Помощь студентам в учебе
Регулируемый электропривод автоматической системы вентиляции машинного отделения судна
|
РЕФЕРАТ 9
ВВЕДЕНИЕ 10
1. РАСЧЕТ И ВЫБОРА СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ
РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 15
1.1. Выбор вентилятора 15
1.2. Расчет мощности двигателя и предварительный его выбор 20
1.2.1. Расчетные параметры электродвигателя 22
1.2.2. Расчетные параметры Т-образной схемы замещения 23
1.2. Выбор преобразовательного устройства для системы регулируемого
электропривода 27
1.3. Выбор кабелей: питающей сети, подключения электродвигателя,
кабелей управления 32
1.4. Выбор аппаратуры защиты 34
1.5. Выбор программируемого логического контроллера 35
1.6. Выбора датчика температуры 47
2. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРКТЕРИСТИК ДЛЯ РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ... 48
2.1. Расчет и построение естественных характеристик ю = f(I), ю = f(M) системы регулируемого электропривода 48
2.2. Расчет и построение искусственных характеристик ю = f(I), ю = f(M) системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» с IR- компенсацией 51
3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
СКАЛЯРНОГО ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ В СРЕДЕ MATLAB 61
4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ
ВЕНТИЛЯЦИИ 80
4.1. Алгоритм работы автоматической системы вентиляции 80
4.2. Реализация алгоритма работы в программной среде контроллера 81
5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ 93
6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСВЕННОСТЬ 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ МАГИСТРАНТА 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 118
ПРИЛОЖЕНИЕ А 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 123
ВВЕДЕНИЕ 10
1. РАСЧЕТ И ВЫБОРА СИЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ
РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 15
1.1. Выбор вентилятора 15
1.2. Расчет мощности двигателя и предварительный его выбор 20
1.2.1. Расчетные параметры электродвигателя 22
1.2.2. Расчетные параметры Т-образной схемы замещения 23
1.2. Выбор преобразовательного устройства для системы регулируемого
электропривода 27
1.3. Выбор кабелей: питающей сети, подключения электродвигателя,
кабелей управления 32
1.4. Выбор аппаратуры защиты 34
1.5. Выбор программируемого логического контроллера 35
1.6. Выбора датчика температуры 47
2. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРКТЕРИСТИК ДЛЯ РАЗОМКНУТОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ... 48
2.1. Расчет и построение естественных характеристик ю = f(I), ю = f(M) системы регулируемого электропривода 48
2.2. Расчет и построение искусственных характеристик ю = f(I), ю = f(M) системы «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» с IR- компенсацией 51
3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
СКАЛЯРНОГО ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ В СРЕДЕ MATLAB 61
4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ
ВЕНТИЛЯЦИИ 80
4.1. Алгоритм работы автоматической системы вентиляции 80
4.2. Реализация алгоритма работы в программной среде контроллера 81
5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ 93
6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСВЕННОСТЬ 101
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ МАГИСТРАНТА 117
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 118
ПРИЛОЖЕНИЕ А 122
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 123
РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа содержит 135 страниц, 56 рисунков, 22 таблицы, 30 источников, 2 приложения.
Регулируемый электропривод автоматической системы вентиляции машинного отделения судна.
Ключевые слова: регулируемый электропривод, преобразователь частоты, скалярное управление, программируемый логический контроллер, автоматическое управление, система вентиляции, имитационное моделирование.
В первой главе приведен расчет и выбор основного оборудования автоматической системы вентиляции.
Во второй главе произведен расчет и построение статических и динамических характеристик частотно-регулируемого электропривода.
В третьей главе представлены:
1. имитационная модель частотно-регулируемого электропривода со скалярным управлением, регулятором ограничения тока, скалярной IR- компенсацией и компенсацией скольжения, выполненная в среде Matlab Simulink;
2. переходные процессы скорости, момента и тока при различных режимах работы электропривода.
Четвертая глава посвящена разработке алгоритма автоматического управления системой вентиляции и реализации его в программной среде программируемого логического контроллера.
Пояснительная записка выпускной квалификационной работы выполнена в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2010 с использованием пакетов МаthCad 15, MATLAB Simulink, Microsoft Visio.
ВВЕДЕНИЕ
Машинное отделение (МО) - это помещение или помещения на судне, предназначенные для размещения машин и механизмов, обеспечивающих его движение [1].
В этом помещении располагаются:
1. центральный пост управления, куда выведены все системы автоматики, управления и сигнализации;
2. главный двигатель, который вращает гребной винт, сообщающий судну поступательное движение;
3. вспомогательные двигатели, предназначенные для выработки электрической энергии для освещения, отопления, работы различных устройств и механизмов;
4. насосы (для подачи масла, жидкого топлива, охлаждающей воды и т.д.);
5. сепараторы, предназначенные для очищения топлива и масла от примесей;
6. компрессоры, подающие сжатых воздух для пуска двигателей;
7. паровой котел, предназначенный для отопления, подогрева жидких грузов, технологических нужд и т.д.
Выпускная квалификационная работа содержит 135 страниц, 56 рисунков, 22 таблицы, 30 источников, 2 приложения.
Регулируемый электропривод автоматической системы вентиляции машинного отделения судна.
Ключевые слова: регулируемый электропривод, преобразователь частоты, скалярное управление, программируемый логический контроллер, автоматическое управление, система вентиляции, имитационное моделирование.
В первой главе приведен расчет и выбор основного оборудования автоматической системы вентиляции.
Во второй главе произведен расчет и построение статических и динамических характеристик частотно-регулируемого электропривода.
В третьей главе представлены:
1. имитационная модель частотно-регулируемого электропривода со скалярным управлением, регулятором ограничения тока, скалярной IR- компенсацией и компенсацией скольжения, выполненная в среде Matlab Simulink;
2. переходные процессы скорости, момента и тока при различных режимах работы электропривода.
Четвертая глава посвящена разработке алгоритма автоматического управления системой вентиляции и реализации его в программной среде программируемого логического контроллера.
Пояснительная записка выпускной квалификационной работы выполнена в текстовом редакторе Microsoft Office Word 2010 с использованием пакетов МаthCad 15, MATLAB Simulink, Microsoft Visio.
ВВЕДЕНИЕ
Машинное отделение (МО) - это помещение или помещения на судне, предназначенные для размещения машин и механизмов, обеспечивающих его движение [1].
В этом помещении располагаются:
1. центральный пост управления, куда выведены все системы автоматики, управления и сигнализации;
2. главный двигатель, который вращает гребной винт, сообщающий судну поступательное движение;
3. вспомогательные двигатели, предназначенные для выработки электрической энергии для освещения, отопления, работы различных устройств и механизмов;
4. насосы (для подачи масла, жидкого топлива, охлаждающей воды и т.д.);
5. сепараторы, предназначенные для очищения топлива и масла от примесей;
6. компрессоры, подающие сжатых воздух для пуска двигателей;
7. паровой котел, предназначенный для отопления, подогрева жидких грузов, технологических нужд и т.д.
В выпускной квалификационной работе была спроектирована автоматическая система вентиляции машинного отделения судна на базе асинхронного частотно-регулируемого электропривода, отвечающая высоким требованиям в отношении надежности работы.
Автоматическое управление системой осуществляется программируемым логическим контроллером в соответствии с разработанным алгоритмом работы.
Контроллер осуществляет управление двумя взаимозаменяемыми электроприводами. Сигнал задания скорости на электропривод формируется при превышении температуры в машинном отделении плюс 40 °С. Останова выполнения команды задания производится при достижении температуры плюс 25 ° С. Управление тем или иным электроприводом осуществляется в зависимости от наличия неисправностей на частотных преобразователях, которые обеспечивают: защиты от перегрузки и перегрева преобразователя, времятоковую защиту электродвигателя, защиты от понижения и повышения напряжения в звене постоянного тока, защиту от пропадания фазы на входе или выходе преобразователя.
Температура в машинном отделении регистрируется аналоговым преобразователем температуры WIKA T91.10.104, который преобразует значение текущей температуры в напряжение. Диапазон выходного сигнала составляет 0..10 В, что соответствует диапазону температур 0..100 °С. С датчика температуры сигнал поступает на аналоговый вход контроллера. Управляющий сигнал контроллера - сигнал типа «открытый коллектор», поступающий с дискретного выхода ПЛК на дискретный вход преобразователя частоты. Сигнал о неисправности или аварии преобразователя формируется релейным контактом и поступает на дискретный вход контроллера. Помимо автоматического управления системой вентиляции программируемый логический контроллер выполняет функцию телесигнализации о текущем состоянии системы. Связь контроллера с верхним уровнем осуществляется посредством интерфейса Ethernet.
Разработанный алгоритм был реализован в программной среде CoDeSys на языке структурированного текста. На опытном образце контроллера Элсима-М01-220Р-GSM и преобразователе частоты ESD-TCL производства компании АО «ЭлеСи» была произведена проверка и отладка разработанного кода управления. В качестве нагрузки использовался асинхронный электродвигатель АИР112М2 с номинальной мощностью 7,5 кВт.
Для машинного отделения был произведен расчет необходимого воздухообмена, на основании которого был выбран радиальный вентилятор низкого давления ВР 80-75, который обеспечивает: давление P = 800 Па, производительность Q = 22000 м /ч. КПД радиального вентилятора 84 %.
По установочной мощности вентилятора был произведен выбор асинхронного двигателя АИР160S8 с синхронной скоростью вращения п0 = 750 об/мин.
К электроприводу вентилятора не предъявляются требования к обеспечению большого диапазона регулирования скорости и к высокой точности регулирования, однако, по условию технологического процесса, перегрузки электропривода недопустимы. В соответствии с этим в программной среде Matlab Simulink была разработана имитационная модель частотно-регулируемого электропривода со скалярной системой управления и положительной обратной связью по току статора. В системе управления используется квадратичный закон регулирования U/f = const.
Имитационная модель содержит регулятор ограничения тока, блоки IR- компенсации и компенсации скольжения. Регулятор ограничения тока ограничивает максимального допустимый ток электропривода на уровне, равном 20 А. Момент нагрузки при этом ограничивается значением 126 Н-м. IR-компенсация позволяет обеспечить устойчивую работу привода на малых частотах. Компенсация скольжения обеспечивает повышение перегрузочной способности привода.
Время переходного процесса скорости определяется постоянной времени задатчика интенсивности, которая составляет 2 с. Применение задатчика интенсивности с S-образной кривой позволяет ограничить темп нарастания динамической момента электропривода и тем самым повысить плавность переходных процессов. Перерегулирование отсутствует.
Преобразователи частоты и программируемый логический контроллер являются продуктами отечественного рынка, которые по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам, а в вопросах стоимости существенно дешевле.
Электрическая схема соединений системы вентиляции машинного отделения представлена в приложении А.
Автоматическое управление системой осуществляется программируемым логическим контроллером в соответствии с разработанным алгоритмом работы.
Контроллер осуществляет управление двумя взаимозаменяемыми электроприводами. Сигнал задания скорости на электропривод формируется при превышении температуры в машинном отделении плюс 40 °С. Останова выполнения команды задания производится при достижении температуры плюс 25 ° С. Управление тем или иным электроприводом осуществляется в зависимости от наличия неисправностей на частотных преобразователях, которые обеспечивают: защиты от перегрузки и перегрева преобразователя, времятоковую защиту электродвигателя, защиты от понижения и повышения напряжения в звене постоянного тока, защиту от пропадания фазы на входе или выходе преобразователя.
Температура в машинном отделении регистрируется аналоговым преобразователем температуры WIKA T91.10.104, который преобразует значение текущей температуры в напряжение. Диапазон выходного сигнала составляет 0..10 В, что соответствует диапазону температур 0..100 °С. С датчика температуры сигнал поступает на аналоговый вход контроллера. Управляющий сигнал контроллера - сигнал типа «открытый коллектор», поступающий с дискретного выхода ПЛК на дискретный вход преобразователя частоты. Сигнал о неисправности или аварии преобразователя формируется релейным контактом и поступает на дискретный вход контроллера. Помимо автоматического управления системой вентиляции программируемый логический контроллер выполняет функцию телесигнализации о текущем состоянии системы. Связь контроллера с верхним уровнем осуществляется посредством интерфейса Ethernet.
Разработанный алгоритм был реализован в программной среде CoDeSys на языке структурированного текста. На опытном образце контроллера Элсима-М01-220Р-GSM и преобразователе частоты ESD-TCL производства компании АО «ЭлеСи» была произведена проверка и отладка разработанного кода управления. В качестве нагрузки использовался асинхронный электродвигатель АИР112М2 с номинальной мощностью 7,5 кВт.
Для машинного отделения был произведен расчет необходимого воздухообмена, на основании которого был выбран радиальный вентилятор низкого давления ВР 80-75, который обеспечивает: давление P = 800 Па, производительность Q = 22000 м /ч. КПД радиального вентилятора 84 %.
По установочной мощности вентилятора был произведен выбор асинхронного двигателя АИР160S8 с синхронной скоростью вращения п0 = 750 об/мин.
К электроприводу вентилятора не предъявляются требования к обеспечению большого диапазона регулирования скорости и к высокой точности регулирования, однако, по условию технологического процесса, перегрузки электропривода недопустимы. В соответствии с этим в программной среде Matlab Simulink была разработана имитационная модель частотно-регулируемого электропривода со скалярной системой управления и положительной обратной связью по току статора. В системе управления используется квадратичный закон регулирования U/f = const.
Имитационная модель содержит регулятор ограничения тока, блоки IR- компенсации и компенсации скольжения. Регулятор ограничения тока ограничивает максимального допустимый ток электропривода на уровне, равном 20 А. Момент нагрузки при этом ограничивается значением 126 Н-м. IR-компенсация позволяет обеспечить устойчивую работу привода на малых частотах. Компенсация скольжения обеспечивает повышение перегрузочной способности привода.
Время переходного процесса скорости определяется постоянной времени задатчика интенсивности, которая составляет 2 с. Применение задатчика интенсивности с S-образной кривой позволяет ограничить темп нарастания динамической момента электропривода и тем самым повысить плавность переходных процессов. Перерегулирование отсутствует.
Преобразователи частоты и программируемый логический контроллер являются продуктами отечественного рынка, которые по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам, а в вопросах стоимости существенно дешевле.
Электрическая схема соединений системы вентиляции машинного отделения представлена в приложении А.