Исследование режимов работы скалярного электропривода рекуператора в системе вентиляции

Объектом исследования является система рекуперации воздуха, управляемая электроприводом с частотным управлением.
Цель работы – решить проблему появления инеевого слоя в вентиляционных системах при использовании рекуператора
В процессе исследования был произведены расчеты и выбраны двигатель, преобразователь частоты, программируемый логический контроллер, датчики, аппараты защиты.
В результате исследования был сформирован алгоритм управления для программируемого логического контроллера, построена схема для монтажа.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………………11
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПРИНЦИПА РАБОТЫ
СИСТЕМЫ. ………………………………………………………………………………………………………………..13
1.1. Объект исследования …………………………………………………………………………………………. 13
1.2. Литературный обзор решений …………………………………………………………………………….. 14
1.3. Предлагаемое техническое решение …………………………………………………………………….. 16
1.4. Составление перечня измеряемых технологических переменных и управляющих
воздействий, определение требуемой точности измерения и управления, а также среды и
условий работы измерительных и регулирующих устройств;…………………………………………….. 19
1.5. Разработка комплекса технических средств АСУ ТП ……………………………………………… 19
2. ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПА РЕАЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА……………..22
2.1. Выбор электродвигателя…………………………………………………………………………………….. 22
2.2. Расчет параметров электродвигателя ……………………………………………………………………. 24
2.3. Выбор преобразователя ……………………………………………………………………………………… 27
2.4. Определение параметров силовой цепи ………………………………………………………………… 28
2.5. Расчет механических и электромеханических характеристик электропривода ……………. 28
2.6. Выбор функциональной и структурной схемы электропривода………………………………… 34
2.7. Имитационная модель электропривода…………………………………………………………………. 36
2.8. Выбор программируемого логического контроллера………………………………………………. 38
2.9. Выбор средств связи. …………………………………………………………………………………………. 39
2.10. Выбор датчиков……………………………………………………………………………………………… 40
3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ С
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ; ………………………………………………..41
3.1. Структурный и параметрический синтез системы управления технологическим
оборудованием; ………………………………………………………………………………………………………….. 42
3.2. Проверка устойчивости ……………………………………………………………………………………… 43
3.3. Разработка алгоритмов функционирования системы управления технологическим
оборудованием; ………………………………………………………………………………………………………….. 49
3.4. Компьютерное моделирование алгоритмов управления ………………………………………….. 51
3.5. Наблюдатель переменных состояния процесса заиневания ……………………………………… 53
4. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ. …………………………………………………………….56
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………. 56
4.1. Анализ выявленных вредных факторов проектируемой производственной среды. ……… 56
4.2. Анализ выявленных опасных факторов проектируемой произведённой среды …………… 61
4.3. Экологическая безопасность……………………………………………………………………………….. 62
4.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………………… 64
4.5. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………………… 66
5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ………………………………………………………………………………………….69
5.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения научных
исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………….. 70
5.2. Определение возможных альтернатив проведения научных исследований ………………… 73
5.3. Планирование научно-исследовательских работ ……………………………………………………. 74
5.4. Определение pеcуpcoэффективнocти проекта………………………………………………………… 84
ВЫВОД ………………………………………………………. ОШИБКА! ЗАКЛАДКА НЕ ОПРЕДЕЛЕНА.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ………………………………………………………………………………………….88
ПУБЛИКАЦИИ ………………………………………………………………………………………………………….91
ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………………………………………………………….92
Приложение А ……………………………………………………………………………………………………………. 92
Introduction ………………………………………………………………………………………………………………… 93
Measured process variables …………………………………………………………………………………………….. 95
Design of the automated control systems of an object……………………………………………………………. 96
The dynamic properties of frosting process…………………………………………………………………………. 97
Observer of state variables of the hoar frost process ……………………………………………………………. 100
Conclusion ………………………………………………………………………………………………………………… 103
References ………………………………………………………………………………………………………………… 104
Приложение Б.1 ………………………………………………………………………………………………………… 105
Приложение Б.2 ………………………………………………………………………………………………………… 107
Приложение В ………………………………………………………………………………………………………….. 109
Приложение Г …………………………………………………………………………………………………………… 110
Приложение Д ………………………………………………………………………………………………………….. 111
Приложение Е.1 ………………………………………………………………………………………………………… 112
Приложение Е.2 ………………………………………………………………………………………………………… 117
Приложение Ж………………………………………………………………………………………………………….. 121
Приложение З.1 ………………………………………………………………………………………………………… 122
Приложение З.2 ………………………………………………………………………………………………………… 123
Приложение З.3 ………………………………………………………………………………………………………… 124
Приложение З.4 ………………………………………………………………………………………………………… 125
Приложение З.5 ………………………………………………………………………………………………………… 126
Приложение З.6 ………………………………………………………………………………………………………… 127
Приложение З.7 ………………………………………………………………………………………………………… 128
Приложение З.8 ………………………………………………………………………………………………………… 129

В данной выпускной квалификационной работе, на основании знаний,
полученных за период обучения по специальности, была спроектирована
рекуперативная установка на базе системы, которая включает в себя
асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором и
преобразователь частоты.
На основании данных о рекуперативной установке, предоставленных
специалистами из ООО «НПО ВЭСТ», предложено техническое решение по
модернизации. Основанием для модернизации служила необходимость
улучшения технических показателей в холодный период времени и
показателей срока службы данной системы.
Поиск решения проблемы производился в российских и международных
патентных базах (http://www1.fips.ru, http://ru.espacenet.com/), крупнейшей в
мире базе рефератов и цитирования – Scopus, политематической реферативно-
библиографической и наукометрической базе данных – Web of Science.
Направление развития данного проекта было выбрано на основании
проанализированных литературных источников.
Реализация проекта производилась при помощи современных
математических (SciLab) и научных средств, была использована
специализированная литература и учебный материал по исследованию
устойчивости (критерий Найквиста), а также выбору и настройке регулятора,
в данном случае был выбран ПИ-регулятор настроенный на симметричный
оптимум.
Были определены технические характеристики, на основании которых
произведен выбор оборудования. Выбор производился с помощью различных
справочных документов и руководств, представленных производителями
оборудования.
С целью более широкого распространения, обеспечения доступности
данного решения для других специалистов и возможности его использования
на других устройствах, программирование произведено в программной среде
CoDeSys, так как множество (более 500 типов) программируемых логических
контроллеров поддерживают программирование в предоставленной среде.
Данное обстоятельство свидетельствует о том, что работа данных средств
возможна и на других устройствах. На примере ОВЕН ПЛК 150,
проиллюстрирована реализация данного решения.
Также была решена проблема измерения величины перепада давления в
условиях помех, при которых происходило непреднамеренное срабатывание
системы. Для этого в системе будет измеряться не сама величина перепада
давления, а тенденция ее изменения. Результаты моделирования
свидетельствуют об адекватности выбора данного метода.
На основании выбранных элементов и способа функционирования
системы, сформирована принципиальная электрическая схема.
Проработан раздел безопасности жизнедеятельности и социальной
ответственности. В частности, рассмотрены различные вредные факторы,
такие как: шум, электромагнитное излучение, недостаточное освещение.
Представлены способы минимизации влияния данных факторов. Рассмотрена
наиболее типичная опасная ситуация на объекте – поражение электрическим
током и методы защиты от нее. Для улучшения экологического состояния
окружающей среды, определены основные точки сбора вредных веществ и
материалов в городе Томск. Предоставлен план эвакуации при чрезвычайных
ситуациях. Освещены правовые аспекты работы.
Рассмотрены экономические аспекты проектирования электропривода:
произведена оценка потенциала и перспективности. Выполнен SWOT-анализ
и определена ресурсоэффективность проекта.
Выполненная квалификационная работа является готовым техническим
решением для реального рабочего проекта. Произведены основные расчеты и
сформирована схема для монтажа. Собранная система готова к запуску на
объекте, но в процессе запуска возможны незначительные изменения в
структуре программного обеспечения для ПЛК, в связи с тем, что могут быть
найдены различные неточности и неучтенные моменты, которые будут
исправляться непосредственно при настройке на объекте.