Development of an automated electric drive control system for water supply to private households

Abstract

Уже протягом тривалого часу відцентрові насоси створюють комфортні умови в життєдіяльності суспільства, приймають участь в значній кількості виробничих процесів. Проведені дослідження свідчать, що майже 27% всієї виробленої на земній кулі електроенергії витрачається на роботу електричного приводу відцентрових механізмів, а основна доля цієї енергії припадає на відцентрові насоси. Більшість електроприводів вказаних механізмів на даний час є нерегульованими [1]. Класичні методи регулювання подачі води в насосних установках полягають у дроселюванні напірних ліній та зміні повної кількості робочих агрегатів. Зазначені методи регулювання дозволяють вирішити технологічні задачі але на практиці не враховують енергетичних проблем подачі води [2]. В більшості випадків електротехнічне та гідравлічне обладнання при проектуванні систем насосних станцій розраховують за максимальними технічними характеристиками (подача, напір води і ін.) водопостачання та водовідведення. Але на практиці, при введені в експлуатацію таких насосних установок, виявляється, що вони можуть вийти на проектні режими тільки за декілька років. Відповідно, діючі насосні станції дуже часто працюють в режимах, які не відповідають розрахунковим. Варто також врахувати сезонні, тижневі та добові нерівномірні графіки витрат і напорів, що характеризуються непостійним водоспоживанням, в наслідок чого робочі режими насосів виходять поза межі робочих параметрів їх характеристикУ даній кваліфікаційній роботі виконано теоретичну розробку автоматичної системи управління насосною установкою, яка здійснює подачу води до приватних житлових поселень. Основним критерієм вибору при проектуванні системи автоматичного управління і її елементної бази є доступність складових частин електроприводу можливість безпосередньої їх купівлі в Україні, доступність технічної документації та умови гарантійного обслуговування. Опираючись на результати проведених розрахунків та вибрану елементну базу було розроблено структурну схему системи автоматичного управління, на основі якої було виконано моделювання динамічних режимів системи автоматичного управління на персональному комп’ютеріIn this qualification work the theoretical development of the automatic control system of the pump installation which carries out water supply to private housing estates. The main criterion for selection in the design of the automatic control system and its element base is the availability of components of the electric drive the possibility of their direct purchase in Ukraine, the availability of technical documentation and warranty conditions. Based on the results of the calculations and the selected element base, the structural scheme of the automatic control system was developed, on the basis of which the modeling of the dynamic modes of the automatic control system on a personal computer was performed.ВСТУП …6 1 АНАЛІТИЧНИЙ РОЗДІЛ ...10 1.1 Насосні установки і частоні перетворювачі для систем водопостачання ...10 1.2 Частотне регулювання швидкості асинхронних електроприводів ...15 1.3 Система підпорядкованого регулювання ... 21 1.4 Висновки до розділу ...23 2 ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСЬКИЙ РОЗДІЛ ...24 2.1 Конструкція промислової установки та задача автоматизації ...24 2.2 Вибір електродвигуна для системи водопостачання ...27 2.3 Вибір частотного перетворювача ...31 2.4 Вибір давача тиску системи водопостачання ...38 2.5 Вибір захисного обладнання ...42 2.6 Висновки до розділу ...46 3 РОЗРАХУНКОВО-ДОСЛІДНИЦЬКИЙ РОЗДІЛ ...47 3.1 Аналітичне дослідження системи автоматичного керування ...47 3.2 Розрахунок ПІД-регулятора для автоматичної системи управління ...51 3.3 Дослідження моделі лінійної системи без обмежень ...53 3.4 Дослідження моделі лінійної системи з урахуванням обмежень ...55 3.5 Дослідження системи автоматизованого управління ...58 3.6 Висновки до розділу ...61 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ ...62 4.1 Заходи безпеки при обслуговуванні автоматичної системи керування насосною установкою ...62 4.2 Вимоги пожежної безпеки при роботі з автоматичною системою керування насосною установкою ...65 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ...68 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ ...6