосвязи основных элементов в прямоточной системе водоснабжения. Именно по такой схеме осуществляется водоснабжение городов, поселков и других населенных пунктов.

Рис. - Схема прямоточной системы водоснабжения: 1 - водозабор; 2.1 - насосная станция 1-го подъема; 3.1 - очистные сооружения природной воды; 3.2 - очистные устройства для загрязненных стоков; 4.1 - резервуар чистой воды; 5 - водоводы; 6 - водонапорная башня (резервуар); 7.1-7.6 - потребители воды (цеха, здания); 8 - водопроводная сеть; 9 - сеть трубопроводов для сбора отработавшей воды; 10 - водоохлаждающее устройство.

При работе этой системы вода забирается из источника с помощью водозаборного устройства 1 и подается насосами насосной станции 1-го подъема (НС 1) на очистные сооружения 3.1. Здесь обычно вода идет самотеком. Очищенная до необходимого качества она собирается в резервуаре очищенной воды 4.1. Отсюда насосами насосной станции 2-го подъема (НС 2) вода по водоводам 5 подается на территорию предприятия. Из водоводов вода попадает в водопроводную сеть 8 и подается потребителям 7.1-7.6.

Присоединенная к сети регулирующая емкость 6 позволяет сглаживать влияние пиков водопотребления на работу насосов НС 2. Она может быть установлена в любой точке водопроводной сети.

Вся отработавшая вода сбрасывается в источник ниже (по течению) места забора воды. При необходимости эта вода очищается и охлаждается перед сбросом. В этом случае в системе предусматриваются устройства 3.2 и 10.

Недостатки прямоточной системы водоснабжения:

а) производительность всех элементов приходится выбирать из условия покрытия максимума суточного расхода. Это увеличивает размеры сооружений и мощности всех элементов системы, что удорожает ее. Возрастает и удельный расход энергии из-за работы насосных агрегатов бóльшую часть времени в нерасчетном режиме;

б) необходим источник с достаточным дебитом воды. Часто он удален от предприятия и приходится сооружать длинные водоводы. Это тоже ведет к удорожанию и снижению надежности системы;

в) в прямоточной системе вся отработавшая вода сбрасывается в природные водоемы. Эти водоемы должны обладать способностью поглощать эти сбросы без нарушения экологического равновесия.

Прямоточная система обеспечивает подачу наиболее качественной воды. Она единственно возможна там, где исключается повторное использование воды. Это в хозяйственно-питьевом и противопожарном водоснабжении.

В техническом водоснабжении часто можно обходиться без очистных сооружений, что удешевляет систему и увеличивает ее надежность.

2. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса

1 Структурная схема АСУ ТП водоснабжения

При разработке системы автоматизированного управления технологическим процессом водоснабжения необходимо реализовать автоматизированное рабочее место оператора с программным обеспечением, взаимодействующим с контроллером. Также необходимо определить необходимые датчики, которые будут предоставлять информацию о состоянии процесса и исполнительные механизмы, воздействующие на объект.

Структурная схема АСУ ТП производства сухого молока приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структурная схема

2.2 Подбор необходимых датчиков, исполнительных механизмов и мест их расположения.

Для того чтобы разработать функциональную схему, необходимо сначала определить какого рода информация будет отображаться на ОС, т.е. нужно определить места установки датчиков и их характеристики. Также нам необходима обратная связь с объектом управления, чтобы мы могли оказывать управляющее воздействие. Для этого необходимо подобрать соответствующие исполнительные механизмы. Т.к. разрабатываемая схема функциональная, то достаточно будет определить задачи, решение которых возлагается на тот или иной исполнительный механизм и место его установки.

Описание технологического объекта, приведенное ранее, позволяет определить необходимые датчики:

§уровня воды в резервуаре (датчики устанавливаются в резервуары 1, 2);

§показателя pH в воде (устанавливаются в резервуар 1);

Выбор датчиков и исполнительных механизмов:

1) Контролировать необходимое количество воды в емкостях необходимо датчиками уровня. Для этих целей нам подойдут бесконтактные сигнализаторы уровня БСУ, которые имеют один входной параметр (уровень), а также малую погрешность ±1,5 мм. Выходной сигнал с датчика - дискретный. На функциональной схеме датчики уровня, согласно ГОСТ 21.404-85 буквенные условные обозначения, будем обозначать буквами LE.

) Контроль показателя pH будет производить PH-018 (ЭкоЮнит).

водоснабжение автоматизация контроллер

Рисунок 3 - PH-018

Область применения: мониторинг и контроль pH в промышленных аквариумах, бассейнах, котлах, в промышленных системах подготовки воды и т.д.

Характеристики:

·Диапазон измерения pH: 0.00 - 14.00

·Встроенный сенсор для автоматической компенсации температуры (от 0 до 100°C)

·Рабочая среда 0-50°C, влажность не более 95%

·Цена деления 0.01pH

·Погрешность +/- 0.02pH

·Токовый выход (для подключения к компьютеру): 4-20 мА

·Входное сопротивление 10*12 Ом

·Калибровка с помощью калибровочной отвертки (в комплекте)

·Питание: переменный ток 220В, 50Hz

·Размеры 96 x 96 x 160 мм

·Вес 950 г

) В качестве системы очистки воды выбран Nimbus MN800.

Рисунок 4 -Nimbus MN800

Это высокопроизводительная система очистки воды методом обратного осмоса с возможностью использования накопительного бака различного объема.

Система предназначена для работы в тяжелых условиях с плохим качеством исходной воды, а также может использоваться для очистки воды с низким давлением подачи.

Характеристики:

·Производительность: 1900л/сут, 2л/мин;

·Давление, мин - 1атм, макс 12 атм;

·Степень очистки: 96% всех растворенных веществ (вкл. органику и неорганику);

·Размер мембраны: 2.5"х25", макс восстановление 33%;

·Колво мембран - 2;

·10" Кальцитовый постфильтр для понижения уровня pH (опция);

·Материал корпуса мембранных отсеков - нерж сталь;

·Насос повышающий давление, 250Вт;

·Размеры: 1050х480х405мм, вес 42кг.

4) На насосы необходимо поставить пусковые устройства, позволяющие включать и выключать двигатели. Данные устройства работают с аналоговыми сигналами. Обозначение на функциональной схеме NS.

5) Резервуары для воды выбраны: РВС-100 и РВС-200 (100 и 200 м3 - резервуар 1 и 2 соответственно).

2.3 Схема информационных потоков АСУ технологическим объектом

Выбранные датчики, исполнительные механизмы и их месторасположение, а также структурная схема АСУ ТП производства сухого молока позволяют составить схему информационных потоков в АСУ технологическим объектом.

На схеме обозначены направления потоков, а также вид сигнала (аналоговый, цифровой, разрядность).

Схема информационных потоков приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема информационных потоков

Входные потоки:

1.Уровень воды в резервуаре 1 (1)

2.Уровень воды в резервуаре 1 (2)

.Уровень воды в резервуаре 2

Выходные потоки:

1.К насосу 1

2.К насосу 2

.К насосу 3

2.4 Выбор контроллера для автоматизированной системы

Для контроля данной системы был выбран контроллер ОВЕН ПЛК 110-30

Рисунок 6 - ОВЕН ПЛК 110-39

Программируемые логические контроллеры ОВЕН ПЛК110-30 выполнены в полном соответствии со стандартом ГОСТ Р 51840-2001 (IEC 61131-2), что обеспечивает высокую аппаратную надежность.

По электромагнитной совместимости контроллеры соответствуют классу А по ГОСТ Р 51522-99 (МЭК 61326-1-97) и ГОСТ Р 51841-2001, что подтверждено неоднократными испытаниями изделия.

·В системах HVAC

·В сфере ЖКХ (ИТП, ЦТП)

·В АСУ водоканалов

·Для управления малыми станками и механизмами

·Для управления пищеперерабатывающими и упаковочными аппаратами

·Для управления климатическим оборудованием

·Для автоматизации торгового оборудования

·В сфере производства строительных материалов

Оптимально для построения распределенных систем управления и диспетчеризации с использованием как проводных, так и беспроводных технологий.

Вычислительные ресурсы

В контроллере изначально заложены мощные вычислительные ресурсы при отсутствии операционной системы:

·высокопроизводительный процессор RISC архитектуры ARM9, с частотой 180МГц компании Atmel;

·большой объем оперативной памяти - 8МБ;

·большой объем постоянной памяти - Flash память, 4МБ;

·объем энергонезависимой памяти, для хранения значений переменных - до 16КБ;

·время цикла по умолчанию составляет 1мс при 50 логических операциях, при отсутствии сетевого обмена.

Условия эксплуатации

·Расширенный температурный рабочий диапазон окружающего воздуха: от минус 10 °С до +50 °С

·Закрытые взрывобезопасные помещения или шкафы электрооборудования без агрессивных паров и газов

·Верхний предел относительной влажности воздуха - 80 % при 25 °С и более низких температурах без конденсации влаги;

·Атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа

Конструктивные особенности

Контроллеры выполнены в компактном DIN-реечном корпусе. Габаритные и установочные размеры отличаются в зависимости от модификации, и приведены в конце раздела.

Расширение количества точек ввода\вывода осуществляется путем подключения внешних модулей ввода\вывода по любому из встроенных интерфейсов.

Электрические параметры

Два варианта питания для каждого контроллера:

·переменный ток: (90-265)В, (47...63)Гц;

·постоянный ток: (18-29)В.

Небольшая потребляемая мощность до 10Вт.

Интерфейсы и протоколы

Все контроллеры данной линейки имеют большое количество интерфейсов на борту, работающих независимо друг от друга:

·Ethernet;

·До трех последовательных портов;

·USB Device для программирования контроллера.

В целом, данный контроллер удовлетворяет разработанной АСУ ТП.

5 Функциональная схема технологического объекта

Результатом главы 2 является функциональная схема технологического объекта, отображающая вид датчиков, места расположения датчиков, а также места расположения исполнительных механизмов и пусковых устройств. Функциональная схема приведена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Функциональная схема системы

Обоснование мест установки датчиков:

·Датчик NS 2-1 предназначен для управления насосом 1;

·Датчик pH 4-1 предназначен для измерения показателя pH воды в резервуаре 1;

·Датчики LE 4-2 и 4-3 предназначены для индикации уровня воды в резервуаре 1;

·Датчик NS 5-1 предназначен для управления насосом 2;

·Датчик NS 6-1 предназначен для управления насосом 3;

·Датчик LE 7-1 предназначен для индикации уровня воды в резервуаре 2.

3. Разработка алгоритмов функционирования

1 Алгоритм функционирования СУ технологического объекта

Рисунок 8 - Общий алгоритм функционирования

3.2 Алгоритм запуска технологического объекта

Рисунок 9 - Алгоритм запуска ТП

3.3 Алгоритм функционирования системы

Рисунок 10 - Алгоритм функционирования системы

4 Алгоритм остановки системы


3.5 Алгоритм работы системы при аварии

Рисунок 12 - Алгоритм работы системы при аварии

Заключение

Результатом выполнения данного курсового проекта стала разработка АСУ ТП водоснабжения дома. Была разработана модель процесса, которая наглядно позволяет представить реальный технологический процесс. Также были разработаны функциональные схемы, подобраны измерительные устройства (датчики) и контроллер, который осуществляет управление технологическим процессом. Разработаны алгоритмы контроля и управления функционированием ТП.

Приложение А

Список используемых сокращений

АСУ ТП - автоматизированная система управления технологическим процессом;

ИМ - исполнительный механизм;

ОС - операторская станция;

ТО - технологический объект;

ТОУ - технологический объект управления;

ТП - технологический процесс.

Приложение Б

Библиографический список

  1. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления». Составитель Куклин В.В. 2011г.
  2. Лекции по предмету «Технические средства автоматизации и управления» Куклина В.В.

В статье рассмотрены типовые задачи контроля и автома­тизации процессов водоснабжения и водоотведения. Представлено оборудование, предназначенное для реализации подобных систем автоматики, показан бюджет и подробные технические характеристики.

ООО «Радиоавтоматика», г. Брянск

Надо ли говорить о том, насколько важна автоматизация управления и работы канализационных и водонасосных станций (ВНС) в современном городе или поселке? Думаю, нет. От оперативности и точности контроля работы объектов водоснабжения и отведения напрямую зависит и безопасность нашего быта, и успешность многих производственных процессов, связанных с потреблением и переработкой больших объемов воды.

В качестве примера можно взять наиболее актуальные объекты, требующие централизованного управления – системы водоотведения (СВО).

Современные СВО – это сложный комплекс инженерных сооружений и устройств, включающий в себя систему канализации, дворовую канализацию, уличные коллекторы, насосные станции перекачки сточных вод и канализационные очистные сооружения. Вследствие подвижки грунтов или других внешних динамических и статических нагрузок большинство трубопроводов пришли в негодность и не имеют должной пропускной способности. Перегруженность СВО приводит к подтоплению городской территории. С другой стороны, по мере развития города и жилищного строительства нагрузки на систему водоотведения существенно увеличились и в большинстве случаев не соответствуют проектным. В результате таких изменений одни коллекторы стали недогруженными, а другие перегруженными и даже работают в напорном режиме, что приводит к попаданию стоков в грунт. И потому особенно актуальной становится задача интенсификации работы СВО, которая заключается в рациональном перераспределении потоков сточной жидкости с целью максимального использования пропускной способности всех сооружений и трубопроводов.

И это – лишь один из примеров проблем в водном хозяйстве, которые ждут своего решения. В связи с этим сегодня особенно важным представляется наличие на объектах водоснабжения и водоотведения автоматизированных систем управления, способных своевременно и точно дать необходимую информацию, осуществить оптимальное решение по ликвидации оперативных проблем.

Брянская компания ООО «Радиоавтоматика» осуществляет полный комплект услуг по системам автоматизации и диспетчеризации технологических процессов водоснабжения и водоотведения – от проектирования до производства и поставки потребителю. Как говорят строители – «работа под ключ».

При работе с клиентами компания учитывает все пожелания – не только поставку типовых средств управления технологическими процессами, но и решение задач автоматизации любой сложности с учетом индивидуальных требований заказчика.

Рис. Шкаф автоматизированного управления канализационной насосной станцией ШАУ КНС-03

При решении нестандартных задач ООО «Радиоавтоматика» осуществляет консультации по внедрению средств автоматизации, специалисты компании производят изучение объектов, подлежащих установке АСУ с последующей разработкой технического задания. Затем происходит проектирование и производство оборудования, соответствующего техническому заданию, и разрабатывается пользовательская документация. Далее производится монтаж и пусконаладка оборудования на объекте с последующим обу­чением персонала.

В настоящее время компания осуществляет серийный выпуск оборудования для следующих объектов:

Артезианские скважины;

Водонапорные насосные станции;

Водонапорные башни;

Диктующие участки сетей водоснабжения;

Канализационные насосные станции;

Очистные сооружения сточных вод.

Для работы водонапорных установок в автоматическом режиме, а также для автоматизации работы водоочистных систем существует ряд устройств, реагирующих на изменение давления, уровня или скорости течения воды.

Автоматическое включение или выключение электродвигателей насосов и компрессоров в системах водоснабжения зданий возможно при изменении уровня воды в водонапорном баке, либо давления в трубопроводах сети (или пневматическом баке) или скорости движения воды в трубопроводе. При изменении указанных параметров приводятся в действие датчики, связанные с исполнительными механизмами включения или выключения магнитного пускателя, соединяющего или размыкающего линию электропитания двигателя насоса.

ООО «Радиоавтоматика» использует в предлагаемых системах большой спектр устройств и технических решений для автоматизации объектов водоснабжения и водоотведения. Их состав и функции представлены в таблице.

Данные о работе сети водоснабжения и водоотведения стекаются в диспетчерский пункт, который оснащается компьютером со специализированным ПО. Архитектура программного обеспечения позволяет организовать многоуровневую систему диспетчеризации с несколькими локальными и центральным диспетчерским пунктом.

Автоматизация современных систем водоснабжения требует совместных усилий как специалистов в области автоматизации, так и инженерно-технических работников, проектирующих технологические процессы и эксплуатирующих сооружения. Именно такие специалисты работают в ООО ­«Радиоавтоматика», что в немалой степени способствует высокому уровню предлагаемых компанией автоматизированных систем управления водоснабжением и водоотведением.

ООО «Радиоавтоматика», г. Брянск,