Создание комплекса автоматизации насосной станции

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И РАЗРАБОТКА ЗАДАНИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ 7
1.1 Задание на проектирование 7
1.2 Назначение и виды насосов и насосных станций 8
1.3. Регулировка режимов работы насосных установок 26
1.4. Основные функции автоматической системы регулирования 28
2. ВЫБОР ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТАНЦИИ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ 35
2.1. Расчёт мощности и выбор электродвигателя насосной установки 35
2.2 Выбор преобразователя частоты 38
2.3 Выбор датчика давления 40
2.4 Расчет и выбор кабеля питания 42
2.5 Выбор аппаратов защиты 43
3 МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 46
3.1 Анализ САУ и разработка структурной схемы 46
3.2 Расчёт параметров передаточной функции объекта управления 49
3.3 Преобразование структурной схемы 52
3.4 Анализ линеаризованной САУ 55
3.5 Построение частотных характеристик 56
3.6 Определение устойчивости системы 59
3.7 Исследование на устойчивость отдельных контуров САУ 63
3.8 Синтез контура регулирования давления 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
СПИСОК ИСПОЛЪЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 76
ПРИЛОЖЕНИЕ А 79
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 80
ПРИЛОЖЕНИЕ В 81
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 83

Весь текст будет доступен после покупки

Эффективное и надёжное функционирование систем водоснабжения, теплоснабжения и промышленного водопользования напрямую зависит от стабильной работы насосных станций. В условиях роста требований к энергоэффективности, безопасности и автоматизации инженерной инфраструктуры особую актуальность приобретает внедрение современных систем автоматического регулирования, способных адаптироваться к изменяющимся нагрузкам и обеспечивать оптимальные режимы работы насосного оборудования.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью повышения энергоэффективности насосных установок за счёт применения частотно-регулируемого привода, а также обеспечения надёжной защиты оборудования и стабильного поддержания технологических параметров (давления, расхода) в заданных пределах. Традиционные методы управления насосами (пуск/останов, дросселирование) не отвечают современным требованиям к экономичности и гибкости, что делает актуальной разработку и исследование автоматизированных систем регулирования на базе программируемых средств управления и преобразователей частоты.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка и исследование автоматической системы регулирования подкачивающей насосной станции с обеспечением энергоэффективности, устойчивости и надёжности работы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Сформулировать техническое задание на проектирование системы автоматизации насосной станции.
2. Изучить назначение, классификацию и принципы работы насосов и насосных станций.
3. Проанализировать методы регулирования режимов работы насосных установок и обосновать выбор частотного регулирования.
4. Определить основные функции автоматической системы регулирования.
5. Выполнить расчёт и подбор основного оборудования: электродвигателя, преобразователя частоты, датчика давления, кабельной продукции и аппаратов защиты.
6. Разработать структурную схему системы автоматического управления (САУ).
7. Провести идентификацию объекта управления и рассчитать параметры его передаточной функции.
8. Выполнить преобразование структурной схемы и провести анализ линеаризованной САУ.
9. Построить частотные характеристики системы и оценить её устойчивость с использованием критериев Найквиста и Гурвица.
10. Исследовать устойчивость отдельных контуров регулирования и выполнить синтез контура регулирования давления.
Объектом исследования является подкачивающая насосная станция как технологический объект управления.
Предметом исследования выступает система автоматического регулирования давления на базе частотно-регулируемого привода и промышленной автоматики.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ И РАЗРАБОТКА ЗАДАНИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
1.1 Задание на проектирование
Требуется спроектировать систему управления (СУ) подачи технической воды в водопроводную сеть кузнечного цеха машиностроительного завода. Основная задача водонасосной станции – обеспечивать заданный расход, требуемое давление и напор воды в зависимости от текущего водопотребления, а также реализовывать плавный пуск приводов насосных агрегатов.
Водонасосная станция должна соответствовать следующим техническим характеристикам:
– номинальная подача – 310 м?/ч;
– максимальная высота напора – 80 м;
– поддержание стабильного давления в водонапорной сети.
Электропривод насосной установки должен удовлетворять следующим требованиям:
– обеспечение постоянного напора в системе водоснабжения с точностью не хуже 1 % с возможностью ручной корректировки заданного уровня давления;
– восстановление давления после резкого изменения нагрузки – не более чем за 2 с;
– реализация плавного пуска в диапазоне 1–5 с;
– наличие защитных функций от неблагоприятных и аварийных режимов работы насосной станции;
– возможность переключения между автоматическим и ручным режимами управления пуском и остановкой насосов;
– автоматическое регулирование частоты вращения электродвигателя для поддержания заданного давления в водопроводной сети;
– аварийная остановка установки при выходе контролируемых параметров за пределы допустимых значений;
– автоматическое включение резервного насоса при увеличении потребления воды или при отказе основного насоса;
– защита от «сухого хода»;
– функция самозапуска после кратковременного перепада или исчезновения напряжения питания.
Система автоматического управления (САУ) должна обеспечивать следующие показатели качества регулирования:
– нулевая статическая ошибка в установившихся режимах работы.
Кроме того, переходные процессы в системе должны соответствовать следующим требованиям:
– перерегулирование при пуске – не более 5 % (в одном из требований указано не более 10 %, что, вероятно, является дублированием; принимается более строгое значение – 5 %);
– перерегулирование при резком набросе или сбросе нагрузки – не более 10 %;
– наличие защиты от «сухого хода»;
– обеспечение защиты электродвигателя от аварийных режимов (перегрузка, перегрев, обрыв фазы и др.).

Весь текст будет доступен после покупки

1) СП 31.13330.2023. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84* [Электронный ресурс]. – М.: Минстрой России, 2023. – URL: https://docs.cntd.ru/document/575329
2) СП 32.13330.2023. Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85 [Электронный ресурс]. – М.: Минстрой России, 2023. – URL: https://docs.cntd.ru/document/575330
3) ГОСТ Р 58030–2017. Системы водоснабжения и водоотведения. Термины и определения. – Введ. 2018–07–01. – М.: Стандартинформ, 2018. – 24 с.
4) ГОСТ 34302–2017. Насосы центробежные. Общие технические условия. – М.: Стандартинформ, 2018. – 16 с.
5) ГОСТ IEC 61800-5-1–2021. Приводы с регулируемой скоростью. Часть 5-1. Безопасность. Общие требования. – М.: Стандартинформ, 2021. – 72 с.
6) Кудрявцев, Е. М. Автоматизация технологических процессов в системах водоснабжения и водоотведения : учеб. пособие / Е. М. Кудрявцев. – М.: ИНФРА-М, 2022. – 256 с.
7) Петров, А. В. Энергоэффективные технологии в насосных станциях на базе частотно-регулируемого привода / А. В. Петров, Д. С. Смирнов // Вестник Иркутского государственного университета путей сообщения. – 2023. – № 2. – С. 45–53. – DOI:10.24412/2658-7485-2023-2-45-53.
8) Иванов, И. А. Современные подходы к автоматизации подкачивающих насосных станций / И. А. Иванов, М. Ю. Козлов // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2022. – № 9. – С. 32–38.

Весь текст будет доступен после покупки