Зміст та методичні вказівки до третього розділу

Об’єктами системного інжинірингу являються: технологічні процеси виготовлення продукції; виробничі машини та комплекси, на базі яких реалізуються технологічні процеси; електротехнічне обладнання та системи електропостачання; системи автоматизації виробництв; будівельні конструкції та приміщення [1].

Об’єкт будь-якого виду (металообробний верстат, мостовий кран, конвеєрна лінія тощо) в Держстандарті називається виробом.

Процес розробки та постановки виробів на виробництво визначає ГОСТ 15 СРПП, який передбачає наступні його основні стадії: розробка, узгодження та затвердження технічного завдання (ТЗ); розробка технічної документації; виготовлення дослідного зразка (дослідних партій), прийняття рішення щодо постановки продукції на виробництво; підготовка виробництва продукції; освоєння виробництва продукції.

При розробці нових виробів використовують прийоми уніфікації, агрегатування та типізації.

Уніфікація – це раціональне скорочення видів, типів та розмірів виробів однакового функціонального призначення.

Агрегатування – це метод компоновки приладів, обладнання та машин з взаємозамінних, уніфікованих вузлів та агрегатів, кожен з яких представляє собою завершений виріб, виконує певну функцію та може бути використаний при створенні інших виробів.

Типізація – метод стандартизації, який полягає у встановленні типових об'єктів для даної сукупності систем електроприводів промислових механізмів, які приймаються за основу (базу) при створенні інших об'єктів, близьких за функціональним призначенням.

Розробку нових мікропроцесорних засобів та систем виконують на підставі аналізу на підставі цілей і завдань керування об'єктом:

- обирають тип мікроконтролера та розробляють його структуру;

- розробляють апаратні засоби мікропроцесорної системи, її програмне та інформаційне забезпечення;

- виконують спільні налагодження програмного забезпечення та апаратних засобів;

- надають оцінку системі керування, що була розроблена.

Аналіз об’єкта керування та можливих варіантів побудови системи включає в себе:

- опис алгоритму та схеми роботи об’єкта керування;

- розробку технічного завдання;

- аналіз альтернатив побудови системи та вибір кращого варіанта;

- математичний опис системи керування та моделювання основних режимів її роботи;

- розробка загального алгоритму роботи системи;

- поділ функцій системи на програмно- та апаратно-реалізуючі;

- визначення вимог до мікроконтролерів, промислових комп’ютерів та іншим пристроям системи;

- розробку структурної схеми системи.

Об'єктами електротехнічного інжинірингу є електроприводи виробничих механізмів, машин та комплексів; електротехнологічне обладнання (зварювальне, термічне, гальванічне); електроустановки для виробництва, перетворення, трансформації, передачі та розподілення електричної енергії; електроосвітлювальні прилади та мережі; електроперетворювальні та зарядні станції, призначені для живлення спеціальних пристроїв та заряджання акумуляторних батарей електротранспорту [1].

Проектування силового електрообладнання є найбільш містким та складним унаслідок його різноманітності і, як правило, включає проектування системи розподілу електроенергії від джерела живлення до споживачів, розташованих уздовж технологічного обладнання, що використане для конкретного виробництва.

При використанні проектів силового електроустаткування дотримуються наступних положень.

1. Дотримання вимог нормативно-технічних документів.

2. Забезпечення електромагнітної сумісності надійності та зручності експлуатації електрообладнання. Максимальна його відповідність технологічному обладнанню та технологічному процесу. Облік досвіду експлуатації електрообладнання на підприємствах.

3. Використання блочно-модульних принципів комплектації електрообладнання. Максимальне використання типових уніфікованих виробів, наявних на підприємстві.

4. Забезпечення на підприємствах методики виконання електромонтажних робіт, наближених до термінових робіт. Використання великих вузлів, блоків та комплектів електрообладнання та мереж, що призводить до зменшення обсягу електромонтажних робіт. Максимальний облік вимог виконання ніш, лотків, отворів в міжповерхових перекриттях капітальних стінах для прокладення кабелів при будівництві будівель та споруд.

5. Забезпечення економічності прийнятих рішень на основі аналізу можливих варіантів. Вибір найбільш економічного із варіантів, рівноцінних за іншими оцінками, а також вибір оптимального запасу за основним показником електроустаткування (потужності, струму навантаження, температурі та інші).

Розробка проекту починається з ознайомлення з будівлями споруд, технологічним та механічним обладнанням. Рішення основних питань при проектуванні виконується у відповідності до ТЗ у наступному порядку: розрахунок та вибір електрообладнання; вибір живлючих і розподільних мереж; вибір системи керування та автоматизації; прийняття конструктивних рішень у відношенні установки електрообладнання, монтажу інформаційних та електричних мереж.

Принципи побудови автоматизованих електроприводів механізмів, машин, агрегатів та комплексів засновані на блочно-модульній ідеології і типізації структур систем керування.

Виконавчі органи робочих машин та технологічних агрегатів оснащені індивідуальними електроприводами з електродвигунами (М), керуючими перетворювачами (КП), та контролерами приводів, що програмуються. Спільно ці пристрої складають основу комплектного електропривода [1].

Роботу приводів та механізмів, що входять до складу технологічного агрегату, координує технологічний програмований контролер (КТ). Координацію спільної роботи агрегатів технологічного комплексу виконує один з мікроконтролерів (КТ), або промисловий комп’ютер (ПК), що входить до складу станції оператора (СО). Через магістральний перетворювач (МП) здійснюється зв'язок автоматизованого технологічного комплексу (АТК) з розподіленою системою керування технологічним процесом.

Розрахунок АЕП пов’язаний з розрахунком потужності електродвигуна, який виконується у відповідності з режимами S1….S8 роботи механізмів технологічного обладнання на основі навантажувальних та швидкісних діаграм.

Вибір системи електропривода виконується у відповідності з даними живлячої електромережі, потужністю, швидкістю, режимах S1….S8 роботи та перевантажувальної здатності електродвигуна, а також на основі вимог до регулювання швидкості (робочого діапазону, плавної зміни, а також підтримки заданої швидкості) і динамічним показникам якості процесу регулювання (швидкодії, перерегулюванню та інші).

На вибір системи електропривода можуть впливати також умови пуску механізмів. Багато механізмів (наприклад, конвейєри) вимагають забезпечення пуску під навантаженням, а деякі (наприклад, відцетрові вентилятори головного провітрювання шахт) мають значні інерційні маси. У випадку використання асинхронних короткозамкнених двигунів або синхронних з асинхронним пуском може бути, що час пуску механізму неприпустимо великий та за цей час двигун буде перегріватися. Завищення потужності та моменту обертання двигуна за вимогами пуску призведе до його недовикористання у режимі робочого функціонування та погіршення енергетичних показників.

Можливо застосування редукторного або безредукторного привода з тихохідним двигуном. Раціональний вибір може бути виконано на основі техніко-економічного порівняння, яке повинно враховувати не тільки різну вартість тихохідного або швидкохідного (з додатковим редуктором) двигунів, але й їх масу та габарити, які впливають на необхідні розміри приміщення, фундаменту та затрати на несучі конструкції при його розміщенні [1].

При номінальній швидкості виконавчого органу не менш 300 рад/с переважним є безредукторний привод з прямим з’єднанням вала двигуна з валом робочої машини (насоса, вентилятора). При меншій швидкості робочого органу вибір неоднозначний, але частіше редукторний привод має меншу масу та габаритні розміри. Для механізмів, не вимогливих до регулювання швидкості, досить порівняння тільки за цими показниками.

Для механізмів з частими пусками та реверсами важливо порівняння двигунів за динамічними показниками. Безредукторні електроприводи більш динамічні та кращі для регульованих електроприводів, оскільки їх простіше розігнати, гальмувати, регулювати швидкість. Тому вони широко використовуються для шахтних підйомних установок, а також прокатних станів.

Безперечною перевагою безредукторних електроприводів є їх високі динамічні властивості. При цьому забезпечуються високі частоти механічних коливань у кінематичних трактах приводів.

При обиранні системи електропривода необхідно враховувати характер навантаження, що здійснює робочий механізм. Вирівнювання моменту двигуна для нерегульованих електроприводів з нерівномірним або пульсуючим навантаженням досягається збільшенням інерційних мас електропривода, хоча це може ускладнювати його пуск.

У випадках, коли можливе перевантаження, яке не може здолати привод, необхідно передбачити відповідно налагоджений захист або систему керування, що забезпечує обмеження струму та моменту двигуна, а також динамічне навантаження у механічних передачах (наприклад, у екскаваторних приводах).

Для систем з великим числом електроприводів та великою сумарною потужністю доцільно використання структури розподільної силової мережі з декількома груповими джерелами електроживлення.

Проекти нового технологічного обладнання виконуються узагалі з використанням систем АЕП змінного струму. Доля ЕП постійного струму у нових проектах незначна. Існує чотири основних варіанти проектів модернізації діючого обладнання автоматизованих електроприводів.

1. Заміна аналогових та релейно-контактних систем керування на цифрове з використанням промислових комп’ютерів, технологічних та логічних контролерів, інтелектуальних модулів, відповідних нижчому та середньому рівню автоматизації.

2. Те ж та заміна аналогових блоків керування комплектних ЕП постійного струму цифровими з використанням контролера привода.

3. Те ж та заміна силових блоків комплектних електроприводів. При цьому електродвигуни та мережі електроживлення залишаються незмінними.

4. Повна модернізація автоматизованих електроприводів. Заміна електроприводів постійного струму на електроприводи змінного струму.

Найбільш витратним, але найбільш ефективним тут є четвертий варіант модернізації. Основна складова ефективності модернізації полягає у наступному: зниження енерговитрат за рахунок деякого збільшення ККД та збільшення коефіцієнта потужності до одиниці без використання додаткових витрат; збільшення продуктивності завдяки скороченню часу технологічного циклу та часу переналадки [1].

2.3.2. Контрольні запитання до третього розділу

1. Що таке електротехнічний інжиніринг?

2. Основні положення інжинірингу.

3. Принципи побудови АЕП.

4. Основні варіанти модернізації діючих АЕП.

5. Оцінка ефективності проектних рішень.

6. Системи проектування, бази даних для проектування.