akciya

Компрессорная установка 4ВУ1-5/9

Цель данной работы - практическая автоматизация системы управления поршневым воздушным компрессором 4ВУ-1-5/9, обеспечение автоматического режима работы компрессора.

Автоматизация технологического процесса - это совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений. Основными целями автоматизации компрессорной установки, как технологического процесса, являются повышение эффективности и безопасности производственного процесса. Для реализации этих целей необходимо решить следующие задачи: улучшение качества регулирования, повышение коэффициента готовности оборудования, улучшение эргономики труда операторов процесса, хранение информации о ходе технологического процесса и аварийных ситуациях и т. д.

Автоматизация системы управления поршневым воздушным компрессором 4ВУ-1-5/9 предполагает выполнение множества действий. При понижении давления в воздухосборнике до минимального нужно производить пуск компрессора, т. е. включить магнитный пускатель для запуска электродвигателя компрессора, отключить электромагнитный вентиль продувки и электромагнитный вентиль, управляющий перепуском (разгрузкой) II ступени, включить счетчик моточасов, лампу, сигнализирующую о включении электродвигателя компрессора. Компрессор работает на наполнение воздухосборника.

Автоматическая остановка компрессора (при выборе режима регулирования "пуск-останов"), с повышением давления воздуха в воздухосборнике до максимальной необходимы размыкание контактов реле давления, размыкание цепи питания реле пуска, отключение магнитного пускателя, включения электромагнитного вентиля управляющего перепуском. Происходит автоматическая остановка компрессора с включением продувки и разгрузки. Вентили остаются включенными в течение времени бездействия компрессора и выключаются после очередного автоматического пуска компрессора.

При регулировании производительности в режиме "перепуск" необходимо обеспечить при достижении давления воздуха в воздухосборнике до максимального размыкание контактов реле давления, включение питания катушек электромагнитных вентилей продувки и разгрузки. Начинается работа компрессора на перепуск. При понижении давления в воздухосборнике до минимального необходимо включение компрессора для заполнения воздухосборника.

Также необходимо реагировать на внештатные и аварийные ситуации, при повышении температуры воздуха после I ступени до значения уставки замыкаются контакты термометра манометрического, необходимо включить лампу, сигнализирующую о перегреве I ступени компрессора, включить звонок, отключить реле пуска, обеспечить остановку компрессора с включением продувки и разгрузки. Отработать ситуацию снятия аварийного сигнала и блокировки с местного щита управления и т.д.

Для возможности практической автоматизация системы управления поршневым воздушным компрессором (в т.ч. для задач курсового проектирования) был создан имитатор, представляющий собой распределенную систему имитации, включающую как программную реализацию (следующий ниже рисунок), так и средства ввода/вывода, контроллер и другие необходимые средства.

Возможности рассматриваемого имитатора позволяют управлять технологическими параметрами, режимами работы установки, определять её техническое состояние, определять пути повышения подачи, экономичности и безопасности работы компрессора и вспомогательного оборудования.

Студенту доступна информация с датчиков: температуры и давления после каждой ступени сжатия и каждого промежуточного холодильника, температуры и давления в воздухосборнике (ресивере); действительная производительность компрессора по показаниям расходомера; температура масла в картере; расход масла на смазку цилиндров компрессора; частота вращения вала компрессора; мощность на валу компрессора и т.д. Так как работа компрессора зависит от многих факторов, входными данными также являются: барометрическое давление всасываемого атмосферного воздуха; температура всасываемого атмосферного воздуха; относительная влажность всасываемого атмосферного воздуха; напряжение, подаваемое на двигатель; коэффициенты, характеризующие возможные неисправности и т.д.

Рисунок. Вид компрессора, щита приборов, управления и сигнализации

После определения состава имитируемого оборудования, номенклатуры входных и выходных данных, студент производит программирование контроллера путем получения данных (по реальным проводам) с имитируемого оборудования и управлением доступными ему устройствами (по реальным проводам). Имитатор обеспечивает имитацию следующих датчиков: давления в воздухосборнике, показания расходомера; температуры на первой и второй ступени; давления на первой и второй ступени; оборотов электродвигателя, температуры масла в картере и т.д. Обеспечивается управление магнитным пускателем для запуска электродвигателя компрессора, электромагнитными вентилями продувки и перепуска, счетчика моточасов, сигнальных ламп, реле давления, звонка. Возможно использование местного щита управления. В процессе работы с имитатором студент имеет возможность изучать схему стенда, процедуру управления компрессором, режимы регулирования, проверку системы предохранительных клапанов и т.д.

Указанные возможности обеспечиваются использованием достаточно сложной математической модели, выполняемой в среде LabVIEW. Математическая модуль учитывает температуру масла в картере; обороты вала; относительный объем мертвого пространства цилиндров; процент охлаждения воздуха в теплообменнике; показатель процесса расширения в мертвом пространстве; механический кпд компрессора; передаточное число вентилятора; кпд передачи; мощность вентилятора; коэффициент перепуска 1-ой и 2-ой ступени; состояние предохранительных клапанов ступеней; диаметр поршня 1-ой и 2-ой ступени; длину хода поршня 1-ой и 2-ой ступени; давление на входе в компрессор; давление на выходе из 1-ой ступени; температуру на входе в 1-ую ступень; учёт потерь, обусловленных созданием всасывания; давление на входе с 1-ой ступени; давление на выходе из 2-ой ступени; минимальное давление открытия перепускного клапана и т. д.

Рисунок. Схема взаимодействия

Особенностью созданного имитатора является возможность проводить работу при различных состояниях атмосферного воздуха (влажность, температура, давление), что позволяет оценивать его влияние на производительность, потребляемую мощность и т.д. Кроме того, обучаемый имеет возможность проводить работу при экстремальных и аварийных режимах. Указанные возможности имитатора позволяют успешно использовать его в лабораторном практикуме и курсовых проектах по дисциплинам "Введение в SCADA-системы", "Микропроцессорные системы автоматизации и управления", "Передача данных в информационно-управляющих системах", "Автоматизированное управление в технических системах с применением SCADA-систем" и т.д., дополняя традиционные способы проведения таких работ. Общий вид имитационной системы для автоматизации компрессорной установки на базе контроллеров фирмы National Instruments приведены на рисунке ниже.

Рисунок.  Общий вид имитационной системы

Используемый при создании этого имитатора подход позволяет проектировать распределенные имитационные системы практически любой сложности, с возможностью одновременной работы большого количества пользователей, выполняющих различные функции. Например, возможна совместная работа инструкторов (задающих производственные сценарии), операторов объектов (принимающих решения и осуществляющих управление), диспетчеров производства, механиков, инженеров по автоматизации и т.д., что открывает совершенно новые возможности как при переподготовке специалистов на производстве, так и при обучении студентов в вузе.