Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза

SQ11, SQ12 - контакты путевого выключателя блокировки с затворами

галерей, закрытые при открытых затворах;

SQ13, SQ14 - контакты путевого выключателя предельного положения

открытия ворот;

КМ1, КМ2 - оперативные контакты двигателей насосов;

KYZ1, KYZ2 - контакторы электромагнитов золотников управления закрытием

ворот;

KYO1, KYO2 - контакторы электромагнитов золотников управления открытием

ворот;

YH, YZ, YO - электромагниты управления насосами и золотниками

управления открытием и закрытием ворот. Как видно из схем и состава

оборудования, работа данного привода

аналогична работе привода двустворчатых ворот с асинхронными двигателями.

Работу гидропередачи при заданной последовательности операции легко

проследить. Наличие в последней схеме ( смотри рисунок 14 )

электромагнитов управления подачи насосов YH1 и YH2 допускает при

необходимости получение переменной подачи, а значит, и изменение скорости

движения створок, например при створении ворот в операции закрытия и входе

их в ниши в операции закрытия. Для этого в цепи YH1 и YH2 должны быть

введены соответствующие командные устройства.

3.4. Электропривод двустворчатых ворот с тормозным генератором.

Рассмотренная схема двустворчатых ворот при их закрытии работает на

смягченных характеристиках и в результате колебаний скорости не

обеспечивает правильного створения ворот при различных изменения нагрузки

на левую и правую створки из-за ветра и волновых явлении. Кроме того,

вследствие сравнительно высокой скорости створок при срабатывании тормозов

в конце операции раньше времени при закрытии ворот остается большая щель,

а при срабатывании с опозданием имеет место удар створок.

Отмеченные недостатки, если большая часть операции будет происходить на

жестких механических характеристиках работы электропривода, обеспечивающих

сохранение скорости створок при колебаниях нагрузки, и значительным

уменьшением ее в конце операции перед срабатыванием тормозов. Такие

характеристики можно получить в системе с тормозным генератором,

включаемый в конце операции для получения малой скорости привода.

Тормозной генератор может быть отдельной электрической машиной постоянного

или переменного тока, навешенной на вал приводного привода и являющийся

для него дополнительной нагрузкой. Отечественной промышленностью

выпускаются асинхронные двигатели с встроенными тормозными генераторами,

т. е. выполненными в едином корпусе.

Механическая характеристика такого двигателя с включенным генератором

представляет собой кривую, полученную при различных угловых скоростях.

На (рисунке 30) приведены механические характеристики асинхронного

двигателя ( кривая 1 ), тормозного генератора переменного тока ( кривая 2

) и результирующая характеристика при включении обеих машин ( кривая 3 ).

Изменения сопротивления цепи ротора асинхронного двигателя или ток

возбуждения тормозного генератора, можно получить различные по жесткости и

пограничной скорости результирующие характеристики.

Принципиальная схема привода с тормозным генератором отличается то

рассмотренной в предыдущем параграфе только цепями управления и поэтому

здесь не приводится.

3.5. Электропривод с тиристорным управлением. Как отмечалось, в

электроприводах гидротехнических сооружений стали находить применение

полупроводниковые силовые и оперативные элементы и устройства. Так,

например, для управления асинхронными двигателями и регулирования их

частоты вращения в приводах опдъемно-опускных ворот ( затворов ) и

двустворчатых ворот используются тиристерные преобразователи частоты ( ТПЧ

), тиристорные станции управления и регулирования ( ТСУР ) и

пускорегулирующие безконтактные устройства ( ПРБУ ).

Принципиальная схема силовой части электропривода с ПРБУ и векторная

диаграмма э.д.с. работы системы приведены на (рисунке 31), а и б.

Пускорегулирующее бесконтактное устройство состоит из ревесного

бесконтактное устройство состоит из реверсного безконтактного коммутатора

БК, блока динамического торможения БДТ, асинхронного вентельного каскада

АВК, сглаживающих реакторов L и блоков управления и защиты ( последние на

схеме не показаны ). Безконтактный коммутатор состоит из четырех силовых

тиристорных блоков, в каждый из которых входят по два встречно-параллельно

включенных тиристора. Два блока коммутатора служат для включения двигателя

в прямом направлении вращения, а два других - в обратном. Третья фаза

двигателя включенна в сеть напрямую ( не коммутируется ). Блок

динамического торможения тиристорный работает совместно с одним плечем

тиристорного блока коммутатора, которое обеспечивает однополупериодный

выпрямленный ток для динамического торможения. Блок динамического

торможения состоит из симметричного тиристора V1, шунтирующего

неработающую фазу двигателя, и рабочего тиристора V2, шунтирующего две

другие фазы при непроводящем полупериоде работы коммутатора в режиме

торможения.

Асинхронно-вентильный каскад включает асинхронный двигатель с фазным

ротором М, выпрямитель U, инвертор И, ведомый сетью, и сглаживающий

дроссель L. Выпрямитель собран из силовых неуправляемых вентильных блоков

по мостовой схеме, но из силовых управляемых ( тиристорных ) блоков.

Принцип действия ПРБУ основан на работе асинхронного вентильного

каскада со звеном постоянного тока. Регулирование частоты вращения привода

здесь обеспечивается введением добавочного э.д.с. в цепь ротора. Как видно

из векторной диаграммы, при работе вентильного каскада введение в цепь

выпрямленного тока ротора Ip внешней электродвижущей силы Еи, направленной

навстречу току, меняет значение результирующей э.д.с. ротора Ер, а

следовательно, тока и угла сдвига между током и э.д.с. Внешняя

электродвижущая сила, создаваемая инвертором, направленная навстречу току,

и, следовательно, ее вектор сдвинут относительно основной э.д.с. ротора на

угол ( 180 - f ). Внешнюю э.д.с. возможно изменить выбором угла опережения

открывания тиристоров инвертора, обеспечивая изменение результирующей

э.д.с. тока ротора и угла сдвига между ними. Изменение тока ротора вызовет

изменение вращающего момента электродвигателя, а при постоянном моменте

сопротивления и изменение частоты вращения двигателя.

При замкнутой системе регулирования в случае отрицательной обратной

связи по частоте вращения, управляя углом опережения открывания

тиристоров, в такой схеме обеспечивается поддержанием постоянной частоты

вращения при изменении момента сопротивления на валу. Механические

характеристики в рабочем диапазоне нагрузки при этом оказываются такими

же, как и в системе Г-Д. Диапазон регулирования достигает 20:1 и выше.

Первый опыт применения ПРБУ в приводах подъемно-опускных ворот ( затворов

) и двустворчатых ворот показал, что такие системы обладают хорошей

регулирующей способностью и высокой надежностью и экономичностью, однако

имеют сложную систему управления.

4. БЕСКОНТАКТНЫЕ АППАРАТЫ И СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ.

Коммутационные контактные аппараты имеют низкую надежность и сдерживают

дальнейшее развитие автоматизированных электроприводов. В современных

системах широко применяются бесконтактные силовые и оперативные

устройства, не разрывающие электрических цепей, а запирающие и отпирающие

их. В качестве элементной базы таких устройств используют управляемые

вентили ( триоды и тиристоры ), магнитные усилители, бесконтактные

сельсины, бесконтактные емкостные и индуктивные датчики.

Принцип действия большинства из них основан на изменение включаемого в

цепь электрического тока сопротивления, значение которого при опредиленных

условиях может изменяться практически от нуля ( открытое состояние ) до

бесконечности ( закрытое состояние ).

Механизм работы управляемого вентеля в п. 14 на примере тиристора с

выходным параметром в виде изменяющегося напряжения, подводимого к

двигателю и имеющегося в крайних условиях открытое и закрытое состояние.

Бесконтактные аппараты управления долговечны из - за отсутствия

механических контактов, обладают высоким быстродействием, нечуствительны к

изменениям характеристик окружающей среды, имеют низки массогабаритные

показатели и эксплутационные затраты.

Бесконтактные устройства являются наиболее совершенными аппаратами для

построения функциональной части схем автоматического управления

электроприводами. При разработке создании сложных схем управления

электроприводов, таких как приводы основных механизмов шлюзов и судов

технического флота, бесконтактные устройства предусматривают в качестве

контактных коммутационных аппаратов, способных выполнять отдельные

операции в определенной ( логической ) последовательности. Поэтому их

называют логическими элементами.

Бесконтактные логические элементы, как правило, строятся на

транзисторных, диодных и магнитных элементах в виде прямоугольных таблеток

с несколькими входами и выходами и схемами, позволяющими реализовать

отдельные логические функции.

Выходные сигналы на логические элементы могут подаваться от

бесконтактных и контактных датчиков и командоаппаратов.

Схемы на бесконтактных логических элементах могут осуществлять все

электрические блокировки и защиты.

Однако следует учитывать, что схемы на бесконтактных логических

элементах, имея высокую стоимость, обеспечивают только один заранее

заданный алгоритм управления и их невозможно просто переналадить на други

алгоритмы. Поэтому наряду со схемами, выполненными на отдельных логических

элементах в автоматизированных электроприводах, начинают находить

применение унифицированные логические системы управления. Примерами таких

систем являются унифицированная система управления промышленными

механизмами ( УМП - 2 ) и унифицированная бесконтактная логическая система

управления механизмами шлюзов ( УБЛСУ ). Эти системы представляют собой

универсальные устройства, предназначенные для решения логических задач при

автоматизации

электроприводов. Они выполняют логические операции по заданному алгоритму

и позволяют сравнительно простыми средствами менять программы управления.

Для унификации устройств управления двигателями постоянного и

переменного тока электромеханической промышленностью разработаны и

выпускаются станции управления. Они представляют собой объединенные общей

конструкцией комплексные устройства, содержание электрические

коммутационные и защитные аппараты, соединенные по требуемой электрической

схеме и предназначенные для дистанционного автоматического управления

электроприводами. Станции управления выполняют в виде блоков и панелей

управления.

В блоках аппараты монтируются на раме реечной конструкции или на одной

изоляционной плите. Панель управления составляется на общей раме из

нескольких блоков.

В станциях по возможности предусматриваются запасные, не

неиспользованные в схеме вспомогательные контакты аппаратов, а иногда и

целые аппараты для развития схем, блокировок и сигнализации.

Станция управления для сложных систем электроприводов объединяют в щиты

открытого типа в виде панелей или закрытого типа в виде шкафов. Открытые

щиты устанавливают в машинных отделениях или помещениях управления, а

шкафы - около производственных механизмов.

Различают станции общепромышленного типа и специализированные. К

общепромышленным относят станции, имеющие стандартные схемы управления

двигателями постоянного тока, осуществляющие их пуск, реверсирование и

торможение. Специализированные представляют собой станции управления

электроприводами конкретных механизмов различных отрослей промышленности (

металургической, химической, текстильной и др. ).

5. СИНТЕЗ ЛОГИЧЕСКОГО АВТОМАТА

Операция закрытия ворот

После поступления сигнала с пульта управления включается двигатель 1

ведущей створки, следом включается двигатель 2 ведомой створки. Когда

ведущая створка дойдет до угла 50о путевой выключатель отключит двигатель,

ведомая створка продолжает движение, пока не дойдет до угла 65о, затем

срабатывает путевой выключатель и двигатель откючается.

Одновременно с этим включается двигатель ведущей створки и она начинает

движение до тех пор пока не поступит сигнал с датчика касания, о том, что

ведущая створка коснулась ведомой. Двигатель ведомой створки приходит в

движение и оба двигателя доводят створки до полного закрытия, пока не

поступит сигнал с датчика створения. Тогда двигатели отключаются и

механизм створок затормаживается.

Операция открытия ворот

После поступления сигнала с пульта управления включается двигатель 1

ведущей створки и она начинает свое движение. Отойдя на 5о поступает

сигнал на включение ведомой створки. Дойдя до конечных положений оба

двигателя отключаются конечными выключателями. Механизмы тормозятся.

6. ОХРАНА ТРУДА

Электробезопасность при эксплуатации гидротехнических сооружений.

Помещения на гидротехнических сооружениях по опасности поражения

делятся на - помещения с повышенной опасностью, где относительная

влажность достигает 75%. к ним относятся помещения контакторных панелей,

панели автоматики, центрального пульта управления, распределительных

устройств, трансформаторных подстанций, механизмов ворот и затворов;

- помещения особо опасные, где относительная влажность близка к 100%.

Это - кабельные тонели, шахты;

- помещения без повышенной опасности

К ним относятся служебные помещения ( комнаты ИТР, охраны ).

Электрооборудование гидротехнических сооружений выбирают

водозащищенного или герметичного исполнения.

Корпуса электродвигателей, трансформаторов, пусковых аппаратов, кожухов

рубильников заземляются, а неизолированные токоведущие части ограждаются.

Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность при работе в

электроустановках, заключаются в оформлении наряда, выдаче допуска к

работе, надзоре во время работы и оформлении перерывов в работе.

Работы в электроустановках гидросооружений на токоведущих частях без

снятия напряжения допускается производить в аварийных случаях. В остальных

случаях работы должны выполняться при полном или частичном снятии

напряжения.

Технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ с частичным

или полным снятием напряжении выполняется в строго оговоренной

последовательности.

Выполняют необходимые отключения и вывешивают запрещающие плакаты, а

если это необходимо, то устанавливают ограждения.

Затем накладывают переносные заземления - закоротки. Переносные

заземления вначале присоединяют к земле , проверяют отсутствие напряжения,

а затем накладывают на электроустановку.

Наличие напряжения в электроустановках определяется переносными

приборами, указателями напряжения и токоизмерительными клещами.

Большинство работ по обслуживанию и ремонту электроустановок

гидросооружений выполняется лицами, имеющими квалификационную группу не

ниже 4.

6.1. Правила технической эксплуатации электродвигателей.

На электродвигатели и приводимые ими в движение механизмы должны быть

нанесены стрелки, указывающие направление вращения механизма и двигателя.

На коммутационных аппаратах ( выключателях, контакторах, магнитных

пускателях и т.п. ), пускорегулирующих устройствах, предохранителях и т.п.

должны быть надписи, указывающие, к какому электродвигателю они относятся.

Плавкие вставки предохранителей должны быть калиброванны с указанием на

клейме номинального тока вставки. Клеймо ставится заводом

- изготовителем или электротехнической лабораторией. Применять

некалиброванные вставки запрещается. Защита всех элементов сети

потребителей, а также технологическая блокировка узлов выполняются таким

образом, чтобы исключался самозапуск электродвигателей ответственных

механизмов.

Коммутационные аппараты следует распологать возможно ближе к

электродвигателю в местах, удобных для обслуживания, если по условиям

экономичности и расхода кабеля не требуется иное расположение.

Для контроля наличия напряжения на групповых щитках и сборках

электродвигателей размещаются вольтметры или сигнальные лампы.

Для обеспечения нормальной работы электродвигателей напряжение на шинах

поддерживается в пределах 100 - 105% номинального. При необходимости

допускается работа электродвигателя при отклонении напряжения от -5 до

+10% номинального.

Электродвигатель немедленно ( аварийно ) отключается от сети в случаях:

а) несчастный случай ( или угроза его ) с человеком;

б) появление дыма или огня из электродвигателя или его

пускорегулирующей аппаратуры;

в) вибрация сверх допустимых норм, угрожающая целостности

электродвигателя;

г) поломка приводного механизма;

д) нагрев подшипника сверх допустимой нормы, указанной в инструкции

завода - изготовителя;

е) снижение частоты вращения, сопровождающееся быстрым нагревом

электродвигателя.

Профилактические испытания и измерения на электродвигателях должны

проводится в соответствии с нормами.

6.2. Анализ вредных и опасных факторов на гидротехнических сооружениях.

Нормы, мероприятия по поддержанию норм, меры безопасности.

Загрязнение воздуха.

Все служебные и бытовые помещения обеспечены системой естественной и

принудительной вентиляции. Места затора воздуха располагаются в зоне

наименьшего загрязнения.

Уровень шума

Для работы на гидросооружениях уровни шума регламентиуются

"Гигиеническими нормами допустимых уровней звукового давления на рабочих

местах".

|Наименование |Среднегеометрические частоты |Уровн|

| |октавных полос *10 Гц |и |

| | |звука|

| | | |

| | |в дБл|

| |Уровни звукового давления | |

| |6,3|12,|25 |50 |100|200|400|800| |

| | |5 | | | | | | | |

|При шуме, |94 |87 |82 |78 |75 |73 |71 |70 |80 |

|проникающем | | | | | | | | | |

|извне помещений,| | | | | | | | | |

|находящихся на | | | | | | | | | |

|теретории | | | | | | | | | |

|прдприятия. | | | | | | | | | |

|Для кабины | | | | | | | | | |

|наблюдений и | | | | | | | | | |

|дистанционного | | | | | | | | | |

|управления. | | | | | | | | | |

Освещение

Для открытых територий портов, територии и камер шлюзов транспортных

гидросооружений могут быть приняты, в соответствии со СНиП:

|Наименование|Разряд |Характеристика работы по |Наименьшая |

|освещенного |по |СНиП |освещенност|

|объекта |СНиП | |ь в Лк |

|Судоходные | |Грубые работы, требующие | |

|шлюзы | |различия объектов при | |

| | |отношении | |

|а) територия|XVII |Наименьшего размера к |5 |

| | |расстоянию до шлюза 0,05 и | |

| | |более. | |

|б) акватория|XVI |Работы малой точности, |10 |

| | |требующие общего | |

| | |наблюдения. | |

Для производственных, общественных, служебных помещений береговых

предприятий речного транспорта в соответствии со СНиП, нормы освещенности

могут быть приняты:

|Наименование|Разряд |Наименьшая освещенность, Лк|Уровень |

|помещения |по | |рабочей |

| |СНиП | |поверхности|

| | |Люминисцентн|Лампы | |

| | |ые лампы |накаливания | |

|Помещение | | | | |

|пульта | | | | |

|управления | | | | |

|шлюзом. | | | | |

|- в |Vб |150 |100 |на полу |

|помещении | | | | |

|- на пульте |IVа |300 |200 |на пульте |

|управления | | | | |

6.3. Электробезопасность.

Для безопасного обслуживания шлюза предусмотренно выполнение

мероприятий общего характера: ограждение движущихся частей, средства

автоматической остановки и отключение оборудования от источников энергии

при опасных неисправностях, авариях; блокировочные устройства. Пульт

управления снабжен сигнальными световыми устройствами. Организована

периодическая проверка знаний персонала и его обучение.

6.4. Расчет защитного заземления трансформаторной подстанции. Защитное

заземление трансформаторной подстанции осуществляется с

помощью искуственных заземлителей. В качестве искуственных заземлителей

обычно применяют стальные трубы. Их количество определяется расчетом.

1. Удельное сопротивление грунта r принимаем: r = 0,4*104 Ом*см; грунт

- глина.

2. Заземлитель выполняется из стальных труб Д = 20мм, l = 2м,

соединенных стальными полосами 45*4мм.

3. Сопротивление растекания одиночной трубы:

Rт.о.= 0,366*r/l*(ln(2*l/d)+1/2*ln((4*h+l)/(4*h-l))) =

= 0,366*0,4*104/2*(ln(2*2/0,02)+1/2*ln((4*0,6+2)/(4*0,6-2)) =

= 34,18 Ом, где h = 0,6м - глубина погружения заземления.

4. Приблизительно определяем количество труб из условия Rз =40м.

n = Rт.о./(Rз*h) = 34,18/(4*0,6) = 24,24;

где, Rз - требуемое сопротивление заземлительного устройства;

h = 0,6 - коэффициент, учитывающий взаимное экранирование труб.

5. Определяем сопротивление Rn.o. одиночной стальной полосы ( без учета

экранирования трубами ).

Rn.o.= 0,366*r/l1*ln(2*l12/(b1*h1));

где l1 - длинна полосы, м;

l1 = 4*14,24 = 56,96 м;

b1 - 0,045 м - ширина полосы,

h1 = 0,6 м - глубина погружения полосы.

Rn.o.= 0,366*0,4*102/56,96*ln(2*56,962/(0,045*0,6)) = 1,33 Ом

6. Определяем необходимое сопротивление труб, обеспечивающее

сопротивление контура не более заданной величины.

Rт = Rn*Rз/(Rn+Rз); где Rn = Rn.o./hп = 1,33/0,32 = 4,16 Ом

Rn - сопротивление полосы с учетом экранирования трубами, hп =

0,32 - коэффициент, зависящий от отношения расстояния между трубами к

длине трубы.

Rт = 4,16*4/(4,16+4) = 2,04 Ом

Уточняем количество труб.

n = Rт.о./h*Rт = 34,18/(0,61*2,04) = 27,47

Принимаем n = 28 труб.

7. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.

Расчет годового экономического эффекта от внедрения автоматизированной

системы управления технологическим процессом проводки судов через

шлюзованный канал ( АСУТП "Канал" ). Данная модернизация входит в АСУТП

"Канал". В плане работ по совершенствованию технологического процесса

проводки флота по каналу установлена возможность снижения времени

нахождения судов в водах канала с одновременным увеличение его пропускной

способности. Для практической реализации такой возможности создается

автоматизированная система управления технологическим процессом.

На научно - исследовательские работы было затрачено 2 года.

Проектирование намечено проводить 3 года. На внедрение и освоение системы

отводится 1 год. В качестве расчетного принимается год внедрения и

освоения системы.

Распределение капитальных вложений по годам: Kt1 = 2 млн.руб. Kt2 = 2,4

млн.руб. Kt3 = 3,2 млн.руб. Kt4 = 4 млн.руб. Kt5 = 24 млн.руб Kt6 = 44

млн.руб. Капитальные вложения, приведенные к расчетному году, будет

составлять.

K2 = S Kti*(1-e)6-i = 2*442+2,4*444+3,2*443+4*442+24*441+44*440= = 320

млн.руб.

Грузооборот по каналу за навигацию ( А1; А2 ),млн.тон: базового 13;

проекторуемого 21.

Годовые эксплуатационные затраты по каналу и флоту за время нахождения

его в водах канала ( S1; S2 ) млн.руб: базового 348 мил.руб,

проектируемого 369,6 мил.руб.

Средний пробег с грузом за один оборот судна ( l ) км; проектируемого

500.

Средняя доходная ставка по перевозкам ( d ), руб/10 т*км. 1380 руб.

Средняя себестоемость перевозок ( S ), руб/10 т*км. 844 руб.

Расчет экономического эффекта:

Эф = S1(A1)- S2(A2)- Eн*К2+DП

Дополнительная прибыль DП рассчитывается:

DП = (A2-A1)*l/2*(d-S) = (21-13)*500/2*(1380-844)*0,001 = 105 млн.руб.

Эф = 348-369,6-0,3*320+105 = 404 млн.руб.

8. ЛИТЕРАТУРА

1. В.П.Шорин "Электрооборудование водных путей и технического флота".

М; Транспорт 1990 г.

2. П.П.Онохов "Механическое оборудование шлюзов и судоподьемников".

М; Транспорт 1973 г.

3. А.В.Михайлов "Судоходные шлюзы".

М; Транспорт 1966 г.

4. С.А.Попов "Автоматизация производственных процессов на водном

транспорте".

М; Транспорт 1983 г.

5. "Теория электрического привода" ЛИВТ 1979 г.

Методическое указания.

6. В.П.Шорин; Е.И.ВАСИЛЬЕВ; А.А.Ишимикли; "Электрооборудование и

автоматизация береговых установок ( гидротехнических ). ЛИВТ 1983 г.

методоческие указания.

7. Ю.В.Аграновский; Ю.А.Бровцинов; А.А.Ишимикли. "Электрооборудование и

автоматизация портовых перегрузочных машин". ЛИВТ 1981 г.

Методические указания.

8. Э.А.Гомзиков "Электробезопасность на судах и предприятиях речного

транспорта".

ЛИВТ 1991 г. Методические указания.

9."ПТБ и ПТЭ электроустановок".

М; Энергоатомиздат 1989 г.

10. В.П.Андреев, Ю.А.Сабинин

"Основы электропривода"

М.-Л: Госэнергоиздат 1963 г.

11. К.Т.Витюк, Ю.А.Рейнцгольдт, В.П.Шорин.

"Электрооборудование и автоматизация береговых установок на речном

транспорте". М; Транспорт 1979 г.

12. А.А.Ярустовский "Механическое оборудование шлюзов".

М; Транспорт 1967 г.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6