Дипломная (вкр): Автоматизация электроприводов второго подъема водозабора станции Хабаровск-1

где P - мощность двигателя насоса равная 160кВт.

Зная момент нагрузки и параметры двигателя найдем, потребляемый им ток, чтобы верно подобрать преобразователь частоты. Потребляемый ток найдем по формуле 2.3:

Зная ток потребления, выбираем преобразователь ПЧ-С300/310 с номинальным выходным током 310 Ампер.

Установка ПИ-регулятора определяется параметрами 1.29-1.31.

Назначение ПИ-регулятора - удержание контролируемой величины на заданном уровне.

Параметром 1.29 устанавливается усиление пропорционального звена ПИ-регулятора, а параметр 1.30 определяет временной коэффициент ПИ-регулятора (постоянная времени интегрирования).

.2 Расчет пусковых характеристик и режимов работы насоса

В стандартных параметрах ПЧ укажем время, за которое выходная частота(f) достигнет от 0 до 50 Гц (Темп разгона) и от 50 до 0 Гц (Темп остановки) tразг = 10 сек; tостан = 5сек; fном = 50Гц.

Зная время для разгона и остановки можно посчитать, насколько будет изменяться fвых в секунду при каждом из темпов по формулам 2.5 и 2.6:

 (2.5)

 (2.6)

Зная скорость изменения частоты (; ) можно найти изменение скорости вращения (n) в секунду, при разгоне и остановке насоса по формулам 2.7 и 2.8:

 (2.7)

где P - число пар полюсов машины.

На рисунках 2.7 и 2.8 изображены пусковая и тормозная характеристики.

Рис 2.7 График темпа разгона насоса

 (2.8)

Рис 2.8 График темпа остановки насоса

Исходя из данных нами в алгоритме работы, у насоса будет 3 режима работы:

-       при минимальном уровне воды в башне насос будет работать на 100 %;

-       при среднем уровне воды в башне насос будет работать на 70 %;

-       при высоком уровне воды в башне насос будет работать на 40 %.

Нур1=100%; Нур2=70%; Нур3=40%.

Исходя из выше перечисленных данных, можно вычислить по формуле 2.9 частоту напряжения, которым питает преобразователь частоты электропривод насоса для каждого из уровней воды:

; (2.9)

;

;

.

где Нур- показывает на сколько процентов работает насоса в зависимости от уровня воды в башне.

Зная частоту при каждом из уровней, можно найти скорость вращения насоса для каждого уровня воды в башне:

; (2.10)

;

;

.

Зная скорость вращения при каждом уровне воды и номинальный момент двигателя  можно найти мощность при каждом уровне воды по формуле:

; (2.11)

;

;

.

Согласно произведенным расчетам, построим нагрузочную диаграмму работы насоса при каждом из уровней воды, рисунок 2.9.

Рис 2.9 Диаграмма мощности работы насоса при каждом из уровней воды

2.3 Описание электрических схем соединений водонапорной башни и насосной станции

На схемах 1 и 2 показаны соединения приборов насосной станции и водонапорной башни. Все оборудование каждого из объектов связанно со своим контроллером через интерфейс RS-485 и опрашивается поочередно, а объекты между собой связанны через 2 радио модуля «Пульсар» на частоте 433МГц. Радио модуль башни работает в режиме передачи, а радио модуль станции в режиме приема, вся информация с 2-х контроллеров поступает на ПК дежурного. Первыми опрашиваются датчики уровня воды на башне, вторыми датчики давления на башне и станции, далее счетчики расхода воды и затем принимается решение контроля насоса в зависимости от полученных данных, и подаются соответствующие оповещения и сигнализации на ПК дежурному персоналу.

С ПК дежурного по интерфейсу RS-485 можно осуществлять переход с одного насосного агрегата на другой с помощью команд «Открытия» и «Закрытия» задвижек с электроприводом, а также управление насосными агрегатами с помощью команд «Пуск» и «Остановка» что позволяет:

упростить технологию смены работающего насоса;

исключает пребывание человека в опасной зоне;

экономит физические силы персонала.

2.4 Алгоритм работы системы автоматизации водозабора

Рис 2.10 Алгоритм работы системы автоматизации водозабора

ДУ1 - датчик нижнего уровня; ДУ2 - датчик среднего уровня; ДУ3 - датчик высокого уровня; ДД1 - датчик давления на станции; ДД2 - датчик давления на башне; V1 - показания счётчика на станции; V2 - показания счётчика на башне.

2.4.1 Описание алгоритма работы системы автоматизации

После включения насоса начинается опрос датчиков уровня воды на башне поочередно. В зависимости от уровня воды, преобразователь частоты регулирует скорость вращения насоса. Далее начинается опрос датчиков давления, если разница между показаниями датчика на станции и датчика на башне составляет от 0 до 20%, тогда начинается опрос счетчиков расхода воды, если свыше 20% тогда на ПК дежурному поступает сигнализация «Низкое давление на башне» после этого начинается опрос счетчиков расхода воды. Если разница показаний между счётчиком на станции и счетчиком на башне составляет от 0 до 10%, тогда алгоритм опроса начинается сначала, если свыше 10% на ПК диспетчеру поступает сигнализация «потеря воды в магистрали» далее опрос начинается сначала.

2.5 Принцип управления насосной станцией 2-го подъёма

Преобразователь частоты имеет доступные 16-битные регистры с детализацией их атрибутов (считывание/запись) и адресов.

По адресу 1 производится запись в регистр «Заданная по RS частота ПЧ», направление вращения, пуск” в соответствии с таблицей 2.2.

Таблица 2.2

Адрес1запись в регистр «Заданная по RS частота ПЧ»

- установка этого бита в состояние «1» запускает двигатель, а в состояние «0» - останавливает (при условии, что параметр 2.34 = ДА);- выбор направления влево - 1 или вправо - 0.

Принцип управления подачи воды на водонапорную башню показан на рисунке 2.11.

Рис 2.11 Принцип управления подачи воды на водонапорную башню

где X1-нижний уровень; X2-средний уровень; X3-верхний уровень; Q-управление насосом.

После опроса датчиков уровня (X1, X2, X3) информация о их состоянии будет отправлена с контроллера PLC1 на контроллер PLC2 по радиоканалу (433МГц), с PLC2 по адресу 1на ПЧ будет производиться запись в регистр “Заданная по RS частота ПЧ, направление вращения, пуск” в контроллере PLC2 в определенной ячейке памяти для каждого состояния будет присвоен свой 16 битный код с данными о направлении вращения и частоте питания насоса таблица 2.3.

X1=11000111101010001- пуск, частота 50 Гц, направление вправо;

X2=11000111101010011- пуск, частота 35 Гц, направление вправо;

X3=11000111101010111- пуск, частота 20 Гц, направление вправо.

Таблица 2.3

Состояния датчиков уровня

2.5.1 Программирование и визуализация ОВЕН ПЛК в среде Codesys

Симуляцию процессов датчиков уровня и давления покажем с помощью языка Continuous Function Chart(CFC) в среде программирования Codesys.

Язык непрерывных функциональных схем CFC - это графический язык программирования, основанный на языке функциональных блоковых диаграмм <core.NWLEditor.Editor.chm::/Function_Block_Diagram_FBD.htm>. Однако здесь нет цепей, и возможно произвольное расположение графических элементов. Управление датчиками уровня и давления в среде Codesys показаны на рисунках 2.11-2.12.

Рис 2.11 Функциональная схема работы датчиков давления в среде Codesys методом Continuous Function Chart

Пока давление в магистрали больше 9.6 мПа с блоков GE поступает сигнал TRUE(1) на блок AND, если оба сигнала TRUE(1) то на выходе Q сигнал TRUE(1). Если хотя бы на одном из датчиков давление меньше 9.6 мПа на выходе Q будет сигнал FALSE(0), и тогда на пульте диспетчера загорится сигнал «ТРЕВОГА НИЗКОЕ ДАВЛЕНИЕ В МАГИСТРАЛИ».

Рис 2.12 Функциональная схема работы датчиков уровня в среде Codesys методом Continuous Function Chart

Если с датчиков уровня X1,X2,X3 на блоки MOVE поступает сигнал TRUE(1) то на выходе каждому из блоков будет присвоено 16 битное число, которые далее будут сравниваться между собой на блоках MAX и большее из них придет на выход Q. Если же с датчика поступает сигнал FALSE(0), на выходе блока MOVE будет также FALSE(0) который будет сравниваться с числами других блоков и большее число будет на выходе Q.

В случае неправильной работы, либо поломки датчиков на мониторе у диспетчера загорится сигнал «ТРЕВОГА ОШИБКА СИГНАЛА С ДАТЧИКОВ УРОВНЯ».

2.6.1 Визуализация панели приборов и пульта управления на ПК дежурного в среде Codesys

Рис 2.13 Визуализация панели приборов и пульта управления на ПК дежурного в среде Codesys

Описание панели приборов на ПК дежурного.

На мониторе у дежурного будут видны изменени процессов при подаче воды с насосной станции в водонапорную башню.

Видимость изменения будут обеспечивать приборы на панели:

-       два манометра для контроля давления на насосной станции и на подходе к водонапорной башне;

-       три датчика уровня воды для контроля заполненности водонапорной башни;

-       два счетчика расхода воды для учета о потреблении воды и потерях воды в магистрали при транспортировке.

С пульта диспетчера можно управлять процессами пуска и остановки насоса, а также открытие и закрытие задвижек которые перекрывают непосредственно каждая свой насос.

Таким образом, смена рабочего насоса может быть произведена, не отходя от ПК дежурного.

Также на ПК дежурного изображена панель, которая сигнализирует о нарушениях в технологическом процессе и неисправностях оборудования. С помощью этих тревог можно быстро определить неисправное оборудование, либо причину нарушения в технологическом процессе и ликвидировать их с наименьшими последствиями и потерями для потребителя и предприятия.

3. Разработка мероприятий по БЖД при ЭКСПЛУАТАЦИИ НАСОСных агрегатов

.1Анализ вредных и опасных производственных факторов

При использовании насосов и насосных агрегатов могут возникнуть опасные производственные факторы:

механические опасности;

раздавливание, ранение, разрезание или разрыв, запутывание, захват, удар, втягивание и стирание;

повреждения выбросом жидкости под высоким давлением;

выброс частей, разрушение во время работы;

потеря устойчивости (опрокидывание);

электрические опасности;

опасность при работе с электрооборудованием. Контакт с токоведущими частями под напряжением;

опасность от электростатического заряда;

термическая опасность;

опасность от шума;

опасность от вибрации;

опасность, связанная с неожиданными пусками, поворотами, прокручиванием;

опасность, связанная с отсутствием или неправильным расположением средств защиты.

3.2 Мероприятия защиты и предотвращения воздействия опасных и вредных производственных факторов

Для защиты от воздействия опасных и вредных производственных факторов необходимо соблюдать меры безопасности, применять соответствующие средства индивидуальной и коллективной защиты:

при повышенном уровне шума нужно применять противо-шумные наушники, вкладыши «Беруши» или ограничивать время пребывания в зоне повышенного шума;

при недостаточной освещенности рабочей зоны следует применять дополнительное местное освещение (фонари, переносные электрические светильники и т.д.);

при наличии факторов повышенной вибрации от механизмов топливной системы применяют различного рода виброизоляцию, виброгашение и вибродемпфирование.

Основным показателем, определяющим качество виброизоляции машины, установленной на виброизоляторы с жесткостью С и массой М, является коэффициент виброизоляции (КП). Он показывает, какая доля динамической силы Fф или ускорения аф, от общей силы или ускорения, действующих со стороны машины, передается виброизоляторами фундаменту:

 (3.1)

,

где    f0 - частота собственных колебаний, Гц;

f -частота возмущающей силы, Гц.

Частота собственных колебаний машины определяется по формуле:

 (3.2)

 Гц

где    g - ускорение свободного падения; g = 9,81 см/с2.

δcn - статическая осадка виброизолятора под действием собственной массы машины определяется по формуле:

 (3.3)

Частота возмущающей силы определяется по формуле:

, (3.4)

где    n - частота вращений, об/мин; m - номера гармоник, m= 1,2,3,....

При работе вблизи вращающихся механизмов необходимо ограждение подвижных частей и вывешивание знаков и плакатов безопасности, а у работника не должно быть развевающихся частей одежды, которые могут быть захвачены движущимися частями механизмов.

При необходимости нахождения вблизи горячих частей оборудования, следует соблюдать меры по защите от ожогов и действия высоких температур (ограждение оборудования, вентиляция, теплая спецодежда, знаки безопасности и т.д.).