Автоматизація систем мікроклімату. 
Проект комплекту вентиляційного обладнання для корівника «Клімат-4»

Зміст

Вступ

1. Технологічні основи регулювання мікроклімату у тваринництві і птахівництві «Клімат 4»

2. Автоматизація вентиляційних установок

3. Розрахункова частина

3.1 Обґрунтування проекту

3.2 Розрахунок продуктивності вентиляторів

3.3 Вибір проводів і кабелів силової проводки

3.4 Технологічна і технічна характеристика об'єкта автоматизації

3.5 Розрахунок і побудова механічної характеристики робочої машини

3.6 Розрахунок і побудова механічної характеристики асинхронного електричного двигуна при пуску та гальмуванні

3.7 Вибір апаратури керування і захисту комплектних пристроїв

Література

Вступ

Сільськогосподарське виробництво — одна з найважливіших галузей народного господарства, так як вона є основою виробництва продуктів харчування.

На жаль на сучасному етапі сільське господарство перебуває в початковій стадії розвитку після занепаду. Все більше господарств «багатіїв» і все менше залишається тих, які зволять кінці з кінцями. Виходом для таких господарств з такого положення є лише в правильному веденні господарства та підняття в цілому економіки країни. Потрібно проводити комплексну механізацію, автоматизацію сільського господарства, перехід на інтенсивний метод виробництва, що зменшило б собівартість продуктів, а як наслідок збільшило б прибуток.

Вирішення проблеми стійкого забезпечення країни продуктами тваринництва і птахівництва в необхідній кількості і високої якості нерозривно пов’язано з переозброєнням галузі, переведенню її на промислову основу.

На сьогоднішній день це тваринницькі ферми, птахофабрики, які мають значну кількість автоматизованих ліній, машин і агрегатів, що дозволяють автоматизувати основні технологічні процеси, а в ряді випадків забезпечити комплексну механізацію і автоматизацію більшості виробничих процесів.

Найважливішою умовою удосконалення сільськогосподарського виробництва, підвищення життєвого рівня людей є прискорення науково-технічного прогресу, високоефективне використання виробничого потенціалу і зміцнення матеріально — технічної бази сільського господарства на основі подальшого розвитку електрифікації і автоматизації сільськогосподарського виробництва.

Електрифікація в сучасних умовах — основа технічного прогресу всіх галузей народного господарства і їй належить провідна роль у розвитку продуктивних сил суспільства.

Електрифікація та комплексна автоматизація сільського господарства має велике значення на даному етапі розвитку сільського господарства в Україні. За рахунок електрифікації і автоматизації полегшуються умови праці, зменшується кількість обслуговуючого персоналу, збільшується випуск і покращується якість продукції, зменшуються експлуатаційні витрати і знижується собівартість продукції. На сучасному етапі можна автоматизувати майже всі технологічні процеси в сільського господарстві.

Особливу увагу на сьогоднішній день приділяють повсюдному освоєнню інтенсивних технологій, скороченню втрат продукції на всіх стадіях агропромислового виробництва, створення в найкоротші часи необхідної бази дня зберігання і переробки сільськогосподарської продукції. Все це досягається завдяки підвищенню рівня електрифікації та автоматизації.

Великі електрифіковані господарства та підприємства високими темпами дальше оснащуються сучасним обладнанням та апаратурою, потребують чіткої організації налагодження і технічної експлуатації електрообладнання, а також використання та застосування засобів автоматизації.

У подальшому розвитку енергетики в сільського господарстві велике значення буде займати автоматизація. Тому, що автоматизація окремих процесів показали, що вона відкриває широкі перспективи підвищенню ефективності всього сільського господарства.

Вирішальним фактором в забезпеченні подальшого розвитку електрифікації народного господарства в сучасних умовах є підготовка кваліфікованих спеціалістів, що знають організацію експлуатації і технічні прийоми обслуговування електроустановок. Важливе місце у якісній підготовці спеціалістів з механізації, електрифікації і автоматизації сільськогосподарських виробничих процесів займає дисципліни «Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного управління» .

1. Технологічні основи регулювання мікроклімату у тваринництві і птахівництві «Клімат 4»

Під мікрокліматом розуміють сукупність параметрів повітря — температура, вологість, швидкість переміщення, газовий склад, які характеризують його стан в приміщенні. Мікроклімат — як сукупність умов є важливим фактором забезпечення нормального існування і продуктивності сільськогосподарських тварин та птахів. Він також впливає на стан самої споруди і технологічне обладнання.

Вплив різних факторів навколишнього середовища на організм тварини виявляється в глибоких і серйозних змінах фізіологічних процесів останнього: кровообігу, дихання, терморегуляції, газообміну і обміну речовин, що, у свою чергу, впливає на резистентність організму і, природно, на продуктивність тварин. Як свідчить досвід роботи у тваринництві та птахівництві, при утриманні тварин і птахів в нормальних умовах за параметрами мікроклімату збільшується продуктивність тварин, зберігається поголів'я і знижуються витрати кормів. Збільшення продуктивності тварин і птиці: надої молока на 10 — 15, привіси на 7 — 12, яйценосність на 25 — 30. Зберігаємість поголів'я тварин на 5 — 10, а птиці на 20, порівняно з утриманням без систем регулювання мікроклімату. Витрати кормів зменшуються у середньому на 15.

Мікроклімат у тваринницьких та птахівницьких приміщеннях залежить від багатьох умов — місцевого (зонального) клімату, теплозахисних властивостей конструкцій будівлі, рівня повітрообміну, ефективності вентиляції, обігріву, стану каналізації, способів збирання і видалення гною, освітлення, а також від виду і віку тварин і птахів, особливостей їхньої фізіології й обміну речовин, щільності розміщення, типу годівлі і т.д.

Систему опалення для обігріву різних видів тварин і птахів вибирають залежно від кліматичних умов, виходячи з санітарно-гігієнічних і зоотехнічних вимог, економічної доцільності, виробничих умов та інших показників. Для тваринницьких приміщень і пташників застосовують в основному повітряне опалення. В родильних відділеннях, профілакторіях, відділеннях для молочних телят, свинарниках-маточниках, молочних, кормоцехах, і приміщеннях для обслуговуючого персоналу обладнують системами водяного чи парового опалення від централізованої чи загальнофермської котельні. До установок повітряного обігріву відносять установки «Клімат-2», «Клімат-3», теплогенератори, електрокалориферні установки, тепловентилятори. Для одержання локального мікроклімату при вирощуванні телят, поросят і молодняку птахів використовують допоміжний місцевий обігрів (інфрачервоні опромінювачі, підігріваєму підлогу).

Для зволоження та зниження температури повітря тваринницьких і птахівницьких приміщень використовують зволожувачі, що входять в склад вентиляційного обладнання або окреме обладнання зволоження.

Рис. 2.2.1 Структурна схема об'єкта регулювання мікроклімату: вхідні дії - L_в — вентиляція; Q_н— обігрів; W_зв— зволоження; вихідні дії - Ссо₂ — концентрація СО₂; _пов— температура повітря в приміщенні; - вологість повітря в приміщенні.

Особливі умови по створенню мікроклімату характерні для інкубаційного та післяінкубаційного періоду в птахівництві.

Тваринницькі приміщення та пташники як об'єкт регулювання мікроклімату являє собою складні об'єкти так як параметри мікроклімату тісно пов’язані між собою. Так вентиляція впливає не лише на концентрацію газів СО₂, NH₃, H₂S, але і на температуру _пов та вологість повітря в приміщенні. Зволоження підвищує вологість та знижує температуру _пов повітря в приміщення. Слід враховувати, що на вихідні параметри мікроклімату повітря в приміщенні впливають також значення температури, вологості зовнішнього середовища, кількість тепловиділень від тварин тощо. На рисунку 2.2.1 зображена структурна схема об'єкта регулювання мікроклімату.

Враховуючи залежність регульованих параметрів мікроклімату, при керуванні опалювальним та вентиляційним обладнанням використовують: двох, — трьохпозиційні релейні регулятори температури з біметалевими, манометричними датчиками та терморезисторами, рідше безперервні та імпульсні регулятори температури. При керуванні зволоженням використовують двохпозиційні регулятори вологості з гігроскопічними та гігристорними датчиками.

Автоматизація систем мікроклімату дозволяє створити й підтримувати оптимальні умови повітряного середовища у тваринницьких і птахівницьких приміщеннях. В результаті застосування автоматизації підвищується продуктивність тварин, скорочуються витрати ручної праці і зменшується витрата електричної й теплової енергій. Розрахунки показують, що використання навіть найпростіших пристроїв підтримки температурних режимів дозволяє заощаджувати до 30% електроенергії.

Визначальними параметрами, що характеризують стан внутрішнього повітряного середовища у тваринницьких і птахівничих приміщеннях і піддаються безпосередньому регулюванню, варто вважати температуру, швидкість руху, відносну вологість, і газовий склад повітря.

Особливості автоматизації систем мікроклімату. При розробці автоматичних систем мікроклімату необхідно враховувати наступні особливості.

1. Складність автоматизації мікроклімату у тваринницьких і птахівничих приміщеннях, обумовлена залежністю регульованих параметрів (температура, швидкість руху, відносна вологість повітря і т.д.) від зовнішніх і внутрішніх факторів, що впливають, і їхнім взаємозв'язком; у свою чергу, факторів які змінюються протягом доби і тим більше в різні періоди року.

2. Розосередженість у широких межах контрольованих і регульованих параметрів як по обсязі, так і за часом.

3. Безупинний технологічний зв’язок систем мікроклімату з живими організмами, для яких характерна безперервність біологічних процесів.

4. Роботу устаткування в приміщеннях із підвищеним вмістом вологи, пилу й агресивних газів.

Система автоматичного регулювання (САР) повинна володіти мінімальної інерційністю, забезпечувати правильну послідовність роботи установок, бути надійною й стійкою у роботі, мати захист проти аварійних ситуацій, бути досить простою і економічно вигідною.

2. Автоматизація вентиляційних установок

Для підтримання відповідних значень температури, вологості, газового складу шляхом забезпечення потрібного повітрообміну застосовують різноманітні комплекти вентиляційного обладнання. За призначенням вентиляційні установки поділяють на припливні, витяжні та комбіновані. В системах витяжної, як правило, використовують осьові вентилятори. Типовим прикладом системи витяжної вентиляції є вентиляційне обладнання «Клімат-4», який залежно від виконання комплектується осьовими вентиляторами типу ВО різної кількості та продуктивності. На рисунку 2.2.2 зображено схему розташування вентиляційного обладнання «Клімат-4» .

Станція керування вентиляцією ШАП-5701 забезпечує:

східчасте регулювання швидкості обертання електродвигунів пропелерних вентиляторів вниз від номінальної в діапазоні 1500…250 мин~¹;

регулювання швидкості обертання у функції температури повітря в приміщенні;

автоматичний перехід на нижчу швидкість при зниженні температури повітря в приміщенні;

автоматичний перехід на вищу швидкість при підвищенні температури повітря в приміщенні;

автоматичний вибір числа працюючих груп електродвигунів вентиляторів;

автоматичне відключення однієї групи електродвигунів при зниженні температури повітря в приміщенні;

автоматичне включення додаткової групи електродвигунів при підвищенні температури повітря в приміщенні;

можливість встановлення температури повітря і приміщенні в діапазоні від 5 до 35 °C або в діапазоні від 0 до 40 °C;

контроль напруги, яка подається на електродвигуни;

ручне включення, переключення і відключення електродвигунів;

світлову сигналізацію швидкості працюючих електровентиляторів і наявності напруги на станції керування;

захист від коротких замикань і перевантаження.

Рисунок 2.2.2 Вентиляційне обладнання «Клімат-4»: а) — схема розташування; б) — функціонально-технологічна схема;

1 — вентилятор осьовий;

2 -автоматичні вимикачі;

3 — перемикач;

4 — щит керування;

5 — датчик температури.

Згідно зі функціонально-технологічною схемою система автоматизації передбачає автоматичне керування вентиляційною установкою по температурі повітря в приміщенні, яка контролюється датчиком температури ТЕ. Залежно від температури повітря, терморегулятором ТС формується сигнал керування електродвигунами вентиляторів. За допомогою перемикача HS задається режим керування електродвигунами вентиляторів. Ручне керування виконується апаратом ручної дії H.

Осьові вентилятори типу ВО приводяться в дію спеціальними асинхронними двигунами з підвищеним ковзанням. Командними пристроями станції керування є трьохпозиційний регулятор температури ПТР-3, а безпосереднє регулювання напруги живлення електродвигунів виконується автотрансформаторами.

Комплект «Климат-4М» здійснює витяжну вентиляцію. Він поставляється у двох варіантах — «Климат-45М» і «Климат-47М», які відрізняються між собою за типом і кількістю вентиляторів.

До складу комплекту входять: група електровентиляторів типу ВО-5,6МУЗ (комплект «Климат-45М») або ВО-7,1МУЗ (комплект «Климат-47М»), шафа керування ШОА9203−3474УХЛЗ або пристрій керування комплектний «Климатика-1» типу ТСУ-2-КЛУЗ з чотирма термоперетворювачами та ін.

Шафа керування ШОА9203−3474УХЛЗ випускається на заміну станції керування ШАП5701-ОЗА2Д і призначена для автоматичного і ручного керування електровентиляторами серії ВО обладнання «Климат-4М». Вона забезпечує:

ступінчасте регулювання частоти обертання електродвигунів осьових вентиляторів вниз від номінальної в діапазоні 1: 6;

дистанційне вмикання системи опалення при низькій температурі зовнішнього повітря і повітря в приміщенні;

можливість задавання температури повітря в приміщенні в діапазоні О…+40 °С;

можливість задавання фіксованого значення температури зовнішнього повітря в діапазоні—50 °С… …+50 °С;

ручне вмикання, перемикання і вимикання двигунів;

світлову сигналізацію ступенів частоти обертання двигунів, наявності напруги на шафі керування та ввімкненого стану системи опалення;

захист від коротких замикань і перевантаження електродвигунів вентиляторів.

Шафа розрахована на роботу в електромережі трифазного змінного струму частотою 50 Гц. Номінальна напруга силового кола 380 В і кола керування 220 В. Напруги для 1, 2, 3, 4, 5 і 6 ступенів частоти обертання двигунів вентиляторів становлять 70, 90, 110, 160, 220 і 380 В. Номінальний струм силового кола 25 А.

Шафа керування ШОА9203−3474УХЛЗ складається з металевої оболонки з ступенем захисту від дії оточуючого середовища ІР54, в якій встановлено: ввідний автоматичний вимикач АП50Б-ЗМТУЗ, шість електромагнітних пускачів ПМЛ210 004 з приставками ПКЛ2204, три проміжних реле РПУ-0−561УХЛ4, два мікроелектронних терморегулятори-сигналізатори МЄТРС-3, автотрансформатор АТ-10, тумблер ТВ1−2 В, восьмипозиційний перемикач 8П1Н2, сигнальна арматура АСЛ12У2 та цифровий індикатор ИН18. Шафа поставляється у складеному стані разом з блоками датчиків. Датчиками служать термоперетворювачі ТСМ-6114 (термометр опору мідний).

Принципова електрична схема станції керування ШОА-9203 комплекту вентиляційного обладнання «Клімат-4М» показана на рисунку 2.2.3.

Для автоматичного керування вентиляційною установкою тумблер SА1 встановлюють в положення, А (автоматичний режим роботи). При цьому подається живлення на терморегулятори А1 і А2. Ручку задатчика терморегулятора A1 встановлюють на фіксоване значення температури зовнішнього повітря, яке контролюється за допомогою термоперетворювача ВК1, встановленого зовні приміщення. На задатчику терморегулятора А2 встановлюють значення температури повітря в приміщенні, яке необхідно підтримувати. Температура повітря в приміщенні контролюється термоперетворювачами ВК2… ВК5, які встановлені в контрольних точках приміщення і визначають її інтегроване за чотирма точками значення.

Мал. 2.2.3 — а Електрична схема силових кіл вентиляційною установкою «Клімат-4М».

Мал.2.2.3 — б Електрична схема кіл керування вентиляційною установкою «Клімат-4М».

При температурі зовнішнього повітря нижче фіксованого значення на величину, більшу від зони нечутливості терморегулятор А1, замкнеться його замикаючий А1.1 і розімкнеться розмикаючий А1.2 контакти. Замиканням контакту А1.1 підготується до роботи коло котушки електромагнітного пускача КМ1, а розмиканням контакту А1.2 усунеться можливість одночасного замикання кіл котушок електромагнітних пускачів КМ1 і КМ.3. Якщо, в цей час температура повітря в приміщенні нижча заданої на величину, більшу від зони нечутливості терморегулятора А2, то його замикаючий контакт А2.1 також замкнеться, а розмикаючий контакт А2.2 розімкнеться. Замиканням контакту А2.1 буде подано живлення на котушку проміжного реле КV1, а розмиканням контакту А2.2 усувається можливість одночасного вмикання проміжних реле КV1 і КV2.

Отримавши живлення, реле КV1 спрацює і замкне свої замикаючі контакти КV1.1, КV1.2, КV1.3. 3амиканням контакту КV1.1 буде подана напруга на котушку пускача КМ1. Пускач КМ1 спрацює і своїми головними замикаючими контактами приєднає обмотки статорів електродвигунів М1… Мn до відпайок Х16, Y16 і Z16 автотрансформатора ТV. На обмотки статорів буде подана напруга 70 В, що відповідає першому ступеню частоти обертання двигунів. Одночасно з головними контактами замкнуться замикаючі і розімкнеться розмикаючий допоміжні контакти пускача КМ1. Один замикаючий контакт ввімкне цифровий індикатор НG, на якому загориться цифра «1», другий подасть команду на дистанційне вмикання системи опалення. При вмиканні опалення замкнеться зовнішній контакт із системи керування опаленням і ввімкне сигнальну лампу НL2 яка сигналізуватиме про те, що опалення ввімкнено. Розмиканням розмикаючого контакту не допускається одночасне вмикання пускачів КМ1 і КМ2.

Якщо при температурі зовнішнього повітря, нижчій від фіксованого значення, температура повітря в приміщенні підвищиться і буде дорівнювати заданій, розімкнеться замикаючий А2: 1 і замкнеться розмикаючий А2.2 контакти терморегулятора А2. При цьому котушка реле КV1 втратить, а котушка реле КV2 одержить живлення. Реле КV1 повернеться у вихідне положення і розімкне свої контакти КV1.1, КV1.2, КV1.3, а реле КV2 спрацює і замкне свої контакти КV2.1, КV2.2, КV2.3. Замиканням контакту КV2.1 так само, як і в попередньому випадку, буде подана напруга на котушку пускача КМ1 і ввімкнеться перший ступінь частоти обертання вентиляторів. Коли температура повітря в приміщенні перевищить задану на величину, більшу від зони нечутливості терморегулятор А2, замкнеться його замикаючий А2:3 і розімкнеться розмикаючий А2.4 контакти. Замиканням контакту А2:3 буде подана напруга на котушку проміжного реле КVЗ. Воно спрацює і замкне свої контакти КV3.1, КV3.2, КV3.3. Розмиканням контакту А2.4 позбавиться живлення проміжне реле КV2 і його контакти КV2.1, КV2.2, КV2.3 розімкнуться. При розмиканні контакту КV2.1 втратить живлення котушка пускача КМ.1 і він повернеться у вихідне положення. Його головні контакти розімкнуться і від'єднають обмотки статорів двигунів М1… Мn від відпайок Х16, Y16, Z16 автотрансформатора ТV. Одночасно з головними контактами пускача КМ1 розімкнуться його замикаючі і замкнеться розмикаючий допоміжні контакти. Розмиканням одного замикаючого контакту вимкнеться цифровий індикатор НG і на ньому погасне цифра «1», а розмиканням другого розмикаючого контакту буде подана команда на дистанційне вимикання системи опалення. При замиканні допоміжного розмикаючого контакту пускача КМ1 через замкнений контакт КV3.1 одержить живлення котушка пускача КМ2. Пускач КМ2 спрацює і своїми головними контактами приєднає обмотки статорів двигунів М1.-.Мn до відпайок Х14, Y14, Z14 автотрансформатора ТV. На обмотки статорів буде подана напруга 90 В, що відповідає другому ступеню частоти обертання двигунів. Допоміжний замикаючий контакт пускача КМ2 ввімкне цифровий індикатор НG, на якому загориться цифра «2».

В усіх інших випадках установка працює аналогічно. Якщо температура зовнішнього повітря дорівнює фіксованому значенню, а температура повітря в приміщенні нижча, дорівнює заданій або вища від неї, обмотки статорів двигунів приєднуються відповідно до відпайок Х14, Y14, Z14, Х12, Y12, Z12 або Х8, Y8, Z8. На обмотки подається напруга відповідно 90, 110 або 160 В, що відповідає другому, третьому або четвертому ступеню частоти обертання двигунів. При температурі зовнішнього повітря вище фіксованого значення і температурі повітря в приміщенні нижче, однаковій з заданою або вище заданої обмотки статорів двигунів приєднуються відповідно до відпайок Х8, Y8, Z.8 або до затискачів А, В, С автотрансформатора. На обмотки подається напруга відповідно 160, 220 або 380 В, що відповідає четвертому, п’ятому або шостому ступеням частоти обертання двигунів.

Для ручного керування вентиляційною установкою тумблер SА1 ставлять в положення Р (ручний режим роботи), а перемикач SА2 — в одне з восьми положень, що відповідають шести ступеням частоти обертання електродвигунів (6, 7 і 8 положення перемикача SА2 об'єднані в одне). При встановленні перемикача SА2 в положення, що відповідає необхідному ступеню частоти обертання електродвигунів, вмикається відповідний електромагнітний пускач, який своїми головними замикаючими контактами приєднує обмотки статорів двигунів до відповідних відпайок або до затискачів А, В, С автотрансформатора ТV, а допоміжним замикаючим контактом вмикає цифровий індикатор НG, на якому загоряється цифра, що відповідає номеру ступеня частоти обертання. На першому ступені частоти обертання другий допоміжний замикаючий контакт пускача КМ1 подає команду на дистанційне вмикання системи опалення, про ввімкнений стан якої сигналізує лампа НL2. Терморегулятори А1 і А2 в ручному режимі роботи вимкнені.

Кожний з електродвигунів М1, М2, …, Мn захищається від перевантаження і короткого замикання відповідно автоматичним вимикачем QF2, QF3, …, QFm з тепловим і електромагнітним розчіплювачами струму. Шафа керування в цілому захищається автоматичним вимикачем QF1 з тепловим і електромагнітним розчіплювачами, а кола керування — плавким запобіжником FU. Про включений стан шафи сигналізує лампа НL1.

мікроклімат корівник автоматизація вентилятор

3. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

3.1 Обґрунтування проекту

Мікроклімат як сукупність умов середовища існування поряд з годівлею і поїнням — найважливіший фактор забезпечення нормального існування і продуктивності сільськогосподарських тварин в умовах виробництва па промисловій основі.

Нормами обмежені концентрації в приміщеннях для тварин С₂ (0,18%), NH₃ (0,01 мг/л) і Н ₂ S (0,005 мг/л), а також установлені допустимі межі температури, відносній вологості і швидкості руху повітря.

Тваринницьке приміщення як об'єкт регулювання мікроклімату являє собою технологічне повітряне середовище з нормованими параметрами температури И_в, швидкості руху повітря н_в, відносної вологості ц%, концентрації вуглекислого газу (аміаку, сірководню) C (со₂,).

Середовище в приміщеннях дуже інтенсивно обурюються технологічними факторами і зовнішніми кліматичними умовами.

При регулюванні теплового режиму тварин фактично керованими величинами є температура повітря в приміщенні (зимовий режим) і вентиляція, що створює рух повітря і видалення лишків теплоти (літній режим). В екстремальних кліматичних умовах для регулювання температури в літньому режимі можна застосовувати випарне охолодження.

Під «зимовим» режимом розуміється умови, при яких баланс теплоти в приміщенні негативний і потрібно вводити опалення. У «літньому» режимі баланс теплоти в приміщенні позитивний і зважується задача її утилізації чи компенсації в балансі теплового режиму тварини.

На сучасних тваринницьких і птахівницьких фермах, комплексах у результаті впровадження нової, промислової технології виробництва продукції значно ускладнилася взаємодія організму тварини і птахів з зовнішнім навколишнім середовищем. При великій концентрації тварин з ущільненим їхнім розміщенням на фермі вирішальна роль у підвищенні резистентності організму, збільшенні продуктивності і відтворних функцій тварин приділяється створенню оптимального мікроклімату. Вміст у приміщенні продуктів обміну речовин організмів тварин, бактеріальна засміченість повітря, що негативно позначаються на здоров'ї і фізіологічному стані тварин, знаходяться в прямої залежності від поголів'я тварин.

Вплив різних факторів навколишнього середовища на організм тварини виявляється в глибоких і серйозних змінах фізіологічних процесів останнього: кровообігу, дихання, терморегуляції, газообміну і обміну речовин, що, у свою чергу, впливає на резистентність організму і, природно, на продуктивність тварин. Дослідженнями встановлено, що продуктивність молочних корів, наприклад, на 70% визначається умовами навколишнього середовища і лише на 30% — генетичними ознаками. Отже, зміною складу і властивостей навколишнього середовища можна певним чином впливати на організм тварини, направлено трансформувати його, домагаючись появи бажаних нам умовних рефлексів, що сприяють як збереженню здоров’я, стійкості до захворювань, так і прояву високої продуктивності.

Оптимальне сумарне значення окремих факторів — температура, вологість, швидкість руху і газовий склад навколишнього повітря, наявність пилу й мікроорганізмів, рівень радіації, іонізації, а також висвітлення, атмосферний тиск та інше — і є мікроклімат.

Мікроклімат у тваринницьких приміщеннях залежить від багатьох умов — місцевого (зонального) клімату, теплозахисних властивостей конструкцій будинку, рівня повітрообміну, ефективності вентиляції, стану каналізації, способів збирання і видалення гною, освітлення, а також від технології складу й виду тварин, особливостей їхньої фізіології й обміну речовин, щільності розміщення, типу годівлі, способів роздачі кормів і т.д. Велике значення придасться також орієнтації ферм (комплексів), об'ємно-планувальним особливостям і конструкціям будинків, виду і якості будівельних матеріалів конструкцій, внутрішньому устаткуванню, напрямку і спеціалізації господарства.

Автоматизація систем мікроклімату дозволяє створити й підтримувати оптимальні умови повітряного середовища у тваринницьких і птахівницьких приміщеннях. У результаті застосування автоматизації підвищується продуктивність тварин, скорочуються витрати ручної праці і зменшується витрата електричної й теплової енергій. Розрахунки показують, що використання навіть найпростіших пристроїв підтримки температурних режимів дозволяє заощаджувати до 30% електроенергії.

Визначальними параметрами, що характеризують стан внутрішнього повітряного середовища у тваринницьких і птахівницьких приміщеннях і піддаються безпосередньому регулюванню, варто вважати температуру, швидкість руху, відносну вологість ,і газовий склад повітря.

Особливості автоматизації систем мікроклімату. При розробці автоматичних систем мікроклімату необхідно враховувати наступні особливості.

1. Складність автоматизації мікроклімату у тваринницьких і птахівницьких приміщеннях, обумовлена залежністю регульованих параметрів (температура, швидкість руху, відносна вологість повітря і т.д.) від зовнішніх і внутрішніх факторів, і їхнім взаємозв'язком; у свою чергу, факторів, що змінюються протягом доби і тим більше в різні періоди року.

2. Розосередженість у широких межах контрольованих і регульованих параметрів як по обсязі, так і за часом.

3. Безупинний технологічний зв’язок систем мікроклімату з живими організмами, для яких характерна безперервність біологічних процесів.

4. Роботу устаткування в приміщеннях із підвищеним змістом вологи, пилу й агресивних газів.

Система автоматичного регулювання (САР) повинна володіти мінімальною інерційністю, забезпечувати правильну послідовність роботи установок, бути надійною й стійкою у роботі, мати захист проти аварійних ситуацій, бути досить простою і економічно вигідною.

3.2 Розрахунок продуктивності вентиляторів

Щоб підтримати у тваринницьких приміщеннях певні температури повітряного середовища — температура, відносна вологість, рівень шкідливих газів — необхідно це приміщення вентилювати, опалювати або охолоджувати. В даному розділі ставиться питання розрахунку продуктивності вентиляції, яка забезпечує необхідний рівень, та обмін повітря в приміщенні корівника. Відомо що відсутність повітрообміну у приміщеннях для утримання корів призводить до того, що надої молока знижуються на 30−40%, втрати кормів збільшуються.

Визначаємо необхідний обмін повітря, м³ по вмісту вуглекислого газу:

n-кількість голів в корівнику

n=200 гол.

С₁— кількість вуглекислого газу, що виділяється твариною, С₁=128 л/год*гол С₂-допустима концентрація газу у повітрі.

С₂=1,5 л/м³

С₃-концентрація вуглекислого газу в приміщені,

С₃=0,3л/м³

Тоді:

м³

Необхідний обмін повітря по допустимим концентраціям вологи В₂, м³/год.

де:

W-кількість водяної пари, яка виділяється однією твариною,

W=300 г/год;

— коефіцієнт який враховує випаровування вологи з підлоги, годівниць, автонапувалок і т.д. =2…3.

W₁ доступна кількість водяної пари в приміщені, г/м³

де

— нормативна відносна вологість повітря в тваринницькому приміщені, =(40…75)%;

W_max— максимальна вологість повітря при температурі в середині приміщення 10 °C, W_max =9,5 г/м³

Тоді

г/м³

W₂— середня абсолютна вологість припливного повітря, W₂=3,2 г/м³

м³/год Для подальших розрахунків вибираємо максимальний повітрообмін, тобто В₂

Кратність годинного повітрообміну

де

V_n-об'єм приміщення, м³.

Тоді

Згідно норм проектування при К>5 приймаємо примусову вентиляцію з підігрівом зовнішнього повітря.

Розрахунок примусової вентиляційної системи ведемо з умови, що вона повинна працювати періодично, тому система подачі повинна бути в 2−3 рази більша за розрахункову величину В₂, тобто:

;

Приймаємо:

м³/год Продуктивність одного вентилятора:

де

n_в— кількість вентиляторів, n_в=12.

Тоді

м³/год.

Визначаємо діаметр вентиляційного отвору, м:

де

V-швидкість руху повітря,

м/с.

Тоді

м Визначаємо тиск вентилятора, Па:

де

— щільність повітря, =1,2 кг/м³;

— довжина трубопроводу, =0,5 м;

— значення місцевих втрат тиску, =3,2;

Ккоефіцієнт опору повітря, К=0,02…0,03.

Па.

Визначаємо потужність двигуна, для приводу вентилятора, кВт де

— К.К.Д. вентилятора, =0,4…0,6

кВт Вибираємо електродвигун асинхронний з короткозамкненим ротором типу — 4А80ЧСУ1.

Паспортні дані двигуна 4А80ЧСУ1:

Дотикова напруга в збірці з вентилятором U=50 B.

В якості вентилятора вибираємо вентилятор типу ВО.

Запроектована у корівнику проточно-витяжна вентиляція забезпечується за допомогою 12 вентиляторів типу ВО, встановлених в 12 установках типу ПВУ-4М, розташованих у пролитних стіних конструкцій корівника.

Для автоматичного керування температури в корівнику будемо використовувати удосконалену систему вентиляції типу «Клімат 4».

3.3 Вибір проводів і кабелів силової проводки

Номінальний струм двигуна І_н=1,1 А З урахуванням поправочних коефіцієнтів тривало допустимий струм:

де k₁-поправочний коефіцієнт на температуру навколишнього середовища, k₁=1.07

k₂ — поправочний коефіцієнт, який залежить від числа кабелів в одній траншеї та відстані між ними, k₂ =1

A

Вибираємо кабель марки ШВВП 3*0,5

3.4 Технологічна і технічна характеристика об'єкта автоматизації

Станція керування ШАП-5701 призначена для керування вентиляторами з метою підтримки необхідного повітрообміну і створення необхідних температурних умов у тваринницьких і птахівницьких приміщеннях.

Станція керування вентиляцією забезпечує:

східчасте регулювання швидкості обертання електродвигунів пропелерних вентиляторів униз від номінальної в діапазоні 1500…250 хв.^-1;

регулювання швидкості обертання у функції температури повітря в приміщенні;

автоматичний перехід на нижчу швидкість при зниженні температури повітря в приміщенні;

автоматичний перехід на вищу швидкість при підвищенні температури повітря в приміщенні;

автоматичний вибір числа працюючих груп електродвигунів вентиляторів;

автоматичне відключення однієї групи електродвигунів при зниженні температури повітря в приміщенні;

автоматичне включення додаткової групи електродвигунів при підвищенні температури повітря в приміщенні;

можливість завдання температури повітря і приміщенні в діапазоні від 5 до 35 °C чи в діапазоні від 0 до 40 °C;

контроль напруги, подаваної на електродвигуни;

ручне включення, переключення і відключення електродвигунів;

світлову сигналізацію швидкості працюючих електровентиляторів і наявності напруги на станції керування;

захист від коротких замикань і перевантаження.

Таблиця 2.1

Технічна характеристика обладнання «Клімат -4»

Таблиця 2.2

Технічна характеристика електродвигунів

3.5 Розрахунок і побудова механічної характеристики робочої машини

Визначаємо момент опору робочої машини за формулою:

де М₀ — момент зрушення або момент опору тертя в рухомих частинах, який не залежить від швидкості, Нм;

М_сн — момент опору робочої машини при номінальній швидкості щ_н, Нм;

б — показник ступеня, характер зміни якого залежить від зміни швидкості; Для насосів б=2.

Визначаємо номінальний момент опору за формулою:

де Р_с — споживана потужність, кВт;

n_сн — номінальна швидкість обертання, об/хв.

Підставивши значення отримаємо:

Нм Визначаємо номінальну кутову швидкість обертання за формулою:

Підставивши значення отримаємо:

1/с

Нм Наступні розрахунки М_с аналогічні. Підсумки розрахунків зводимо у таблицю 3.1.1, а криву характеристики будуємо на рис. 3.1.1.

Таблиця 2.3

3.6 Розрахунок і побудова механічної характеристики асинхронного електричного двигуна при пуску та гальмуванні

Механічну характеристику асинхронного електродвигуна будують по поточним даним:

фазна номінальна напруга, В;

активний опір обмотки статора, Ом;

вторинний приведений опір ротора, Ом;

реактивний опір обмотки статора, Ом;

вторинний приведений опір ротора, Ом;

Для побудови характеристики необхідно визначити наступні характерні точки:

1. М = 0; синхронна частота обертання двигуна;

2. М = точка номінального режиму роботи;

3. М = точка максимального моменту;

4. М = точка пускового моменту двигуна .

Кутова частота обертання ротора, що відповідає критичному ковзанню визначається за формулою:

Підставивши значення отримаємо:

1/с.

Інші точки механічної характеристики двигуна будують по рівнянню:

Підставляємо значення, отримані результати розрахунків зводимо в таблицю 3.2.1.

Таблиця 2.4

По результатам розрахунку будуємо механічну характеристику асинхронного двигуна на креслені 1

3.7 Вибір апаратури керування і захисту комплектних пристроїв

Вибираємо автоматичний вимикач QF:

Визначаємо пусковий струм електродвигуна:

Підставивши значення отримаємо:

А Струм вставки теплового розчіплювача автомата вибираємо за умовою:

де К_н.т — коефіцієнт надійності, який враховує розкид по струму спрацювання теплового розчіплювача.

Підставивши значення отримаємо:

А Струм спрацювання електромагнітного розчіплювача вибираємо за умовою:

де К_н.е — коефіцієнт надійності, який враховує розкид по струму спрацювання електромагнітного розчіплювала і пускового струму електродвигуна.

Підставивши значення отримаємо:

А.

Приймаємо автоматичний вимикач типу АЕ2020 з струмом теплового розчіплювача і струмом спрацювання електромагнітного розчіплювача .

Вибираємо електромагнітний пускач КМ за умовами:

Умовами вибору відповідає пускач типу ПМЛ-12 202 з В, А.

380 В = 380 В

10 А > 3,31 A

10 A > 3,31/6 (10 A >3,31 A)

Вибираємо електротеплове реле за умовами:

Вибираємо електротеплове реле, яке відповідає даним умовам, типу РТН — 10 (3,0 А…5,0 А)

Література

1. Бородин И. Ф. Автоматизация технологических процессов; -М.: Агропроиздат. 1986. -368 с.

2. Олійник В.С. Довідник сільського електрика. -К.: Урожай, 1989. 262 с.

3. Гончар В. Ф. Електрообладнання і автоматизація виробничих процесів у тваринництві. — К.: Вища школа, 1980 — 260с.

4. Корольов В. Н. Каталог. Електричні схеми машин і обладнання для с.г. виробництва. — М.: Інформагротех, 1991, 50 с.

5. Марченко А. С. Справочник по автоматизации в животноводстве, — К.: Урожай, 1990. 450с.