Автоматизация водонагревателя САОС-800

Курсовая работа

по автоматизации технологических процессов

Автоматизация водонагревателя САОС-800

Автоматизация технологических процессов характеризуется частичной или полной заменой человека-оператора специальными техническими средствами контроля и управления. Внедрение средств автоматизации стало возможным только после проведения комплексной механизации и электрификации с/х производства, большой организационной и научно-исследовательской работы по созданию систем автоматики, приборов специального назначения.

Автоматизация технологического процесса в фермерских хозяйствах позволяет выполнять отдельные операции без непосредственного участия человека. С помощью с/х производства повышается надежность и продлевается срок службы технологического оборудования, облегчаются условия труда, повышается его безопасность.

Основанием для синтеза САУ служат зоотехнические нормы и требования, а также конструктивные характеристики помещения и работающего в нем технологического оборудования. Поэтому было решено провести частичную автоматизацию для облегчения условий труда, улучшения безопасности и увеличения срока службы.

Объект исследования: водонагреватель САОС-800

Предмет: автоматизация водонагревателя САОС-800

Цель: создание электрической схемы автоматизированной водонагревательной установки САОС-800

Задачи:

· изучить литературу по автоматизации данной установки;

· изучить принципиальную схему водонагревателя САОС-800;

· изучить принцип работы установки;

· внести в схему новые средства автоматизации;

Гипотеза: если использовать созданную нами схему автоматизации водонагревателя САОС-800, то это приведет к снижению процента механического труда и к облегчению процесса нагрева воды.

Значение для практики: данную установку можно будет применять для замены «стандартного» водонагревателя САОС-800, с целью улучшения условий труда и экономической эффективности.

1. Анализ водонагревателя САОС-800

1.1 Общая характеристика водонагревателя САОС-800

Электронагреватели САОС используют для горячего водоснабжения. Имеют три режима работы по мощности и работают при избыточном давлении воды до 0,4 МПа.

Холодная вода поступает в водонагреватель через нижний трубопровод, на котором кроме вентиля может быть установлен обратный клапан для предотвращения обратного хода воды. Вода блоком ТЭНов нагревается до необходимой температуры, которая автоматически поддерживается в нагретом состоянии на заданном уровне терморегулятором ТРМ202-Щ1Р, датчик которого ТСМ находится в воде и расположен в одном блоке с тэнами. В качестве аварийного регулятора используют аналогичный терморегулятор. Водонагреватель, как правило, имеет предохранительный пружинный клапан, срабатывающий при увеличении давления воды более 0,4 МПа.

Рис. 1.1. Элементный водонагреватель САОС-800

1 — циркуляционный насос;

2 — трубопровод горячей воды;

3 — показывающий термометр;

4 — шкаф управления;

5 — кожух;

6 — блок ТЭНов;

7 — трубопровод холодной воды;

8 — изолирующие вставки.

В данном разделе представлена общая характеристика водонагревателя САОС-800.

1.2 Техническая характеристика водонагревателя САОС-800

Для дальнейшего выбора оборудования мы должны знать основные технические данные, которые представлены в таблице 1

Таблица 1. Техническая характеристика водонагревателя САОС-800

Принцип работы водонагревательной установки САОС-800

Регулятор UK2 (ТРМ202) контролирует рабочую температуру воды, а регулятор UK1 аварийную. Датчики регуляторов типа ТСМ находятся в воде в одном блоке с ТЭНами. Автоматическими выключателями QF1 и QF2 задаются необходимые режимы работы. Водонагреватель включают кнопкой SB2. При этом получает питание промежуточное реле KL1, которое в зависимости от режима работы (определяемого QF1 и QF2) включает магнитные пускатели KM1 и KM2 или один из них, включаются сигнальные лампы HL1 либо HL2. Вода нагревается до температуры, соответствующей верхней уставке и происходит отключение установки. Включение установки происходит при понижении воды до температуры соответствующей нижней уставке.

В данном разделе представлена техническая характеристика водонагревателя САОС-800.

1.3 Анализ исходной схемы водонагревателя САОС-800

Для того чтобы произвести анализ, необходимо перечислить требования к схеме управления:

· в схеме должны быть предусмотрены аппараты, которые будут защищать силовую цепь и цепь управления от аварийных и ненормальных режимов работы;

· необходимо предусмотреть в схеме автоматический и ручной режимы управления;

· должна быть установлена световая или звуковая сигнализация, информирующая обслуживающий персонал о состоянии электроустановки;

· в схеме должны быть предусмотрены необходимые блокировки от аварийных и ненормальных режимов нарушающих технологический процесс.

Согласно техническим требованиям производим анализ схемы и делаем вывод, что данная схема не соответствует данным требованиям, так как отсутствует автоматический режим управления.

В данном разделе представлен анализ исходной схемы водонагревателя САОС-800.

Рис. 1.2. Исходная принципиальная схема водонагревателя САОС-800

2. Разработка нестандартного элемента-щита управления водонагревателя САОС-800

2.1 Проектирование принципиальной схемы. Выбор элементов, входящих в схему САОС-800

В модернизированной схеме предусмотрен автоматический режим работы, установлена аварийная сигнализация, следственно схема отвечает техническим требованиям.

Для последующей компоновки щита необходимо произвести выбор элементов автоматизации расположенных в схеме.

Производим выбор автоматического выключателя QF1

1) Рассчитываем номинальный ток установки по формуле

= (1)

Где: Р — мощность электроустановки;

U_н — номинальное напряжение сети;

з — коэффициент полезного действия установки;

— коэффициент мощности.

16,67 А.

Выбираем автоматический выключатель по двум условиям:

1) I _а.в?I_ном; (2)

20А?16,67А;

2) I_т.р.?1,1*I_ном; (3)

20А?18,34А Где: I _а.в-ток автоматического выключателя;

I_т.р — ток теплового расцепителя.

По каталогу электротехнической продукции окончательно выбираем автоматический выключатель марки ВА 47−293P 20А х-ка В Производим выбор магнитного пускателя KM1

Выбор магнитного пускателя производим по двум условиям:

1) I_м.п. ?I_{ном. эл. уст.;} (4)

18А?16,67А;

2) U_м.п. =U_{ном. эл. уст;} (5)

400В=380В;

Где: U_м.п. — напряжение катушки магнитного пускателя;

I_м.п. — ток магнитного пускателя.

По каталогу электротехнической продукции окончательно выбираем магнитный пускатель КМИ 11 811 18А 400В/АС-3 1НЗ ИЭК и приставку контактную ПКИ-22 доп. контакты 2з+2 р ИЭК.

Так как мощности нагревательных элементов равны, то автоматический выключатель второго нагревательного элемента аналогичен автоматическому выключателю первого нагревательного элемента, а магнитный пускатель второго нагревательного элемента аналогичен магнитному пускателю первого нагревательного элемента.

Выбор предохранителя В цепи управления находятся слаботочные элементы с силой тока до 5А, поэтому по каталогу электротехнической продукции выбираем предохранитель на 5А.

Выбор светосигнальных индикаторов По каталогу электротехнической продукции выбираем светосигнальные индикаторы HL1 и HL2 марки ENR-22 мм неон (230 В цилиндр зеленого цвета). Для аварийной сигнализации выбираем светосигнальный индикатор марки ENR-22 мм неон (230 В цилиндр красного цвета).

Выбор кнопок управления По каталогу электротехнической продукции выбираем кнопки SB-7 «Пуск» d 22 мм/230 В для включения схемы. Для отключения схемы выбираем кнопку SB-7 «Стоп» d 22 мм/230 В.

Выбор переключателя режима работы Так как в схеме предусмотрены три режима работы, то по каталогу электротехнической продукции выбираем переключатель режимов работы марки ALCLR-22 на 3 фиксированных положения I-0-II.

Выбор промежуточного реле и розеточного модульного разъема По каталогу электротехнической продукции выбираем промежуточное реле РЭК 78/3 5А 230В АС ИЭК и модульный розеточный разъем РММ 78/3.

Для монтажа электрической схемы производим выбор кабельно-проводниковой продукции Выбор кабельной продукции Для силовой части выбираем кабель по условию:

I_доп.?I_{ном. эл. уст.} (6)

19А ?16,67А где: I_доп. — допустимый ток кабеля.

По справочнику электромонтера выбираем трехжильный бронированный медный кабель с ПВХ изоляцией в ПВХ оболочке ВВБГ 3*1,5.

В цепи управления находятся слаботочные элементы с силой тока до 5А поэтому выбираем кабель марки ПВ-1 с сечением 1 мм, провод медный с ПВХ изоляцией.

Оформляем выбранные элементы и их геометрические параметры в таблице 2.

Таблица 2. Перечень элементов принципиальной электрической схемы

В таблице перечислены элементы принципиальной электрической схемы: магнитные пускатели, кнопки управления, автоматические выключатели, световая сигнализация, переключатель режимов работы, нагревательные элементы, регуляторы, реле промежуточное.

2.2 Разработка монтажной схемы щита управления водонагревателя САОС-800. Составление адресной схемы соединений и схемы внешних подключений щита управления водонагревателя САОС-800

водонагреватель схема подключение автоматизация Согласно принципиальной схеме и таблице перечня элементов производим расчет и выбор марки щита. Для удобства монтажа схемы соблюдаем следующие расстояния: от стенок щита до оборудования — 80 мм, между оборудованием — 50 мм.

Монтажная схема щита управления По каталогу электротехнической продукции выбираем щит с монтажной панелью марки ЩМП-6.6.2−0 36 УХЛЗ.

Для составления адресной схемы щита управления присваиваем номера линиям соединяющих элементов.

Схем с присвоенными номерами линий соединяющих элементов Располагаем оборудование в щите согласно монтажной схеме щита и присваиваем номер каждому элементу. Составляем адресную схему:

Адресная схема щита Для подключения элементов расположенных снаружи щита, согласно разработанных принципиальной, а так же адресной схеме щита составляем схему внешних подключений. Для подключения внешних элементов необходимо использовать разъемное соединение (клемную колодку) согласно разработанной принципиальной схеме.

Схема внешних подключений

В данном разделе представлена монтажная схема щита управления, адресная схема соединений и схема внешних подключений щита управления водонагревателя САОС-800.

2.3 Охрана труда и техника безопасности

Лица, обслуживающие установки, должны иметь квалификацию по технике безопасности не ниже III группы и периодически в установленном порядке проходить проверку соответствующих знаний.

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.

При оперативном обслуживании электроустановки двумя лицами в смену перечисленные мероприятия должны выполниться вдвоём.

При единичном обслуживании они могут выполняться одним лицом, за исключением наложения переносных заземлений.

Отключение может быть выполнено:

— коммутационными аппаратами с ручным управлением, положение контактов которых видно с лицевой стороны или устанавливается осмотром панелей с задней стороны, открытием щитков, дверец кожухов или снятием самих кожухов, если конструктивное исполнение последних позволяет выполнить эту операцию без опасности замыкания ими токоведущих частей или прикосновения к токоведущим частям лиц, выполняющих операции.

Если имеется полная уверенность, что у коммутационных аппаратов с закрытыми контактами положение рукоятки или указателя соответствует положению контактов, допускается не снимать кожухи для проверки отключенного положения. В этом случае непосредственно после отключения необходимо проверить отсутствие напряжения;

— контакторами или другими коммутационными аппаратами с автоматическим приводом и дистанционным управлением с доступными осмотру контактами после принятия мер, устраняющих возможность ошибочного включения (снятие предохранителей оперативного тока, отсоединение концов включающей катушки).

Перед началом вех видов работ в электроустановках со снятием напряжения необходимо проверить отсутствие напряжения на участке работы. Проверка отсутствия напряжения между всеми фазами и каждой фазы по отношению к земле и к нулевому проводу на отключённой для производства работ части электроустановки, должна быть проведена допускающим после вывешивания предупредительных плакатов.

Проверка отсутствия напряжения в электроустановках должна производиться при помощи указателя напряжения.

— непосредственно перед применением указателя напряжения его исправность должна быть проверена путём приближения к токоведущим частям, расположенным вблизи и заведомо находящимся под напряжением. Исправность указателя напряжения также может быть проверена при помощи специального прибора;

— при отсутствии поблизости токоведущих частей, заведомо находящихся под напряжением, или иной возможности проверить исправность указателя напряжения на месте работы допускается предварительная его проверка в другой электроустановке.

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 материал по устройству и принципу работы водонагревателя САОС-800. Изучение достоинств и недостатков установки позволило выбрать нам 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.

Применение разработанной схемы снижает трудоёмкость работ, улучшает условия, повышает производительность труда и экономическую эффективность.

Данная разработка может быть практически задействована при монтаже схемы управления водонагревательной установки САОС-800. Применятся дальше как модернизация прежней конструкции.

1) Бородин И. Ф. Автоматизация технологических процессов/ И. Ф. Бородин, Ю. А. Судник — М.: Колос С, 2005. -344 с.: ил. — (Учебники и учебные пособия для студентов высших. учебных заведений).

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

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

4) Москаленко В. В. Справочник электромонтёра: Справочник — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 288 с.