НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ
імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО»
Інститут енергозбереження та енергоменеджменту
Автоматизація управління електротехнічними комплексами
| «На правах рукопису» УДК 621.3 | «До захисту допущено» Завідувач кафедри __________ В.П. Розен «___»_____________20__ р. |
Магістерська дисертація
на здобуття ступеня магістра
зі спеціальності 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
на тему: «Модернізація системи водопостачання адміністративної будівлі для умов м. Києва з розробленням системи управління на базі мікроконтролера»
Виконав (-ла):
студент (-ка) VI курсу, групи ОА-71мп
Ходько Ігор Михайлович __________
Керівник:
ст. викладач
Майданський Іван Ярославович
__________
Рецензент
Директор НДІ «Енергія»
В.П. Калінчик __________
Рецензент:
доц., к.т.н. кафедри Електропостачання
М.Н. Федосенко __________
Засвідчую, що у цій магістерській дисертації немає запозичень з праць інших авторів без відповідних посилань.
Студент (-ка) _____________
Київ – 2018 року
Національний технічний університет України
«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
Інститут Енергозбереження та Енергоменеджменту
Кафедра автоматизації управління електротехнічними комплексами
Рівень вищої освіти – другий (магістерський) за освітньо-професійною програмою
Спеціальність (спеціалізація) – 141”Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка” (“Інжиніринг автоматизованих електротехнічних комплексів”)
ЗАТВЕРДЖУЮ
Завідувач кафедри
__________ В.П., Розен
«___»_____________20__ р.
ЗАВДАННЯ
на магістерську дисертацію студенту
Ходько Ігор Михайлович
1. Тема дисертації «Модернізація системи водопостачання адміністративної будівлі для умов м. Києва з розробленням системи управління на базі мікроконтролера», науковий керівник дисертації Майданський Іван Ярославович, ст. викладач, затверджені наказом по університету від «05» листопада 2018р. №4089-с
2. Термін подання студентом дисертації – 07.12.2018р.
3. Об’єкт дослідження – процеси керування електроприводом насосної станції
4. Вихідні данні – механізм що проектується – електропривод насосу; система електроприводу за схемою ПЧ-АД.
5. Перелік завдань, які потрібно розробити:
1) Розглянути проблему водопостачання в м. Києві.
2) Дослідити основні системи електроприводу насосних станцій.
3) Розробити систему оптимального керування.
6. Орієнтовний перелік графічного (ілюстративного) матеріалу - 25 слайдів
7. Орієнтовний перелік публікацій
І. М. Ходько, І.Я. Майданський. Модернізація системи водопостачання адміністративної будівлі / І науково – практичній конференції магістрантів ІЕЕ, м. Київ, 21-22 листопада, 2018р.
8. Консультанти розділів дисертації
| Розділ | Прізвище, ініціали та посада консультанта | Підпис, дата | |
| завдання видав | завдання прийняв | ||
| | | | |
9. Дата видачі завдання 29 жовтня 2018р.
Календарний план
| № з/п | Назва етапів виконання магістерської дисертації | Термін виконання етапів магістерської дисертації | Примітка |
| 1 | Розділ 1 Водопостачання | 05.11.18 – 11.11.18 | |
| 2 | Розділ 2 Розрахунок електроприводу | 12.11.18 – 25.11.18 | |
| 3 | Розділ 3 Стартап проект | 25.11.18 – 02.12.18 | |
| 4 | Підготовка графічного матеріалу | 02.12.18 – 07.12.18 | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
| | | | |
Студент І. М. Ходько
Науковий керівник дисертації І. Я. Майданський
РЕФЕРАТ
Магістерська дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, переліку використаної літератури (85 сторінок машинописного тексту, 35 рисунків, 7 таблиць, 19 використаних джерел).
Системи водопостачання (СВ) відносяться до числа найбільш ресурсоємних технологічних об‘єктів в комунальному господарстві та промисловості. Найбільшою складовою ресурсоємності є енергоспоживання. Україна відноситься до енергодефіцитних країн. Тому економія електроенергії визнана найважливішим напрямком енергетичної політики в Україні. Розроблені комплексна державна і регіональні програми енергозбереження. Другою складовою ресурсоємності є витрата води, природні запаси якої обмежені. Третьою складовою являється дороге технологічне обладнання, особливо трубопровідні системи, строк служби якого залежить від частоти виникнення перевантажень. В світлі сказаного закономірно актуальною є науково-технічна проблема зниження енергоємності технологічного процесу водопостачання. Вирішенням цієї проблеми досягаються соціальні та економічні результати, що поліпшують умови життя людей, підвищують економічний потенціал держави, зменшують екологічний збиток. Зазначена проблема вирішується в основному двома шляхами. Перший з них полягає в застосуванні більш досконалого технологічного і електротехнічного обладнання, а другий — в розвитку систем автоматизації насосних станцій (НС) з метою вдосконалення процесів управління технологічним обладнанням і поліпшення за рахунок цього економічних показників функціонування СВ.
Актуальність теми магістерської роботи обумовлена гостротою проблеми енергозбереження в комунальному господарстві України і, зокрема, зазначеною вище актуальністю задач енергозбереження в СВ. Підставою для розробки теми являється недостатньо високий рівень автоматизації технологічних процесів у вітчизняних СВ, унаслідок чого не можуть успішно вирішуватися задачі енергозбереження. Зокрема, практично не використовуються інформаційні технології управління, застосуванню регульованого електропривода не приділяється достатньої уваги. Сучасний стан систем автоматизації процесів водопостачання в промислово розвинутих країнах характеризується традиційним підходом вирішувати задачі енергозбереження виключно засобами регульованого електропривода, коли всі насоси на НС обладнуються регульованим електроприводом. Проте останнє в більшості випадків є економічно недоцільним, бо суперечить принципу достатності. Загальні принципи побудови автоматизованих систем енергозберігаючого управління процесом водопостачання на основі нових інформаційних технологій управління в дійсний час не розроблені, кожний розробник систем автоматизації насосних станцій вирішує задачі енергозбереження виходячи з свого досвіду. Ці обставини розглядаються в якості вихідних даних для розробки теми. Необхідність проведення дослідження по темі дисертаційної роботи обгрунтовується значимістю науково-технічної проблеми та існуючим станом систем автоматизації.
Метою дисертації є розробка системи керування енергозберігаючим приводом насосної станції шляхом покращення енергетичних показників.
Об'єкт дослідження – Процеси керування електроприводом насосної станції.
Предмет дослідження – система керування енергозберігаючим електроприводом насосної станції, яка забезпечує мінімізацію споживаної потужності.
Практична цінність розробленої системи керування полягає у використанні асинхронних двигунів із перетворювачем частоти, що дозволяє значно знизити витрати електроенергії і покращити управління процесом водопостачання.
ABSTRACT
The master's dissertation consists of an introduction, four sections, a list of used literature (85 pages of typewritten text, 35 figures, 7 tables, 19 sources used).
Water supply systems (WSS) are among the most resource-intensive technological facilities in the utilities and industry. The largest component of resource intensity is energy consumption. Ukraine refers to energy-deficit countries. Therefore, energy saving is recognized as the most important direction of energy policy in Ukraine. Complex state and regional energy saving programs have been developed. The second component of resource intensity is the flow of water, whose natural reserves are limited. The third component is expensive technological equipment, especially pipelines, the life span of which depends on the frequency of overloads. In the light of the above, the scientific and technical problem of reducing the energy intensity of the technological process of water supply is naturally relevant. The solution of this problem is achieved by social and economic results that improve the living conditions of people, increase the economic potential of the state, reduce the environmental damage. This problem is solved mainly in two ways. The first is to apply more advanced technological and electrical equipment, and the second one is the development of automation systems for pumping stations (PS) with the aim of improving the processes of control of technological equipment and improving the economic performance of JIs due to this.
The urgency of the theme of the master's work is due to the acuteness of the problem of energy conservation in the communal economy of Ukraine and, in particular, the relevance of the energy conservation issues in the JI above. The reason for the development of the topic is the insufficiently high level of automation of technological processes in domestic JIs, as a result of which energy saving problems can not be successfully solved. In particular, the information technology of management is practically not used, the use of regulated electric drive is not given enough attention. The current state of the automation systems of water supply processes in industrialized countries is characterized by the traditional approach to solving energy saving problems exclusively by means of an adjustable electric drive, when all pumps on the PS are equipped with an adjustable electric drive. However, the latter is in most cases economically inappropriate, because it is contrary to the principle of sufficiency. The general principles of the construction of automated systems of energy saving management of the water supply process on the basis of new information management technologies are not currently being developed, each developer of pumping stations automation systems solves energy saving problems based on his experience. These circumstances are considered as the source for the development of the topic. The necessity of research on the topic of dissertation work is substantiated by the significance of the scientific and technical problem and the existing state of automation systems.
The purpose of the dissertation is to develop a control system for the energy saving drive of the pumping station by improving the energy performance.
Object of research - Processes of control of electric drive of a pumping station.
The subject of research - a system for controlling the energy-saving electric drive of a pumping station, which provides for minimization of power consumption.
The practical value of the developed control system is to use asynchronous motors with a frequency converter, which can significantly reduce the cost of electricity and improve water supply management.
| | | Стор. |
| | ВСТУП | 10 |
| РОЗДІЛ 1 | ВОДОПОСТАЧАННЯ | 11 |
| 1.1 | Технологічна схема системи міського водопостачання ------- | 11 |
| 1.2 | Характеристика насосної станції підкачування питної води 9-ти поверхового будинку-------------------------------------------- | 17 |
| 1.3 | Насосні агрегати та їх характеристики----------------------------- | 20 |
| 1.4 1.5 1.6 1.7 | Розрахунок потужності двигуна насоса, вибір електродвигуна---------------------------------------------------------- Регулювання продуктивності НС---------------------------------- Методи регулювання продуктивності------------------------------ Вимоги до електроприводів. Обґрунтування застосування регульованого електропривода-------------------------------------- | 23 24 33 39 |
| РОЗДІЛ 2 | РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРОПРИВОДУ | 45 |
| 2.1 | Визначення параметрів електродвигунів насосів, аналіз режимів їх роботи---------------------------------------------- | 45 |
| 2.2 | Розрахунок статичних характеристик регульованого електропривода--------------------------------------------------------- | 50 |
| 2.3 | Розрахунок пускових характеристик асинхронного двигуна- | 63 |
| 2.4 | Розрахунок енергетичних характеристик електропривода---- | 67 |
| 2.5 | Математичне моделювання регульованого електропривода-- | 67 |
| РОЗДІЛ 3 | СТАРТАП ПРОЕКТ | 75 |
| 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 | Проблеми які вирішує стартап--------------------------------------- Структура автоматизованої системи управління водопостачанням------------------------------------------------------- Побудова автоматизованої системи водопостачання об'єкта з використанням технології бездротового зв’язку--------------- Обладнання-------------------------------------------------------------- Візуалізація автоматизованої системи керування насоcними станціями водопостачання-------------------------------------------- Приклад впровадження системи------------------------------------ ВИСНОВКИ------------------------------------------------------------- | 75 75 76 77 79 82 83 |
| | СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ--------------------------- | 85 |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
1 2 3 4 5 6 7