Автоматизация безбашенной водокачки

Департамент образования Вологодской области БОУ СПО ВО «Тотемский политехнический колледж»

Специальность 110 302 Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Курсовая работа

по автоматизации технологических процессов и систем автоматического управления

Автоматизация безбашенной водокачки

Выполнил Обучающийся 3 курса

34 группы ___________ /Р.Н. Куклин/

Научный руководитель ;

преподаватель ____________/Е. Б. Старовский/

Оценка ______________

Тотьма

2012 г.

Содержание безбашенная водокачка автоматизация Введение

1 Анализ безбашенной водокачки

1.1 Общая характеристика безбашенной водокачки

1.2 Техническая характеристика безбашенной водокачки

1.3 Анализ исходной схемы безбашенной водокачки

2 Разработка нестандартного элемента — шита управления безбашенной водокачки

2.1 Проектирование принципиальной схемы. Выбор элементов, входящих в схему безбашенной водокачки

2.2 Разработка монтажной схемы щита управления, составление адресной схемы и схемы внешних подключений щита управления безбашенной установки

2.3 Охрана труда и техника безопасности при монтаже щита управления безбашенной водокачки Заключение Литература Приложения

Введение

Актуальность:

Водоснабжение в сельском хозяйстве имеет очень большое значение при производстве продукции животноводства, птицеводства и растениеводства. На животноводческих фермах ежедневно расходуется большое количество воды на поение животных, уход за ними, приготовление кормов, мойку доильной аппаратуры, посуды, на переработку продуктов животноводства и на другие цели. Водоснабжение является трудоёмким процессом, электрификация и автоматизация которого облегчает труд человека и повышает его производительность. Надёжность водоснабжения влияет на продуктивность животных и птиц. Установлено, что прекращение бесперебойного водоснабжения и поения животных из автопоилок снижает удой коров на 10 — 15%, привес откормочного поголовья снижается на 12 — 15%. Поэтому водоснабжение животноводческих ферм и комплексов должно быть надёжным и бесперебойным. В современном сельском хозяйстве очень важно создать для животных наиболее оптимальные условия. Для животных важно, чтобы они своевременно получали воду. Оптимальное решение заключается в установке нагревательного оборудования для безбашенной водокачки, что способствует поению животных теплой водой.

Для поддержания этих параметров применяется автоматизированные схемы управления безбашенной водокачки.

— Большое потребление электроэнергии;

— Большой износ деталей.

Объект исследования: безбашенная водокачка Предмет исследования: автоматизация безбашенной водокачки Цель исследования: разработка схемы автоматизации системы безбашенной водокачки Задачи:

— изучить специальную литературу;

— изучить устройство безбашенной водокачки;

— определить способы ее автоматизации;

— Разработать схему автоматизации безбашенной водокачки;

— Определить область ее применения;

Гипотеза: если автоматизировать безбашенную водокачку, то это приведет к к экономичному потреблению электроэнергии для производства продукции животноводства.

Значение для практики: данную систему можно применить в области производства продукции животноводства, птицеводства и растениеводства.

Годы исследования: 2012 год.

1 Анализ безбашенной водокачки

1.1 Общая характеристика безбашенной водокачки Унифицированные водонапорные башни предназначены для применения в системах сельскохозяйственного водоснабжения, а так же в водопроводах небольших предприятий. Безбашенная автоматическая водоподъёмная установка типа ВУ предназначена для подъема воды из открытых водоемов и шахтных колодцев глубиной до 5 метров при напоре 25…80м.

Рис. 1. Технологическая схема безбашенной водокачки Установка состоит (Рис.1) из всасываемой трубы 1 с приемным фильтром насосного агрегата 2, нагнетательной 3 и водозаборной 12 труб с запирающими вентилями 5, воздушно-водяного бака 4 с датчиком давления 8 и струйным регулятором запаса воздуха, имеющего камеру смешивания 6, воздушный клапан 7, жиклёр 10 и диффузор 11.

Для автоматического поддержания объема воздушной подушки служит регулятор, обеспечивающий подкачку воздуха до давления в баке 250кПа. При максимальных аварийных давлениях срабатывает предохранительный клапан 9. Пополнение воздуха происходит, когда жиклёр 10 перекрыт водой. Струя воды под действием насоса создаёт разрежение в камере 6, воздушный клапан 7 открываться, и воздух, смешивается с водой, поступает в котёл.

1.2 Техническая характеристика безбашенной водокачки Таблица 1.2

Технические характеристики насоса ЭЦВ6 — 6,5 — 75

В сельском хозяйстве применяют центробежные и вихревые насосы и водоструйные установки. Наиболее распространены центробежные насосы, имеющие большой напор и способные подавать воду из глубоких колодцев и скважин. Они рассчитаны на работу в неагрессивной воде с температурой до 25є С и содержанием механических примесей не более 0,01% по весу.

Из различных типов погружных центробежных насосов, применяемых в системах сельскохозяйственного водоснабжения, в настоящее время наиболее распространены насосы типа ЭЦВ, выпускаемые единой серией. У насосов этого типа, например ЭЦВ6−6,5−85, приняты следующие обозначения: Э — электрический, Ц — центробежный, В — водоподъёмный. Первая цифра после шифра указывает минимальный диаметр эксплуатационной колонны обсадных труб скважины, на которые насос может быть установлен. В данном случае цифра 6 выражает диаметр скважины — 6 дюймов; при переводе в мм цифру 6 увеличивают в 25 раз (6Ч25=150 мм). Вторая цифра 6,5 показывает производительность насоса в мі/ч. Последняя цифра показывает напор насоса в м, т. е. насос развивает напор, 85 м.

Агрегат состоит из многоступенчатого центробежного насоса высокого давления и электродвигателя специальной конструкции, обеспечивающей его надёжную работу в воде в затопленном состоянии. Между насосом и электродвигателем помещена сетка-фильтр, предохраняющая насос от попадания в него крупных механических примесей.

Электродвигатель насоса, относящийся к типу водонаполненных — асинхронный, трёхфазный, с короткозамкнутым ротором, рассчитан на напряжение 380 В. Электродвигатель может работать только в погруженном в воду состоянии, при работе в воздушной среде двигатель быстро выходит из строя. Внутренняя полость электродвигателя заполнена чистой водой, что способствует хорошему охлаждению его в рабочем режиме. Смазка и охлаждение подшипников электродвигателя также осуществляется водой.

1.3 Анализ исходной схемы безбашенной водокачки Принципиальная электрическая схема управления безбашенной водонасосной установкой (Приложение 1) позволяет в ручном и автоматическом режимах пускать и останавливать электронасос, защищает электродвигатель от перегрузок и коротких замыканий. Схема управления в автоматическом режиме работает следуюшим образом. Вода к потребителю поступает под давлением воздушной подушки, расположенной под давлением в котле. При разборе воды из котла давление в котле снижается и контакты манометрического датчика давления BP замыкаются, катушка магнитного пускателя КМ получает питание и включает насос.

При увеличении уровня воды давление в котле повышается до заданного значения, при котором контакты BP размыкаются и насос отключается.

В ручное управление электронасосом осуществляется кнопками «Пуск» SB2 и «Стоп» SB1.

Для того чтобы произвести анализ схемы безбашенной (Приложение 1) водокачки необходимо перечислить основные требования предъявляемые к схеме.

· В схеме должны быть предусмотрены аппараты зашиты которые будут защищать силовую цепь и цепь управления от аварийных и ненормальных режимов работы.

· Необходимо предусмотреть в схеме автоматический и ручной режим управления.

· Должна быть установлена световая или звуковая сигнализация, информирующая общественный персонал о состоянии электроустановки.

· В схеме должны быть предусмотрены необходимые блокировки от аварийных и ненормальных режимов нарушающих технический процесс.

Согласно техническим требованиям производим анализ схемы безбашенной водокачки. Принципиальная схема безбашенной водокачки соответствует требованиям, так как:

· присутствует общий аппарат защиты и аппарат защиты цепи управления QF;

· предусмотрены в схеме автоматической и ручной режимы управления, которые переключаются переключателем SA;

· электродный датчик уровня воды определяет время работы насоса и контролирует объем воды в баке.

2 Разработка нестандартного элемента — шита управления безбашенной водокачки

2.1 Проектирование принципиальной схемы. Выбор элементов, входящих в схему безбашенной водокачки Согласно анализа исходной схемы производим модернизацию схемы безбашенной водокачки. Для этого разрабатываем схему безбашенной водокачки, в которой будут устранены недостатки предыдущей схемы. (Приложение 2). Добавляем водонагреватель для подогрева воды.

Для последующей компановки щита управления необходимо произвести выбор элементов модернизации расположенных в схеме безбашенной водокачки. Для этого составляем таблицу перечня элементов принципиальной электрической схемы безбашенной водокачки.

Таблица 2.1

Таблица перечня элементов входящих в схему безбашенной водокачки.

Датчик давления — (Приложение 3) это измерительное устройство, с изменяемыми физическими параметрами. Суть работы заключается в том, что го параметры меняются в зависимости от давления среды (измеряться может давление пара или другого газа, а также жидкости). Устройство преобразует давление в электрический или пневматический сигнал, а также в цифровой код. Помимо преобразования давления, данный вид датчика служит для измерения перепада давлений и разряжений.

Датчики (преобразователи) давления применяются для контроля давления практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства. Нужно особо отметить, что давление является важным параметром любого технологического процесса и одной из ведущих.

Согласно техническим характеристикам производим расчет пускозащитной аппаратуры. Расчет средств автоматизации и пускозащитной аппаратуры производится по номинальному току.

Данные электродвигателя:

Мощность — 3кВт КПД — 0,845

Iн/Iп — 7

Cos ц — 0,88

Находим номинальный ток электродвигателя по формуле 2.1:

(2.1)

Где: Iн — номинальный ток;

P — Мощность;

Uн — номинальное напряжение;

ц — КПД.

Iн = 6,1А Находим номинальный ток трёх тен по 2 кВт по формуле 2.1:

=10.3 А А

Находим пусковой ток электродвигателя по формуле 2.2:

Iпус.= Iн*(Iп/Iн) (2.2)

Iн — номинальный ток;

Iп/Iн — пусковой ток/номинальный ток

Iпус.= 6,1*7 = 42,7А

IтрIн 2016,4

IэмIпр 60 42.7

IавтIн. 2016,4

В результате проведенного расчета выберем трехфазный автомат из каталога электротехнической продукции, ВА47−29 3Р 20А хар-ка В.

3Р — число полюсов

IH = 20А Характеристика В.

Ширина-84 мм.

Высота-75 мм.

Выбираем магнитный пускатель для двигателя:

Выбираем магнитный пускатель для тены:

=12А10,3

В результате проведенного расчета выберем магнитный пускатель из каталога для двигателя, по показателю подходит КМИ-10 910 9А 230/АС-3 1НО ИЭК.

В результате проведенного расчета выберем магнитный пускатель из каталога для тены, по показателю подходит KМИ — 11 210 12А 230

Для монтажа электрических схем производим выбор кабельно — проводниковой продукции.

Выбор кабеля по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты, формула 2.3.

(2.3)

Iн.доп. — номинально допустимый ток кабеля

Iзашитноминальный ток защитной аппаратуры К1- поправочный коэффициент на условия прокладки кабеля.

К2- поправочный коэффициент на число рабочих кабелей лежащих рядом в земле, трубах или без труб.

К2=1, т. к кабель 1.

По ПУЭ смотрим коэффициент к1,

К1=0,85.

(2.4)

По таблице 3.20 «Справочник электромонтера» смотрим сечение алюминиевого кабеля с броней из двух стальных лент с антикоррозийным покровом, оно будет равно 4 мм². Ток допустимый = 24А По таблице 3.12 «Справочник электромонтера» выберем марку провода АПВГ сечением 4 мм², число жил-4.

Выберем кабель для питания силовой части схемы, алюминиевый с броней из двух стальных лент с антикоррозийным покровом.

2.2 Разработка монтажной схемы щита управления, составление адресной схемы и схемы внешних подключений щита управления безбашенной установки Шкаф управления представляет собой металлический ящик пылебрызгонепроницаемого исполнения, в котором расположена аппаратура защиты, управления и сигнализации. Шкаф управления изображен на рисунке 2.

Рис. 2. Общий вид шкафа управления.

Согласно принципиальной схеме и таблицы 2.1 (перечень элементов) производим расчёт и выбор марки щита. Щит управления представлен щитом распределительным навесным ЩМП — 2.3.1 — 74 У2 типа IP54. Габаритные размеры щита:

Корпус, мм: 250*300*150;

Панель, мм: 180*230

Масса щита 3,69 кг. Имеются вводы, шесть отверстия диаметром 28 мм (снизу) Для составления адресной схемы щита управления присваиваем номера линиям соединения (Приложение 4).

Составляем адресную схему (Приложение 5).

Для подключения элементов расположенных в снаружи щита, согласно разработанной принципиальной схеме, а ток же адресной схеме щита составляем схему внешних подключений.

Рис. 3 Схема внешних подключений Для подключения внешних элементов необходимо использовать разъёмные соединения (клемная колодка).

2.3 Охрана труда и техника безопасности при монтаже щита управления безбашенной водокачки Так как вода является хорошим проводником электрической энергии, то соблюдение правил электробезопасности является важным вопросом при эксплуатации и обслуживании объектов водоснабжения. Во время эксплуатации при выполнении любых видов работ на станции управления или датчике уровней нужно строго соблюдать правила техники безопасности:

1. категорически запрещается прикасаться к неизолированным частям аппаратов и приборов, находящихся под напряжением;

2. при наличии напряжения на вводе в станцию управления открывать дверь станции разрешается только после отключения её автоматическим выключателем;

3. при эксплуатации систем автоматики необходимо руководствоваться правилами эксплуатации электроустановок напряжением до 1000 В.

4. персонал, обслуживающий систему автоматики, должен иметь квалификацию не ниже электромонтёра, знать принцип её работы, схему электрических соединений, название установленной аппаратуры и её эксплуатационные характеристики

5. освещение в смотровом колодце должно быть рассчитано на 36 В.

6. система автоматики, основанная на электродном датчике также должна быть рассчитана на 36 В.

Для подготовки рабочего места при работах с частичным или полным снятием напряжения должны быть выполнены в указанной ниже последовательности, следующие технические мероприятия:

— производство необходимых отключений и принятие мер, препятствующих подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

— вывешивание плакатов: «Не включать — работают люди», «Не включать — работа на линии», «Не открывать — работают люди», и при необходимости — установка ограждений;

— присоединение к «земле» переносных заземлений. Проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, на которые должно быть наложено заземление;

— наложение заземлений (непосредственно после проверки отсутствия напряжения), т. е. включение отключающих ножей или там, где они отсутствуют, наложение переносных заземлений;

— ограждение рабочего места и вывешивание плакатов: «Стой — высокое напряжение», «Не влезай — убьёт», «Работать здесь», «Влезать здесь». При необходимости производится ограждение оставшихся под напряжением токоведущих частей; в зависимости от местных условий установка этих ограждений выполняется до или после наложения заземлений.

Работы в электроустановках производится по письменному или устному распоряжению. Наряд — письменное распоряжение на работу в электроустановках, определяющее место, время начала и окончания работы, условия её безопасного проведения, состав бригады и лиц, ответственных за безопасность работ.

По наряду должны производиться:

— работы, выполняемые с полным снятием напряжения;

— работы, выполняемые с частичным снятием напряжения;

— работы, выполняемые без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, находящихся под напряжением.

По распоряжению могут производиться:

— работы без снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряжением;

— кратковременные и небольшие по объёму работы с полным или частичным снятием напряжения, а также без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, находящихся под напряжением, выполняемые оперативным персоналом или под его наблюдением.

Ответственными за безопасность работ являются:

— лицо, выдающее наряд, отдающее распоряжение;

— ответственное лицо оперативного персонала — допускающий;

— ответственный руководитель работ;

— производитель работ;

— наблюдающий;

— члены бригады;

Заключение

Был изучен материалпо устройству и принципу работы водокачки. Изучение достоинств и недостатков установки дало выбрать недостающее оборудование автоматизации. Исходя из этого, были проведены расчеты защитной аппаратуры и средств управления, разработаны принципиальная и монтажная схемы. Выбраны кабеля и провода для объекта.

Данная разработка может быть практически задействована при монтаже схемы управления башенной водокачкой. Применятся дальше как модернизация прежней конструкции.

Данная курсовая работа может быть использована в учебном процессе

1. Бородин И. Ф., Судник Ю. А. Автоматизация технологических процессов. — М.: КолосС, 2005. — 344с.: ил.- (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений).

2. Бородин И. Ф., Андреев С. А. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления. — М.: КолосС, 2005. — 352 с.: ил. — (Учебники и учебные пособия для средних специальных учебных заведений).

3. Москаленко В. В. Справочник электромонтера: Справочник/ Владимир Валентинович Москаленко. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 288 с.

4. Конаков А. П. Техника для малых животноводческих ферм: Справочник. — М.: ПрофОбрИздат, 2001. 208с.

5. Каталог электротехнической продукции.

Приложение 1

Принципиальная электрическая схема безбашенной водокачки

Приложение 2

Разработанная принципиальная схема безбашенной водокачки

Приложение 3

Датчик давления

Приложение 4

Принципиальная электрическая схема безбашенной водокачки с номерами линий

Приложение 5

Адресная схема безбашенной водокачки