Магістерська робота на тему: «Дослідження та розробка

системи автоматизації технологічної підготовки води для

зрошувальних машин»Підготував студент

2 курсу магістратуриГрицанюк Р.Я.

Об’єкт, предмет, мета магістерської роботи

• Об’єктом магістерської роботи є процеси водопідготовки для зрошувальних машин.

• Предметом є система автоматичного керування водо підготовкою для зрошувальних машин.

• Мета роботи полягає у зменшенні витрат енергії на технологічну водопідготовку шляхом розробки системи автоматичного керування водопідготовкою.

Основними показниками якості води є:

• вміст агресивних газів (СО2 і О2)• прозорість води (вміст зважених речовин,

які видаляються легко при фільтруванні)• твердість води (вміст у воді солей кальцію і

магнію)

Функціональна схема автоматизації технологічного процесу

Катіонний фільтр

• це металічний резервуар циліндричної форми, всередині якого міститься сульфовугілль. Висота шару сульфовугілля залежить від твердості вхідної води; при більшій твердості шар вище. У нижній частині фільтра під шаром сульфовугілля розташовується дренажний пристрій, що складається з колектора і системи труб, приєднаних до нього. До верхньої частини цих труб приварені патрубки з різьбленням для нагвинчування спеціальних щілинних дренажних ковпачків, виготовлених із пластмаси. Ці ковпачки на своїх гранях мають вузькі щілини, ширина яких менша найменшого зерна сульфовугілля, що запобігає виносу матеріалу з водою під час його роботи і регенерації.

Вертикальний натрій-катіонний фільтр

1 – вхід сирої води; 2 – вихід пом'якшеної води; 3 – підведення сольового розчину; 4 – сульфовугілля; 5 – бетон; 6 – дренажний пристрій; 7 – корпус фільтра;8 – спускна труба; 9 – щільовий дренажний ковпачок

Позначення і загальна характеристика фільтрів ФІПА ІІ

Обозначениетипоразмера

Рабочеедавление,

МПа

Условныйдиаметр

фильтра, мм

Высота фильтрующегослоя, мм, не более

Производительность,м3/ч

Масса комплекта,

кг

ФИПа II-1,0-0,6 Na 0,6 1000 1500 40 910

ФИПа II-1,4-0,6 Na 0,6 1400 1500 92 1310

ФИПа II-1,5-0,6 Na 0,6 1500 1500 90 1510

ФИПа II-2,0-0,6 Na 0,6 2000 1500 150 2510

ФИПа II-2,6-0,6 Na 0,6 2600 1500 250 4200

ФИПа II-3,0-0,6 Na 0,6 3000 1500 350 4960

Регенерація фільтрів

•Іонообмінні фільтри водопідготовчих установок являють собою

апарати періодичної дії. На протязі робочого періоду іонітного фільтра

виснажується обмінна ємність завантаженого у фільтр матеріалу.

Відновлення обмінної ємності досягається пропуском через них

регенераційного розчину з наступним відмиванням фільтра, крім того,

проводиться попереднє розпушення шару іоніту. Автоматичні

прилади хімічного контролю якості води повинні бути досить

надійними і мати достатню точність, тому відключення іонітних

фільтрів на регенерацію здійснюється автоматично, за непрямими

показниками (наприклад, по кількості обробленої води або за часом)

Вибір насосу типу НМ 1250-260-2.1

Параметр Значення

Подача, м³/ч 1250Напор, м 260Допускаемый кавитационный запас,м

20

Частота вращения, об/мин 3000Мощность насоса, кВт 928КПД насоса, % 82Тип насоса НМ

Вибір двигуна

Марка

агрегата

Двигател

ь

Напр., В

h1 h2 h3 h4 h5 h6 l1 l2 l3 l4 l5 d1 d2 Масса, кг

насоса

агрег.

АНМ 1250-260-2.1

СТДП-

1250-2

6000/10000

340 320 630 1200

630 1350

700 700 1840

5175 2010

353 353 3000

11530

4А3МВ-1250

6000

560 1135

4655

1060

9080

4А3МВ-1250

10000 4765 9400

Станція управління насосом Sauger SS

Станція призначена для автоматичного і ручного управління трифазним насосним агрегатом з прямим пуском електродвигуна.Станції застосовуються для роботи з двигунами потужність від 0,55 до 55 кВт.

Модель насосної станції транспортування води при використанні частотного регулювання обертами

електродвигуна (використовуючи частотний перетворювач)

Структурна схема асинхронного електродвигуна при управлінні живлячої напруги

• По данній структурній схемі отримаємо передатну функцію по керуючій дії в відносних одиницях

де ТМ — механічна постійна часу двигуна, ТЭМ — електромагнітна постійна часу двигуна, у = U1a/U1aн — відносна напруга статора (до номінального), υ = Ω1/Ω1н — відносна частота напруги статора (до номінальної).

• Для передавальної функції вигляду(2) при холостому ходу для двигуна А-400У-0,38/0,66-6У3 параметри були отримані експериментально і функція прийняла вигляд:

Виконуючи перетворення попередньої формули, зворотні перетворенням у виразі отримуємо:

• Механічна характеристика насосного агрегату на робочій ділянці може бути описана рівнянням

Модель насоса відносно створюваного ним моменту опору в середовищі Simulink пакета MatLab

Модель насоса відносно напору в середовищі Simulink пакета MatLab

Модель трубопровода в середовищі Simulink пакету MatLab

Структурна схема гасника гідравлічних ударів

Структурна схема регулятора тиску

• Вихідні дані по двум попереднім схемам були прийняті згідно із попередніми експериментальними дослідженнями. Особливість статистичного експерименту полягала у тім, що маса робочого клапану та коефіцієнт в’язкого тертя взяті оптимальними для регулятора РДУ-200 та КВ-100 . Відповідно: m = 1 кг; b = 1,5103 Н/м/с.

Визначення передатних функцій об’єкта керування за результатами моделювання

• Для дослідження об’єкта керування був використаний аналітичний метод. При цьому застосовувався закон збереження, інтерпретований до об’єктів, що заповнюються рідиною. Була визначена передатна функція каналу керування “Тиск – зміна площі заслінки”.

• На підставі закону збереження:

де: Qп – подача води до камери;Qв – рідина яка забирається

насосом; S – площа основи камери

• де: - питома вага рідини;• р1 – тиск при подачі води до камери;

• рв – тиск, що створюється водяним стовпом;• J – коефіцієнт опору вхідного вентиля;• S1 – площа перерізу вентиля через, який подача йде рідини

вв QppJ

SdtdHS 11

2

1 12

вd HS S p pdt J

Витік рідини при цьому не зміниться, оскільки рідина забирається насосом:

Отже, для зазначених умов динамічні властивості трубопроводу описуються інтегруючою ланкою.

Структурна схема дослідження об'єкта управліня у пакеті "MatLab/Simulink"

Вибір алгоритму керування• Динамічні властивості об'єктів керування дають змогу

визначити на стадії проектування алгоритм управління. Для цього проаналізуємо співвідношення між сталою часу та часом запізнення об'єкта керування:

• 2/Т1 – то рекомендується лінійний алгоритм керування;• якщо /Т1 – імпульсний алгоритм керування;• якщо /Т0,2 – позиційний алгоритм керування• При визначенні слід пам'ятати, що структура передаточної

функції має відповідати структурі, описаній у виразі.• Оскільки для нашого об'єкту:• Отже, алгоритм його управління, доцільно вибрати –

позиційний.

Вибір мікроконтролера• При виборі керуючого елемента зупинились на мікроконтролері

фірми MICROCHIP РІС16С72. Це пов’язане з тим, що мікроконтролер відноситься до дешевих, високоефективних, 8-розрядних мікропроцесорів із вбудованим аналого-цифровим перетворювачем. Всі мікроконтролери РІС16/17 використовують RISC структуру процесорного ядра. мають розширені можливості, восьмирівневий стек та багато зовнішніх та внутрішніх переривань.

• Гарвардська архітектура з окремими шинами команд і даних дозволяє одночасно передавати 14 розрядні команди і 8 розрядні дані.

• Двохкомандний конвеєр забезпечує виконання всіх команд за один машинний цикл, окрім команд розгалуження програми.