Модернизация электропривода якорно-швартового устройства

Список установленного оборудования включает, помимо прочего, круизные лайнеры, где количество используемых преобразователей превышает 250 штук, а также быстроходные паромы, морские нефтедобывающие платформы, кабельные и рыболовные суда. Также стоит отметить, что для обеспечения характеристик электропривода, описанных выше требуется выбор преобразователя частоты с векторным управлением, данному требованию удовлетворяет преобразователь Vacon NXP. Выбор преобразователя частоты для асинхронного двигателя осуществляется на основе следующих соотношений: где – номинальные линейное напряжение и ток нагрузки преобразователя частоты; и – номинальные линейное напряжение и фазный ток статора двигателя.Рассмотрим номинальные линейное напряжение и фазный ток статора для двигателя АДЧР180М, номинальный ток = 33 А, а номинальное напряжение 380 В, исходя из этих значений выберем преобразователь частоты (ПЧ) VACON NXP00455-A5H1SSS-A1A2000000 со следующими характеристиками (таблица 3.1)[11]. Таблица 3.1 – ПараметрыПЧVACON NXP00455-A5H1SSS-A1A2000000Наименование показателя Величина Перегрузочная способность: Низкая (+40°C) Номинальный длительный ток IL, A 4510% ток перегрузки, A 50Перегрузочная способность: 110%Номинальный длительный ток IН, A 100Максимальный ток Is, А 110Мощность на валу двигателя (сеть 380 В) 10% перегр, P, кВт 2450% перегр, P, кВт 20Типоразмер FR7Габариты Ш*В*Г (mm) 195*519*237 Входное напряжение Uвх, В 380...500 Входная частота, Гц 45…66 Выходное напряжение, В 0… UвхПерегрузочная способность Высокая: 1,5 x IH (1 мин/10 мин), Низкая: 1,1 x IL (1 мин/10 мин) Максимальный пусковой ток 49Максимальный ток Is на 2 с каждые 20 с Выходная частота, Гц 0…320 Класс защиты IP54 Метод управления Векторное управление с замкнутой цепью воздействий (весь диапазон частоты вращения) Температура окружающей среды -10°C (без инея)…+40°C: IH (FR10 и выше - до +40°C) -10°C (без инея)…+40°C: ILЗащиты Перенапряжение, низкое напряжение, замыкание на землю, контроль сети, контроль выходных фаз, сверхток, перегрев ПЧ, перегрев двигателя, заклинивание двигателя, недогрузка двигателя, короткое замыкание источников +24 В и +10 В 3.3.2Выбор датчика скорости Датчик необходим для измерения скорости вращения вала двигателя или другого исполнительного механизма. Используется при построении систем векторного управления с замкнутым контуром на основе преобразователей частоты NXP. Выбирается инкрементный преобразователь угловых перемещений (инкрементальный энкодер) ЛИР-158. Принцип действия - фотоэлектрический. Основные технические данные и характеристики поставляемого компанией датчика скорости ЛИР-158 представлены в табл. 3.2.Таблица 3.2 – Характеристики датчика скорости ЛИР-158Наименование показателя Величина Максимальная частота вращения вала, об/мин 10000 Момент трогания ротора, не более Нм 0,01 Допустимая нагрузка на вал: осевая, не более Нм 10 радиальная, не более Нм 20 Степень защиты IP 64 Интервал рабочих температур, ºС 0…+70 Напряжение питания, В 5 Потребляемый ток, мА 100 Максимальная частота выходного сигнала, кГц 160 Разрешающая способность, имп/об 1000 Для подключения энкодера к преобразователю частоты дополнительно заказывается специальная плата сопряжения OPT-A4. 3.3.3Выбор фильтров Преобразователь частоты Vacon NXP оборудован встроенным ЭМC-фильтром. ЭМC-фильтр применяется для уменьшения электромагнитных помех, излучаемых в сеть при работе преобразователя частоты. Фильтры рекомендуется использовать, если имеются приборы, чувствительные к электромагнитному излучению радиочастотного диапазона (радиоприемные устройства,тензодатчики, измерительные приборы и др.)Синус-фильтр Синусоидальный фильтр устанавливается между преобразователем частоты и асинхронным двигателем. Применение такого фильтра позволяет получить синусоидальную форму токов и напряжений, что снижает потери в двигателе и его рабочую температуру. Использование фильтра позволяет снизить помехи, создаваемые преобразователями в схемах, в которых используются очень длинные соединительные кабели между двигателем и преобразователем частоты. Применение синусоидального фильтра увеличивает срок эксплуатации двигателя за счет снижения старения изоляции обмоток. Выбирается фильтр SIN-0110-5-0-P фирмы Vacon. 3.3.4Выбор счетчика цепи Счетчик предназначен для цифрового измерения длины и скорости вытравленной цепи якорно-швартовным устройством судна по правому и левому борту, аварийно-предупредительной сигнализации, неисправности приборов и сигнализации о работе. Выбирается счетчик длины вытравленной цепи ЦА-12М российской формы «Нептун-электро», характеристики которого представлены в таблице 3.3. Таблица 3.3 – Характеристики счетчика цепи ЦА-12М Наименование показателяВеличинаМаксимальный измерительный диапазон длины, м 0…9999 Максимальный измерительный диапазон скорости, м/мин 200 Класс точности 0,5 Предел основной погрешности, м ±1 Предел основной погрешности, м/мин ±1 Номинальное напряжение питания, В 220 Рабочий диапазон температур окружающего воздуха, °С -20…60 Потребляемая мощность, ВА20Счетчики обеспечивают возможность учета длины вытравленной цепи от текущего значения при помощи двух мгновенных счетчиков: прямого и обратного. При этом показания этих счетчиков могут принимать как положительные, так и отрицательные значения. За положительные значения прямого счетчика принимается травление цепи, обратного - выбирание.Прибор местного измерения (ПМИ) выполнен в металлическом корпусе и предназначен для установки на открытой части судна в районе ЯШУ. Прибор дистанционного измерения (ПДИ) выполнен в пластмассовом корпусе и предназначен для установки в рулевой рубке. Подключение внешних кабелей к ПМИ и ПДИ предусматривается с помощью клеммников. Внешний вид счетчика показан на рисунке 3.6. Габаритные размеры ПМИ приведены на рисунке 3.7.ПДИ-01 предназначен для раздельной установки измерителей для каждого борта и имеет исполнение для монтажа в пульт судовождения. ПДИ-02 имеет два измерителя в одном корпусе и предназначен для установки на переборку [7].Рисунок 3.6 – Внешний вид счетчика цепи ЦА-12МКлиматическое исполнение и категория размещения, степень защиты корпусов, стойкость к внешним воздействиям обеспечивают использование прибора в судовых условиях.Рисунок 3.7 – Габаритные размеры прибора местного измерения счетчикаЦА-12МИнформация об измеренном значении длины вытравленной якорной цепи, скорости травления/выбирания, индексах и значениях, заданных уставок представляется на пятиразрядном семисегментном светодиодном знаковом индикаторе прибора дистанционного измерения. Информация о текущем значении длины вытравленной цепи сохраняется в энергонезависимой памятиприбора. Измеритель позволяет контролировать превышение скоростью травления порогового значения. Для этого в приборе предусмотрена соответствующая уставка, сигнализация и выходной сигнал типа сухой контакт.Осуществляется также автоматический контроль исправности измерителя.3.4. Разработка функциональной схемы электропривода3.4.1 Разработка панели оператораНа основе описания технологического процесса, рабочего органа, объектов управления и их взаимодействия составлена функциональная схема,представленная на рисунке 3.8.Преобразователь частоты (ПЧ), со встроенным ЭМИ-фильтром, питается от автономной судовой трёхфазной сети напряжением 380 В, частотой 50 Гц. На входе ПЧ установлен главный контактор (КМ). Между преобразователем и асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором (М), установлен выходной синус-фильтр. Для обеспечения замкнутого векторного управления, на валу двигателя установлен датчик скорости (BQ), сигнал с которого идёт напрямую в ПЧ. Вал двигателя так же механически связан с рабочим органом (РО), которым является брашпиль. Сигнал с датчиков частоты вращения, установленных на цепных звездочках брашпиля, датчиков включения кулачковых муфт (ДМ) и датчиков затормаживания ленточного тормоза (ЛТ) поступает на панель оператора (ПО). На панели оператора расположены пульт управления приводом брашпиля и индикация о состоянии ленточного тормоза и муфт, также установлен прибор местного измерения длины и скорости цепи, откуда данные о длине цепи идут на пульт дистанционного управления (ПДУ), который установлен на ходовом мостике, и позволяет производить дистанционную отдачу якоря с помощью ленточного тормоза (ЛТ).На панели оператора (см. рисунок 3.9) предусмотрены:- Кнопки «I» и «0» для включения и отключения главного контактора КМсиловой цепи;- трехпозиционный переключатель, для дискретного выбора скорости;- кнопки управления: «Выбирать», «Травить»;- световая сигнализация об ошибке в преобразователе;- прибор местного измерения ЦА-12М, позволяющий контролировать длину искорость якорной цепи.Рисунок 3.8 – Функциональная схема якорно-швартовного механизмаРисунок 3.9 – Схема панели оператора3.4.2 Расчет основных скоростейПанель оператора позволяет установить три, заранее настраиваемые, скоростицепи. Скорость двигателя при этом рассчитывается как:Основная скорость выбирания цепи при подъеме якоря выбрана 0,171 м/с:Пониженная скорость двигателя, используется при втягивании якоря вклюз:Повышенная скорость двигателя, может использоваться при травленииякорной цепи или для осуществления швартовных операций:3.4.3 Настройки параметров преобразователя частотыДля начала, необходимо выбрать пункт Multi-step Speed Control Application (Макропрограмма с набором фиксированных скоростей) в меню M6 код (S6.2), также для удобства настройки можно выбрать русский язык в параметре S6.1.Далее приведены списки параметров в соответствующих группах, которые необходимо изменить для настройки преобразователя (таблицы 3.4-3.10) [12].Пояснение к таблицам:Код – Индикатор положения на панели управления; указывает операторуномер текущего параметра;Параметр – Название параметра;ID – Идентификационный номер параметра.Таблица 3.4 – Основные параметры (панель управления: Меню M2 → G2.1)измеренияЗначениеIDОписаниеP2.1.2MaxfrequencyГц70102МаксимальнаявыходнаячастотаP2.1.5CurrentlimitA1,5xIн107Максимальныйтокдвигателяотпреобразователячастоты.P2.1.6Nominalvoltageof themotorВ380110НоминальноенапряжениедвигателяP2.1.8Nominalspeedofthe motorОб./мин960112Номинальнаяскорость двигателяP2.1.9Nominalcurrentof themotorА100113НоминальныйтокдвигателяP2.1.22Presetspeed8Гц0133Фиксированнаяскорость 0об/минP2.1.23Presetspeed9Гц35134Фиксированнаяскорость 700об/минP2.1.24Presetspeed10Гц50135Фиксированнаяскорость1000об/минP2.1.26Presetspeed12Гц70137Фиксированнаяскорость1400об/минТаблица 3.5 – Входные сигналы (панель управления: Меню M2 → G2.2)КодПараметрЕдиницаизмеренияЗначениеIDОписаниеP2.2.2DIN3 function-13301Функция дискретного входа DIN3; 13 – Выбор предустановленной скоростиТаблица 3.6 – Выходные сигналы (панель управления: Меню M2 → G2.3)измеренияЗначениеIDОписаниеP2.3.8Relayoutput1 function-3313РелеRO1включено,когдапроизошёлотказP2.3.9Relayoutput2 function-314РелеRO1включено,когдаМоментдвигателявыходитзаустановленноеверхнееконтрольноезначениепределаP2.3.14Torquelimitsupervisionfunction-23482 – верхнийпределмоментаТаблица 3.7 – Параметры управления преобразователем частоты (панельуправления: Меню M2 → G2.4)ЕдиницаизмеренияЗначениеIDОписаниеP2.4.5Brake chopper-5042– ИспользуетсявнешнийтормознойпрерывательP2.4.7STOP function-15061– Послеподачикоманды«СТОП»скорость двигателяснижаетсясогласноустановленнымпараметрамторможения.Таблица 3.8 – Параметры управления двигателя (панель управления: Меню M2 → G2.6)ЕдиницаизмеренияЗначениеIDОписаниеP2.6.1Motorcontrolmode-36003– Контрольскоростисзамкнутой обратнойсвязьюP2.4.7STOP function-35061– Послеподачикоманды«СТОП»скорость двигателяснижаетсясогласноустановленнымпараметрамторможения.Таблица 3.9 – Защита (панель управления: Меню M2 → G2.7)ЕдиницаизмеренияЗначениеIDОписаниеP2.7.4Inputphasesupervision-27302– Отказ,остановка,принеодинаковомтокевходныхфазпреобразователячастоты.Таблица 3.10 – Параметры платы NXOPTA4 (панель управления: Меню M7 →G7.3)измеренияЗначениеОписаниеP7.3.1.1Импульсов наоборот-1000Разрешениеэнкодера3.4.4Логика управления электроприводом ЯШУСигналы системы управления приведены в таблицах 3.11 и 3.12.Таблица 3.11 – Входные сигналы и команды в системе автоматизацииНазваниесигналаиликомандыОбозначениеИсточникКнопка«Травить»ТС панелиоператораКнопка«Выбирать»ВСкорость 1Ск1Скорость 2Ск2Скорость 3Ск3Сигналс датчикавключениямуфтылевойцепнойзвездочкиМЛСигналс датчикавключенияправойлевойцепнойзвездочкиМПС объектаСигналс датчика, отом,чтоленточныйтормозлевойзвездочкизажатЛТЛСигналс датчика, отом,чтоленточныйтормозправойзвездочкизажатЛТПТаблица 3.12 – Выходные сигналы и команды в системе автоматизацииНазваниесигналаиликомандыОбозначениеИсточникПускприводавперёдПВНапреобразовательПускприводаназадПНСкорость 1Ск1Скорость 2Ск2Скорость 3Ск3ГотовностьпреобразователяГотС преобразователяПредупреждение оперегрузкеПредАвария(Отказ преобразователя)КПСигналы задания скорости (Ск1, Ск2, Ск3) формируются с помощью галетного переключателя. Сигналы с преобразователя о готовности привода, о перегрузке, и об отказе выводятся с на панель оператора с помощью световой индикации.Разрешение на пуск привода (РП), с помощью кнопок «Травить» или «Выбирать» возможен только если:обе муфты разобщены:включена муфта и отпущен ленточный тормоз одной звёздочки, а муфтадругой – разобщенавключены муфты обеих звездочек, а их ленточные тормоза отпущены:Из этого следует, что сигналы о пуске привода:На основании полученных уравнений, разработана функциональная схема электропривода ЯШУ.Рисунок 3.10 – Электропривод якорно-швартового устройства3.5. Описание функциональной схемы электроприводаСиловой модуль преобразователя частоты UZ подключен к судовой трехфазной четырехпроводной сети переменного тока 380 В через автоматические выключатели QF1 и QF2, необходимые для защиты от токов короткого замыкания и перегрузок и контактор KM1. Выбираются два автоматических выключателя ABB S203 C100 номинальным током 100 А, могут быть использовано аналогичное оборудование с такими же техническими параметрами. Контактор АВВ A110-30-11220 1SFL451001R 8011 с номинальным током 110 А напряжением катушки 220 В.Включение и отключение контактора производится с помощью двойнойкнопки SB1 22 мм Schneider Electric XB5AL73415 IP66. Асинхронный двигатель M подключен к преобразователю через выходной синус-фильтр LR. На валу двигателя установлен энкодер BQ, который подключается к платепреобразователя NXOPTA4 с помощью разъема PC10TB. Так же для защиты однополюсной сети выбирается автоматический выключатель QF3 ABB 1А 2П C S202 2CDS252001R0014 двухполюсный.Реле KM2–KM5 электромагнитные HHC68A-3Z-220A с тремя переключающими контактами. Индикаторные лампы HL1, HL4, HL6, HL7 на 220 В, лампы HL2, HL3, HL5 на 24 В. Кнопки SB2 и SB3 CP1-11Y-10 желтые.Переключатель скоростей (QS) Schneider Electric XB7ND33 3-х позиционный IP65.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ данном дипломном проекте был рассчитан электромеханический привод якорно-швартового устройства.Основные результаты по главам:В первой главеИсследованы характеристики МРКТ “Ерофей”, приведены основные характеристикисудна. Выполнен обзор электроприводов ЯШУ, приведены классфикация ЯШУ, типы электроприводов ЯШУ, режимы работы ЯШУ, требования к электроприводам ЯШУ. Также в первой главе описаны основные харакетристики объекта модернизаци Брашпиля Б9ДУ.Далее приведено обоснование модернизации электропривода ЯШУ. В дипломной работе был выбран электропривод типа ПЧ-АД.Во второй главеПроизведен расчет мощности потребляемой электроприводом ЯШУ. Выполнен расчет режимов работ ЯШУ, определены значения моментов и длительности каждого этапа, построена нагрузочная диаграмма. На основании проведенных расчетов определена необходимая мощность электродвигателя и выбран асинхронный двигатель АДЧР180М815 кВт.В третьей главеПроизводился выбор преобразователя частоты, элементов электропривода ЯШУ. Для управления двигателям былвыбран преобразователь частоты фильмы Vacon серии NXP модели NXP00455-A5H1SSS-A1A2000000. Также выбраны датчик скорости двигателя, входной фильтр помех.Также в третьей главе разработана панель оператора ЯШУ, составлены логические уравнения, которые реализованы реле. В заключении главыразработана электрическая функциональная схема электропривода ЯШУ.Электропривод разработанный в данной дипломной работе,полностью удовлетворяет требованиям российского морского регистра,действующих гостов и может быть использован в качестве модернизацииустаревшего приводаМРКТ “Ерофей”.В целом результаты выполнения дипломной работы вполне соответствуют поставленным задачам и целям.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. ЕРОФЕЙ, электронный ресурс, URL:https://www.marinetraffic.com/ru/ais/details/ships/shipid:556915/mmsi:273299430/imo:8907072/vessel:EROFEY2. EROFEY, электронный ресурс, URL:https://www.vesselfinder.com/ru/vessels/details/89070723. Брашпиль, электронный ресурс, URL:http://www.stroitelstvo-new.ru/sudostroenie/mehanizm/brashpil.shtml4. Судовые электроприводы: метод. указания / А.А. Топчий. – Калининград: Изд-во БГАРФ, 2018. – 59 с.5. Чекунов К.А. Судовые электроприводы и электродвижение судов: учеб. / К.А. Чекунов. – М.: Транспорт, 1986. – 352 с. 6. Коробко, Г.И. Электрооборудование судов: метод. указания и контр. задания для студ. оч. и заоч. обуч. специальностей 180403, 180402, 190602 / сост. – Г.И. Коробко, С.В. Попов. – Н. Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2009. – 52 с.7.Головин, Ю. К. Судовые электрические приводы: учебн. пособие / Ю.К. Головин. – М.: 1991. – 327 с.8. Миронов В.В. Судовые автоматизированные электрические приводы: конспект лекций для высших морских учебных заведений. Херсон. 2007. – 612 с.9. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы:учебник; Федер. агентство мор. и реч. трансп., ФГОУ ВПО ГМА им. адм. С. О. Макарова. - 2-еизд., перераб. и доп. / А.П. Баранов. - СПб.: Судостроение, 2005. - 528 с.10. Каталог электродвигателей «ООО НПО СПЕЦЭЛЕКТРО», электронный ресурс, URL: https://se33.ru/pdf/katalog_adchr.pdf11. Скалярное управление двигателем, электронный ресурс, URL:https://en.engineering-solutions.ru/motorcontrol/vector/12. Векторное управление двигателем, электронный ресурс, URL:https://en.engineering-solutions.ru/motorcontrol/vector/13. Вейнер А. Управление асинхронными двигателями:курс лекций / А. Вейнер. – М.: Транспорт, 208. – 101 с.14. Преобразователь частоты VACON NXP00455-A5H1SSS-A1A2000000, Электронный ресурс, URL:https://vp-alliance.ru/magazin/product/vacon-nxp00455-a5h1sss-a1a200000015. Преобразователи частоты VACON, документация, электронный ресурс, URL: https://www.vacon-drive.ru/docs