Типовой комплект учебного оборудования «Управление насосной перекачивающей станцией систем водоснабжения» СУ-УНПССВ-01

Описание

Лабораторный комплекс предназначен для обучения студентов электротехнических, технологических и механических специальностей нефтяной промышленности. В частности, для проведения лабораторных работ по междисциплинарным курсам «Автоматизация систем водоснабжения», «Автоматизация типовых технологических процессов», «Механика жидкости и газа», «Динамические насосы», «Насосное оборудование» «Электропривод и исполнительные устройства».

Лабораторные работы и методические рекомендации по их проведению:

• «Элементы систем автоматизации»
  • Изучение принципа действия и технических характеристик датчиков давления, расхода и уровня.
  • Изучение принципа действия и технических характеристик исполнительных устройств: электрозадвижек, регулирующих и отсечных клапанов.
  • Изучение технических характеристик и программирование параметров электромеханической системы: асинхронный двигатель, насос, преобразователь частоты.
  • Изучение управляющего устройства системы автоматизации (программируемого контроллера СJ1).
  • Изучение архитектуры распределенной системы автоматизации.
  • Изучение программного обеспечения системы автоматизации.
  • Изучение программного обеспечения SCADA-системы.
• «Автоматизация систем водоснабжения» и «Автоматизация технологических процессов и комплексов»:
  • Изучение замкнутой системы поддержания расхода: задание величины расхода в рассматриваемой системе. Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения расхода до восстановления прежнего уровня;
  • Изучение замкнутой системы регулирования расхода при изменении закона управления. Пропорциональное, пропорционально-интегральное и пропорционально-интегрально-дифференциальные законы управления;
  • Изучение замкнутой системы поддержания давления. Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения давления до восстановления прежнего уровня;
  • Изучение замкнутой системы регулирования давления при изменении закона управления. Пропорциональное, пропорционально-интегральное и пропорционально-интегрально-дифференциального законы регулирования давления во времени. Изучение процесса работы системы слежения за изменением и управления давлением.
  • Изучение замкнутой системы регулирования уровня. Задание величины уровня в рассматриваемой системе. Введение возмущений в виде закрытия/открытия задвижек. Изучение процесса увеличения/уменьшения уровня до восстановления заданного уровня.
• «Насосное оборудование»:
  • Определение напорных характеристик насоса при независимой работы каждого из насосов на свой трубопровод:;
  • Исследование характеристик трубопроводов с местными сопротивлениями в виде задвижек.
  • Исследование характеристик насосов при их последовательном соединении.
  • Исследование характеристик насосов при их параллельном соединении.
• технология перекачки воды:
  • Вывод трубопровода на режим при последовательном запуске насосов с контролем значений расхода жидкости и давления в контрольных точках при заданных законах изменения частоты вращения двигателей, подачи и давления;
  • Вывод трубопровода на режим при одновременном запуске ЭД с автоматическим управлением каждым из них с помощью частотного регулятора для поддержания (не превышения) давления и подачи;
  • Обеспечение заданной производительности при заданных ограничениях давления в характерных точках трубопровода. Влияние возмущающих воздействий (открытие/закрытие задвижек). Корректировка подачи снижением частоты вращения вала насоса. Корректировка подачи увеличением частоты вращения вала насоса.
• «Электропривод и исполнительные устройства»:
  • Изучение принципа действия и технических характеристик датчиков исполнительных устройств системы автоматизации: датчики давления, расхода и уровня, электрозадвижки, регулирующих и отсечных клапаны.
  • Изучение преобразователя частоты Omron F7.
  • Разомкнутая система ПЧ-АД.
  • Разомкнутая система ПЧ-АД.

Состав комплекта

Базовый вариант

• Насосная станция:
  • асинхронный электродвигатель 2 шт.
  • насос центробежный 2 шт.
  • датчики давления 3 шт.
  • измеритель-преобразователь для датчиков давления 3 шт.
  • расходомер 3 шт.
  • клапан электромагнитный 3 шт.
  • вентиль регулирующий с электроуправлением 1 шт.
  • задвижки клиновые 3 шт.
  • кран шаровый 3 шт.
  • клапан обратный 1 шт.
  • бак водяной 2 шт.
  • датчик уровня дискретный 2 шт.
  • измеритель уровня 1 шт.
• Электропитание и распределенная система автоматизации в составе:
  • трехфазный автоматический выключатель 1 шт.
  • блок время-токовой защиты 1 шт.
  • преобразователь частоты OMRON или эквивалент 2 шт.
  • выключатели с дистанционным управлением 2 шт.
  • контроллер измерительный 2 шт.
  • терминалы удаленного ввода/вывода 2 шт.
  • программируемый контроллер 1 шт.
  • пульт оператора 1 шт.
• Автоматизированное рабочее место систем автоматизации технологического процесса 1 шт.
• Программное обеспечение лабораторного комплекса в составе:
  • программное обеспечение преобразователя частоты 2 шт.
  • программное обеспечение АСУТП 1 шт.
• Комплект соединительных проводов 1 шт.

Дополнительно в состав комплекта могут быть включены:

• Методические указания
• Техническое описание

Описание состава

Технические характеристики

• Питание:
  • переменный ток
  • частота 50 ± 0,4 Гц
  • напряжение 3 х 380 ± 22 В
• Потребляемая максимальная мощность 3,0 кВА
• Габариты:
  • длина 3500 мм
  • ширина 1000 мм
  • высота 2000 мм
• Масса 6 кг

Описание функциональной схемы лабораторного комплекса Гидравлическая часть лабораторного комплекса
Рама насосной станции д.б. установлена на опорах. На раме д.б. установлены два бака для воды, емкостью 60 л и 100 л. В нижней части рамной конструкции находится поддон, на котором смонтированы два насосных агрегата.
Насосные агрегаты должны состоять из консольных центробежных насосов и электродвигателей. Характеристики насосов приведены в таблице-перечне элементов.
В схеме имеется: три задвижки с электроуправлением. Назначением этих задвижек является управление потоком жидкости при подаче ее в емкость №2 и управление уровнем жидкости.
При достижении уровня жидкости в емкости №2 верхнего значения или снижении уровня жидкости в емкости №1 ниже нижнего уровня клапаны управления Кл1 и Кл2 переключаются для обеспечения подачи жидкости в нижний бак (№1). Клапан Кл3 открывается при необходимости слива части жидкости из емкости №2 и емкость №1 при проведении работ по изучению системы управления уровнем.
Насосы приводятся в действие асинхронными электродвигателями. В качестве регулирующих задвижек применены клиновые (или дисковые) задвижки с возвратно-поступательным перемещением задвижки. В качестве задвижек, обеспечивающих состояние открыто/закрыто применены шаровые краны поворотного действия.
Электрическая часть лабораторного комплекса
Электрическая схема лабораторного комплекса должна включать:

• выключатели с дистанционным/автоматическим управлением;
• контроллеры, обеспечивающие измерение и индикацию действующих значений тока, напряжения, cos?, активной и реактивной мощности, коэффициентов гармонических составляющих тока и напряжения, показателей качества электроэнергии;
• контроллеры, обеспечивающие измерение и индикацию скорости вращения двигателей;
• дистанционную индикацию давлений, расходов, уровня и скоростей двигателей;
• дистанционное управление преобразователями частоты, задвижками и клапанами;
• отображение мнемосхемы лабораторной установки на экране монитора персонального компьютера;
• отображение текущего состояния электромеханических устройств;
• осциллографирование и регистрацию дискретных и эквивалентовых сигналов.

Система автоматизации лабораторного комплекса
Система автоматизации насосной станции должна представлять собой мастер-контроллер с базовым набором входов/выходов, основной задачей которого является отработка заранее записанной в него управляющей программы, с системой распределенного ввода/вывода, обеспечивающей сбор и обработку информации с эквивалентовых датчиков давления (3 штуки), расходомеров (3 штуки), расположенных в различных точках системы трубопроводов насосной станции и эквивалентового датчика уровня. Кроме того, распределенная система ввода/вывода обеспечивает управление преобразователями частоты, находящимися в электрической части лабораторной установки, и обеспечивающими изменение частоты вращения, а, следовательно, и производительности насосов насосной станции, отсечным электромагнитным клапаном, находящимся на выходе нижнего бака, и управляемой эквивалентовым сигналом электрозадвижкой, расположенной на входе верхнего бака.
Для визуализации и управления технологическим процессом, выбора режима работы и других функций в системе автоматизации насосной станции д.б. установлена панель оператора. На ней отображается вся поступающая с датчиков давления и расходомеров информация, а также информация о состоянии датчиков уровня, коммутационных элементов (отсечного клапана и электрозадвижки), насосов и преобразователей частоты.
Кроме того, для программирования промышленного контроллера, панели оператора, конфигурирования распределенной системы автоматизации, а также визуализации и управления технологическим процессом насосной станции и сбором и анализом различной информации, поступающей с насосной станции, в системе автоматизации должно быть предусмотрено автоматизированное рабочее место, представляющее собой персональный компьютер со SCADA-системой и всем необходимым предустановленным программным обеспечением.