В нынешнее время система управления электроприводом является одной из важнейших в судовой электроэнергетической системе, и имеет перспективы развития, так как нуждается в безотказной работе. Система управления, описанная в данной курсовой работе, находится на начальной стадии развития по сравнению с современными цифровыми системами.
Релейно-контакторное управление заменило управление, основанное на логических элементах, микроконтроллерах. При проектировании такой системы необходимо учитывать то, что электро мотор запускается от маломощного источника и должен работать безотказно. Поэтому вся система должна бить минимизирована, чтобы уменьшить возможность появления неисправности. Так же необходимо обеспечить плавный пуск асинхронного двигателя так, как пусковые токи при обычном пуске доходят до шестикратных величин нормального тока. Современные системы управления стали более компактными, многочисленные реле, контакты которых требуют постоянного ухода заменили электронные микросхемы, что в десятки раз минимизирует объём занимаемый данной системой.
Логика не требует периодического обслуживания, единственным её недостатком является то, что блок логического управления всегда должен находится в определённом температурном режиме. Т.е. на судах, не имеющих системы регулирования температуры в машинном отделении, установка подобных систем не уместна. Но так как на судах нового поколения, изготавливают центральный пункт управления, в котором размещают системы управления всех механизмов, их сигнализации и защиты. Все эти блоки монтируются в главный распределительный щит, а выводы этих блоков подключаются к ЭВМ с которого ведётся либо ручное, либо программное управление.
А т.к. помещение ЦПУ не занимает больших габаритов, есть возможность поддерживать в нём необходимую температуру для устойчивой работы электроники. Применение компьютерного управления в значительной мере минимизирует площадь занимаемую механизмами и упрощает слежение за устойчивой работой механизмов т.к. контролируемые параметры механизмов можно просмотреть на одном дисплее. Минимизация схемы и централизованное управление позволяют обеспечить безотказность работы системы.
Краткая характеристика системы управления электропривода швартовного шпиля фирмы “Сименс”.
В качестве приводного двигателля шпиля применен трехскоростной, двухобмоточный асинхронный двигатель с двухклеточным ротором.
Пуск швартовного шпиля осуществляется непосредственно с местного пульта управления. Электропривод характеризуется следующими параметрами: при первой скорости 2p=16, статор соединен по схеме треугольника, U=380В, P=10,5кВт, n=300об/мин, ПВ=5 мин. При второй скорости 2р=8, статор соединен по схеме двойная звезда, P=24кВт, n=685об/мин, ПВ=30 мин. При третьей скорости 2р=4, статор соединен звездой, P=24кВт, n=1465об/мин, ПВ=10 мин, Iн= 50А.
Схема имеют защиту от большего момента сопротивления и от перегрузки, а также нулевую защиту. Принципиальная схема иллюстрирована на рис. 1.
Рис.1. Принципиальная схема управления пуском швартовного шпиля фирмы “Сименс”
Рис.2 Структурная схема системы управления
Структурная схема представлена на рис. 2 состоит из следующих блоков:
БП – источник питания(двигателя и схемы управления)
ПП – блок плавких предохранителей
БУПиР – блок управления пуском и работой швартовного шпиля(командоконтроллер)
БЗ – блок защиты двигателя
БИЭ – блок исполнительных элементов системы
Функциональная схема управления пуском швартовного шпиля фирмы “Сименс”
Рис. 3. Функциональная схема управления пуском швартовного шпиля фирмы “Сименс”
Функциональная схема представлена на рис. 3 состоит из следующих элементов:
БП – источник питания схемы управления состоящий
ПП – блок плавких предохранителей
БУПиР – блок управления пуском и работой швартовного шпиля
ПУ(КМ) – пульт управления (командоконтроллер)
БЗ – блок защиты двигателя
БИЭ – блок исполнительных элементов системы
КНВ-Т – контакты направления вращения “ТРАВИТЬ”
КНВ-В – контакты направления вращения “ВЫБИРАТЬ”
ДВ – двигатель швартовного шпиля
Т - тормоз
Алгоритмизация функционирования системы.
Алгоритм функционирования системы заключается в следующем:
При замыкании аварийного выключателя АВ система управления получает питание. За это отвечает логический оператор Р1 двигатель готов к пуску.
Далее срабатывает реле напряжения РН и экономический контактор тормозного магнита. В качестве логического оператора P3, P8, P12, P6, P3, P8, P12 выступают проверка положения ручки командоконтроллера.
В первом положении “выбирать” замыкаются контакты командоконтроллера К2 и К4 и подается напряжение на катушки контактора малой скорости М и реверсивного контактора B. Срабатванием В и М обмотка статора, соединенная в треугольник, подключается к сети и подается напряжение на катушку контактора тормоза КТ. При срабатывании КТ подключается тормозной магнит ТМ и расторможенный электродвигатель начинает работу на малой скорости.
При срабатывании электромагнитного тормоза размыкается механически сблокированный с ним экономический выключатель ЭВ, который обесточивает катушку экономического контактора КЭ. В результате этого контакты КЭ размыкаются и в цепь катушки ТМ вводится экономическое сопротивление.
Первая скорость шпиля предназначена для медленного подтягивания судна к причалу.
Во втором положеннии контакты командоконтроллера К4 размыкаются, а контакты К5 замыкаются. При этом отключается контактор М и обмотка статора, соединенная в треугольник. При замыкании нормально закрытого блок-контакта М в цепи катушек контакторов второй скорости происходит последовательное срабатывание контакторов ДЗ и С, которые переключают обмотку статора со звезды на двойную звезду и подсоединяют ее к сети.Также подключается реле времени РУ.
Второе положение командо контроллера используется для работы с номинальной скоростью при подтягивании с номинальным тяговым усилием.
В третьем положении замыкаются контакты К6 и по истечении выдержки времени реле РУ, равной 2 с, подается напряжение на катушку контактора большой скорости Б. Контактор Б подключает быстроходную обмотку статора и, обесточивая контакторы ДЗ и С, отключает среднюю скорость.
Третья скорость служит для быстрого выбирания троса при половинной нагрузке и продолжительности включения, равной 10 мин.
В зависимости от положения командоконтроллера катушка контактора КТ получает питание через соответствующие блок контакторы М,ДЗ,С и Б. В период переключения происходит первоначально размыкание ранее притянутых контактов и затем размыкание разомкнутых.
Подробный алгоритм функционирования можно рассмотреть на рис. 4 (ГСА).
Sн–Начало работы программы
Р1–Проверка получения питания схемы
P2–Проверка тепловой защиты
P21–Проверка аварийный выключатель включен
P3–Проверка положения ручки командоконтроллера 1 скорость “Выбирать”
А4–Обмотка статора соединяется в треугольник
А5–Подключение тормозного электромагнита(растормаживание двигателя)
P18–Проверка времени работы 1 скорости “Выбирать” при полной нагрузке (5 мин)
P8–Проверка положения ручки командоконтроллера 2 скорость “Выбирать”
А9–Отключение обмотки статора, соединенной в треугольник
А10–Обмотка статора переключается со звезды на двойную звезду
А11–Включение реле времени РУ
P12–Проверка положения ручки командоконтроллера 3 скорость “Выбирать”
P14–Проверка истечения выдержки времени реле РУ (2 с)
А15–Отключение обмотки статора, соединенной в двойную звезду(отключение средней скорости)
А16–Подключение быстроходной обмотки
P17–Проверка таймера продолжительности включения 3 скорости “Выбирать”
P19–Проверка перегрузки 20% в течении 2 сек
P6–Проверка положения ручки командоконтроллера нулевое положение
А7–Затормаживание двигателя электромагнитным тормозом
Sк–Конец программы
Блоки со значком ‘ отвечают за те же процессы только в направлении “Травить”
Логическая схема алгоритма схемы управления электропривода швартовного шпиля фирмы “Сименс”.
Графическое состояние объекта
Переключательные функции
В данном пункте были приведены переключательные функции схемы управления электропривода швартовного шпиля фирмы “Сименс”.
Они отображают работу реллейно-контакторной схемы при переводе сиситемы из одного состояния в другое.
В данном случае приведена подготовка механизма к работе и 6 его основных рабочих состояний.(при переводе из положения готовности к работе)
В случае же переключения из одного рабочего положения в другое функции сокращаются и принимают более компактный вид,так как производится меньшее количество действий в блоке управления электроприводом.
7. Рационализаторское предложение
Недостатком данной системы является то, что нельзя проверить работоспособность релейно-контакторной системы без пуска двигателя. При невозможности запуска в аварийном режиме необходимо в течении короткого времени определить неисправность. Данное схемное решение не позволяет это сделать. Я предлагаю включить в схему переключатель тест режима. При переключении в «тест-режим» схема управления будет питаться до автоматического выключателя. Это позволит проверить работоспособность пусковой системы, и системы управления двигателем без пуска самого швартовного шпиля. Рационализированная схема приведена ниже.
Рационализаторское предложение
Инструкция по эксплуатации
При эксплуатации как асинхронных электродвигателей, так и других типов следует руководствоваться некоторыми общими положениями, связанными с их обслуживанием.
При подготовке насоса к пуску необходимо:
- осмотреть снаружи агрегат, убрать посторонние предметы, оставленные на нем (инструмент, обтирочный материал и т.п.), проверить крепеж;
- убедиться в исправности контрольно-измерительных приборов;
- убедиться в исправности смазочных устройств и наличии смазки в достаточном количестве;
- после длительного бездействия рекомендуется провернуть вручную вал не менее чем на 1,5—2 оборота и убедиться в отсутствии заеданий;
- подготовить к пуску электродвигатель.
Убедившись в том, что двигатель исправен и пуску его ничего не препятствует, запускают электродвигатель согласно инструкции по его обслуживанию.
Первичный пуск двигателя после ремонта выполняют с особой осторожностью.
При обслуживании асинхронной машины во время работы необходимо наблюдать за: показаниями контрольно-измерительных приборов;температурой подшипников и сальников.
Кроме того, нужно стремиться к тому, чтобы двигатель по возможности работал в оптимальном режиме.
Если возможны серьезные дефекты (недопустимый нагрев подшипников, ненормальные звуки в двигателе, самопроизвольное изменение режима работы, вибрация и т.д.), двигатель следует остановить и устранить причины неисправности.
Электродвигатель следует содержать в чистоте.
Техника безопасности при обслуживании швартовного шпиля.
При обслуживании необходимо придерживаться правил эксплуатации и техники безопасности. При работе под напряжением необходимо быть соответственно одетым: на ногах должна быть защитная обувь, на руках изоляционные перчатки. Схему необходимо переключать в тест режим, чтобы предотвратить многоразовый запуск. При осуществлении запуска с местного пульта необходимо сообщить напарнику о своих намерениях. Шпиль необходимо ежемесячно запускать и давать поработать в течении 10 мин. После каждого ремонта необходимо проверять направление вращения двигателя. На местном пульте управления должна висеть табличка с инструкцией по запуску.
Швартовный шпиль должен быть немедленно остановлен в случаях:
- появления вибрации, шумов, стуков;
- недопустимого нагрева какой-либо детали;
- неисправности в работе приводного двигателя.
При появлении неисправности в работе системы, или в самом двигателе должны быть приняты меры по ее устранению.
Правила регистра данной системы управления и привода
Швартовный шпиль должен обеспечивать выбирание со скоростью V > 0,15м/с при тяговом усилии F=(36,8-46,6)d^2, где d- диаметр якорной цепи в мм.Выбирание должно происходить не менее 30 мин без перерыва.При подходе к шлюзу скорость цепи ограничивается из условия V < 0,2м/с, причем рекомендуется втягивание V < 0,17м/с.
Электродвигатели переменного тока должны обеспечивать возможность стоянки под током 30с, причем температура нагрева не должна первышать 130% допустимой.
Электрические двигатели должны быть оборудованы дистанционными отключающими устройствами, находящимися вне помещений этих двигателей и вне шахт машинных помещений, но в непосредственной близости от выхода из этих помещений.
Электрические двигатели должны иметь устройства дистанционного пуска, расположенные выше палубы переборок.
Устройства дистанционного пуска должны иметь световую сигнализацию при включении электрического привода.
Система управления должна иметь сигнализацию о перегрузке двигателя.
Отключающие устройства электрических приводов, указанные выше должны быть размещены на видимых местах, закрыты стеклом и снабжены поясняющими надписями.
Заключение
Недостатком данной системы управления является то, что при выявлении неисправности, связанной с цепью управления может занять достаточно много времени. В аварийных режимах это недопустимо. В схему был добавлен переключатель тест режима, с помощью которого можно тестировать работоспособность релейно-контакторной системы управления. Система оборудована сигнализацией по моменту двигателей, по перегрузке моторов, по внезапной остановке мотора. Система частично автоматизирована и нуждается в обновлении системы обновления, улучшении элементной базы системы управления.
