Модернизация автоматики управления балластной системы теплохода Волго-Дон 5050, проекта 1565

Работа защищена на отлично!!! ...

1. Балластная система теплохода.
2. Обзор и выбор программируемого логического контроллера.
3. Различные способы пуска.
4. Обзор и выбор устройства плавного пуска.
5. Расчет пусковых характеристик.
6. Описание работы новой схемы и программного обеспечения для промышленного логического контроллера.
7. Экологическая безопасность проектного решения.
8. Охрана труда и пожарная безопасность.
9. Экономическое обосновании проектных решений.

Судовые системы современных сухогрузных судов являются важным
фактором в области обеспечения безопасности плавания. Системы создают
и поддерживают условия обитаемости экипажа и пассажиров, а также
условия для сохранности грузов и оборудования, служат средством
обнаружения и тушения пожаров.
От степени совершенства конструктивных элементов систем и средств
управления ими во многом зависят экономичность и надежность эксплуатации судов.
Элементы систем должны быть малогабаритны, изготовлены из стойких
против воздействия морской воды и влажного воздуха материалов, пожаробезопасны; их работа не должна сопровождаться шумами превышающими допустимые уровни.
Судовые системы представляют собой совокупность гидравлических
и газодувных машин; трубопроводов, транспортирующих различные
капельные жидкост и и газы; арматуры; контрольно-измерительных
приборов и приводов управления.

При остановке насоса.При остановке насоса также возникают проблемы. При выполнении прямой остановки путем снятия напряжения питания с электродвигателя, он останавливается слишком быстро. Из-за большого потока массы в трубопроводе, вода продолжает двигаться некоторое время с той же скоростью и затем возвращается назад, навстречу потоку. Это вызывает значительные всплески давления и оказывает большие механические перегрузки в трубопроводе.Рисунок 3.4Система плавного пуска.Используя систему плавного пуска, можно уменьшить напряжение в процессезапуска, что приводит к снижению крутящего момента двигателя. В процессе запуска система плавного пуска будет увеличивать напряжение таким образом, что двигатель будет иметь мощность, достаточную для раскручивания насоса до номинальной скорости без образования пиковых выбросов в крутящем моменте или токе. Нормальный стартовый ток, обеспечиваемый системой плавного пуска при полностью нагруженном центробежном насосе примерно в 4 раза больше номинального тока электродвигателя. При этом в процессе остановки система плавного пуска также решает многие проблемы. Система плавного пуска плавно уменьшает напряжение в процессе остановки и момент двигателя становится все меньше и меньше. Благодаря этому, скорость тока воды уменьшается очень плавно без образования волн давления.Некоторые системы плавного пуска имеют специальную функцию, называющуюся «пониженное напряжение», которая позволяет устанавливать нужное значение напряжения для насоса того или иного типа.Рисунок 3.53.6. Описание систем плавного пуска.Конструкция, настройки и сигналы.Система плавного пуска состоит, как правило, из нескольких основных элементов, таких как электронная плата (PCB), радиатор, тиристоры, вентиляторы и корпус (пластмассовый или металлический). Система управления может быть цифровой, аналоговой или комбинированной. Реле выходных сигналов могут иметь фиксированные функции или программироваться, в этом случае функция выхода выбирается пользователем.Система плавного пуска может иногда оборудоваться встроенным электронным реле перегрузки (EOL), устанавливаемым вместо обычно используемого биметаллического реле. Встроенное EOL имеет лучшую точность, по сравнению с обычным реле, поскольку все параметры рассчитываются электронным образом, что особенно полезно при работе в повторно-кратковременном режиме. Необходимость в обмене данными между различными устройствами в системе и между устройствами и пультом управления постоянно возрастает. Большинство современных систем плавного пуска оборудуются специальным коммуникационным портом, который обычно состоит из нескольких волоконно-оптических кабелей, пришедших на смену более старым решениям, когда требовались сотни и тысячи проводов. Сегодня имеются разнообразные коммуникационные протоколы, некоторые из них более распространены, чем другие. К ним относятся, например, Modbus, Profibus, DeviceNet, Interbus-S, LON Works.Описание различных элементов:Рисунок 3.6Рисунок 3.7Печатная плата используется для управления открытием тиристоров, на основании значений тока и напряжения, а также для расчета различных величин, например, коэффициента мощности, активной мощности. Она также может использоваться для сохранения сведений предыстории и протокола событий, индикаторных трендов и др.Радиатор используется для отвода тепла из системы плавного пуска, образуемого токами, протекающими при пуске и непрерывной работе системы. Показатели системы теплоотвода во многом определяют пусковые возможности и рабочий ток системы мягкого запуска.Вентиляторы используются для улучшения работы системы теплоотвода. Один, два или несколько вентиляторов могут устанавливаться в зависимости от мощности и конструкции системы. Некоторые небольшие системы мягкого пуска вообще не имеют вентиляторов и количество пусков может из-за этого быть ограничено.Корпус может изготавливаться из пластмассы или металла или их комбинации.В его задачи входит защита внутренних элементов от механических и электрических повреждений. Он также используется для защиты элементов от пыли и грязи. Для полной защиты от пыли и грязи часто требуется отдельный корпус, поскольку степень защищенности (класс IP) самого устройства невысока.Тиристоры - это полупроводниковые элементы, включенные встречно-параллельно и установленные в двух или трех фазах цепи электропитания. Они регулируют (путем увеличения или уменьшения угла открытия) величину напряжения во время отработки процессов пуска и остановки. Во время нормальной работы тиристоры постоянно открыты.Пуск: Тиристоры пропускают часть напряжения в начале и затем увеличивают его в соответствии с временным графиком, заданным для процесса пуска.Стоп: Тиристоры сначала полностью открыты, а в процессе остановки уменьшают напряжение в соответствии с временным графиком, заданные для процесса остановки.Основные настройкиВ этом разделе приводится краткое описание некоторых основных параметров настройки, имеющихся в большинстве систем плавного пуска. В зависимости от типа системы и производителя, могут быть и другие настраиваемые параметры.Настройки могут выполняться регулировочными потенциометрами, изменением положения DIP-переключателей, с помощью клавиатуры и компьютера.Время процесса включения - это время, за которое система плавного пуска увеличит напряжение на выходе от начального до полного. Время включения не должно быть слишком большим, поскольку это приведет только к ненужному перегреву двигателя и срабатыванию защитного реле. Если электродвигатель не нагружен, время его пуска, возможно, окажется меньше заданного, а если он сильно нагружен, время пуска, возможно, окажется больше.Время процесса выключения - используется, когда необходим плавный останов двигателя, например, при работе с насосами или ленточными конвейерами. Время выключения - это время, за которое напряжение на выходе системы снизится от полного до напряжения остановки (начального напряжения). Если время остановки равно нулю, это будет эквивалентно прямой остановке.Начальное напряжение. Иногда называется напряжением или крутящим моментом подставки. Это точка, в которой система мягкого пуска начинает или завершает процесс включения или выключения. Крутящий момент двигателя будет уменьшаться пропорционально квадрату напряжения и, если напряжение задано слишком малым, например 20 %, стартовый крутящий момент будет равен только 0.22 = 0.04 = 4 %, и мотор не начнет вращаться в самом начале процесса включения. Поэтому очень важно находить такой уровень, при котором двигатель начнет сразу работать, чтобы избежать ненужного перегрева.Рисунок 3.8Ограничение тока может использоваться в тех случаях, когда требуется ограничение пускового тока или при пуске под большой нагрузкой, когда трудно обеспечить хороший старт заданием только начального напряжения и времени включения. При достижении предела ограничения тока система плавного пуска временно прекратит увеличение напряжения, пока ток не снизится ниже заданного предела, после чего процесс увеличения напряжения возобновится до достижения полного напряжения.Рисунок3.9Рисунок 3.10Пониженное напряжение задает специальный тип процесса остановки. Напряжение может быть снижено до уровня, при котором скорость двигателя при подаче команды остановки сразу начнет уменьшаться. Для мало нагруженных двигателей скорость не начнет снижаться, пока напряжение не опустится до достаточно низкого уровня, в то же время функция пониженного напряжения позволяет устранить этот эффект, что особо полезно при остановке насосов.Рисунок 3.11Регулируемый номинальный ток мотора позволяет задать в системе плавного пуска значение номинального тока двигателя, с которым работает система плавного пуска. Эта настройка может повлиять на другие параметры, такие как уровень срабатывания электронного реле перегрузки, уровень ограничения тока и др.Индикация.Средства индикации в системах плавного пуска существенно различаются в системах разного типа и у разных производителей. Ниже приведены наиболее часто встречающиеся индикаторы.Включен обычно обозначает, что напряжение питания подано на систему плавного пуска и устройство готово к пуску.Рабочий уровень обозначает, что процесс пуска завершен и достигнут уровень полного напряжения. Если в системе используется шунтирующий контактор, он будет включен в этот момент времени.Неисправность может обозначать неисправности разного рода. Например,внутренняя неисправность самой системы плавного пуска, неисправность в системе питания (потеря фазы, перегорание предохранителя) или двигателя (двигатель не подключен, потеря фазы)Перегрузка означает срабатывание системы защиты от перегрузки. Причиной может быть протекание слишком большого тока через двигатель, слишком большое время пуска, слишком частые пуски, неправильная настройка порога срабатывания, неправильно выбранный класс защиты от перегрузки или любое сочетание этих причин.Перегрев означает, что произошел перегрев системы плавного пуска, например, из-за слишком частых пусков, превышения номинального тока, слишком долгого процесса пуска.Напряжение.Основное напряжение (Ue), напряжение питания двигателя, которое также подается на основной контур (тиристоры) системы плавного пуска. Обычно находится в пределах 200 – 690 В.Напряжение питания (Us), напряжение питания электронных компонентов внутри системы плавного пуска, например, печатной платы. Обычно находится в пределах 110 – 120 В или 220 – 240 В.Управляющее напряжение (Uc), напряжение управления командами пуска и остановки системы плавного пуска. Находится в пределах 24 – 480 В.Рисунок 3.124. Обзор и выбор устройства плавного пуска.4.1. Обзор серии устройств Schneider - Electric Altistart 22. Описание.Устройство плавного пуска и торможения Altistart 22, управляя изменением напряжения и момента, обеспечивает плавный пуск и остановку трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором мощностью от 4 до 400 кВт. Altistart 22 поставляется запрограммированным для использования в нормальном режиме работы с классом защиты электродвигателя 10.Устройство плавного пуска и торможения Altistart 22 разработано для применения в составе механизмов, для которых требования безотказности, безопасности обслуживающего персонала и оборудования, а также легкости ввода в эксплуатацию и обслуживания являются наиболее важными.Функция байпаса, основанная на применении шунтирующего контактора, может быть легко использована благодаря наличию данного контактора внутри устройства. Это позволяет использовать Altistart 22 для механизмов, требующих переключения на байпасный контактор в конце пускового процесса, например, для уменьшения тепловыделения самим пусковым устройством.Устройство Altistart 22 имеет встроенный терминал, позволяющий пользователю выполнять как конфигурирование и настройку параметров, так и контролировать их значение для проверки соответствия работы механизма заложенному алгоритму.Устройство обеспечивает тепловую защиту электродвигателя, позволяет легко контролировать параметры механизма и, благодаря программному обеспечению SoMove, может быть введено в работу немедленно после установки. Применение.Встроенные в устройство плавного пуска и торможения Altistart 22 функции позволяют использовать его в наиболее распространенных секторах строительства, инфраструктуры и промышленности:Центробежные и поршневые насосыВентиляторыВинтовые компрессорыКонвейерыСпециальные механизмы (мешалки, миксеры)Altistart 22 позволяет осуществить реальную экономию затрат, предоставляя следующие возможности:Уменьшение затрат на установку благодаря выбору оптимального типоразмера устройства, наличию встроенной функции байпаса и снижение времени монтажа и подключенияУменьшение нагрузок на электрическую сеть в результате снижения бросков тока и провалов напряжения в сети при пуске электродвигателяУменьшение эксплуатационных расходов вследствие снижения механических нагрузок на оборудованиеАлгоритм управления по трем фазам позволяет реализовать все заложенные в устройство функции независимо от фактических условий работы привода (наличие или отсутствие нагрузки, соответствие типоразмеру устройства напряжения сети и мощности электродвигателя, и т.д.).Функции.Altistart 22 реализует следующие основные функции:Функции регулирования:Корректировка тока устройства плавного пуска и торможения Altistart 22 в соответствии с номинальным током электродвигателяОграничение токаВыбор типа остановки (на выбеге или с темпом)Функции управления электроприводом:Управление по трем фазам питанияКак дополнительная опция, возможность подключения устройства в обмотки двигателя, соединенные треугольником. Это позволяет использовать устройство плавного пуска и торможения меньшего типоразмера (возможно только для устройств ATS 22pppQ)Управление электродвигателем по линейному закону изменения напряжения или момента на протяжении всего периода разгона и торможения (значительное уменьшение ударных нагрузок)Возможность изменения профиля управления для различных механизмовАвтоматическое управление встроенным байпасным контактором в конце пуска , при сохранении защит, реализуемых в блоке управленияФункции защиты двигателя и механизма:Встроенная конфигурируемая косвенная тепловая защита электродвигателяТепловая защита самого устройства плавного пуска и торможения Altistart 22Встроенная обработка показаний датчика температуры PTC (оптимальное управление защитой электродвигателя)Отслеживание количества и продолжительности пусков (повышение безопасности установки)Настройка времени задержки повторного пускаАвтоматический перезапускЗащита от недогрузки или перегрузки по току в переходном или длительном режимеАвтоматическая подстройка к частоте сетиКонтроль правильности чередования фазОпределение обрыва фазыОпределение дисбаланса между фазными токами и между токами утечки (для модельного ряда ATS 22pppS6 и S6U)Функции, облегчающие интегрирование в системы автоматизации:3 программируемых дискретных входа2 программируемых НЗ/НО релейных выходаСъемные разъемы подключения входов/выходовВозможность настройки второго комплекта параметров электродвигателяВстроенный интерфейс Profibus, подключение через разъем RJ45Отображение состояний устройства плавного пуска и торможения и механизмаОтображение состояний и токов входов/выходовЖурнал неисправностей, функция самодиагностикиВозврат к заводским установкам4 светодиода на лицевой панели (Ready (Готов к работе), Communication(Состояние обмена данными по коммуникационному интерфейсу), Run (Работа) и Trip (Отключение)).4.2. Обзор серии устройств Advanced Control – DAS-T.Характерные особенности:• устройство плавного пуска с управлением по трем фазам• простая установка, также может использоваться для модернизации существующего оборудования• клеммная коробка, пригодная для подключения распределительного устройства• интегрированный закорачивающий контактор• нейтральный провод сети электропитания (N) не требуется• уменьшение максимального тока• текущий контроль температуры радиатора• текущий контроль температуры двигателя с помощью термистора двигателя• беспотенциальные входы управления и выходы• специальные напряжения до 690 В• прочный металлический корпус• уровень защиты IP 20Типовые варианты применения:Насосы, вентиляторы, транспортное оборудование, сушильные машины, моечные машины, компрессоры, подъемные краны, вагонетки.Функции:• плавное ускорение и торможение• управление ускорением/торможением с помощью контакта управления или с помощью управляющего напряжения 10...42 В постоянного тока (выбирается)• четыре отдельно настраиваемых параметра – пусковой момент, время разгона, момент плавного останова, время торможения• беспотенциальный выход для рабочего состояния 250В/8A переменного тока• контакт указания отказа (250В/8A переменного тока)• вход для термистора двигателя4.1. Обзор серии устройств ABB PST.Описание:• Номинальное рабочее напряжение 208–690 В AC• Номинальное напряжение управления 100–250 В, 50/60 Гц• Номинальный рабочий ток 30–1050 A (до 1810 A соединение внутри «треугольника»)• Подключение в линию и в соединение внутри «треугольника»• Возможность комплектации платами управления с дополнительной защитой для применения в агрессивных средах• Полнотекстовый дисплей на 14 языках и четырехкнопочная клавиатура для быстрой и простой настройки• Дополнительная внешняя клавиатура, IP66• Встроенный шунтирующий контактор серии AF в устройствах плавного пуска PSTB• Выходные реле для подключения шунтирующего контактора в устройствах плавного пуска PST (30–300 A)• Управление крутящим моментом для применения в насосном оборудовании• Ограничение тока, 1,5–7 x Ie• Возможность подключения к промышленной шине FieldBus с использованием протоколов Profibus, Modbus, Devicenet или CANopen• Двойная защита электродвигателя от перегрузки с возможность выбора класса срабатывания 10A, 10, 20 и 30• Защита электродвигателя от недогрузки и сухого хода насосов• Защита электродвигателя от заклинивания ротора• Подключение PTC датчиков для защиты электродвигателя от перегрева• Толчковый режим пуска для запуска заклинивших и инертных приводных механизмов• Программируемые сигнальные реле• Программируемые функции предупреждения• Журнал событий с метками времени• Аналоговый выход для индикации тока, напряжения, коэффициента мощности и т.д. 0–10 В, 0–20 мA, 4–20 мAУстройства серии PST(B) являются наиболее совершенными устройствами плавного пуска компании ABB, в устройствах этой серии были применены новейшие технологии и конструктивные решения, что гарантирует соответствие функциональных возможностей систем плавного пуска PST(B) всем современным требованиям рынка.Управление крутящим моментом:Функция управления крутящим моментом в устройствах плавного пуска АББ была разработана при содействии крупнейших производителей насосного оборудования. Весь накопленный опыт этих компаний по эксплуатации насосных систем был тщательно проанализирован, это позволило выявить причины уменьшения срока службы, надежности насосного оборудования и разработать уникальный алгоритм управления крутящим моментом, который поможет исключить преждевременный износ, гидроудары, скачки давления и аварии в системах водоснабжения и канализации, сократить затраты на обслуживание и частый ремонт.Шунтирующие контакторы:Использование шунтирующего контактора при достижении номинального питающего напряжения электродвигателя позволяет уменьшить потери мощности, снизить тепловыделение и сократить потребление электроэнергии. Устройства плавного пуска PST оснащены выходными реле для быстрого и простого подключения цепи управления шунтирующего контактора. Устройства PSTB компании АББ укомплектованы встроенным шунтирующим контактором серии AF, это позволяет самым мощным устройствам плавного пуска АББ выгодно отличаться небольшими габаритами корпуса и гарантировать повышенную надежность вне зависимости от условий и области применения.Усовершенствованные функции защиты:Усовершенствованные функции защиты устройств плавного пуска PST(B) способны обеспечить надежную работу электродвигателя в самых сложных условиях эксплуатации, гарантировать защиту силовой электроники устройства плавного пуска от перегрева, позволяют выводить предупреждения для предотвращения нежелательных режимов работы оборудования. Функции защиты могут быть параметризованы и настроены в соответствии со всеми требованиями заказчика.Универсальный аналоговый выход:Для вывода информации о состоянии установки с помощью измерительных приборов у устройств плавного пуска серии PSE предусмотрено наличие аналогового выхода, к которому можно подключить аналоговый амперметр или вольтметр и визуально контролировать параметры питающей сети и электродвигателя.