На предприятии есть оборудование, которое не выпускает продукцию напрямую, но без него производство быстро остановится. Насосы подают воду, вентиляторы удаляют из цеха загрязнённый воздух, компрессоры обеспечивают пневмоинструмент сжатым воздухом, а автоматика следит за тем, чтобы всё это оборудование работало безопасно и экономично.
В учебном модуле "Электрооборудование общепромышленных установок - насосы, вентиляторы, компрессоры, их электропривод, защита, автоматизация и диспетчеризация" рассматривается электрооборудование общепромышленных установок: насосных, вентиляционных и компрессорных станций. Студенты познакомятся с устройством этих установок, принципом действия механизмов, электроприводом, способами пуска и регулирования, защитой, автоматизацией и диспетчеризацией.
Что изучается в модуле
В первой части разбирается место общепромышленных установок в системе предприятия. Рассматриваются их основные задачи: водоснабжение, отопление, вентиляция, кондиционирование, охлаждение, теплоснабжение, освещение и обеспечение производства сжатым воздухом.
Отдельное внимание уделяется электроприводу. Студенты изучают работу трёхфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, способы их монтажа, степени защиты оболочки, классы нагревостойкости изоляции и классы энергоэффективности.
Значительная часть модуля посвящена трём способам управления двигателями:
- прямому пуску;
- устройству плавного пуска;
- частотному преобразователю.
На конкретных примерах показано, почему прямой пуск сопровождается большим пусковым током, как УПП уменьшает механические и электрические нагрузки и чем частотное регулирование отличается от простого плавного запуска.
Насосные установки
В разделе о насосах рассматриваются динамические и объёмные насосы, их устройство, назначение и области применения. Студенты сравнивают центробежные, вихревые, винтовые, поршневые, шестерённые, многоступенчатые и погружные насосы.
Особое место занимает понятие рабочей точки. Она определяется пересечением характеристики насоса и характеристики трубопроводной сети. На этом примере можно увидеть, почему закрытие задвижки уменьшает расход, но не устраняет затраты энергии, а частотное регулирование позволяет снизить обороты насоса и уменьшить потребление электроэнергии.
Рассматриваются также:
- защита от сухого хода;
- контроль уровня жидкости;
- защита от перегрузки и перегрева;
- контроль обрыва и перекоса фаз;
- защита от заклинивания рабочего колеса;
- каскадное управление группой насосов;
- чередование насосов по наработке;
- поддержание давления с помощью ПИД-регулятора.
Вентиляционные установки
Раздел о вентиляции посвящён радиальным, осевым, диагональным и диаметральным вентиляторам. Разбирается выбор вентилятора в зависимости от расхода воздуха и сопротивления воздуховодов.
Студенты узнают, как управлять вентиляторами по давлению, температуре, расходу воздуха и концентрации углекислого газа. Отдельно рассматривается работа вентиляции по расписанию: предварительное проветривание перед началом смены, снижение производительности ночью и переход в аварийный режим при появлении дыма, газа или избыточной температуры.
Особое внимание уделено защите водяного калорифера от замерзания. Будущие специалисты должны понимать, почему при снижении температуры недостаточно просто остановить вентилятор. Автоматика должна включить циркуляционный насос, открыть клапан теплоносителя, остановить вентилятор и закрыть наружную заслонку.
Компрессорные установки
В разделе о компрессорах изучается оборудование, которое производит и подаёт сжатый воздух для пневматического инструмента и систем пневмоавтоматики.
Рассматриваются назначение компрессорных станций, рабочие параметры, циклический режим работы, контроль давления, взаимодействие компрессоров с ресиверами, а также вопросы охлаждения, удаления влаги и масла из сжатого воздуха.
Отдельно подчёркивается роль резервирования. На ответственной станции один компрессор может работать, второй находиться в резерве, а третий обслуживаться. Автоматика должна не только включать и отключать агрегаты, но и равномерно распределять между ними наработку.
Защита и диагностика
Модуль учит рассматривать аварию не как отдельный сигнал, а как последовательность событий. Например, засорение фильтра увеличивает сопротивление сети, двигатель начинает потреблять больший ток, обмотки нагреваются, а затем срабатывает тепловая защита.
Поэтому для каждой установки необходимо определить:
- какой параметр контролируется;
- какой порог считается опасным;
- через какое время выполняется отключение;
- требуется ли задержка;
- разрешён ли автоматический повторный запуск;
- какое действие должен выполнить оператор.
Студенты научатся различать функции автоматического выключателя, контактора, теплового реле, реле контроля фаз, термистора, датчика уровня и защитных функций частотного преобразователя.
Автоматизация и SCADA
Современная общепромышленная установка работает не только с кнопочного поста. Датчики передают в ПЛК информацию о давлении, расходе, уровне, температуре, токе и состоянии оборудования. Контроллер обрабатывает сигналы, выполняет защиту и формирует команды двигателям, насосам, вентиляторам и клапанам.
В модуле рассматриваются:
- ПЛК;
- HMI-панель оператора;
- аналоговые и дискретные сигналы;
- сигнал 4–20 мА;
- ПИД-регулирование;
- каскадное управление;
- гистерезис;
- задержки включения и отключения;
- архивирование параметров;
- журнал аварий;
- диспетчерское управление.
SCADA-система показывает оператору состояние объекта, сохраняет тренды и события, позволяет анализировать работу оборудования и передавать дистанционные команды. При этом SCADA не должна заменять локальную автоматику. Даже при потере связи с диспетчерским пунктом ПЛК обязан продолжать выполнять регулирование и защиту установки.
Практическая направленность
После изучения модуля студент должен уметь:
- определить назначение насосной, вентиляционной или компрессорной установки;
- выбрать подходящий тип электропривода;
- сравнить прямой пуск, УПП и частотное регулирование;
- прочитать упрощённую силовую и функциональную схему;
- подобрать основные виды защиты двигателя;
- определить вероятную причину аварии по показаниям приборов;
- объяснить работу датчика давления, уровня или температуры;
- описать алгоритм запуска и остановки установки;
- составить логику защиты от сухого хода, перегрева и обрыва фазы;
- объяснить работу каскада насосов;
- оценить эффект от применения частотного преобразователя;
- определить функции ПЛК, HMI и SCADA;
- организовать безопасную эксплуатацию оборудования.
Этот модуль связывает электротехнику, электропривод, гидравлику, вентиляцию и промышленную автоматику. Его главная практическая идея проста: надёжность установки определяется не только мощностью двигателя, но и тем, насколько грамотно согласованы механизм, силовая часть, датчики, защита и алгоритм управления.
Скачать файл в PDF можно здесь:
Андрей Повный