Усовершенствование электроэнергетического хозяйства на сельхоз предприятии

Схема

Описание назначения электрической схемы и принципа её работы

Поскольку данный датчик должен быть частью технологической линии, то и питание данное устройство должно брать непосредственно от неё, без использования батареек и подобных источников питания, кроме того в случае вибрации данный датчик должен усилить поступающие аналоговые сигналы, для того что бы они дошли до ПЛК. Так как щиты оперативного управления технологической линии могут располагаться достаточно далеко от диагностируемого электродвигателя (сотни метров), то необходимо учитывать сопротивление провода на данном расстоянии и прочих слабых электромагнитных помех, которые могут проходить сквозь данный провод, которые способны сбить не усиленные аналоговые сигналы, проходящие через данный провод.

Данная схема имеет две основные части: Схема бестрансформаторного (конденсаторного) питания 220-12В и операционного усилителя.

Принцип работы схемы бестрансформаторного питания

Простая конденсаторная схема питания является малогабаритной, принцип которой основан на "поглощении" лишнего напряжения на конденсаторе. Но, перед описанием схемы необходимо разобрать принцип работы делителя напряжения. Данный делитель основан на последовательно включённых резисторах R1 и R2, где R1 является ограничительным, а R2 добавочным, он же является внутренним сопротивлением нагрузки. Нам необходимо из 220В получить 12в, которое будет падать на сопротивление нагрузки R2. Это означает, что оставшееся напряжение 220-12= 208В должно падать на R1. Сопротивление R2 составляет 80Ом. Тогда по закону Ома, ток в цепи будет протекать: U2-12В/R2-80Ом = 0,15Ампер. Данный ток пойдёт через резистор R1. Зная что на данном резисторе будет напряжение 208В, следовательно сопротивление его будет R1=UR1/Iцепи - 208/0,15= 1,387Ом

Мощность резистора составляет: R1: Р = UR1 * Iцепи = 208 * 0,15 = 31,2 Вт. Но для того что бы резистор не грелся, протекаемую в нем мощность необходимо увеличить почти в два раза (60Вт), что не есть хорошо, из за его больших габаритов. В качестве решения данной проблемы используют конденсатор. Мы знаем, что любой конденсатор в цепи переменного тока обладает таким параметром, как "реактивное сопротивление" - сопротивление радиоэлемента изменяющееся в зависимости от частоты переменного тока. Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле:

=

где п - число ПИ = 3,14, f - частота (Гц), С - ёмкость конденсатора (фарад). Заменив резистор R1 на бумажный конденсатор С, мы "забудем" что такое резистор внушительных размеров. Реактивное сопротивление конденсатора С должно приблизительно равняться ранее рассчитанному значению R1 = Хс = 1 387 Ом. Преобразовав формулу заменив местами величины С и Хс, мы определим значение ёмкости конденсатора:

C=

С1 = 1 / (2*3,14*50*1387) = 2,3*10-6 Ф = 2,3 мкФ

Это может быть несколько конденсаторов с требуемой общей ёмкостью, включенных параллельно, или последовательно. Однако возникает вопрос в работе схемы: как сделать так что бы R1 работал в режиме постоянного тока а конденсатор С1 в режиме переменного, а на выходе делителя напряжения должно выходить постоянное напряжение? Данный вопрос решается добавлением диодного моста в схему Это достигается вводом в схему диодного выпрямителя разделяющего входную и выходную цепь, а так же элементов сглаживающих пульсацию переменного напряжения в выходной цепи. Конденсатор С2 является сглаживающим пульсации, а резистор R1 шунтирует конденсатор. При работе он своим большим сопротивлением не мешает работе схемы, но после её отключения, принимает на себя разряд конденсатора С1. Однако нам необходимо учитывать, что в процессе работы схемы в конденсаторе часто происходят процессы "перезарядки", а так же небольшие сдвиги тока по отношению фазы, необходимо брать конденсатор на напряжение в 2 раза выше подаваемой в электрическую цепь (400В). По данной формуле:

C=

мы можем рассчитать значение ёмкости для схемы бестрансформаторного питания.

Добавление транзисторного каскада VT1 параллельно нагрузки позволяет исключать увеличение напряжения во вторичной цепи. В случае отсутствия нагрузки в схеме ток протекает через него, и в случае отключения нагрузки напряжение на конденсаторе может возникнуть максимальное 315В.

Расчёт делителя смещения каcкада cтабилизации проводится всё по тем же формулам делителя напряжения, при извеcтных Uвх.дел. = 12 вольт, Uвых.дел. = 0,65 вольт и токе транзиcторного делителя, который должен быть приблизительно в двадцать раз меньше тока протекающего через ёмкость С1. Этот ток легко найти:

Iдел. = Uвх.дел. / (20*Rн) = 12 / (20 * 80) = 0,0075 ампер

где Rн - cопротивление нагрузки, в нашем случае это - cопротивление обмотки реле Р1, равное 80 Ом.

Cопротивление резистора R3 определяется по формуле:

==

где Rобщ - общее cопротивление резисторов делителя cмещения транзистора VT1, которое находится по закону Ома:

=

Итак: Rобщ = 12 / 0,0075 = 1600 Ом ; R3 = 0,65 * 1600 / 12 = 86,6 Ом , по номинальному ряду, ближайший номинал - 82 Ом; R2 = 1600 - 86,6 = 1513,4 Ом , по номинальному ряду, ближайший номинал - 1,5 кОм. Зная падение напряжения на резиcторах и ток делителя, не забудьте раccчитать их габаритную мощность. C запасом, габаритную мощность R2 выбираем в 0,25 Вт, а R3 - в 0,125 Вт.

Резонансный усилитель. Поскольку в качестве колебательного контура у нас выступает чувствительный элемент датчика, генерирующий аналоговые сигналы вследствие вибрации корпуса электродвигателя, то для работы с данным элементом наиболее хорошо подходит резонансный усилитель, на транзисторных каскадах, низкой частоты (УНЧ). В приложении (внешний вид схемы), представлен примерный внешний её вид. Данная схема выполнена на SMD компонентах в состав которой также входят: Клеммные колодки служат для подключения основного кабеля 2 средних провода подсоединяются к питанию самого датчика от электродвигателя, а два крайних на расключительную коробку для подключения провода к ПЛК. Диодный мост SMD, резисторы, конденсаторы, транзистор SMD, резонансный усилитель SMD. 5.6 Корпус датчика .Корпус датчика. выполняет защитную функцию от воздействия его внутренних элементов от физических, химических, механических воздействий окружающей среды, а также является элементом крепления к диагностируемому электродвигателю. Корпус датчика состоит непосредственно из: Внешней оболочки - Выполняет вышеперечисленные функции, но кроме этого содержит резьбу для соединения основного корпуса с фитингом. Кроме того внутренняя полость датчика (там где располагается схема) является незаполненной (Прим. не залита эпоксидной смолой) для того что бы в случае повреждения платы её можно было заменить или перепаять повреждённый в ней элемент. Уплотнительная резинка - Служит для предотвращения попадания влаги или пыли в барно электродвигателя. Поскольку сам датчик устанавливается через просверленное в крышке барно электродвигателя отверстие, то свободное небольшое пространство между отверстием и датчиком будет не только указывать ложные показания на программно-логическом контроллере, из-за неправильной установки электродвигателя, но так же будет способствовать попаданию влаги, пыли и других мелких элементов в отверстие электродвигателя от которого выходят провода обмоток, тем самым загрязняя внутренние части электродвигателя, что приведёт его с более быстрому ремонту, чем обычно. Так же возможно попадание пыли на контакты проводов, расположенные в барно. Это может привести к замыканию в электродвигателе. Фитинг - Данное устройство предназначено для крепления к корпусу датчика, обеспечивая герметичность датчика, что способствует его работе при любых погодных условиях, независимо от окружающей влажности, пыльности, и других негативных для работы датчика условий. Данное устройство имеет уплотнительную резинку в центре для ввода кабеля в датчик, или его замены. Также при откручивания фитинга, из корпуса "выглядывает" часть платы (там где клеммники) для удобного монтажа кабеля. 5.7 Кабель датчика Кабель датчика имеет четыре изолированные жилы (провода): 2 провода по 2,5кв. мм - Данные провода являются гибкими многожильными в медном исполнении с концевыми наконечниками, обсаженные термоусадочной трубкой для дополнительной изоляции, для подключения питания к электродвигателю. Провод с изоляцией красного цвета является фазным, а провод с изоляцией синего цвета является нулевым. Примерная длинна проводов составляет около 20см 2 провода по 0,75кв. мм - данные провода являются сходными по конструктивным признакам с вышеописанными проводами, за исключением того, что вместо кольцевых наконечников, провода "заходят" в изолирующую расключительную коробку. Расключительная коробка - Данный элемент предназначен для изолирования контактов проводов 2 по 0,75кв.мм Данная коробка представляет собой прямоугольник из изолирующего материала без одного торца, внутрь которого помещается 4х-контактный изолирующий зажим типа WAGO для провода 0,75-1,5кв.мм для надёжной изоляции контактов проводов. Провода в данный зажим идущие от ПЛК необходимо обжать трубчатыми наконечниками для проводов 0,75кв.мм с обжатием термоусадочной трубки. Так же для улучшения изоляции соединений проводов в зажиме, полое пространство внутри изолирующей коробки заполнено изолирующей смазкой или обработано аэрозолем (прим SILOCONE 72 ).

Схема подключения датчика

В приложении "Схема подключения к двигателю" мы видим барно в центре которого располагается клеммная колодка. Сверху в неё заходят провода от обмоток, а снизу подключены три провода питания электродвигателя. Справа мы видим затяжной болт, к которому крепятся нулевые провода. Далее мы видим сверху уже закреплённый датчик кабель которого заходит через фитинг барно электродвигателя. Далее мы имеем два провода с кольцевыми наконечниками. Провод с красным цветом изоляции мы "сажаем" на одну из фаз питающего провода, а провод с синим цветом изоляции на "нулевой болт". Далее у нас имеются два провода по 0,75кв. мм., которые уже подключены к WAGO, туда же необходимо подключить провода приходящие от программно-логического контроллера, заранее обжатые трубчатыми наконечниками. Так же следует заметить что на коробке имеется крепёжное кольцо необходимое для жёсткого закрепления изолирующей коробки внутри барно. Рекомендуется использовать нейлоновую стяжку как фиксирующий элемент по той причине, что данный вид крепления хорошо подходит для тех условий, когда вблизи располагаются части устройства находящиеся под напряжением.

Подключение датчика к программно-логическому контроллеру (ПЛК). Поскольку данный датчик можно отнести как к категории дискретных (сигнал есть-нет) так и к категории "полевых" (Аналоговые датчики фиксирующую конкретную физическую величину. В нашем случае: частоту механических колебаний) . Далее при поступлении сигнала его необходимо обработать. Здесь в дело подключается аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Устройство состоящее из логических элементов преобразующее аналоговые сигналы в двоичный код (0 и1). которые и обрабатывает ПЛК. Поскольку на производственной линии данных датчиков может быть не один и не два, то общий жгут связанных проводов от полевых датчиков приходит на многовходовой ПЛК. Далее в зависимости от важности узла агрегата или технологической линии, поступающие сигналы обрабатываются в разделении по времени или мультиплексируются (Устройство коммутирующее входные сигналы, которые поступают на дешифратор) что в итоге на выходе мультиплексора приходят разделённые сигналы по тем или иным параметрам (по частоте, по времени, по двоичному коду). Далее сигнал проходит через коммутаттор каналов ПЛК, а после этого на блок управления.

5. Экономическое обоснование проекта

Объём у.е.э. предприятия составляет 311 (по Прил.6.1)

Планируется построить Электроремонтный цех площадью 160кв.м. При общем количестве выхода оборудования из строя 1.5% или 16ед, (средней мощностью по 3,5кВт по 1.5часов простоя), из 1074ед. оборудования (в расчёт взято оборудование мощностью от 1кВ и выше). Допустим что из этого количества выхода из строя электрооборудования, выходы сократятся до 5ед. в год, тогда:

Посчитаем суммарные капиталовложения: Кз = 12.5 тыс. руб./м2 и удельной стоимости оборудования Ко = 12.5 тыс. руб./м2 (средняя цена на 2017г).

К= Кз + Ко=12.5*160+12.5*160=4000тыс.р

Расчёт эксплуатационных издержек

Посчитаем зар.плату электромонтёров: 4 монтёра по 20000р в мес. и 2 ИТР по 32000р. в мес. Плюс 47% на отчисления (Пенсионный фонд, налоговый, страховой и т.п.) месяцев работы 12. То есть "грязная" зарплата включая 47% отчислений у нас получается: (20000/100)*47+20000=29400р в месю на одного электромонтёра и одного ИТР (32000/100)*47+32000=47040р т.е. на зарплату электроцеха за год мы имеем (29400*4 + 47040*2) *12= 2540тыс.р

Так же нам известно:

- Затраты на перемотку эл. двигателей 124,2тыс.р

- Затраты на обслуживание электротехнических средств 2459тыс.р

Суммарные затраты на электротехническую службу (не включая стоимость электроэнергии) у нас составляет: 2540+124.2+2459=5123.2тыс.р

Далее определим экономический эффект от отказов электрооборудования:

5/311=0.01, принимаем как 0.01

И Эффект при изначальном количестве отказов электрооборудования:

16/311=0.05, принимаем как 0.05

Примем коэффициенты ущерба от отказов электрооборудования, как изложено в методичке "Оценка экономической эффективности агроинженерных проектов В.Я. Хорольского М.Я. Таранова" за базисные значения:

Ур = 14руб.кВт.ч

Ум = 40руб. кВт.ч

Ус = 0.8руб.кВт.ч

Уn =2руб.кВт.ч

Тогда получаем:

= Уn+Ум+*Ур+Ус* *Рn=(2+40*(1-0.01/0.01)*14+0.8)*(1.5-0.5)*14+0.8=4.9тыс.р

Находим ежегодные затраты с деятельностью службы 5123+4.9=51128тыс.р

Далее находим затраты на отказ электрооборудования в исходном варианте (коэф. 0.05)

= Уn+Ум+-Ур+Ус* *Рn=( 2+40*(1-0.01/0.05)*14+0.8)*(1.5-0.5)*14+0.8= 78тыс.р

Тогда суммарные затраты на деятельность энергослужбы получается:

5123+78=51202тыс.р

Экономический эффект получается:

51202-51128=74тыс.р за год

Далее рассчитаем чистый дисконтированный доход (ЧДД) за 10 лет существования проекта по формуле:

ЧДД=(1+Еt) - К

ЧДД=78*(1+0.1/12) /0.1*(1+0.1/12) - 4000= - 1905.958тыс.р.

Так как ЧДД меньше нуля, то данный проект считается убыточным. Этому способствует ряд причин:

За счёт того, что за последние 30 лет (с 1987г.) значительно изменились методы ведения сельского хозяйства, вследствии этого значительно изменился процент отказа электрооборудования до 1.5% от их общего числа, вместо 22% как в методичке "Оценка экономической эффективности агроинженерных проектов В.Я. Хорольского М.А. Таранова, глава 5.1" Данный показатель (1,5%) выходит от того, что большую часть электрооборудования обслуживается сторонними организациями (прим. дилерами) того или иного электрооборудования. Функция сегодняшнего электроцеха заключается в поддержании данного электрооборудования в работоспособном режиме, или в аварийно-рабочем, до того момента, пока не подоспеют специализированный персонал (Что бы до приезда бригады, технологическая линия не застаивалась). Плюс необходимо вспомнить тот момент, что за последние 29лет (момент издания методички) изменилась экономическая обстановка в стране, в том числе инфляция. По этому на сегодняшний момент подавляющее большинство стройматериалов и оборудования являются зарубежного производства, вследствие того и цена существенно изменилась, плюс зар.плата электромонтёров 20000р а не 2000р. В совокупности и выходит то, что строить целый электроцех с отдельным оснащением его спец. оборудованием для предприятия с 1.5% выхода оборудования из строя, при совершенно других принципах обслуживания электроустановок, является экономически нецелесообразным, что мы и наблюдаем в расчётах. Так же данное сельхоз предприятие является частной организацией и сама её структура функционирования не подходит для расчётов, описанных в использованных мною методичках: "Курсовое и дипломное проектирование по эксплуатации Электрооборудования Г.П. Ерошенко и А.А. Пястолов от 1988г." и "Оценка экономической эффективности агроинженерных проектов В.Я. Хорольского М.А. Таранова".

Однако данный проект будет актуален в случаях "Форс-мажорных" обстоятельств, которые вполне вероятно могут возникнуть в нашей стране (хотя бы по причине вынужденного перехода с сырьевой экономики на наиболее подходящую на тот момент). По этому с данных методов проектировки ЭТС на предприятии можно взять много полезного, синтезируя их с современными методами ведения хозяйства.

Заключение

Данная выпускная квалификационная работа содержит анализ работы электротехнической службы современного сельхоз предприятия в плане обслуживания современного электрооборудования, её режимов работы в различных условиях производства. Зависимость построения графиков ремонта электрооборудования от основных сезонов работы, а так же качества работы электрооборудования в том или ином сезоне, что сказывается на сами условия их обслуживания электротехническим персоналом. Так же рассматривается анализ работы современной структуры ЭТС, принципов её функционирования, её качества, главный показатель которой служит общий процент отказа электрооборудования от их общего числа, длительность отказа и общий убыток предприятия от них. Так же рассматривается попытка внедрения в существующую структуру ЭТС электроремонтного цеха (ЭРЦ), его актуальность и техническое оснащение.

Кроме того, рассматривается попытка технического улучшения существующих линеек производства в плане своевременной диагностики аварийных режимов работы электроустановок (электродвигателей), реализованные через "полевые" датчики вибрации, подключённые к самим электродвигателям и передающие информацию органам управления (Прим. Программно логический контроллер.)

Также рассматриваются современные условия охраны труда в ЭТС, её влияние на экологическую обстановку.

Список использованного материала

1. Синягин Н.Н. Система планово-предупредительного ремонта электрооборудования промышленных предприятий М.: Энергия,1978

Размещено на Allbest.ur