Проект системы автоматизации насосной установки станции подкачки воды жилищного комплекса

Описание

В проекте выполнена разработка системы автоматизации насосной установки станции подкачки воды жилищного комплекса.

Составлены технические требования к системе автоматизации.

Разрабатываемая установка является элементом насосной станции, обеспечивающей подачу холодной воды в водопроводную сеть жилищного комплекса. Также в состав станции включена система контроля и управления СУ, коммутационная аппаратура, устройство плавного пуска УПП, преобразователь частоты ПЧ.

Приведены общие сведения о технологическом процессе и задаче автоматизации насосной установки.

Рассмотрено назначение и виды насосных станций.

Насосные станции являются сложным электрогидравлическим техническим комплексом, включающим сооружения и оборудование, посредством которых электроэнергия преобразовывается в механическую энергию потока жидкости и обеспечивается управление этим процессом.

Преимущественно применяются насосные станции с параллельным соединением насосов, обеспечивающие водоснабжение и водоотведение населенных пунктов, промышленных предприятий. Также они применяются в системах оборотного водоснабжения технологических комплексов производственных объектов.

Принцип работы. Поступление жидкости выполняется во входной коллектор насосной станции. Ее аккумулирование происходит в резервуаре, откуда посредством насосов она откачивается и подается в выходной коллектор станции, а затем в магистральный трубопровод. По трубопроводу выполняется ее распределение по потребителям или поступление ко входу следующей станции. Насос отделен от трубопровода посредством задвижек, размещенных на напорном и входном патрубках насоса. Предотвращение обратного тока обеспечивается обратным клапаном, установленным на выходном патрубке. Электроприводом насосов и задвижек выступают электродвигатели.

Насосная установка является основным энергетическим элементом насосной станции. Установка выполнена из насосов, всасывающей и нагнетательной системы трубопроводов, запорной арматуры, электропривода, датчиков технологических параметров.

Описаны способы регулирования режимов работы насосных установок: путем регулирования гидравлических режимов работы насосов и регулирования энергетической эффективности работы электропривода.

Приведены основные функции автоматической системы регулирования НС и выполнено описание структуры автоматизированной станции.

Электроснабжение станции выполняется от трансформаторной подстанции ТП. Поступление электроэнергии происходит на распределительное устройство РУ, к которому выполнено подключение силового электрооборудования. Здесь выполнена установка первичных аппаратов для средств учета потребляемой электроэнергии.

В составе силового оборудования, размещенного в электрощитовой НС, содержатся силовые шкафы управления СШУ, преобразователь частоты ПЧ, компенсатор реактивной мощности КРМ. Основное и вспомогательное оборудование станции размещено в машинном зале. Основное оборудование представлено насосами и электроприводами. В качестве вспомогательного оборудования применяются пожарные, дренажные и вакуум-насосы, вентиляторы, задвижки, обогреватели и прочее. Посредством датчиков обеспечивается получение информации о регулируемых параметрах. С помощью технологического контроллера реализуется общий алгоритм управления станцией. Выполняется обмен информацией с автоматизированной системой управления технологическим комплексом АСУ ТК.

Проведен аналитический обзор методов управления насосными установками.

Описаны способы регулировки подачи насосов. Принят способ регулирования напора вследствие изменения скорости вращения насоса. В качестве эффективного способа регулирования скорости АД принят способ изменения частоты с одновременным изменением напряжения при использовании ПЧ.

Сделано обоснование выбора системы регулирования привода по схеме ПЧ-АД.

По результатам проведенного обзора к проектированию принята система частотного регулирования скорости, включающая: транзисторный преобразователь частоты – асинхронный двигатель.

Определены основные элементы электропривода.

Сделан расчет мощности и произведен выбор электродвигателя насосной установки.

На насосной станции второго подъема с целью повышения надежности выполнена установка двух центробежных насосов типа 1Д315-71. С их помощью выполняется перекачивание воды и других жидкостей, обладающих сходными с водой свойствами.

Определена расчетная мощность на валу двигателя, равная 79,69 кВт. Принят асинхронный двигатель мощностью 110 кВт 5AM280S4.

1. Проведен выбор преобразовательного устройства. Принят транзисторный преобразователь частоты 3G3HV-B11K фирмы OMRON. С его помощью выполняется плавный пуск, длительная работа в заданном диапазоне частот нагрузок и вращения, торможение и останов, реверсирование движения, защита оборудования.
2. Сделан выбор датчика давления. Принят датчик - Метран-100 ДИ. Посредством него обеспечивается непрерывное преобразование давления в аналоговый унифицированный сигнал.
3. Произведен расчет и выбор кабеля питания. По результатам принят четырехжильный гибкий кабель марки FG7R-0.6/1 3х95 мм²+ 1х50 мм².
4. В качестве аппарата защиты выбран автоматический выключатель TeamBreak XS400SE-C 250A.
5. Описан синтез системы управления. Выполнена разработка структурной схемы.
6. При расчете параметров передаточной функции объекта управления выполнен его анализ и составлена динамическая модель асинхронного короткозамкнутого электродвигателя.
7. Разработана динамическая модель преобразователя частоты.
8. Приведены расчеты параметров схемы замещения электродвигателя и преобразователя частоты.

Сделан расчет параметров структурной схемы насосной установки с определением значений:

          Описан синтез контура регулирования давления, проведенный методом последовательной коррекции.

Проектируемая система является одноконтурной системой управления, имеющая один внешний контур давления. Регулятор давления реализуется посредством универсального программного ПИД-регулятора, который встроен в преобразователь частоты.         

Выполнено исследование динамики САУ насосной установки. Моделирование системы управления насосной установки выполнено в приложении SIMULINK пакета прикладного программного обеспечения MATLAB 7.1.

Рассчитаны основные показатели качества переходных процессов.

В проекте приведен спецвопрос с рассмотрением динамических режимов с учетом ограничений.

Описана техническая реализация системы управления.

Приведены технико-экономические расчеты по базовому и проектируемому вариантам. Определены капитальные затраты по проекту 176758,4 грн, ежегодные эксплуатационные затраты 114156,27 грн/год, приведенные затраты - 188174,1 грн. Годовой экономический эффект от внедрения разработки составляет 188921,6 грн.

Составлен раздел по охране труда при эксплуатации системы автоматизации насосной установки станции подкачки жилищного комплекса.

В дипломной работе проведена разработка системы автоматизации насосной установки станции подкачки воды ЖК и конструкции электропривода центробежного насоса с применением современной элементной базы.