Разработка логической схемы управления двустворчатых ворот судоходного шлюза - Схемотехника - Скачать бесплатно
План-график на выполнение дипломного проекта студента
группы ЭТ-52 Кузнеченкова А.Ю.
тема:"Разработка логической схемы управления
двустворчатых ворот судоходного шлюза".
|№ |Содержание |Объ- |Кол-во |Сроки |
| | |ем |Чер-ей |выполнения|
|1 |Введение |10 | |07.04.99 |
|2 |Описание управляемого объекта |15 |1 |17.04.99 |
|3 |Описание существующих схем |15 |1 |24.04.99 |
| |управления | | | |
|4 |Синтез логического автомата |15 |2 |30.04.99 |
|5 |Преобразование контактной схемы |20 |1 |12.05.99 |
| |управления в бесконтактную | | | |
|6 |Датчики информации и схемы |15 |2 |22.05.99 |
| |сопряжения управляемого объекта с| | | |
| |логической системой управления | | | |
|7 |Экономическое обоснование |5 | |29.05.99 |
|8 |Охрана труда |5 | |05.06.99 |
Дата выдачи: 01.04.99
Заведующий кафедрой: Францев Р. Э. Руководитель:
Ковалев Ю. Н. Студент: Кузнеченков А. Ю.
СОДЕРЖАНИЕ.
Гл. Стр.
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Общие сведения об электрооборудовании водных путей.
1.2. Состав и назначение механического оборудования гидротехнических
сооружений.
1.3. Основные свойства электрофицируемых механизмов гидротехнических
сооружений.
1.4 Элементы электрического оборудования шлюзов.
1.4.а. Силовое оборудование приводов.
1.4.б. Электрические аппараты системы управления.
1.4.в Оперативная сигнализация.
1.4.г. Поисковая сигнализация.
1.4.д. Светофорная сигнализация.
1.4.е. Элементы и устройства электроснабжения.
2. ОПИСАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА
2.1. Элементы ворот и действующие нагрузки.
2.2. Приводной механизм для перемещения двустворчатых ворот.
2.3. Определение мощности и выбор электродвигателя для
электромеханического привода двустворчатых ворот судоходного шлюза.
2.3.1. Исходные данные.
2.3.2. Определение статических моментов сопротивления.
2.3.3. Предварительный выбор электродвигателя.
2.3.4. Определение момента сопротивления приведенных к валу двигателя.
2.3.5. Проверка предварительно выбранного двигателя.
2.3.6.Выбор электрических аппаратов для управления механическими
тормозами.
2.3.7.Расчет резисторов пускового реостата и выбор ящиков
сопротивлений.
3. ОПИСАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ
3.1. Привод с асинхронными двигателями без регулирования скорости
движения.
3.2. Привод с асинхронными фазными двигателями с регулированием
скорости движения изменением сопротивления цепи ротора.
3.3. Электрический привод с гидропередачей.
3.4. Электропривод двустворчатых ворот с тормозным генератором.
3.5. Электропривод с тиристорным управлением.
4. БЕСКОНТАКТНЫЕ АППАРАТЫ И СТАНЦИИ УПРАВЛЕНИЯ.
5. СИНТЕЗ ЛОГИЧЕСКОГО АВТОМАТА
5.1. Построение СГСА.
5.2. Кодирование СГСА. ( ГСА ).
5.3. Граф абстраактного автомата.
5.4. Функции выхода. Таблицы переходов. Функции возбуждения.
Кодирование состояний.
6. ОХРАНА ТРУДА
6.1. Правила технической эксплуатации электродвигателей.
6.2. Анализ вредных и опасных факторов на гидротехнических
сооружениях. Нормы, мероприятия по поддержанию норм, меры безопасности.
6.3. Электробезопасность.
6.4. Расчет защитного заземления трансформаторной подстанции.
7. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ.
8. ЛИТЕРАТУРА
1. ВВЕДЕНИЕ.
Для увеличения грузооборота речного флота требуется совершенствование
водных путей и судов транспортного флота.
Различные по своим техническим характеристикам современные водные пути
и суда технического флота представляют собой объекты с высокой степенью
электрификации. Электрическая энергия на них применяется для привода
основных и вспомогательных механизмов, связи и сигнализации, освещения и
отопления. Суммарная мощность электродвигателей гидротехнических
сооружений и судов технического флота нередко превышает 300-500 кВт. Такая
энерговооруженность объектов водного транспорта соответствует общему
состоянию электрификации народного хозяйства, где электропривод потребляет
более 60 процентов вырабатываемой электроэнергии.
Отличной чертой современного производства является высокоразвитая
система управления объектами, которая обеспечивает автоматическое
управление технологическими процессами. Электропривод все более
приобретает черты автоматизированного. Автоматизированные электроприводы
условно делятся на три уровня. Основу систем первого уровня составляют
автоматизированные электроприводы отдельных рабочих машин или процессов (
локальные системы ). Системы второго уровня объединяют электроприводы
функционально связанных рабочих машин или процессов с включением устройств
контроля, сбора и обработки информации. Системы третьего уровня включают
ЭВМ и обеспечивают оптимальное управление группой сложных приводов или
процессов по заданным критериям и алгоритмам.
Энерговооруженность основных объектов водного транспорта позволяет
коренным образом улучшить их характеристики.
Основой электропривода производственных объектов является электрическая
машина. Первый электрический двигатель постоянного тока с вращательным
движением был создан в 1834 г. академиком Б. С. Якоби при участие
академика Э. Х. Ленца. Этот двигатель в 1838 г. был применен Б. С. Якоби
для приведения в движение катера на реке Неве. Таким образом, родиной
электродвигателя, а вместе с тем и первого электропривода была Россия.
Указанная работа Б. С. Якоби получила мировую известность и многие
последующие технические решения в области электропривода отечественных и
иностранных электротехников были вариацией или развитием идей Б. С. Якоби.
К наиболее существенным практическим достижениям в области раннего
развития электропривода можно отнести работы В. Н. Чиколева создавшего
привод электродов дуговой лампы ( 1873 г. ) и вентиляторов ( 1886 г. ), П.
Н. Яблочкова, создавшего трансформатор ( 1876 г. ), М. О. Доливо-
Добровольского, изобретателя асинхронного двигателя ( 1889 г. ), А. Н.
Шубина,разработавшего привод с индивидуальным генератором ( 1899 г. ) (
система генератор-двигатель ) и другие.
Огромную роль в развитие электоропривода сыграли научные идеи
крупнейшего русского электротехника Д. А. Лачинова, который раскрыл
преимущества электрического распределения механической энергии, дал
классификацию электрических машин по способу возбуждения, рассмотрел
условия питания двигателя от генератора и особенности механических
характеристик двигателя постоянного тока. Эта выдающаяся работа Д. А.
Лачинова явилась основой науки об электроприводе, которая позднее была
развита трудами главным образом русских и советских ученых, среди которых
должны быть названы П. Д. Войнаровский,
В. К. Дмитриев, С. А. Ринкевич, В. К. Попов, Р. Л. Аронов, А. Г.
Голованов, М. Г. Чиликин, В. И. Полонский и другие.
Развитие науки об электроприводе способствовало росту степени
электрификации и автоматизации производственных объектов и созданию
совершенных систем автоматизированного привода механизма ворот и затворов
шлюзов, судоподъемных устройств и судов технического флота.
Электрооборудование на речном транспорте развивается по пути
дальнейшего совершенствования существующих устройств и создание новых
эффективных автоматизированных систем.
1.1. Общие сведения об электрооборудовании водных путей. Протяженность
внутренних водных путей, пригодных для судоходс-
тва, в нашей стране составляет около 500 тысяч километров, однако активно
используются только 150 тысяч километров, из которых около 80 тысяч
километров освоено за годы советской власти. В это же время построено
около 16 тысяч километров искусственных водных путей, в том числе
Беломорско-Балтийский канал ( ББК ), Волго-Балтийский водный путь ( ВБВП )
имени В. И. Ленина, Волго-Донской судоходный канал ( ВДСК ) имени В. И.
Ленина, канал имени Москвы ( УКиМ ). Водный транспорт занимает все более
заметное место в народном хозяйстве нашей страны и для дальнейшего роста
грузооборота и пассажирских перевозок требует совершенствования водных
путей. Для этого проводят руслоочищение, дноуглубдение, выправление,
регулирование стока и шлюзование. Кроме того, для обеспечения безопасности
плавания на водных путях создается судоходная обстановка в виде системы
береговых и плавучих знаков, определяющих направление судового хода и его
границы. Судоходная обстановка, выправление водных путей с помощью дамб,
полузапруд и других сооружений, а также регулирование стока благодаря
специальным водохранилищям при все своей масштабности не отличаются
большими расходами электроэнергии или спецификой электрификации. Поэтому
основное внимание уделяется шлюзованию и использованию специального флота
для руслоочищения и дноуглубления.
Шлюзование реки позволяет резко увеличить глубины в речном потоке в
результате строительства вдоль пути водоудерживающих плотин со
специальными судопропускными сооружениями в виде шлюзов или
судоподъемников.
Улучшение судоходности водных путей повышает безопасность плавания и
является одним из условий успешного развития водного транспорта. Оно, в
частности, осуществляется подъемом воды напорными гидротехническими
сооружениями с судоходными шлюзами или судоподъемниками.
Судоходным шлюзом называется сооружение, предназначенное для перевода
судов из одного бьефа в другой, отличающихся уровнем воды. Разность
уровней воды в верхнем и нижнем бьефах воспринимается шлюзом как напор.
Схематический план и продольный разрез однокамерного шлюза приведены на
рисунке 1.
Шлюзование осуществляется с помощью камеры 1, разделяющей бьефы, и
устройств, позволяющих выравнивать уровни воды в камере отдельно с верхним
и нижним бьефами. Со стороны каждого бьефа камера имеет судоходные
отверстия, перекрываемые воротами 2. Для маневрирования воротами шлюзы
оборудуются механизмами, располагаемыми на площадках или помещениях голов
шлюзов.При наполнении и опорожнении камера соединяется с бьефами
водопроводными галереями 3, которые перекрываются затворами. Водопроводных
галерей и затворов может не быть, если для наполнения или опорожнения
используются судоходные отверстия.
Для ремонта шлюза предусматриваются затворы, позволяющие отделить его
от верхнего и нижнего бьефа при осушении камеры.
Кроме ворот и затворов с механизмами, камеры шлюза оборудуются
причальными устройствами для учалки судов.
Примыкающие к верхней и нижней головам шлюза подходы состоят из каналов
для захода судна в шлюз, направляющих устройств, обеспечивающих
безопасность входа судов в камеру, причальных устройств и сооружений для
отстоя судов в ожидании шлюзования.
Обеспечение четкой и безопасной проводки судов на современных шлюзах
гарантируется с помощью навигационной сигнализации, связи и
автоматического управления всеми операциями шлюзования.
На внутренних водных путях нашей страны эксплуатируются более 100
судоходных шлюзов. Габариты шлюзовых камер достигают: длина - 300 м,
ширина - 30 м, напор на одну камеру - 20 м.
Различные по своим техническим характеристикам современные судоходные
шлюзы представляют собой уникальные сооружения с высокой степенью
электрофикации, которая позволяет коренным образом улучшить технологию
производственных процессов и условия труда обслуживающего персонала.
Состав и характер электрического оборудования шлюза определяются его
местом в технологической линии, интенсивностью движения на водной
магистрали и уровнем автоматизации управления.
Успешная работа судоходного шлюза зависит от надежности и четкости
действия всех элементов электрического оборудования. В процессе
проектирования и строительства шлюзов предусматривается, что их
электрическое оборудование должно обеспечивать:
заданный технологический режим работы объекта;
постоянную готовность к действию;
возможность дистанционного, а в необходимых случаях и автоматического
управления;
экономичность и полную безопасность работы.
Указанные требования выполнимы лишь при высокой степени электрификации,
автоматизации и качества электрического оборудования.
1.2. Состав и назначение механического оборудования гидротехнических
сооружений.
Механическое оборудование шлюзов делится на:
основное, предназначенное для непосредственного выполнения операций по
пропуску судов через шлюз. К нему относятся рабочие ворота, затворы и их
механизмы;
вспомогательное, необходимое для обеспечения пропуска судов по
определенной схеме и включающее подвижные и неподвижные причальные
устройства;
ремонтное, предназначенное для отделения камеры от верхнего и нижнего
бьефов, состоящее из ремонтных и аварийных ворот, подъемных устройств,
насосных агрегатов и т.п.
Различные размеры камер шлюзов и назначения напоров, а также специфика
работы вызвали появление большого разнообразия конструкций шлюзовых ворот
( плоские,подъемно-опускные, сегментные, откатные, двустворчатые и другие
) и затвор галерей ( плоские, сегментные, цилиндрические, дисковые и
т.п.).
В настоящее время наибольшее распространение получили плоские подъемно-
опускные и сегментные ворота для верхних голов шлюзов, двустворчатые - для
нижних, плоские и цилиндрические затворы - для галерей.
Плоские подъемно - опускные ворота ( рисунок 2 ) представляет собой щит
1, перекрывающий судоходное отверстие и перемещающийся на
колесных или скользящих опорах в вертикальных боковых пазах 2. Нижняя
часть ворот выполнена с наклоном в сторону камеры для направления струи
при наполнении на гасители и устранения вакуума под щитом и при его
подъеме. Аналогичное устройство имеют и плоские затворы водопроводных
галерей.
В эксплуатационных условиях ворота могут принимать три положения: 1)
рабочее ( судоходное отверстие перекрыто ); 2) наполнение
( открыта часть судоходного отверстия ); 3) судоходное ( судоходное
отверстие открыто ).
По эксплуатационно - гидравлическим требованиям при наполнении камеры
шлюза ворота приподнимаются над рабочем положением на 1-3 м с ограниченной
скоростью до 0,2-0,6 м/мин, а по окончании наполнения, на скорости,
превышающей скорость перемещения при наполнении в 20-25 раз, они
опускаются в судоходное положение. В рабочее положение из судоходного
ворота перемещаются также с большой скоростью.
Плоские ворота конструктивно просты и позволяют перекрывать судоходные
отверстия значительных размеров при относительно небольших габаритах голов
камеры. Однако перемещение в вертикальной плоскости и требование двух
резко отличающихся скоростей движения вызывает необходимость применения
сложных приводных устройств и сооружения помещении для расположения
электромеханического оборудования.
Сегментные ворота (рисунок 3 ) по назначению аналогичны плоским
подъемно - опускным, но перемещаются они не по вертикали, а по дуге.
Рабочая поверхность их криволинейна, что позволяет за счет давления воды в
операции наполнения камеры обходится меньшими усилиями для подъема таких
ворот по сравнению с плоскими.
Двустворчатые ворота (рисунок 4 ) состоят из двух полотен 1,
вращающихся вокруг вертикальных осей, расположенных у стен камеры
2. В закрытом состоянии полотна опираются друг на друга опорными подушками
створных столбов, образуя угол 160-170о с вершиной,направленной в сторону
большего уровня воды ( верхнего бьефа ), создающего усилие для удержания
створок закрытыми.
В эксплуатационных условиях двустворчатые ворота могут занимать лишь
два положения: рабочее ( судоходное отверстие закрыто )и судоходное (
судоходное отверстие полностью открыто ), так как наполнение камеры шлюза
при такой системе ворот осуществляется с помощью обводных галерей,
снабженных своими затворами.
Цилиндрические затворы водопроводных галерей (рисунок 5 ) представляет
собой цилиндр 1, установленный в специальной нише и перекрывающий
водопроводное отверстие своей торцовой частью. Рабочее перемещение затвора
осуществляется в вертикальной плоскости с помощью винтовой передачи 2 или
гибкого тягового органа.
Благодаря цилиндрической форме поверхности затвора боковое давление
воды на него уравновешивается, поэтому подъемное усилие при маневрирование
затвором невелико. К недостаткам цилиндрических затворов относятся
потребность в сложной форме галерей и чувствительность к вибрациям.
Механизмы ворот и затворов различаются в зависимости от размеров
шлюзов, их конструкции и общей компоновки. Все механизмы, как правило,
имею редукторы или гидравлические передачи и тяговые органы. В качестве
последних применяются цепные, тросовые, кривошипно-шатунные,штангово-
цепные и штанговые устройства.
Гидравлические передачи используют как для изменения передаточного
числа и скорости движения рабочего органа, так и для получения
необходимого вида механической характеристики привода. В гидравлических
передачах рабочем телом является жидкость, свойства которой и определяют
особенности этого типа передач.
Как и в любой передаче, в гидравлической также имеются входное и
выходное звенья: первым может быть вал насоса,вторым - поступательно
перемещающийся поршень в гидроцилиндре.
Гидравлические передачи делятся на гидростатические ( объемного
действия ) и гидродинамические. В первых давление, создаваемое насосом,
передается через жидкость как рабочее тело на исполнительный орган, во
вторых жидкость приводится во вращательное движение ведущим звеном и
увлекает за собой ведомое.
Мощность гидростатических систем в основном определяется давлением
жидкости, и расход ее сравнительно невелик. Гидродинамические системы,
наоборот, характеризуются большим расходом жидкости и малым статическим
давлением.
Гидростатические передачи, способные обеспечить большие передаточные
числа и преобразовать вид движения, получили преимущественное применение
на водном транспорте. Выходные звенья этих передач могут иметь возвратно-
поступательное, вращательное или возвратно-поворотное движение (
соответственно силовые гидроцилиндры, гидромоторы, моментные гидроцилиндры
).
На рисунке 6 представлена простейшая гидропередача, преобразующая вид
движения. Давление, создаваемое насосом 1, с помощью распределителя 2
передается правой или левой полости цилиндра 3, обеспечивая необходимое
направление движения рабочего органа. Дросселированием, т.е. отводом части
жидкости с помощью дросселя 4 в емкость 5 по сливной магистрали, можно
управлять скоростью движения поршня. Скорость движения рабочего органа
можно изменять также регулированием насосной утановки.
Гидравлические передачи имеют ряд достоинств, обеспечивающих их широкое
применение в промышленности и на транспорте:
возможность различного расположения узлов и элементов;
сравнительная легкость изменения направления движения рабочего органа;
простота защиты установки и рабочих органов от перегрузки;
бесшумность работы;
малая масса на единицу мощности;
простота преобразования вращательного движения в поступательное и
обеспечение больших передаточных чисел в объемных передачах.
Основными недостатками этих передач являются; сложности прокладки
трубопроводных коммуникаций; большие потери давления и утечки
жидкости в уплотнениях; зависимость характеристик систем от
температуры жидкости и ее
вязкости.
Тяговые органы служат для соединения приводного механизма с рабочим
органом, т. е. с воротами или затворами шлюзов.Тяговые органы работают в
исключительно тяжелых условиях, особенно в подъемных механизмах,где часто
они находятся в воде и трудно доступны для обслуживания. Учитывая
неравномерность нагрузки и тяжелые условия их работы, при проектировании
тяговых органов стремятся обеспечить им прочность и надежность.
1.3. Основные свойства электрофицируемых механизмов гидротехнических
сооружений.
Электрифицируемые механизмы гидротехнических сооружений работают в
условиях, отличающихся влажностью ( 100 %), большими перепадами
температуры ( 20-50оС ),значительными колебаниями нагрузки и длительными
перерывами в работе ( при шлюзовании и особенно в межнавигационный период
). Для обеспечения безаварийной работы эти механизмы должны быть
достаточно прочными, долговечными и надежными в эксплуатации. Кроме того,
они должны иметь высокие технико-экономические показатели.
Перечисленные требования распространяются и на электрическое
оборудование.
Главные нагрузки, действующие на электроприводы основных механизмов
гидротехнических сооружений, создаются:
собственным весом перемещаемых устройств;
давлением воды и ветра на них.
Кроме этого, могут возникнуть случайные нагрузки, вызванные навалом
свободно плавающих предметов и шлюзуемых судов, обледенением, ледоходом и
т. п.
Указанные нагрузки, веса устройств, не остаются неизменными в процессе
работ, поэтому все расчеты выполняются для двух возможных их сочетаний:
основного и особого. В основное сочетание включают нагрузки, действующие
постоянно при работе механизма, в особое - главные и случайные ( удары
топляков, заклинивание, ледоход и т. п.). Сочетания нагрузок выбирают в
соответствии с практической возможностью одновременного их воздействия как
на привод в целом, так и на отдельные его элементы. Нагрузки определяют
для статического и динамического режимов работы.
По действующим в системе нагрузкам рассчитывают соответствующие им
моменты и суммированием последних вычисляют результирующие моменты
сопротивления движению Мс.
При определении момента сопротивления нагрузки от навала свободно
плавающих предметов и шлюзуемых судов, а также от обледенения и ледоходов
можно не учитывать, пологая их выходящими за пределы максимального момента
привода и регламентирующими лишь прочность конструкции электрифицируемого
устройства.
При этом например, для двустворчатых ворот с тросовыми, цепными,
штанговыми и штангово-цепными передачами моменты ( в Н*м ) от действующих
нагрузок приближенно будут такими:
а) от веса системы ( момент трения в пяте и гвльсбанде )
Мтр=23Fиfrи+Fгfrг,
где Fг и Fи - реакция в пяте и гальсбане, Н;
f - коэффициент трения;
rи, rг - радиус пяты и гальсбана, м;
б) от гидростатического и гидродинамического давления воды на створку
Мг=0,5Yhl2Dh+0,15rhl2*q2
где Y - вес единицы объема воды, Н/м3;
h - заглубление створки, м;
l - длинна створки, м;
Dh - перепад уровней воды, м; r - плотность воды, кг/м3: q - скорость
движения створки, м/с:
в) от действия ветра
Мв=Fвl/2,
где Fв - сила ветра,действующая на створку, Н;
l - длина створки, м.
Момент сопротивления будет равен
Мс=Мтр+Мг+Мв.
В динамическом режиме работы, кроме перечисленного, учитывают
дополнительный момент ( в Н*м ) от сил инерции створки:
Ми=Jw/t,
где J - момент инерции створки, кг*м2;
w - угловая скорость движения створки, с-1;
t - время динамического режима, с;
Момент сопротивления движению подъемно-опускных ворот ( затворов )
создается главным образом весом ворот и сопротивлением трения в опорно-
ходовых и закладных частях. Составляющие момента сопротивления ( в Н*м )
можно определить следующим образом:
а)
|
