Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Научная новизна 
• 4. Планируемые практические результаты 
• 5. Обзор исследований и разработок по теме
• 5.1. На глобальном уровне 
• 5.2. На локальном уровне 
• 6. Текущие результаты
•     Перечень ссылок

1. Актуальность темы работы

В настоящее время существующая система водоснабжения города Моспино Донецкой области не является автоматизированной.  Диспетчеры с помощью пульта управления включают или отключают насосы, которые подкачивают воду в водонапорные башни, тем самым создавая давление в сети. На выходе водонапорных башен давление, определяемое их высотой, является ограниченным и непостоянным. При таком режиме работы насосов оно остается постоянным либо на протяжении суток, либо резко уменьшается при их отключении. Также, следует отметить, что насосы включаются в режиме прямого пуска, что может вызывать такие негативные последствия, как гидравлические удары и ударные механические нагрузки на двигатели насосов. Необходимость регулирования производительности насосов в системах водоснабжения определяется, прежде всего, переменным графиком водопотребления в течении суток [2].  

Чтобы усовершенствовать существующую систему и убрать перечисленные недостатки, предлагается внедрить «безбашенную» прямоточную систему водоснабжения, в которой управление расходом воды будет осуществляться с помощью частотно-регулируемого привода. Преобразователь частоты – его основной элемент – в свою очередь будет управлять работой электродвигателя насоса, регулируя его скорость вращения в зависимости от реального расхода воды, тем самым будет обеспечено необходимое давление в сети.  Предлагается водонапорную башню перевести в резерв в качестве аварийного источника водоснабжения и подкачивать воду прямо в сеть. За счет использования частотно-регулируемых приводов в системах водоснабжения существенно снижается потребление электроэнергии и повышается степень автоматизации технологического процесса, поэтому данная тема несомненно является актуальной.

2. Цели и задачи исследования

Целью данной работы является исследование динамических свойств системы автоматического управления водоснабжением при использовании в ней частотно-регулируемого электропривода для насосного агрегата.

 Основные задачи исследования:

1. Провести анализ существующих методов и решений в вопросах автоматизации процесса водоснабжения небольших городов.

2. Изучить способы управления асинхронным двигателем с применением преобразователей частоты и аппаратную реализацию системы.

3. Разработать и исследовать математическую модель и построенную на ее основе структурную схему системы управления городским водоснабжением.

4. Обосновать параметры и структуру системы, исследовать ее динамические свойства.

3. Научная новизна

Предполагаемая научная новизна – это управление расходом воды не по суточному графику, а по реальному расходу, информация о котором поступать с датчиков и передаваться на преобразователь частоты, который в свою очередь будет управлять скоростью асинхронного двигателя насоса.

4. Планируемые практические результаты

Разработать структурную схему системы автоматического управления водоснабжением города, исследовать ее работу и показать, что при ее внедрении будет достигнут положительный технико-экономический результат. А именно: уменьшено количество потребляемой электроэнергии за счет замены нерегулируемого привода насоса на частотно-регулируемый и бесперебойное обеспечение потребителей водой в нужном объеме.

5. Обзор исследований и разработок по теме

5.1. На глобальном уровне

   НПО ЭЛЛАТ – крупнейший в Латвии производитель средств автоматизации для предприятий водоснабжения. Для эффективного управления и контроля НПО ЭЛЛАТ предлагает систему, не имеющую аналогов, и зарекомендовавшую себя на множестве предприятий. Система обеспечивает сбор информации с объектов управления, ее анализ и выдачу сигналов управления согласованных с оператором или в автоматическом режиме.

   Внедрение системы управления городским водоснабжением позволяет уменьшить потребление электроэнергии на 10-15процентов, уменьшить потери, связанные с авариями, быстро реагировать на резкие изменения водопотребления, уменьшить расходы на обслуживание и поиск неисправностей. Экономичный режим работы насосов достигается установкой частотных регуляторов. Основными функциями, помимо оптимизации работы насосов, системы управления являются чередование насосов, подключение резерва, возможность работы по нескольким уставкам давления – для каждого времени суток, контроль работы частотного регулятора и электрических параметров насосов. Для автоматизации насосных станций второго подъема производится станция управления насосами. Контроль работы осуществляется системой управления насосными агрегатами СУНА-В. В состав станции входит частотный регулятор, коммутационная аппаратура, контроллер и средства связи для связи с диспетчерским центром. Контроллер позволяет программировать очередность и порядок работы насосов, а также режимы регулирования [5].

 

5.2. На локальном уровне

Станции и автоматические системы управления, разработанные компанией ДК-Электро, установлены и успешно работают по всей Украине, суммарная мощность используемых преобразователей частоты составляет более 15 МВт. Ниже представлены только некоторые примеры установленных систем автоматического управления, которые помогут  оценить уровень изготавливаемой этим предприятием продукции, а также качество ее сборки.

                                                                          

Автоматизация системы для КП «Черниговводоканал»

Объектом  является  система  автоматизации четырех  насосных  станций  второго   подъема    КП "Черниговводоканал", в рамках реализации проекта по развитию городской инфраструктуры.

Автоматическая система управления насосными станциями объектов ВНС предназначена для поддержания заданного давления путем управления частотой вращения насосных агрегатов; обеспечения стабильной и своевременной подачей водой объектов в г. Чернигов; эффективного и экономного использования энергоресурсов, при обеспечении водой объектов г.Чернигова; комплексной автоматизации управления, сбора, обработки, хранения и отображения информации защиты; применения как законченного объекта управления в системе автоматизации водоснабжения.

  Автоматическая система управления (АСУ) обеспечивает:

 - Автоматическое поддержание рабочего давления в напорном трубопроводе в режиме работы от преобразователя частоты;

 - Режим управления: от главного пульта управления (ГМУ); от местных пультов управления (ПМУ); от центрального шкафа управления (ЦШУ);

 - Режим работы: «Ручной»; «Автоматический».

   Удаленный контроль, управление и визуализация осуществляется при помощи главного модуля управления ГМУ, на котором установлен микропроцессорный прибор ПЛК с цветным графическим дисплеем TFT LCD 5.7 дюйма с резистивным TouchScreen.

  Предусмотрена возможность работы как в режиме преобразователя частоты, так и в режиме прямого пуска.
  Функции защиты в комплексе осуществляют автоматические выключатели, сверхбыстрые предохранители, преобразователь частоты, а в режиме прямого пуска – микропроцессорные приборы МПЗК [6].

 

Объектом является система автоматизации насосных агрегатов водонапорной станции второго подъема жилищного массива. Объектом управления являются 5 насосных агрегатов (НА) разной производительности:

НА Д-500-63  мощностью 160кВт – 1шт.;

НА Д-800-56  мощностью 200кВт – 2шт.;

НА Д-1250-65  мощностью 315кВт – 2шт.

Автоматическая система управления АСУ ДК-СМ-5НА-ПЧ 315 кВт, представленная на рис.1, предназначена для поддержания заданного давления путем управления частотой вращения любых двух из пяти насосных агрегатов.

Предусмотрена возможность работы как в режиме преобразователя частоты, так и в режиме прямого пуска [6].

   

 Рис.1 – Автоматическая система управления АСУ ДК-СМ-5НА-ПЧ 315 кВт

6. Текущие результаты

    В рассматриваемой задаче необходимо применить регулируемый электропривод для насосной станции первого подъема. Важным отличием технологии работы является то, что насосы работают не на водопроводную сеть, а на водонапорные башни. Однако следует отметить, что в настоящее время все чаще пытаются уйти от использования водонапорных башен. В современных прямоточных «безбашенных» системах водоснабжения главным является преобразователь частоты, управляющий двигателем насоса. Метод водоснабжения без использования водонапорных башен с успехом может быть использован для водоснабжения малых населенных пунктов [1].

В данной системе предлагается водонапорную башню перевести в резерв в качестве аварийного источника водоснабжения и подкачивать воду прямо в сеть. В данном случае будет уменьшен напор, так как не будет постоянной необходимости поднимать воду в башню на высоту 15-25 м, а рациональнее напрямую подавать ее в водопровод. В случае недостатка давления в сети или перебоев электричества можно будет открыть задвижку на выходе из резервуара, чтобы не оставлять потребителей без воды. На рис.2 приведена обобщенная схема данной системы водоснабжения.

                                   

Рис. 2 – Обобщенная схема системы водоснабжения

На рис. 2 приняты следующие обозначения: ПЧ – преобразователь частоты, ДР – датчик расхода воды. На рис. 3 приведена анимация, показывающая принцип работы данной системы. 

 С помощью блока Lookup Table было реализовано управление двигателем по экспоненциальному закону изменения напряжения и частоты, с помощью блоков Sine Wave Function – реализован трехфазный источник напряжения. От преобразователя частоты напряжение подается через блоки Controlled Voltage Source на трехфазный асинхронный двигатель, характеристики которого указываются в блоке Asynchronous Machine. 

  

                Рис. 4 – Схема моделирования пуска и остановки асинхронного двигателя, подключенного от ПЧ

  В данную схему также необходимо будет добавить объект управления – водопроводную сеть, и регулировать скорость двигателя в соответствии с реальным расходом воды, информация о котором будет получена с датчика расхода. В математической модели системы будет получена зависимость расхода от напряжения, подаваемого на асинхронный двигатель преобразователем частоты.

  При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

 

Перечень ссылок

 

1. Замена башен Рожновского [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ivesc.ru/zamena-bashen-rozhnovskogo

 2. Материали из Википедии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Векторное_управление
      3. Терехин В.Б. Моделирование систем электропривода в Matlab Simulink: научное пособие / В. Б. Терехин. –     Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2008. – 320 с.

 5. Автоматизированная система управления городским водоснабжением [Электронный ресурс]. – Режим доступа:         http://www.ellat.lv/src/index.php?id=8&type=2&lang=ru