Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Автоматизация электроводонагреваетеля

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Содержание

Введение……………………………………………………………….……

Исходные данные ……………………………………………………..
Технологическая характеристика объекта автоматизации…………
Разработка функциональной технологической схемы……………
Расчет и выбор технических средств автоматизации..……………
Разработка схемы подключения устройства………………………..
Расчет и выбор пускозащитной аппаратуры……………………….
Определение основных показателей надежности..………………..
Разработка принципиальной схемы управления…………………..
Расчет технико-экономической эффективности автоматизации…

Заключение…………………………………………………………………

Литература………………………………………………………………….

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Введение

Электрический нагрев воды является одним из экономически выгодных применений электрической энергии в сельском хозяйстве. Особенно распространен электрический нагрев воды в животноводстве на технологические процессы (поение животных, получение и обработка продукции, мойка оборудования и т. д.). Распространению электроводонагревателей способствует простота устройства и обслуживания, легкость и точность автоматизации, постоянная готовность к работе.

Благодаря этому затраты труда на получение горячей воды и пара сокращаются в десятки раз, особенно на небольших животноводческих фермах, не имеющих собственных котельных.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Исходные данные

Количество молодняка КРС – 50 голов.

Суточная норма потребления воды на одну голову – а=30 л.

Температура воды для поения – Q₂ = 10 ⁰С

Коэффициент суточной неравномерности k_с = 1,2.

Коэффициент часовой неравномерности k_ч = 1.8.

Мойка молочной посуды водой, с температурой 80 ⁰С – 100 л в сутки.

Подогрев воды в поилках до 10 ⁰С, так как из скважины вода подается с температурой 5 ⁰С.

Для работников для принятия душа — 200 л в сутки.

Определение мощности установки.

2.1. Определяем количество теплоты, необходимое для подогрева воды до 10 ⁰С.

Q1 = (mt*c*(v2-v1))/24,

где mt – количество воды, необходимое на сутки для телятника на 50 голов,

mt = kc*kч*а*n*ρ,

где kc = 1.2 – cуточная неравномерность потребления воды;

kч = 1,8 – часовая неравномерность потребления воды;

а = 0,03 м³ – норма потребления воды на одну голову;

n = 50 – количество телят;

ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды.

mt = 1,2*1,8*0,03*50*1000 = 3240 кг

где с = 4,19 кДж/⁰С – теплоемкость воды;

v1 = 5 ⁰С – температура воды в трубопроводе;

v2 = 10 ⁰С – необходимая температура.

24 – постоянный коэффициент.

Q1 = 3240*4,19*(10 – 5)/24 = 2828,25 кДж/ч.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Определяем мощность нагревателя

Р1 = Q1/(3600*ηн*ηс),

где 3600 – постоянный коэффициент;

ηн = 0,9 – к. п. д. неравномерности;

ηс = 0,94 – к. п. д. водопроводной системы.

Р1 = 2828,25/(3600*0,9*0,94) = 0,93 кВт.

Определяем количество теплоты, необходимое для подогрева воды до 90 ⁰С.

Q2 = (mt1*c*(v3-v4))/24,

где mt1 – количество воды, необходимое на сутки для телятника на 50 голов молодняка КРС,

mt1 = kc*kч*а*n*ρ,

где kc = 1.2 – cуточная неравномерность потребления воды;

kч = 1,8 – часовая неравномерность потребления воды;

а = 0,1 м³ – норма потребления воды на одну голову;

n = 1 – количество потребителей;

ρ = 1000 кг/м³ – плотность воды.

mt = 1,2*1,8*0,1*1*1000 = 216 кг.

где с = 4,19 кДж/⁰С – теплоемкость воды;

v1 = 5 ⁰С – температура воды в трубопроводе;

v2 = 90 ⁰С – необходимая температура.

24 – постоянный коэффициент.

Q2 = 216*4,19*(90 – 5)/24 = 3205,35 кДж/ч.

Определяем мощность нагревателя

Р2 = Q2/(3600*ηн*ηс),

где 3600 – постоянный коэффициент;

ηн = 0,9 – к. п. д. неравномерности;

ηс = 0,94 – к. п. д. водопроводной системы.

Р1 = 3205,35/(3600*0,9*0,94) = 1,05 кВт.

Определяем общую мощность установки:

Р = Р1 + Р2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Р = 0,93 + 1,05 = 1,98 кВт

Необходимая мощность установки для телятника – 1,98 кВт. Выбираем элементную водонагревательную установку САОС—400/0,9 с максимальной производительностью 400 литров за 4 часа, мощностью 12 кВт.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Технологическая характеристика объекта автоматизации

Элементные водонагреватели используют теплоту, выделяющуюся при прохождении электрического тока через активный резистор (ТЭН).

Водонагреватель представляет собой металлический резервуар с хорошей тепловой изоляцией и расположенными в нижней его части элементами ТЭН 7. Объем резервуара 0,4 или 0,8 м³, а мощность нагревателей соответственно 12 или 18 кВт.

Холодная вода из водопровода поступает в резервуар 6 через нижний трубопровод 8, а разбирается через верхний 3. В комплект САОС входит циркуляционный насос 1, что позволяет водонагревателю работать в замкнутых системах автопоения животных, отопления и др.

Типовое решение по автоматизации таких нагревателей — применение двухпозиционного устройства контроля температуры УКТ с контактным (иногда бесконтактным) выходом.

Нагреватель включают, нажимая кнопку SB2. При этом напряжение подается на УКТ, основой которого является контактный термометр и реле К1. Если температура воды в корпусе нагревателя ниже заданной, включается реле К1 и контактами К1: 2 подается напряжение на терморегулятор ВК, который включает КМ1 и нагревательные элементы ЕК1… ЕКЗ. Нагрев длится до выхода температуры воды на заданный уровень и размыкания контактов ВК.

В случае нарушения описанного алгоритма и аварийного подъема температуры до 95 °С устройство УКТ обесточивает реле К1 и нагреватель отключается.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Рис. 1. Элементный водонагреватель САОС (а) и принципиальная электрическая схема управления им (б):

1 — циркуляционный насос; 2— изоляционная вставка; 3 — трубопровод горячей воды; 4— термометр; 5— шкаф управления; 6— резервуар; /—блок электронагревателей; 8— трубопровод холодной воды

Электродвигатель М циркуляционного насоса 1 включается переключателем SA. Более мощные элементные нагреватели имеют две группы ТЭНов, расположенных одна над другой и управляемых раздельно. Это позволяет осуществить два режима: форсированный (работают обе группы) и аккумуляционный (работает только нижняя группа).

Электроводонагреватель представляет собой сварной сосуд из стандартных сварных труб, а также из внутреннего цилиндра и кожуха 9, крышкой контактных соединений 11. Между цилиндром и кожухом уложена теплоизоляция 7. Вода нагревается ТЭНами 4, установленными на фланце. Водонагреватель оборудован патрубками для подвода и слива воды 12.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Разработка функционально-технологической схемы.

Рис. 2. Функционально-технологическая схема водонагревателя САОС.

– термометр контактный;

– реле промежуточное;
– контакты реле;

– терморезистор;

– терморегулятор;
– пускатель электромагнитный;
– контакты пускателя;

ЕК – нагреватель (ТЭНы).

Сигнал от контактного термометра 1 поступает на промежуточное реле 1-1 при превышении температуры максимально допустимой.

Реле 1-1 срабатывает и своими контактами 1-2 подает сигнал на терморегулятор 2-1.

Терморегулятор 2-1 своими контактами управляет магнитным пускателем 2-2, а тот, в свою очередь, своими контактами 2-3 подключает или отключает нагревательный элемент ЕК.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Расчет и выбор технических средств автоматизации

К техническим средствам автоматизации в данной схеме относятся:

- термометр контактный;

- реле промежуточное;

- терморезистор;

- терморегулятор.

Терморезистор - выбираем типа ММТ-4 сопротивлением 3,6 кОм.

Реле промежуточное - выбираем промежуточное реле типа МКУ-48, с напряжением катушки Uк = 220 В, потребляемым током Iр = 0,03 А.

Термометр контактный – выбираем типа ТК-5,01 с несменным зондом на пределы температуры -20…+200ºС и установленным пределом температуры 97ºС.

Терморегулятор – выбираем типа ТК20-01-1-90±6%-85

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Разработка схемы подключения устройства

Рис. 3. Электрическая схема подключения установки.

QS – рубильник предназначен для отключения установки при ремонте или обслуживании и предохранения от к. з. и чтобы можно было увидеть, что установка отключена, т. е. для видимого разрыва цепи;

FU – предохранитель предназначен для предохранения при аварийных режимах;

QF – автоматический выключатель, предназначен для автоматического отключения при больших токах и при ремонте;

КК – тепловое реле, предназначено для защиты силовой цепи от больших токов;

КМ – контакты магнитного пускателя;

ЕК – нагревательный элемент.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Расчет и выбор пускозащитной аппаратуры

Выбор рубильника

По номинальному току

In. руб ≥ 3*Iном. нагр

где Iном. нагр – номинальный ток нагрузки;

Iном. нагр = Р*1000/(√3*380)

Iном. нагр = 12,5*1000/(1,73*380) = 19,01 А

In. руб ≥ 3*19,01 = 57 А

Выбираем рубильник с ближайшим большим номинальным током 100 А.

По способу подключения проводов.

Выбираем рубильник с передним подключением проводов, так как это освобождает от лишних действий при ремонте рубильника или замене самих подводящих проводов.

По степени защиты.

Выбираем рубильник пылебрызгозащищенный, так как у нас в помещении агрессивная среда, а также для безопасности обслуживающего персонала.

По всем пунктам выбираем рубильник марки РПБ-31-100.

Выбор предохранителя.

По току плавкой вставки

Iвст ≥ 4*Iпуск.

где Iпуск – пусковой ток установки, Iпуск = Iном = 19,01 А

Iвст ≥ 4*19,01 = 76 А.

Выбираем предохранитель типа ПРС-100 с номинальным током плавкой вставки 100 А.

Выбор автоматического выключателя.

Расчет электрического расцепителя автоматического выключателя серии АЕ.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Iн. р. ≥ Iнагр.

Iн. р ≥ 19,01 А

Выбираем Iн. р = 20 А.

Определяем кратность тока

k = Iнагр/Iн. р.

k = 19,01/20 = 0.95

Поворачиваем регулятор на деление –0,95.

Проверка выбранного автомата на возможность срабатывания при пуске водонагревателя.

Кратность тока по отношению к номинальному току расцепителя – 12*Iном. Эти автоматы применяются для мгновенного срабатывания, поэтому

Iсраб = 1,25* Iпуск.

где 1,25 – постоянный коэффициент, учитывающий средние условия пуска.

Iсраб = 1,25*19 = 23,75 А

Начальное значение тока срабатывания

Iн =12*Iн. р.

Iн =12*20 = 240 А

240 А ≥ 23,75 А

Выбираем автоматический выключатель серии АЕ2036 с числом полюсов 3 и номинальным током расцепителя 20 А.

Расчет теплового реле.

Выбираем тепловое реле марки ТРН-25 с номинальным током Iутэ = 20 А.

Определяем разность токов

ΔI = Iнагр – Iутэ

ΔI = 19 – 20 = — 1 А

Определяем число делений на шкале регулятора

n = ΔI/(с*Iутэ)

где с = 0,055 – постоянный коэффициент для закрытых пускателей

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

n = - 1/(0,055*20) = -0,9

Устанавливаем стрелку регулятора на деление – 0,9.

Выбор магнитного пускателя.

Выбираем магнитный пускатель типа ПМЕ-22-193А-4Р+4З

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Расчет основных показателей надежности

В соответствии с принципиальной схемой управления температурой водонагревателя все элементы разобьем на группы по числу разнотипных элементов.

Наименование разнотипных элементов, входящих в принципиальную схему	Число однотипных элементов	Интенсивность отказа элементов i-го типа λ_i*10^-6, (1/час)	Результирующая интенсивность λр_i, (1/час)
Тепловые выключатели	2	0,1375	0,275∙10^-6
Держатели плавких предохранителей	3	0,02	0,06∙10^-6
Плавкие предохранители	3	0,5	1,5∙10^-6
Реле электромеханическое	1	0,5	0,5∙10^-6
Резисторы переменные	1	7,0	7∙10^-6
Резисторы постоянные	1	0,03	0,03∙10^-6
Выключатели кнопочные	2	0,063	0,126∙10^-6
Контакты	20	0,250	5∙10^-6
Лампы сигнальные	3	0,625	1,185∙10^-6

Определим интенсивность отказов каждого вида элементов рассматриваемой схемы.

λ_р = n∙ λ.

λ_р1 = 2*0,1375∙10^-6= 0,275∙10^-6 1/час.

λ_р2 = 3∙0,02∙10^-6= 0,06∙10^-6 1/час.

λ_р3 = 3∙0,5∙10^-6= 1,5∙10^-6 1/час.

λ_р4 = 1∙0,5∙10^-6= 0,5∙10^-6 1/час.

λ_р5 = 1∙7∙10^-6= 7∙10^-6 1/час.

λ_р6 = 1∙0,03∙10^-6= 0,03∙10^-6 1/час.

λ_р7 = 2∙0,063∙10^-6= 0,126∙10^-6 1/час.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

λ_р8 = 20∙0,25∙10^-6 = 5∙10^-6 1/час.

λ_р9 = 3∙0,625∙10^-6= 1,875∙10^-6 1/час.

Определим результирующую интенсивность отказов всех элементов схемы

λ_р =

λ_р = 0,275*10^-6 +0,06*10^-6+1,5*10^-6+ 0,5∙10^-6 +7*10^-6+ 0,03*10^-6+ 0,126*10^-6+ 5*10^-6+ +1,185*10^-6 =

= 15,676∙10^-6 1/час.

Определим результирующую вероятность безотказной работы элементов схемы

Р_рез(t) =

Р_рез(t) = = 4,77.

Результирующая надежность системы оказалась меньше нормативного значения, т.е.

4,77 < 0,96.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП110302.60.00.00 ПЗ

Разработка принципиальной схемы управления

Автоматизация электроводонагреваетеля 📙 Курсовая → 🆔 2239