Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Технологическая характеристика объекта автоматизации

2. Расчет и выбор технических средств автоматизации

3. Разработка функционально технологической схемы автоматизации

4. Разработка принципиальной электрической схемы

5. Разработка нестандартных элементов и технических средств (щитов, пультов, станций управления)

6. Определение основных показателей надежности

7. Расчет экономической эффективности

Заключение

Литература

Введение

Агропромышленный комплекс является одной из ведущих отраслей современной экономики. В сельской местности проживает немногим меньше половины населения нашей страны. Применение электротепловых установок в сельскохозяйственном производстве снижает трудоемкость работ, улучшает условия труда, повышает технологический и экономический эффект.

Автоматизированный обогрев при помощи электрической энергии увеличивает продуктивность животных и птицы почти в 2 раза по сравнению с нерегулируемым обогревом от котельной на твердом топливе, уменьшает расход кормов.

Электронагрев воды в сельскохозяйственном производстве и получение пара применяется на животноводческих и птицеводческих фермах, в теплично-парниковых хозяйствах, в гаражах, мастерских, предприятиях коммунально-бытового назначения и др.

Для поения животных и птицы подогревают воду элементными водонагревателями. Электроподогрев осуществляется элементами сопротивления, выполненными в виде трубчатых элементов (ТЭНов). Подогрев воды для поения экономически эффективен. Например, за сутки корова потребляет в среднем 70 л воды. Для подогрева этого количества воды на 12°С затрачивается 840 килокалорий, на что расходуется 2,2 корм. Ед., которые могли бы быть израсходованы на образование продукции.

Наряду с элементными электроводонагревателями применяют установки электродного типа для получения горячей воды на технологические нужды на животноводческих и птицеводческих фермах, в теплицах и парниковых хозяйствах, а также для отопления отдельных производственных и подсобных помещений. Такую горячую воду используют в установках доения и первичной обработки молока, мойки посуды, поения животных, приготовления корма, полива рассады; для удовлетворения санитарно-гигиенических нужд, в мастерских, гаражах и т.д.

При проектировании сельскохозяйственных объектов надо руководствоваться определенными нормами потребления воды и пара. Требования к горячему водоснабжению, также определены в Нормах технологического проектирования.

Электрический нагрев воды и получение пара осуществляют с помощью элементных и электродных водонагревательных и паровых установок.

В режиме с аккумулированием тепла и горячей воды элементные водонагреватели используют в технологических процессах с прерывистым циклом разбора воды, например при промывке молочного оборудования в системе доения, для приготовления кормов и на другие технологические нужды. Их используют в комплекте с доильными установками, а также в системах промывки молочного оборудования и подмывания вымени.

Электродные водонагреватели прямого нагрева используют теплоту, выделяющуюся при прохождении тока через воду. К ним относится котел электродный водогрейный с замкнутым контуром КЭВЗ. По сравнению с ТЕНами они более просты, дешевы и долговечны. Для них не опасен перегрев даже в отсутствие воды, что в элементных водонагревателях (с ТЕНами) не допустимо, наиболее экономично работают водонагреватели типа КЭВ при наличии теплообменника (бойлера), в первичный замкнутый контур которого включен водонагреватель, а из вторичного - открытого контура осуществляется отбор горячей воды.

Основными недостатками электродного нагрева являются: Зависимость мощности электродной установки от удельного сопротивления используемой воды, то есть от наличия в ней растворимых веществ, определяющих проводимость воды; Повышенная электроопасность при аварийных и асимметричных режимах работы установок, а также и в питающей электросети; Возможность выноса опасных потенциалов через подводящие и разводящие трубопроводы, что требует, как правило, работы установки в замкнутой системе.

Для проекта рассмотрим электродный водогрейный котёл типа КЭВ-0,4.

электроводонагреватель котел автоматизация

1. Технологическая характеристика объекта автоматизации

Электроводогрейные котлы серии КЭВ довольно популярны и используются повсеместно в технологических процессах там, где необходима горячая вода с температурой до 97 °С. На объектах, где применяется отопительный электрокотел, системы отопления реализованы по принципу принудительной циркуляции.

В качестве примеров объектов, где применяются водогрейные электрические котлы можно выделить следующие:

· производственные помещения в сельской местности;

· жилые дома (для горячего водоснабжения и отопления);

· строительные площадки;

и другие производственно-промышленные объекты, где требуется горячая вода с температурой до 97°С.

Нагрев воды в электрокотле осуществляется благодаря теплу, которое выделяется электрическим током при прохождении через воду.

Водогрейные электрокотлы - компактны, автоматизированы, имеют высокий КПД (до 98% от затраченной энергии) и не прихотливы в обслуживании!

Электродные водогрейные установки типа КЭВ (мощностью 10, 25, 40, 63, 100, 160, 250, 400 и 1000кВт) рассчитаны на питание от сети трехфазного переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 380/200В.

Номинальное значение температуры воды в котлах на выходе 95°С, на входе 70° С, максимально допустимая температура на выходе составляет 130°С.

На рисунке 1 приведена конструктивная схема котла типа КЭВ-0,4 с пластинчатыми электродами. Пластинчатые электроды применяют при удельном сопротивлении воды выше 10 Ом-м, при более низком удельном сопротивлении, а также в высоковольтных котлах используют цилиндрические электроды. Корпус котла 1 выполнен из стандартной трубы, к торцам корпуса приваривают фланцы для крепления верхней и нижней крышек.

Рис. 1 Конструктивная схема котла КЭВ.

Сбоку устанавливают патрубки для подвода 6 и отвода 10 нагреваемой воды, к которым присоединяют трубопроводы. Нагрев происходит между электродами 4, собранными в один многопластинчатый пакет. Ток к электродным пластинам подводится через токоввод 7, укрепленный в нижней крышке с уплотнением в изолирующих втулках, являющихся проходными изоляторами.

На верхней крышке смонтировано устройство 10 для регулирования мощности установки в зависимости от электропроводности используемой воды и потребности в горячей воде. Регулирование мощности осуществляется путем ввода диэлектрических пластин 2 в пространство между электродами, электроды и диэлектрические пластины составляют один пакет. На установках до 100 кВт регулирование мощности осуществляется вручную, а на более мощных -- при помощи редукторного электродвигателя. В этом случае управление водонагревателем полностью автоматизировано. На верхней крышке установлено термореле для автоматического поддержания температуры нагреваемой воды. Есть электронное устройство управления, которое позволяет отказаться от редукторного электродвигателя.

Таблица 1

Тип котла	КЭВ-40/0,4
Номинальная мощность, кВт	40
Напряжение сети, В	380
Расход воды, м?/ч	1,4
Удельное эл. Сопротивление воды при 20°С, Ом·м	10…70
Температура воды на входе, на выходе, °С	70…95
Диапазон регулирования мощности ,%	100…25
Масса, кг	75

2. Расчет и выбор технических средств автоматизации

Средства автоматизации включают в себя механизмы и аппараты, обеспечивающие автоматическую работу установки, возможность ручного управления, коммутационные аппараты, а также средства защиты.

КЭВ40/0,4 - номинальная мощность Р = 40кВт; U=380; расход воды = 1,4м³/ч; минимальное рабочее давление = 0,6МПа; удельное электрическое сопротивление воды = 10….70Ом*м; диапазон регулирования мощности = 100…25%

Выбор магнитных пускателей:

Магнитные пускатели предназначены для пуска, остановки, реверса и защиты двигателей от падения напряжения и от перегрузок при наличии теплового реле. Магнитные пускатели выбирают по следующим условиям:

Определяем рабочий ток нагревательного элемента:

I_н.э = Р/?v3?U_н

I_н.э =40000/1,73?380=61 А

а) Сила номинального тока пускателя должна быть больше номинального тока нагревательного элемента:

I_{ном. пуск} ? I_н.э

I_н.э. =61А; то I_{ном.пуск} 63 =А, предварительно выбираем пускатели ПМЛ-422002- с кнопками «ПУСК / СТОП»

б) Напряжение катушки должно равняться напряжению сети U_к = U_с =380В

в) На условия пуска не рассчитывается.

г) Исполнение и степень защиты должны соответствовать условиям окружающей среды.

д) Схема соединения пускателя должна соответствовать условиям окружающей среды.

Выбираем автомат для защиты электроводонагревателя:

Автоматический выключатель предназначен для_ ручного отключения и включения электрических цепей, для автоматического отключения при перегрузке, короткого замыкания, снижения напряжения. К установке принимаем автомат сери АЕ.

а) Определяем рабочий ток

I_р = К_з ? I_н=1?61 = 61А

б) Определяем ток расцепителя: I_{ном.расц} ? I_р = 63А

Принимаем автомат серии АЕ2046Р

I_{ном.расц}=63А ; I_{ном.авт.}=63А

в) Определяем пусковой ток:

I_п = К_i ? I_н.=1?63 =63А

1) Определяем расчетный ток срабатывания:

I_{расч.сраб} =1,25 ? I_п = 1,25?63= 78,75А

Определяем каталожный ток срабатывания:

I_{кат.сраб} =12 I_{ном.рас}=12 ? 63 = 756А

Проверяем автомат по условию срабатывания:

I_{кат.сраб} ? I_{расч.сраб} ; 756?78,75 -условие выполняется, автомат выбран правильно.

Выбираем автомат для защиты схемы управления

Так как схема управления не имеет существенной нагрузки, а лишь может быть повреждена от токов короткого замыкания, то для защиты схемы примем к установки однополюсный автомат марки АЕ1031 I_н.а=25А; I_н.расц=10А

3. Разработка функционально технологической схемы автоматизации

Объект управления:

· О - котёл КЭВ-0,4

· У1(t)-температура на выходе из котла

· У2(t)-температура в помещении

Исполнительные механизмы:

· ИО -нагревательный элемент

Управляющий орган:

· УО - магнитный пускатель КМ1

Устройство управления:

· УУ1 - термореле.

Выходные величины:

· УУ2 - термореле

Рис. 3 Функционально-технологическая схема

4. Разработка принципиальной электрической схемы

Принципиальная электрическая схема котлов типа КЭВ-0.4 предусматривает работу в автоматическом режиме (переключатель SА в положение «А») при включенном циркуляционном насосе (блок-контакт КУ5). Для ручного опробования используют кнопку SВ (переключатель SА в положение «Р»), Двухпозиционное управление работой котла осуществляется по температуре воды на выходе из котла (электроконтактный термометр SК1) и температуре в системе (воздуха в отапливаемом помещении или воды в аккумулирующей емкости - температурное реле SК2).

Верхний контакт SК1 настроен на минимальное, а нижний - на максимальное значение температуры воды. При температуре в системе ниже заданной контакт SК2 замкнут, а при температуре на выходе из котла ниже минимального значения замкнут верхний контакт SК1. При этом реле КУ1 включено, КУ2 отключено и своим контактом КУ2.2 через реле КУЗ запитывает катушку контактора КМ, включающего котел под напряжение.

Когда температура воды на выходе превысит минимальное значение, разомкнется верхний контакт SК1, обесточится реле КУ1 и своим размыкающим контактом подготовит к включению реле КУ2. По достижению максимальной температуры сработает КУ2 и через КУ3 обесточит катушку контактора КМ, который отключит котел от сети. Повторное включение произойдет, когда температура воды станет ниже минимальной и замкнет верхний контакт SК1. Нижняя часть схемы предназначена для выносной сигнализации.

Рис. 5 Электрическая схема управления.

5. Разработка нестандартных элементов (выбор щитов , пультов, станций управления)

Аппараты и приборы внутри щитов должны быть сгруппированы по принадлежности к системам измерения, управления, сигнализации и т.п., а внутри этих групп - по роду тока, значению напряжения, типам аппаратов.

Аппараты и приборы, устанавливаемые внутри щитов, рекомендуется размещать на следующих расстояниях от основания щита:

Трансформаторы и другие источники питания малой мощности - 1700...2000 мм;

Панели с выключателями, предохранителями, автоматами - 700... 1700 мм;

Реле - 600... 1900 мм;

Сборки зажимов при горизонтальном расположении с учетом разделки кабеля - 350.. .800 мм;

При установке двух и более горизонтальных сборок расстояние между ними должно быть не менее 200 мм.

Аппараты с подвижными токоведущими частями следует размещать так, чтобы они не могли самопроизвольно замкнуть цепь под действием силы тяжести.

Выбран щит управления ЩШМУ с высотой 1000 мм, шириной 600 мм и глубиной 350 мм.

6. Определение основных показателей надежности

Надежность определяют как свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, которые регламентируются ГОСТ 27.002-83 «Надежность в технике, термины и определения».

Основное понятие в теории надежности - отказ - это полная или частичная утрата работоспособности, нарушение нормального функционирования объекта, в следствии чего его характеристики перестают удовлетворять предъявленным требованиям. Отказ всегда рассматривается как функция времени. Причем определенной вероятностью он может существовать в любой момент времени. Он может рассматриваться как непрерывная функция, но в то же время, это дискретная величина.

Виды отказов:

· Приработочные (не отработанная технология, плохой контроль при производстве)

· Износовые (старение)

· Внезапные (возникают случайно, неожиданно)

Сбой - это самораспространяющийся отказ с кратковременным нарушением работоспособности (помехи в источнике питания).

Дадим определения основным характеристикам надежности:

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени (наработки).

Долговечность - это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Сохраняемость - это свойство изделия непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние при хранении, транспортировании и после них.

Отдельно выделяют характеристики состояния объектов:

Исправное изделие - это такое состояние, при котором изделие соответствует всем требованиям, установленным нормативно-технической документацией.

Неисправное состояние - это такое состояние, когда изделие не соответствует хотя бы одному требованию.

Работоспособное и неработоспособное состояние характеризуются способностью и неспосоностью изделия выполнять заданные функции с сохранением значений заданных параметров согласно нормативно-технической документации.

Предельное состояние - это состояние, при котором дальнейшая эксплуатация изделия должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности, отклонение параметров за определенные пределы, снижения эффективности эксплуатации ниже допустимого значения, а так же из-за необходимости проведения среднего или капитального ремонта.

Повреждение - это событие, заключающееся в нарушении исправности изделия из-за влияния внешних воздействий, превышающих уровни, установленные в нормативно-технической документации. Повреждения могут быть существенными и несущественными.

· К количественным показателям надежности относятся:

· Возможность безотказной работы

· Интенсивность отказов

· Наработка на отказ

· Средний срок службы

· Среднее время восстановления

Таблица 2

Наименование разнотипных элементов входящих в принципиальную схему	Число однотипных элементов, n	Интенсивность отказа элементов i-го типа ?, ?10-6 1/ч	Результирующая интенсивность ?pj?10-6, 1/ч
Магнитный пускатель КМ	1	0,5	0,5
Реле общего назначения КV	4	0,25	1
Неоновые лампы HL	2	0,1	0,2
Предохранители плавкие FU	3	0,05	0,15
Автоматический выключатель SF	1	0,22	0,22
Трансформат TA	1	0,025	0,025
Амперметр PA	1	0,32	0,32
Переключатель кнопочный SB	1	0,07	0,07
Разъединитель Q	1	0,32	0,32
Выключатель пакетный SA	1	0,32	0,32
Термореле	2	0,32	0,64
Контакты	14	0,25	3,5

Определяем результирующую интенсивность отказов всех элементов рассматриваемой схемы.

?_p = ?n_i ? ?_pi

?_p = 0,5?10^-6 + 1?10^-6 + 0,2?10^-6 + 10,15?10^-6 + 0,32?10^-6 + 0,22?10^-6 + 0,0025?10^-6 + 0,32?10^-6 + 0,07?10^-6 + 0,64?10^-6 + 0,32?10^-6 + 3,5?10^-6 = 7265?10^-6 (ед/ч)

Определяем среднюю отработку до отказа.

T_ср = 1/?

T_ср = 1/7265?10^-6 = 137646,2 (1/ч)

Определяем результирующую вероятность безотказной работы элементов.

_(t)=8?365=2920ч

P_рез.(t)=e^{-10?7,265?2920} = 0,02

7. Расчет экономической эффективности

Стоимость котла КЭВ/0,4 с панелью управления 58400рубля Приведенные годовые затраты

Зг= Е нК +Иг,

Где Ен - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, принимаемый в энергетике равным 0,12;

К - капиталовложения, руб.;

Иг- ежегодные издержки производства, руб.

Нормативный срок окупаемости

Tн= 1/ Ен, Tн= 1/0,12= 8,4 года.

Ежегодные издержки производства Иг=И а +Иэ,

Где Иа- амортизационные отчисления на восстановление (реновацию) и капитальный ремонт оборудования, руб.; Иэ- расходы на эксплуатацию, включающие заработную плату, общесетевые расходы и расходы на текущий ремонт, руб.

Иа= (Ра/100) К,

Где Ра- норма амортизационных отчислений, %

Иа=(12,6/100) 58400 = 7358,4 (руб).

Расходы на эксплyатацию

Иэ=? nуе ,

Где y= 1540 руб. у.е. - годовые расходы на обслуживание одной условной единицы;

nye- число условных единиц, которыми оценивают данный элемент электроустановки.

Иэ= 1540 З=4620 (руб).

Иг= 58400 + 4620= 63020,4 (руб).

З г =0,12?58400 + 63020,4=70028,4 (руб).

Заключение

Данная работа на тему «Электрооборудование, автоматизация электродного водонагревателя типа КЭВ-0,4» выполнена в соответствии с заданием.

Выполнено описание технологического процесса установки. Так же описано ее назначение, принцип работы и приведена техническая характеристика установки. Выполнена схема технологического процесса.

В ходе данной работы были выбран, магнитные пускатель, автоматы, а так же рассчитано сечение провода, и выбрана марка провода.

Выполнена принципиальная схема установки. Так же осуществлено описание принципиальной схемы.

В данном курсовом проекте рассчитаны основные показатели надежности системы управления котлом типа КЭВ-0,4:

Результирующая интенсивность отказов системы ? ?= 14,445 ?10^-6 ед/ч,

Средняя наработка на отказ системы Тср=6922,81 ч.

Вероятность безотказной работы элементов схемы Pрез(t)=0,409 при сроке нормальной эксплуатации 10000 ч. при расчете экономической эффективности автоматизации объекта

Список литературы

1. Мартыненко И.К., Лысенко В.Ф. «Проектирование систем автоматики», Москва, Агропромиздат, 1990

2. Изаков Ф.Я. «Механизация и электрификация птицеводства, Москва, Колос, 1982

3. Шеховцов В.П. «Расчет и проектирование», Москва, 2010

4. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок / И.Ф. Кудрявцев, Л.А. Калинин, В.А. Карасенко и другие. Подредакцией И.Ф. Кудрявцева. - Москва: Агропромиздат, 1988 г.

5. Бодин А.П., Московкин Ф.И. «Электрооборудование для сельского хозяйства», Москва, Россельхозиздат, 1981

Размещено на Allbest.ru