Система автоматического управления насосной установки

ВВЕДЕНИЕ 3
1. НАУЧНО-ИСЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ 5
1.1 Современные тенденции и основные принципы автоматизации систем водоснабжения и водоотведения 5
1.2 Исследование технологического процесса 13
1.3 Разработка функциональной схемы автоматизации 18
2. ВЫБОР СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ 21
2.1 Подбор контрольно-измерительных приборов 21
2.2 Подбор исполнительных устройств 22
3. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 35
3.1 Создание структурной схемы автоматического управления насосными агрегатами 35
3.2 Построение математической модели управления на основе аналитического расчета 38
3.3 Синтез модели системы управления 46
3.4 Анализ качества переходных процессов и устойчивости системы 54
3.5 Практическая реализация системы управления 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
ПРИЛОЖЕНИЕ А 68
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 69
ПРИЛОЖЕНИЕ В 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 71

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях стремительного развития инфраструктуры и повышения требований к энергоэффективности, надежности и экологичности инженерных систем, особую актуальность приобретает автоматизация процессов водоснабжения и водоотведения. Насосные установки, являясь ключевым элементом данных систем, определяют не только качество подачи воды, но и энергетические затраты, а также устойчивость функционирования всего технологического комплекса. Современные реалии диктуют необходимость перехода от ручного и частично автоматизированного управления к интеллектуальным системам автоматического регулирования, способным обеспечивать оптимальные режимы работы в реальном времени, повышать ресурс оборудования и снижать эксплуатационные расходы.
Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка и исследование системы автоматического управления насосной установкой, обеспечивающей стабильную и энергоэффективную работу в различных режимах эксплуатации.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
– проанализировать современные тенденции и принципы автоматизации систем водоснабжения и водоотведения;
– изучить технологический процесс работы насосной установки и выявить ключевые параметры управления;
– разработать функциональную и структурную схемы автоматической системы управления насосными агрегатами;
– подобрать необходимые средства автоматизации, включая контрольно-измерительные приборы и исполнительные устройства;
– построить математическую модель системы управления на основе аналитических расчетов и выполнить её синтез;
– провести анализ устойчивости и качества переходных процессов в разработанной системе;
– реализовать практическую модель системы управления и оценить её эффективность.
Объектом исследования выступает насосная установка как элемент системы водоснабжения, а субъектом – автоматическая система управления данной установкой, включающая аппаратные и программные компоненты.
В ходе выполнения работы использовались следующие методы: анализ научно-технической литературы, системный подход, математическое моделирование, методы теории автоматического управления, а также практическое проектирование и моделирование на базе современных средств автоматизации.
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности применения разработанной системы управления для повышения надежности, энергоэффективности и долговечности насосных установок в реальных условиях эксплуатации. Предложенные технические и алгоритмические решения могут быть использованы при проектировании и модернизации систем водоснабжения промышленных предприятий, жилищно-коммунального хозяйства и других отраслей.

Весь текст будет доступен после покупки

НАУЧНО-ИСЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Современные тенденции и основные принципы автоматизации систем водоснабжения и водоотведения
Автоматизация объектов водоснабжения и водоотведения играет ключевую роль в повышении эффективности технологических процессов добычи, очистки и транспортировки воды, а также способствует снижению энергопотребления и обеспечению стабильного, качественного водоснабжения конечных потребителей [4, 6].
Современные системы водоснабжения и канализации представляют собой сложные инженерные комплексы, включающие разнообразные сооружения, механизмы и аппараты, функционирующие в непрерывном режиме – круглосуточно и без сбоев. К таким элементам относятся водозаборные узлы, очистные станции, водопроводные и канализационные сети с сопутствующей арматурой, а также насосные станции. На этих объектах протекают разнообразные гидравлические, физико-химические и микробиологические процессы.
Ключевыми особенностями систем водоснабжения и водоотведения как объектов автоматизации являются:
– высокая ответственность, требующая безотказной и непрерывной работы;
– эксплуатация в условиях динамически изменяющейся нагрузки;
– зависимость технологических режимов от колебаний качества исходной воды;
– пространственная рассредоточенность объектов и необходимость их централизованной координации;
– технологическая сложность и жёсткие требования к качеству очистки воды;
– необходимость оптимизации энергопотребления насосного оборудования;
– обеспечение устойчивости функционирования при локальных авариях.
Автоматизации подлежат следующие компоненты систем водоснабжения и водоотведения:
– артезианские скважины;
– насосные станции первого и второго подъёма, а также повысительные станции;
– установки фильтрации;
– сети диктующих точек;
– канализационные насосные станции и очистные сооружения.
Технологические процессы (ТП) характеризуются набором физических параметров – давлением, уровнем, расходом, температурой, концентрацией конкретных веществ. В рамках этих процессов реализуются механические, химические, физические, биологические и комбинированные операции. Их состояние описывается двумя типами параметров: качественным (отражающим внутренние изменения среды) и количественным (характеризующим потоки вещества или энергии). Эти параметры взаимосвязаны: изменение одного влечёт за собой управляемое изменение другого.
Автоматическое управление технологическими процессами решает три основные задачи:
– управление запуском и остановом оборудования;
– определение направления процесса (например, нагрев/охлаждение, наполнение/слив);

Весь текст будет доступен после покупки

1) Воронов, М. В. Автоматическое управление. Управление организационными системами. Цифровые платформы : учебник для вузов / М. В. Воронов, В. И. Пименов, И. А. Небаев. – Москва : Юрайт, 2024. – 475 с.
2) Гутгарц, Р. Д. Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления : учебное пособие для вузов / Р. Д. Гутгарц. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Юрайт, 2024. – 351 с.
3) Павлинова, И. И. Водоснабжение и водоотведение : учебник и практикум для вузов / И. И. Павлинова, В. И. Баженов. – 6-е изд., перераб. и доп. – Москва : Юрайт, 2024. – 462 с.
4) Каракеян, В. И. Очистка сточных вод : учебник и практикум для вузов / под ред. В. И. Каракеяна. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Юрайт, 2025. – 164 с.
5) Сафиуллин, Р. К. Основы автоматики и автоматизация процессов : учебное пособие для вузов / Р. К. Сафиуллин. – 2-е изд., испр. и доп. – Москва : Юрайт, 2024. – 146 с.
6) Технические средства автоматизации и управления : учебник для вузов / под ред. О. С. Колосова. – Москва : Юрайт, 2024. – 331 с.
7) Гинзбург, Я. Н. Энергоэффективные системы водоснабжения на базе частотно-регулируемого электропривода // Промышленная энергетика. – 2022. – № 5. – С. 45–51.
8) Лезнов, Б. С. Экономичное регулирование насосных агрегатов в системах оборотного водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. – 2021. – № 8. – С. 22–28.
9) Бару, А. Ю. Современные преобразователи частоты в насосных станциях // Водоочистка. Водоподготовка. Водоснабжение. – 2023. – № 4. – С. 34–40.

Весь текст будет доступен после покупки