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
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.
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.
1. Автоматизация систем водоснабжения здания
2. Датчики времени
3. Классификация ЧПУ
4. Принципиальная схема АВР трансформатора одностороннего действия
1. Автоматизация систем водоснабжения зданий
Автоматизация современных систем водоснабжения требует совместных усилий как специалистов в области автоматизации, так и инженерно-технических работников, проектирующих технологические процессы.
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 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. В качестве датчиков применяют различные реле уровня воды (рис. 1), регуляторы давления или электроконтактные манометры, струйные реле (рис. 2). Реле уровня, например поплавковое типа РЛ1-51, в зависимости от верхнего или нижнего положении уровня воды в баке включает или выключает контакты электроцепи двигателя. Чувствительным элементом является поплавок, соединенный с тросом, перекинутым через блок; на другом конце троса прикреплен контргруз. Контактное устройство реле представляет собой пружинный переключатель мгновенного действия с нормально открытым и нормально закрытым ртутными контактами. Контактное реле надежно работает даже в помещениях с повышенной влажностью. Дополнительные встроенные контакты могут соединять цепи звуковой или световой сигнализации.
Рис. 1. Схема установки реле уровня для автоматизации работы насосов: а и б - поплавковое реле для открытых и закрытых резервуаров, в - схема автоматического регулирования уровня воды в резервуаре; 1 - резервуар; 2 - поплавок; 3 - блок; 4 - переключающие шайбы; 5- коромысло; 6 - контакты; 7 - груз; 8 - контактный мост; 9 - соединительная труба; 10- насос; 1- подача воды; 12 - баллончик с ртутью; 13 - электродвигатель
Рис. 2. Схема контактного манометра (а) и струпного реле (б): 1 - трубка датчика; 2 - ось стрелки; 3 - стрелка; 4 - контакты; 5 - чувствительная пластинка
В системах без водонапорных баков или с пневматическими баками включение и выключение электродвигателей насосов (или компрессоров) производятся с помощью реле давления мембранного или диафрагмового типа. При изменении давления рычаг реле замыкает или размыкает контакты цепи управления магнитного пускателя электродвигателя. С помощью струйного реле включаются пожарные насосы. Принцип действия струйного реле основан на воздействии энергии струи соды - отклоняется пластинка, которая замыкает контактное устройство. Струйное реле устанавливают у основания пожарных стояков либо у водонапорного бака (при раздельной системе водоснабжения). В зданиях при постоянном недостатке напора пожарные насосы оборудуют автоматическим или дистанционным пуском от пожарных кранов рис. 3.
Рис. 3. Схема дистанционного включения пожарного насоса (бескнопочный пуск насоса):
1 - шток пожарного крана; 2 - кольцевая бороздка; 3 - кнопочный выключатель;
4- магнитный пускатель электродвигателя
2. Датчики времени
Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще, датчик – это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.
Реле времени широко применяются в быту и промышленной автоматике для получения задержки включения или отключения различных устройств, в схемах сигнализации, в различных бытовых приборах для ограничения времени работы этих устройств, если забыли их выключить. Данные устройства можно использовать для отключения освещения в ванной комнате или туалете через заданное время, автоматического отключения дежурного освещения в подъезде дома или гараже, включения охранной сигнализации через некоторое время, после того, как Вы покинули охраняемый объект, в качестве таймера газовой или электроплиты, чтобы не забыть про оставленный пирог, автоматического отключения электроутюга и т.д. Как правило, в схемах реле времени используют специализированные микросхемы - счётчики с предустановкой коэффициента деления и встроенным задающим генератором, что позволяет изменять параметры устройства в очень широких пределах. При отсутствии специализированных микросхем реле времени легко собрать на очень широко распространённых КМОП элементах. Для получения коротких выдержек в несколько секунд иногда используют зарядные RC цепи, которые подключаются к пороговому элементу с высоким входным сопротивлением - КМОП триггерам Шмитта, компараторам, интегральным таймерам NE555N, операционным усилителям, полевым транзисторам и другим элементам, но такие схемы сложно настраивать, а стабильность их выдержки невысока.
Реле времени собрано на специализированной микросхеме КР512ПС10, очень широко применяемой в подобных устройствах. Точное время задержки срабатывания устанавливается подбором R1 , C1. Для дискретного изменения времени задержки в широких пределах используются входы предустановки коэффициента деления М1 ... М5, назначение которых показано в таблице. Установкой перемычек на плате можно задать время от нескольких секунд до нескольких суток. Перемычка S1 позволяет получить различный режим работы: если замкнуть площадки 1, 2 реле времени будет периодически включаться и выключаться через заданное время, причем время включенного состояния равно времени выключенного состояния. Если замкнуть площадки 2, 3 - реле времени отсчитает заданный интервал и включит выходное реле, которое останется в этом состоянии сколь угодно долго, пока не будет выключено и заново включено напряжение питания. Более удобна микросхема MC14536BCP или CD4536B, которая имеет широкий диапазон напряжения питания - до 18 В, вместо +6 В у КР512ПС10, что позволяет легко встраивать узлы задержки времени в различные устройства автоматики на КМОП микросхемах.
Реле времени по сути то же что и обычное реле, но с возможностью задержки срабатывания за счёт конструктивных особенностей. По принципу механизма подразделяются на:
с электромагнитным замедлением - применяются только при постоянном токе, и обеспечивает выдержку времени при срабатывании от 0,07 с. до 0,11 с, при отключении от 0,5 с до 1,4 с
с пневматическим замедлением – имеет в конструкции специальное замедляющее устройство - пневматический демпфер катаракт. Регулировка выдержки осуществляется изменением сечения отверстия для забора воздуха. Обеспечивает выдержку времени от 0,4 до 180 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки (установки).
с часовым или анкерным механизмом - работает за счет пружины, которая заводится под действием электромагнита и контакты реле срабатывают только после того, как анкерный механизм отсчитает время, выставленное на шкале. Обеспечивает выдержку времени от 0,1 до 20 с, с точностью срабатывания 10 % от уставки (установки).
моторные реле времени - предназначены для отсчета времени от 10 с до нескольких часов. Оно состоит из синхронного двигателя, редуктора, электромагнит для сцепления и расцепления двигателя с редуктором, контактов. Обеспечивают выдержку времени в 20-30 мин.
электронные реле времени – работа основана на переходных процессах в разрядном контуре RC. Обеспечивает выдержку от 0.01секунды до 10 дней
3. Классификация ЧПУ
Системы ЧПУ можно классифицировать по различным признакам.
1. В зависимости от способа управления исполнительным органом различают: позиционные, контурные и универсальные системы.
При позиционном управлении инструмент последовательно обходит ряд точек - позиций. Требуется высокая точность позиционирования, а траектория перемещения инструмента из одной позиции в другую не имеет существенного значения - это холостое перемещение.
При контурном управлении инструмент движется без остановок, и обработка совершается во время движения. Все погрешности отработки траектории переносятся на деталь.
2. В зависимости от наличия обратной связи системы управления могут быть замкнутыми, или закрытыми, и разомкнутыми, или открытыми.
3. В зависимости от способа отсчета перемещения различают системы управления с абсолютным и относительным отсчетом.
4. В зависимости от чисел управляемых координат различают одно-, двух-, трех-, четырех -, пятикоординатные системы управления. Из них какое-то число координат управляется одновременно (параллельно), а какое-то - последовательно.
5. В зависимости от элементной базы и уровня использования; ЭВМ различают системы первого, второго, третьего поколения.
Устройства ЧПУ первого поколения не имели встроенного интерполятора. Программа, записанная на перфоленту при помощи вынесенного интерполятора, переписывалась на магнитную ленту, которую использовали для управления станком.
На магнитную ленту трудно записать большое число технологических команд. Это ограничивает технологические возможности системы.
Устройства ЧПУ второго поколения имеют встроенный интерполятор и управляются от перфоленты. Для подготовки перфоленты используется ЭВМ.
Устройства ЧПУ третьего поколения (системы CNC) имеют встроенный микропроцессор.
В частном доме, расположенном вдали от централизованного водоснабжения, организуется и обустраивается система автономного обеспечения водой для питьевых, хозяйственно-бытовых нужд. Понятно стремление каждого владельца загородной недвижимости жить в комфортных условиях, пользуясь последними достижениями в области инженерных коммуникаций. Если пробурена скважина, то нужно провести комплекс работ по обустройству скважины или автоматизации систем водоснабжения и водоотведения.
Преимущества системы автоматического водоснабжения
К достоинствам автоматизации системы автономного водоснабжения относится:
- обеспечение оптимального, щадящего режима функционирования всего оборудования, что способствует его длительному эксплуатационному сроку;
- снижение вероятность возникновения гидравлического удара до минимума, благодаря плавному пуску и остановки погружного насоса;
- снижение затрат на обслуживание водозабора;
- экономичный расход воды.
Элементы автоматики для водоснабжения частного дома
- Погружной насос – устройство обеспечивающее подачу воды в трубопроводную систему. В его функции входит не только процесс подачи воды, но и компенсация гидравлических потерь, которые возникают в запорной, регулирующей арматуре, трубопроводе. Кроме того, его задачей является создание необходимых условий (избыточного давления) для оптимального функционирования сантехнических приборов. Его конструкционное исполнение (мембранное, вихревое, многоступенчатое) зависит от параметров скважины.
- Гидравлический аккумулятор (расширительный бачок) позволяет сгладить перепады давления при включении насоса и обеспечить компенсацию потери напора в случае небольшого расхода воды. Его присутствие в системе автоматического снабжения из скважины способствует более редким запускам насоса.
- Обратный клапан предназначен для запирания воды в трубопроводе и в расширительном баке в режиме, когда насос не работает. Он предотвращает возможность слива воды в скважину под действием ее силы тяжести. В большинстве случаев это клапанное устройство пружинной конструкции с затвором из латуни или прочного пластика. Пружина обратного хода изготавливается из нержавеющей стали.
- Реле давления – важный элемент автоматики для водоснабжения частного дома, поскольку он регулирует работу насоса. Оно подает команду на включение насоса при достижении критически низкого уровня давления. Когда уровень достигает установленной отметки, от реле подается сигнал на выключение насоса. Распространенная конструкция реле-регулятора – электромеханическая, в котором замыкание/размыкание цепи питания насоса выполняется с использованием пружинного поршня, реагирующего на уровень воды. Применяются, но реже, электронные реле.
- Редукторы, выполняющие функцию ограничителей в системе внутреннего трубопровода в пределах заданных параметров. Они определяются с помощью регулировочного винта. Срабатывание пружинного редуктора происходит при уровне вдавления водяного столбы выше нормативного значения.
- При автоматизации водоснабжения из скважины предусматривается установка пульта управления насосом, который обеспечивает защиту устройства от возможных перепадов напряжения, контроль параметров по току, отображение рабочих характеристик насоса.
- Греющий кабель, использующийся для предохранения воды от замерзания. Он укладывается на трубопровод в месте его входа в отапливаемое помещение.
Установка системы автоматического водоснабжения от компании «Гидроинжстрой»
Компания с многолетним опытом работы по созданию автономных систем обеспечения водой частных загородных домов, коттеджей, дач. Главное преимущества компании – выполнения всего комплекса работ, начиная от проведения геодезических работ по обследованию территории, на которой планируется , разработке проекта до полного обустройства (в том числе и установка автоматики для водоснабжения из скважины) и сдаче объекта под ключ. Грамотный монтаж системы автоматизации системы обеспечения водой, выполненный мастерами компании, позволит создать комфортные бытовые условия проживания в загородном доме.
