Автоматизация паровой котельной — проект, программирование, наладка. Автоматизация и диспетчеризация котельных

Введение

В нашей стране действуют десятки тысяч различных по оснащению и назначению котельных. Большое распространение получило строительство котельных работающих на газовом топливе. Т.к. транспортировка и подготовка газа проще, технологический процесс сжигания газа менее сложен, чем других видов топлива, при сжигании газа менее страдает экология.

Отопительные и отопительно-производственные котельные занимают одно из ведущих мест среди потребителей топливных ресурсов, расходуя до 50% добываемого в стране топлива. В настоящее время в городах и поселках насчитывается более 120 тыс. котельных, среди которых более 100 тыс. работают на газовом топливе и мазуте.

В настоящее время уровень автоматизации технологических установок на котельных остается низким. Котельные в основном эксплуатируются с обслуживающим персоналом непосредственно вмешивающимся в управление технологическим процессом. Применяемые средства автоматизации и приборы в основном прямого воздействия без использования технологического контроллера.

Техническая эксплуатация отопительно-производственных котельных связана с трудоемкими и утомительными для ручного обслуживания процессами. Нарушения нормального хода технологических процессов на котельных могут вызвать аварии отопительных систем и тяжелые последствия. Поэтому непременным условием эксплуатации котельных является автоматизация основного и вспомогательного оборудования, обеспечивающая сохранение материального и энергетического баланса установки при оптимальном КПД, минимальном загрязнении окружающей среды, минимальных потребностях топливно-энергетических ресурсов, безопасной работе при любых нагрузках.

Совершенствование приборов и методов измерения позволяет получать более точные результаты измерений, в частности уменьшить погрешность измерения расхода газа, что позволяет потребителю экономить большие финансовые средства. При автоматизации и управлении технологическими объектами широко используют микропроцессорные средства контроля и управления.

1. Описание технологического процесса котельной на комплексном пункте сбора

1.1 Общие понятия о котельной

Устройства, служащие для получения водяного пара заданных параметров, называют котельными установками.

По назначению котельные установки делятся на энергетические, производственные и отопительно-производственные. В энергетических котельных установках вырабатывается пар для привода турбин. В производственных пар вырабатывается для разных технологических нужд, а в отопительно-производственных для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения производственных и жилых зданий. Котельные установки состоят из котлоагрегата и вспомогательного оборудования. В свою очередь котлоагрегат состоит из котла, топочного устройства, водяного экономайзера, пароперегревателя, воздухоподогревателя, арматуры, гарнитуры, каркаса и обмуровки. Рабочим телом котлоагрегата является вода.

Вспомогательное оборудование котельной установки, куда относятся питательные насосы, тягодутьевые установки, паропроводы и др. оборудование, предназначено для подачи воды, топлива и воздуха в котлоагрегат, а также для удаления золы, дымовых газов, и шлака. Кроме того, к вспомогательному оборудованию относятся приборы, аппараты, устройства для контроля и автоматического регулирования режима работы котлоагрегата.

В зависимости от производительности котлоагрегаты делятся на котлы малой мощности, которые могут вырабатывать пар до 5.5 кг/с (19.8 т/ч); котлы средней мощности, вырабатывающие пар до 30 кг/с (108 т/ч), и котлы большой мощности производительностью до 1000 кг/с (3600 т/ч).

Паровые котлы ДЕ предназначены для выработки перегретого пара или насыщенного, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Непосредственно в котельной стоят котлы типа ДЕ 6,5-14-ГМ.

Котлоагрегаты данного типа работают на газо-мазутном топливе.

1.2 Описание технологического процесса

Технологический процесс котельной установки представляет собой совокупность двух процессов:

Подготовка воды;

Получение пара.

Исходная вода с температурой 10-15°С поступает на вход блока насосов БН-1, состоящий из центробежных секционных насосов ЦНС 38-132, которые создают необходимое давление 0,5 МПа воды на выходе. Вода с насосов поступает в теплообменник ТО-1, используемый для подогрева воды дымовыми газами при температуре 150°С. Вода нагревается до температуры 45°С. После подогрева вода подается в фильтр ХВО.

Ионитный натрий-катионитовый фильтр ХВО представляет собой металлический цилиндрический сосуд, заполненный практически нерастворимым в воде материалом (катионитом), способным вступать в ионный обмен с растворенными в воде солями. Через распределительное устройство, расположенное в верхней части фильтра, вода фильтруется через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы натрия. При этом катионит поглощает из воды ионы кальция и магния, обуславливающие ее жесткость, а в воду переходит из катионита эквивалентное количество ионов натрия. Когда обменная способность натрий-катионита в процессе фильтрования через него жесткой воды истощается, натрий-катионит подвергается регенерации вытеснением из него ранее поглощенных ионов кальция и магния 6-8%-ным раствором поваренной соли. Для приготовления этого раствора применяется солерастворитель. Таким образом, в фильтре происходит обменная ионная реакция, в результате которой концентрация растворенных в воде катионов жесткости снижается (вода умягчается), что предотвращает образование накипи. Отвод умягченной воды из фильтра осуществляется через дренажное устройство, расположенное в нижней части корпуса.

Пройдя фильтр ХВО, умягченная вода дополнительно подогревается в теплообменнике ТО-2 до температуры 60°С и поступает в деаэратор атмосферного давления ДА-5/4, производительностью 5 т/ч. Деаэрацией называется удаление из питательной и подпиточной воды растворенных в ней газов (кислорода О2, двуокиси углерода СО2), вызывающих коррозию питательных трубопроводов, поверхностей нагрева котлов и систем теплоснабжения. Количество воды, поступающей в деаэратор, регулируется клапаном. Питательная вода из деаэратора с давлением 0,12 МПа поступает в блок насосов БН-2, которые подымают давление воды до 1,5 - 2,0 МПа (15...20 кгс/см2), чтобы преодолеть давление пара в барабане котла. Этот блок состоит из трех центробежных насосов (два рабочих, один резервный), управляемых электродвигателями. Насосы имеют три основные характеристики: подача (количество воды, перекачиваемой в единицу времени, м3/ч); напор (максимальное давление, создаваемое насосом, м вод. ст.) и допустимая температура воды на входе воды в насос. Для питания парового котла с давлением пара 1,4 МПа (14кгс/см2) используется насос типа ЦНСГ-38-176. Это центробежный насос секционный для горячей воды с подачей 38 м3/ч, создающий напор 176 м вод. ст. и имеющий допустимую температуру воды на всасе 105 °С. Блок насосов БН-2 обеспечивает подачу воды в паровой котел.

Получение пара из воды слагается из трех процессов:

Подогрева воды до температуры кипения;

Кипение воды, когда жидкая фаза переходит в насыщенный пар;

Перегрев пара до заданной температуры (при наличии пароперегревателя).

Тепло, необходимое для получения пара, выделяется при сгорании топлива в топочной камере. Передача тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева происходит в результате всех видов теплообмена: радиационного, конвективного и теплопроводности.

Подогрев воды происходит в экономайзере, парообразование в экранах, перегрев пара - в пароперегревателях.

Каждый из этих конструктивных элементов котлоагрегата участвует в превращении теплоты сгорания топлива в тепловую энергию водяного пара. Теплообмен во всех этих элементах происходит при высоких температурах стенок поверхностей нагрева, находящихся одновременно и под воздействием давления воды или пара. Отсюда и особые требования к поддержанию температуры металла стенок труб в пределах допустимых величин по условиям прочности. Это достигается путем создания устойчивого движения воды и пара внутри трубной системы котлоагрегата за счет разности удельных весов данных компонентов.

Процесс получения пара протекает в следующем порядке. Центробежными насосами питательная вода непрерывно подается в барабан котла. Ее давление выше давления вырабатываемого пара. Прежде чем попасть в барабан котла, питательная вода проходит через экономайзер, подогреваясь до температуры 140°С. Барабан котла служит распределителем котловой воды и сборником образующего пара. С помощью опускных труб вода из барабана поступает в нижние коллекторы (сборники или распределители), к которым присоединяются трубы экранов, вертикально установленные по внутренним стенкам топочной камеры. Другим концом экранные трубы присоединяются к барабану котла. Как говорилось, экранные трубы представляет поверхность нагрева котла и предназначены для получения пара, кроме того, они защищают стенки топочной камеры от температуры. В результате радиационного (лучевого) нагрева экранных труб находящаяся в них вода закипает, образовавшиеся пузырьки пара стремятся вверх, увлекая за собой еще не вскипевшую воду. По направлению к барабану котла в трубах экрана образуется поток пароводяной смеси. Так как гидростатическое давление пароводяной смеси (эмульсии) в экранных трубах меньше, чем вес столба воды в опускных трубах, то в замкнутой гидравлической системе (барабан котла - опускные трубы - нижние коллекторы - экранные трубы - барабан котла) образуется устойчивое движение (естественная циркуляция).

Дымовые газы (продукты сгорания) из топки отсасываются дымососом и выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Для обеспечения нормального режима горения топлива в топку вентилятором подается воздух.

Таким образом, в топку котла подаются топливо и воздух, а отсасываются дымовые газы; в барабан котла подается питательная вода, а отбирается водяной пар. Образовавшийся пар расходуется на собственные нужды (подогрев воды в деаэраторе). Другая часть пара поступает на нужды производства, оставшаяся часть поступает к пароводяным теплообменникам для подогрева воды системы отопления .

1.3 Состав и описание объекта автоматизации

1.3.1 Котел паровой газо-мазутный

Газомазутные паровые вертикальные водотрубные котлы типа ДЕ предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого на технологические нужды, отопление и горячее водоснабжение. Котлы этого типа выпускаются на номинальную паропроизводительность 4; 6,5; 10; 16 и 25 т/ч при рабочем давлении 1,4 и 2,4 МПа (14 и 24 кгс/см2).

Конструктивной особенностью таких котлов является размещение топочной камеры сбоку конвективного пучка, образованного вертикальными трубами, развальцованными в верхнем и нижнем барабанах. При этом в максимальной степени использована унификация деталей и сборочных единиц, применяемых в котлах типов ДКВР и ДЕ.

Техническая характеристика котлов ДЕ-6,5-14ГМ представлена в таблице 1.1 .

Таблица 1.1 - Техническая характеристика котла

	Наименование параметра	измерения	Величина
	Паропроизводительность
	Рабочее избыточное давление
	Температура насыщенного пара
	Температура перегретого пара
	Поверхность радиационная нагрева
	Поверхность конвективная нагрева
	КПД при сжигании:
	Температура питательной воды, не ниже
	Температура дымовых газов за экономайзером: На мазуте
	Габариты котла:

1.3.2 Деаэратор (ДА-5/4)

Деаэраторы атмосферного давления типа ДА производительностью 5,15,25,25,50 и 100 т/ч применяются для дегазации питательной и подпиточной воды в котельных с паровыми котлами.

На данной котельной установке используется деаэратор типа ДА-5/4. Деаэратор состоит из деаэраторного бака, деаэрационной колонки и гидрозатвора. Деаэраторный бак представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами и патрубками входа и выхода рабочей среды, трубопроводов для подключения и арматуры. На баке размещена деаэрационная колонка КДА-15, которая представляет собой цилиндрическую обечайку с эллиптическим днищем, патрубками для подвода и отвода рабочей среды. Для обеспечения безопасной эксплуатации деаэратора предусмотрено предохранительное устройство - гидрозатвор, защищающий его от опасного превышения давления и уровня воды в баке.

В деаэраторе применена двухступенчатая схема дегазации: первая - струйная, вторая - барботажная. В деаэраторе ДА-5/4 первая ступень дегазации находится в деаэрационной колонке, вторая - в деаэраторном баке.

Основные технологические параметры деаэратора представлены в таблице 1.2 .

Таблица 1.2 - Основные технологические параметры деаэратора

	Наименование параметра	измерения	Величина
	Номинальная производительность
	Рабочее давление
	Температура деаэрированной воды
	Средний подогрев воды в деаэраторе
	Полезная емкость деаэраторного бака
	Габариты деаэратора:

1.3.3 Экономайзер (ЭБ1-330И)

Экономайзеры чугунные блочные предназначены для нагревания питательной воды в паровых и водогрейных стационарных котлах с рабочим давлением до 2,4 МПа.

Применение чугуна в поверхностях нагрева и соединительных деталях значительно увеличивает срок службы по сравнению со стальными экономайзерами. Использование паровой (П) или газоимульсионной (И) очистки позволяет постоянно иметь чистые поверхности нагрева, а значит экономить топливо при минимальном обслуживании и полном исключении ручного труда.

Основные технологические параметры экономайзера представлены в таблице 1.3 .

Таблица 1.3 - Основные технологические параметры экономайзера

	Наименование параметра	измерения	Величина
	Площадь поверхности нагрева
	Количество колонок
	Длина труб
	Гидравлическое сопротивление
	Температура воды на входе (минимальная)
	Температура воды на выходе (минимальная)
	Аэродинамическое сопротивление
	Габаритные размеры:
	Количество труб

1.3.4 Дутьевой вентилятор (ВДН-9-1500)

Центробежные дутьевые вентиляторы одностороннего всасывания типа ВДН предназначены для подачи воздуха в топки паровых котлов.

Максимально допустимая температура перемещаемой среды на входе в вентиляторы +200°С, температуре окружающего воздуха не ниже -30°С и не выше +40°С. Вентиляторы рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе (вне помещения под навесом) в условиях умеренного климата. Такими вентиляторами комплектуются котлы с уравновешенной тягой паропроизводительностью 1..25 т/ч.

Техническая характеристика дутьевого вентилятора ВДН-9-1500 представлена в таблице 1.4 .

Таблица 1.4 - Техническая характеристика дутьевого вентилятора

1.3.5 Вытяжной вентилятор (ВДН-11,2-1500)

В качестве дымососов на газомазутных котлах применяются вентиляторы типа ВДН-11,2-1500. Они предназначены для отсасывания дымовых газов из топок котельных агрегатов, рассчитаны на продолжительный режим работы в помещении и на открытом воздухе в условиях умеренного климата.

Запуск разрешается при температуре в улитке не ниже -30°С. Максимальная температура газов на входе в дымососы не должна превышать +200°С.

Техническая характеристика вытяжного вентилятора ВДН-11,2-1500 представлена в таблице 1.5 .

Таблица 1.5 - Техническая характеристика вытяжного вентилятора

1.4 Функции системы управления

1.4.1 Основные функции при управлении котлом ДЕ-6,5/14-ГМ

АСУТП котлов предназначена для выполнения всех функций управления котлом, как в автономном режиме, так и в составе АСУТП котельной.

Основные функции системы:

Пуск, штатный и аварийный останов котла;

Автоматическое регулирование технологических параметров и поддержание заданной мощности котла;

Логическое управление технологическим оборудованием в соответствии с запрограммированными алгоритмами;

Реализация защит и блокировок в соответствии с нормативными документами на водогрейные и паровые котлы;

Передача значений контролируемых параметров на АРМ оператора;

Прием и исполнение команд дистанционного управления от АРМ оператора и местного пульта управления;

Диагностика состояния технических средств системы.

1.4.2 Функции отображения, регистрации и сигнализации

а) визуализация:

измерение и отображение в цифровой форме технологических параметров (в виде отдельных величин или в виде группы взаимосвязанных величин) по требованию оператора;

вывод основных технологических параметров и состояний оборудования на мнемосхемы;

обнаружение и оперативное отображение отклонений технологических параметров и показателей состояний оборудования за установленный промежуток времени;

реализация диалога с оператором.

б) регистрация:

1) обнаружение, регистрация, сигнализация отклонений технологических параметров и показателей состояний оборудования за установленные пределы;

2) формирование графиков изменения основных технологических параметров;

3) обнаружение и регистрация аварий.

в) автоматическое управление:

1) на основе полученных данных о технологическом процессе, осуществляется управление исполнительными механизмами по определенному алгоритму;

2) регулирование заданных технологических параметров.

г) формирование и печать отчетно-учетных документов по запросу оператора.

2. Автоматизация технологического процесса

2.1 Структура АСУ ТП

Нижний уровень включает в себя датчики давления, исполнительные механизмы, термометры сопротивления, блоки питания, а также средства дистанционного управления исполнительными механизмами с клапанами и задвижками, позволяющие оператору при необходимости вести технологический процесс в ручном (аварийном) режиме работы.

Средний уровень системы управления разработан на базе технологического микропроцессорного управляющего контроллера SLC-5/04 фирмы "ALLEN-BRADLEY" и выполняет следующие основные функции:

Cбор и обработку аналоговых измерений;

Cбор и обработку цифровых сигналов аварий, предупредительной сигнализации и состояний технологического оборудования;

Контроль выхода за уставки технологических параметров и формирование соответствующих аварийных или предупредительных сигналов;

Выдача управляющих воздействий на различные механизмы;

Обмен информацией со вторым уровнем управления;

Автоматическое регулирование.

Верхний уровень системы управления реализован на базе ПЭВМ промышленного исполнения и выполняет следующие функции:

Выполняет обработку полученной информации, формирует базы данных замеров, ведет предысторию событий и аварий;

Обеспечивает непрерывный круглосуточный обмен информацией с контроллером;

Формирует и архивирует массивы информации по заданным параметрам;

Отображает полученную информацию в виде таблиц или на мнемосхемах с возможностью показа, как полного перечня параметров, так и параметров по конкретной технологической подсистеме;

Отображает графики изменения физических величин в виде кривых; Обеспечивает формирование и печать отчетно-учетных документов.

2.2 Объекты и объемы автоматизации котельной установки

Объёмы автоматизации котельной установки определяются из условия обеспечения её работы без оперативного персонала, с формированием аварийных сигналов оповещения и аварийного останова котла при возникновении аварийной ситуации и пожаре.

На данной котельной установке комплексного сборного пункта предусматривается технологическая и аварийная сигнализации.

Технологическая сигнализация служит для предупреждения обслуживающего персонала об отклонении параметров от нормы. В качестве звукового сигнала - звонок. Звуковой сигнал снимается дежурным персоналом, а световой (световые табло размещены на щитах контроля и управления) горит до устранения нарушения.

Аварийная сигнализация служит для оповещения оператора об аварийном состоянии электродвигателей основного оборудования. В качестве звукового сигнала принимается ревун, а аварийная световая сигнализация осуществляется красной лампочкой, расположенной над ключом управления электроприводом.

Защита котлоагрегата при возникновении аварийных режимов является одной из основных задач автоматизации котельных установок. Аварийные режимы возникают чаще всего в результате неправильных действий постоянного обслуживающего персонала, преимущественно при пуске котлоагрегата. Схема защиты обеспечивает реализацию заданной последовательности операций при растопке котла и автоматическое прекращение подачи топлива при возникновении аварийных режимов.

Растопка котла осуществляется следующим образом:

а) растопка котельной установки выполняется двумя рабочими с регистрацией в "Журнале газоопасных работ, выполняемых без наряда-допуска";

б) пуск в работу котельной установки без включения приборов защиты и контроля запрещается;

в) растопка котла производится при слабом огне, уменьшенной тяге

г) (-0,1-(-0,15) МПа), закрытой паровой задвижке и открытом вентиле. Нагрузка должна составлять 10 - 15% номинальной производительности котла. Запорную арматуру на газопроводе перед горелкой разрешается открывать только после включения запального устройства или поднесении к ней горящего запальника;

д) при растопке котла необходимо обеспечить равномерный прогрев его частей и заранее включить устройство для подогрева воды в нижнем барабане через вентиль;

е) перед розжигом газовых горелок необходимо произвести в течении 10-15 минут вентиляцию топки котла, путем включения дымососа и вентилятора котла. Аппараты дымососа и вентилятора должны быть в открытом положении. После вентиляции необходимо убедиться в отсутствии в топке взрывоопасной газо-воздушной смеси, путем отбора проб газоанализатором с обязательной регистрацией результатов анализа проб и номера газоанализатора в "Журнале газоопасных работ выполняемых без наряда-допуска". После чего можно приступать к розжигу газовой горелки;

ж) если при розжиге горелки или в процессе регулирования произошел проскок или погасание пламени, подача газа на горелку и запальное устройство должна быть немедленно прекращена. К повторному розжигу разрешается приступать после вентиляции газоходов в течение 10-15 мин, а также устранения причин неполадок;

з) когда из открытого воздушника котла пойдет пар, необходимо закрыть воздушник и дренаж;

и) при давлении пара 0,05-0,1 МПа производится продувка водоуказательных приборов и сильфонной трубки манометра, а также проверка продувочных линий на ощупь (линия должна быть холодной). При продувке водоуказательных стекол:

1) открыть продувочный кран за счет этого продувается стекло;

2) закрыть водяной кран - продувается паровая труба и стекло;

3) открыть водяной кран, закрыть паровой кран и открыть продувочный кран - продувается водяная труба;

4) открыть паровой кран и закрыть продувочный - проверяется уровень воды в стекле.

После продувки уровень в стекле должен быстро повышаться и затем колебаться слегка. Если уровень в стекле повышается медленно, то следует снова продуть водяной кран;

к) при растопке котла необходимо следить за расширением элементов котла.

Перед включением котла в работу должны быть проверены:

1) исправность действия предохранительных клапанов путем их принудительного открытия (они должны быть отрегулированы на начало открытия; контрольный на 1,32 МПа, рабочий на 1,33 МПа) водоуказательных приборов, манометра продувки, питательных устройств, кратковременным включением;

2) проверка и включение автоматики безопасности, сигнализаторов и аппаратуры автоматического управления котлом;

3) проверка показания сниженных указательных уровней воды по указателям уровня воды прямого действия;

4) запрещается включение котла в работу при неисправной арматуре, приборов КИПиА, автоматике безопасности, систем блокировки и сигнализации;

5) включение котла в паропровод осуществляется медленным открытием задвижки после тщательного прогрева и продувки паропровода через дренаж;

6) перед включением котла в общий паропровод необходимо произвести его периодическую продувку. Периодическая продувка котла производится последовательно с передней части нижнего барабана, задней части нижнего барабана и бокового коллектора. При периодической продувке сначала открываются ближний, а затем дальний вентиль от котла, прекращение продувки происходит в обратном порядке;

7) при включении котла в работающий общий паропровод давление в нем должно быть равно или несколько ниже (0,05 МПа) давления в паропроводе. Если при включении в паропроводе будут возникать толчки и гидроудары, то включение следует приостановить и увеличить дренирование;

8) при растопке котла необходимо следить за расширением элементов котла;

9) время начала растопки, и ее окончание, должны быть записаны в сменном журнале.

Схема защиты позволяет решать задачи:

Контроль за правильным выполнением предпусковых операций;

Включение тягодутьевых устройств, заполнение котла водой и т.д.;

Контроль за нормальным состоянием параметров;

Дистанционный розжиг запальника со щита управления;

Автоматическое прекращение подачи газа к запальникам после кратковременной совместной работы запальника и основной горелки, если факелы запальника и горелки имеют общий прибор контроля.

Паровые котлы независимо от давления и паропроизводительности при сжигании газообразного и жидкого топлива должны быть оборудованы устройствами прекращающими подачу топлива к горелкам в случае:

Понижения или повышения давления газообразного топлива перед горелками;

Понижения давления жидкого топлива перед горелками;

Понижения или повышения уровня воды в барабане;

Уменьшения разряжения в топке;

Повышения давления пара (только при работе котельных без постоянного обслуживающего персонала);

Понижения давления воздуха перед горелками (для котлов, оборудованных горелками с принудительной подачей воздуха);

Погасания факела горелок, отключение которых при работе котла не допускается;

Неисправности цепей защиты, включая исчезновение напряжения.

Система автоматического регулирования котла включает в себя четыре регулятора и делится на две части:

Регулятор уровня воды в барабане котла;

Регуляторы процесса горения.

Процессом горения управляют три регулятора: соотношения "топливо-воздух" и разрежения в топке, давления пара.

Регулирование процесса горения -- это процесс связанного регулирования, т. к. изменение нагрузки котла влечет изменение расхода топлива, воздуха и отсасываемых продуктов сгорания. Данная система регулирования должна реагировать на внутренние и внешние возмущения. К внутренним относятся возмущения, связанные с изменением подачи топлива, износом регулирующих органов, а к внешним относятся возмущения, связанные с расходом пара с котла и другие.

В отопительных и отопительно-производственных котельных, работающих на газе, находят применение комплексные системы автоматики, каждая из которых в зависимости от назначения и мощности котельной, давления газа, вида и параметров теплоносителя имеет свою специфику и область применения.

Основные требования к автоматизации отопительных котельных предусматривают обеспечение безопасной их эксплуатации и рациональное регулирование расхода топлива.

Показатели совершенства применяемых систем автоматизации является их самоконтроль, т.е. подача сигнала об аварийном выключении котельной или одного из котлов и автоматическая фиксация причины, вызвавшей аварийное отключение.

Некоторые из серийно выпускаемых систем автоматики позволяют осуществлять полуавтоматический пуск и останов котлоагрегатов, работающих на газовом и жидком топливе. Одна из особенностей систем автоматизации газифицированных котельных является полный контроль за безопасностью работы оборудования и агрегатов. Система специальных защитных блокировок должна обеспечить отключение подачи топлива при:

Нарушении нормальной последовательности пусковых операций;

Отключении дутьевых вентиляторов;

Нарушении тяги в топке котла;

Понижении (повышении) давления газа ниже (выше) допустимого придела;

Погасании факела;

Понижении уровня воды в котле;

и в других случаях отклонения параметров работы котлоагрегатов от нормы.

Поэтому современные системы автоматизации состоят из оборудования и приборов, обеспечивающих комплексное регулирования режима и безопасность их работы. Для диспетчеризации котельных необходима высокая степень надежности работы исполнительных органов и датчиков систем автоматики. В ряде случаев ограничиваются применением в котельных автоматики "минимум" предназначенной для контроля лишь основных параметров (частичная автоматизация).

К выпускаемым и вновь разрабатываемым системам автоматизации отопительных котельных предъявляется ряд технологических требований:

Блочность, т. е возможность лёгкой замены вышедшего из строя блока;

Агрегатность, т. е. возможность набора любой схемы из ограниченного числа унифицированных элементов.

Наличие устройств, позволяющих осуществлять телеуправление автоматизированными установками по минимальному количеству каналов связи минимальная инерционность и быстрейшее возвращение к норме при любом возможном разбалансе системы.

Полная автоматизация работы вспомогательного оборудования:

регулирование давления в обратном коллекторе (подпитка теплосети), давления в головке-деаэратора, уровня воды в баке-аккумуляторе деаэратора и др.

2.2.1 Контур регулирования давления пара в барабане котла

Назначение - удерживать постоянной заданную величину давления пара в пределах точности регулирования путем изменения подачи топлива при колебаниях расхода пара с котла от 20 до 120% его мощности.

Нижний предел (20%) определяется началом диапазона регулирования горелок, которыми регулируются котлы ДЕ. Верхний предел (120%) определяется тем, что кратковременно разрешается перегрузка котла.

Импульс по давлению пара для регулятора поступает из барабана котла. В данной ситуации регулятор стремится поддерживать постоянным давление пара в барабане; он также участвует и в регулировании общей нагрузки котельной.

2.2.2 Контур регулирования соотношения "газ-воздух"

Назначение - поддерживать заданное соотношение между количеством топлива и воздуха во всем диапазоне изменения подачи топлива, которое определяется по графику. Необходимые данные получают при теплотехнической наладке котла.

Для полного сжигания топлива используются несколько технологических зависимостей между топливом и воздухом. Исходя из этого, строятся и схемы автоматического регулирования: "давление топлива - давление воздуха"; "расход пара -- расход (давление) воздуха"; "положение РО топлива -- расход (давление) воздуха" и "количество кислорода 02 в уходящих газах -- количество воздуха".

Оптимальное количество воздуха будет выдерживаться, когда измеряется не только расход топлива, но и его качественные показатели: состав, температура, влажность и т.д. Наиболее точно это учитывается САР подачи воздуха, удерживающей избыток (1,0-1,5%) кислорода 02 в уходящих газах. Однако из-за сложности измерения кислорода наиболее часто применяется схема регулирования соотношения "топливо -- воздух".

Измерение количества топлива заключается в измерении давления непосредственно на газовой горелке при постоянном сечении их выходных отверстий. Такой метод измерения предусматривает и режимная карта котла.

Количество воздуха, подаваемого в топку, обычно измеряется по давлению воздуха в воздуховоде перед котлом. Если на воздуховоде к котлам нет ручных заслонок, т. к. горелка одна, то можно измерять количество воздуха по величине давления в общем воздуховоде к котлам. В противном случае если прикрыть ручные заслонки на горелках, то давление воздуха в общем воздухопроводе возрастет, что как бы свидетельствует об увеличении количества воздуха от первоначального положения ручных заслонок и регулятор будет прикрывать направляющий аппарат вентилятора, хотя на горелки идет меньше воздуха и нужно наоборот увеличивать подачу воздуха.

2.2.3 Контур регулирования разрежения

Назначение - полное удаление продуктов сгорания независимо от величины нагрузки котла. Этого можно достичь при соответствии производительности дымососа в каждый момент производительности вентилятора и количеству топлива. Показателем такого соответствия является разрежение в топочной камере котла.

Избыточное давление в топке приводит к выбиванию газов и пламени из топки в помещение котельной. С увеличением же разрежения в топке резко возрастают присосы воздуха, снижающие экономичность работы котла за счет потерь с уходящими газами и увеличение расхода электроэнергии на тягу.

На регулятор разрежения возлагается задача поддержания постоянного с высокой точностью. Конкретная величина разрежения зависит от конструкции топки и места отбора импульса. Дело в том, что в различных по высоте зонах топки разрежение неодинаково. Для топок котлов типа ДЕ место отбора разрежения располагается с фронта котла в верхней части топки над горелкой.

Основное требование к регулятору - максимально возможное быстродействие, так как топка как объект регулирования разрежения практически безинерционна.

При увеличении количества воздуха, подаваемого в топку, разрежение в топке уменьшится, одновременно снижается поступление воздуха через неплотности обмуровки. Это говорит о значительном самовыравнивании топки как объекта регулирования разрежения.

Из сказанного следует, что регулятор не должен иметь остаточной неравномерности и может быть простым по закону регулирования. Как правило, для котлов типа ДЕ ставят интегральный одноимпульсный регулятор разрежения.

2.2.4 Контур регулирования уровня в барабане котла

Назначение - поддерживать уровень воды в барабане постоянным с точностью 5 мм при изменении расхода пара с котла от 10 до 120%.

Уровень воды в барабане является одним из основных регулируемых параметров паровых котлов. В равновесном состоянии участок питания котла характеризуется равенством между количеством поступающей воды и расходом пара с котла. Если это условие выдерживается, то уровень воды будет неизменным. Отклонение уровня происходит по следующим причинам: изменение подачи воды, расхода пара, теплонапряжения топки и давления пара в барабане. Отклонения уровня от среднего положения при его регулировании не должны превышать 20 - 30 мм, так как в случае отказа регулятора достаточно 3 - 4 мин до упуска воды из барабана или его перепитки. Упуск воды приводит к разрыву экранных труб и выходу котла из строя; перепитка барабана котла приводит к повышению давления пара, к забросу воды в паропровод, гидравлическим ударам и возможным разрывам паропроводов.

В то же время барабанный котел обладает рядом свойств, затрудняющих поддержание уровня в переходных режимах. При нанесении возмущения процесс изменения уровня характеризуется запаздыванием, "набуханием" и отсутствием самовыравнивания. В барабане котла регулируется уровень смеси пара и воды (эмульсии), удельный вес которой меньше удельного веса воды. Поэтому в котлах типа ДЕ, работающих на газе и мазуте, в случае резкого изменения нагрузки происходит изменение уровня в ту же сторону, в чем и заключается явление - "набухания". Иначе говоря, при повышении нагрузки увеличивается количество пара в экранных трубках, поэтому увеличивается и количество воды, вытесненной паром в барабан котла, что приводит к повышению уровня. "Набухание" тем больше, чем сильнее экранирован котел и меньше давление пара.

"Набухание" вредно сказывается на процессе регулирования. Так, при сбросе нагрузки подачу воды следует уменьшить, но уровень при этом понижается, и регулятор воздействует на увеличение подачи воды. К тому же поступление порции воды, имеющей низкую температуру, приводит к дополнительному снижению уровня. Первоначальное изменение уровня в сторону, противоположную знаку возмущения, приводит к запаздыванию регулирования.

Таким образом, задача регулирования уровня из-за отсутствия самовыравнивания, наличия "набухания" и запаздывания значительно усложняется.

Для котлов ДЕ производительностью до 25 т/ч и давлением 1,4 МПа (14 кгс/см2) практически применяется одноимпульсный изодромный регулятор питания водой барабана котла.

Питательная вода из деаэратора с давлением 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) подается на питательный насос, который подымает давление воды до 1,5..2,0 МПа (15..20 кгс/см2), чтобы преодолеть давление пара в барабане котла. Затем вода через регулирующий орган поступаёт в экономайзер где она нагревается до температуры на 20..30°С меньше, чем температура котловой воды. Оттуда питательная вода поступает в барабан котла.

Для предупреждения обслуживающего персонала об отклонении основных технологических параметров от нормы предусматривается технологическая светозвуковая сигнализация. Схема технологической сигнализации котельной разделяется, как правило, на схемы сигнализации котлоагрегатов и вспомогательного оборудования котельной. В котельных с постоянным обслуживающим персоналом должна предусматриваться сигнализация:

Остановка котла (при срабатывании защиты);

Причины срабатывания защиты;

Понижения температуры и давления жидкого топлива в общем трубопроводе к котлам;

Понижения или повышения давления воды в обратном трубопроводе тепловой сети;

Понижения давления воды в питательной магистрали;

Повышения или понижения уровня в баках (деаэраторных, аккумуляторных систем горячего водоснабжения, конденсатных, питательной воды, хранения жидкого топлива и др.), а также понижения уровня в баках промывочной воды;

Повышения температуры в баках хранения жидких присадок;

Неисправность оборудования установок для снабжения котельных жидким топливом (при их эксплуатации без постоянного обслуживающего персонала);

Повышения температуры подшипников электродвигателей при требовании завода-изготовителя;

Понижения величины рН в обрабатываемой воде (в схемах водоподготовки с подкислением);

Повышения давления (ухудшения вакуума) в деаэраторе;

Повышения или понижения давления газа.

Схема автоматизации котельной представлена в приложении А.

2.3 Выбор и обоснование технических средств автоматизации

Основным критерием при выборе современного датчика является его интеллектуальность. Под этим термином понимается не просто наличие в датчике микропроцессора, а программируемая многофункциональность датчика, модульность его построения, наличие в нем интерфейсов к типовым цифровым полевым сетям.

В функции современного интеллектуального датчика обычно входят:

Хранение архива измеренных значений;

Первичная обработка измеренных значений, контроль их выхода за заданные границы;

Преобразование измерений в заданные технические единицы с коррекцией по влияющим на точность измерения факторам;

Самодиагностика и тестирование с выдачей сообщений оператору о наименовании обнаруженной неисправности датчика;

Дистанционная, с пульта оператора настройка шкалы датчика, установка его нуля и градуировка.

Для измерения температуры воды используем датчик ТСПУ Метран-276.

Термопреобразователь ТСПУ Метран-276 предназначен для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионно-стойким.

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей .

Технические характеристики и параметры датчика ТСПУ Метран-276 приведены в таблице Г.1 в приложении Г.

Для измерения температуры дымовых газов используем датчик ТСП Метран-206.

Термопреобразователь ТСП Метран-206 предназначен для измерения температуры жидких и газообразных химически неагрессивных сред, а также агрессивных, не разрушающих материал защитной арматуры .

Технические характеристики и параметры датчика ТСП Метран-206.приведены в таблице Г.2 в приложении Г.

Для измерения температуры подшипников насосов используем преобразователь ТСП Метран-246 .

Технические характеристики и параметры датчика Метран-246 приведены в таблице Г.3 в приложении Г.

Для измерения температуры подшипников вентиляторов выберем преобразователь ТСМ Метран-243.

Назначение: для измерения температуры малогабаритных подшипников и поверхности твердых тел .

Технические характеристики и параметры датчика ТСМ Метран-243 приведены в таблице Г.4 в приложении Г.

Для контролирования кавитации потока воды после насосов используем датчик ДМ - 2005 - Сг - 1Ех.

Манометры, показывающие сигнализирующие ДМ - 2005 - Сг - 1Ех предназначены для измерения избыточного и вакуумметрического давления различных сред и управлений внешними электрическими цепями от сигнализирующего устройства прямого действия.

Приборы являются взрывозащищёнными с видом взрывозащиты "взрывонепроницаемая оболочка" .

Технические характеристики и параметры датчика ДМ - 2005 - Сг - 1Ех приведены в таблице Г.5 в приложении Г.

Для измерения давления газа используем Метран-100-ДИ.

Метран-100-ДИ-предназначен для преобразования избыточного давления в стандартный токовый сигнал дистанционной передачи в системах автоматического контроля, регулирования и управления.

В датчиках измеряемое избыточное давление воздействует на мембрану и преобразуется в усилие на жестком центре, которое через шток передается на рычаг тезопреобразователя. На измерительной мембране размещены тензорезисторы. Деформация измерительной мембраны вызывает изменение сопротивления тензорезисторов и разбаланс мостовой схемы. Электрический сигнал, образующийся при разбалансе мостовой схемы, подается в электронный преобразователь. Электронный преобразователь преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный токовый выходной сигнал .

Технические характеристики и параметры датчика Метран-100-ДИ приведены в таблице Г.6 в приложении Г.

Метран-100-ДД предназначен для измерения разности давлений, а также для измерения уровня расхода в комплекте с ДКС (диафрагма каменная стандартная).

Мембраны приварены по наружному контуру к основанию и соединены между собой центральным штоком, который связан с концом рычага преобразователя с помощью тяги. Воздействие измеряемой разности давлений вызывает прогиб мембран, изгиб мембраны тензопреобразователя и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронный преобразователь .

Технические характеристики и параметры датчики Метран-100-ДД приведены в таблице Г.7 в приложении Г.

Сигнализатор загазованности СТМ-30 предназначен для непрерывного контроля взрывоопасных концентраций в воздухе помещения и открытых пространств горючих газов, паров и их смесей.

Принцип действия сигнализатора термохимический основанный на изменении теплового эффекта от окисления горючих газов и паров на каталитически активном элементе датчика.

Используется мостовая схема измерения, подается напряжение питания и выходное напряжение .

Технические характеристики и параметры датчика СТМ-30 приведены в таблице Г.8 в приложении Г.

УЗС-207 (АД-102И - акустический датчик) - предназначен для контроля одного или 2-х предельных уровней в различных технологических сосудах или резервуарах.

Принцип работы акустического датчика (АД) основан на определении времени прохождения ультразвукового сигнала через рабочий зазор датчика .

Технические характеристики и параметры приведены датчика УЗС-207 в таблице Г.9 в приложении Г.

Для контроля наличия пламени используется датчик фотоэлектрический ФД - 1 ТУ1-586-0019-92. Датчик предназначен для преобразования пульсации световой энергии факела пламени в изменения сопротивления датчика и применяется в схемах защиты и сигнализации при погасании факела в топках котлов.

Технические характеристики и параметры приведены датчика ФД - 1 в таблице Г.10 в приложении Г.

Индукционный расходомер марки ЭРИС-ВТ применяют для определения расхода подтоварной воды (с различных установок ДНС, УПН), речной, озерной воды на водозаборных и водонапорных станциях.

Принцип работы основан на возникновении электродвижущей силы в датчике жидкости, которая пересекает магнитное поле .

Технические характеристики и параметры датчика ЭРИС-ВТ приведены в таблице Г.11 в приложении Г.

Для измерения разрежения в барабане котла используется многопредельный измеритель давления/разрежения АДР-0.25.2.

Измерители давления многопредельные с цифровой и линейной дискретной индикацией величины давления предназначены для: непрерывного измерения значения абсолютного и избыточного давления воздуха, природных и других газов, неагрессивных к материалам контактирующих деталей (кремний, сталь); формирования дискретных выходных сигналов при достижении давлением заданных уровней (уставок).

Технические характеристики и параметры приведены датчика АДР-0.25.2 в таблице Г.12 в приложении Г.

Счетчик вихревой газовый СВГ. М предназначен для оперативного и коммерческого учета природного газа. Счетчик состоит:

Датчик расхода (ДРГ. М);

Датчик избыточного давления;

Датчик температуры.

Принцип работы: тело находящиеся на пути обтекающих его струй изменяет давление потока до тела обтекания и после него, в результате происходит срыв вихрей. Образование вихрей происходит, поочередно получается дорожка Кармана .

Технические характеристики и параметры датчика СВГ. М приведены в таблице Г.13 в приложении Г.

Для измерения объёма пара, а также количества тепловой энергии, переносимой паром, используется счётчик пара вихревой СВП - 2500.

Счётчик пара состоит из датчика расхода газа (пара) вихревого ДРГ.М, датчика расхода конденсата, датчиков температуры, давления с электрическим выходным сигналом 0-5 мА или 4-20 мА, блока контроля теплоты микропроцессорного БКТ.М.

Измеряемая среда - насыщенный или перегретый пар с температурой 100-250 0 С. Датчик расхода преобразует объём проходящего пара при рабочем давлении в последовательность электрических импульсов ценой каждого 1 10 -3 или 0,1 10 -3 м 3 /имп в зависимости от типоразмера.

Датчик расхода может эксплуатироваться при температуре окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50°С.

Технические характеристики и параметры датчика СВП - 2500 приведены в таблице Г.14 в приложении Г.

Механизмы исполнительные электрические однооборотные (МЭО) постоянной скорости предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Механизмы состоят из следующих основных узлов: электропривода, редуктора, штуцерного ввода, блока сигнализации положения.

Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического командного сигнала во вращательное перемещение выходного органа.

Электрическое питание механизмов осуществляется трехфазным током напряжением: 220/380, или 240/415В с частотой 50Гц, или 220/380В с частотой 60Гц.

Электрическое питание выносного блока БП - 10 осуществляется от 220В с частотой 60Гц, допустимое отклонение напряжения питания от -15 до +10%, частоты питания ±2% .

Для питания всех преобразователей используем блок питания, Метра-602.

Блок питания Метран-602 предназначен для преобразования сетевого напряжения 220В в стабилизированное напряжение 24 или 36В и питания датчиков с унифицированным выходным сигналом:

Датчиков давления серии Метран и др.;

Датчиков температуры серии Метран-270, Метран-270МП, Метран-280 и др.

Блок питания Метран-602 состоит из сетевого трансформатора и двух независимых каналов, каждый из которых имеет стабилизатор, схему электронной защиты.

Схема электронной защиты предназначена для защиты блока питания от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке. Блок питания автоматически выходит на рабочий режим после устранения замыкания в нагрузке.

Технические характеристики и параметры датчика Метра-602. приведены в таблице Г.15 в приложении Г.

3. Программируемый логический контроллер в системе автоматизации

3.1 Выбор контроллера

3.1.1 Обзор рынка контроллеров

При выборе контроллера произведем сравнительный анализ нескольких видов программируемых логических контроллеров и на основе данного анализа произведем выбор контроллера наиболее подходящий условиям поставленной задачи. В настоящее время, множество фирм, как зарубежных, так и российских занимается разработками в области создания программируемых логических контроллеров, для их же применения в различных отраслях промышленности. Рассмотрим несколько видов программируемых логических контроллеров:

а) контроллер серии SLC-500 фирмы "Allen-Bradley" (США). Контроллер SLC-500 - широко используются во всем мире.

1) популярное решение для расширяемых приложений автоматизации;

2) экономичные и легкие в использовании процессоры с большими возможностями;

3) исключительная надежность, подтвержденная в сотнях тысяч приложений;

4) расширенная система команд, включающая косвенную адресацию, широкие математические возможности и вычисление выражений.

Основные характеристики SLC-500:

1) контроллеры с фиксированной конфигурацией на 20, 30 или 40 входов-выходов;

2) быстрый обмен сообщениями по сети, связь с другими сетями, а также связь между модулями в шасси;

3) модульная конструкция ввода-вывода, памяти и интерфейсов связи обеспечивает перестройку и расширение контроллера. При конфигурации контроллера определяется необходимое количество входов-выходов, требуемый объём памяти и тип сети связи. В последствии при необходимости расширения возможностей контроллера можно добавить в него входы-выходы, память или интерфейсы связи;

4) аппаратура контроллера разработана для эксплуатации в тяжёлых промышленных условиях, для противостояния вибрациям, повышенной температуре и электромагнитным помехам;

5) компактная конструкция контроллера позволяет устанавливать его в ограниченном пространстве;

6) удалённый доступ к контроллеру возможен посредством соединения с ним по сетям Ethernet, ControlNet, DeviceNet, DH+, DH-485;

7) удалённый доступ к модулям ввода-вывода, расположенным в другом месте может быть осуществлён посредством связи по сетям ControlNet, DeviceNet и Remote I/O.

Подобные документы

Функциональная и структурная схемы автоматизированной системы. Выбор датчика температуры, преобразователя расхода, исполнительного механизма, программируемого логического контроллера. Расчёт конфигурации устройства управления. Тестирование системы.
Разработка системы автоматического регулирования давления рецикла водорода в буферной ёмкости Е-4 установки по производству водорода

Описание установки как объекта автоматизации, варианты совершенствования технологического процесса. Расчет и выбор элементов комплекса технических средств. Расчет системы автоматического управления. Разработка прикладного программного обеспечения.

дипломная работа , добавлен 24.11.2014


Назначение и технологическая схема установки предварительного сброса воды (УПСВ). Функции и структура автоматизированной системы управления УПСВ, разработка ее уровней и выбор оборудования. Расчет надежности и технико-экономической эффективности системы.

дипломная работа , добавлен 29.09.2013


Элементы рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке. Схема конструкции парового котла. Описание схемы автоматизации объекта, монтажа и наладки системы автоматического регулирования. Расчет чувствительности системы управления подачей пара.

дипломная работа , добавлен 03.09.2013


Технологический процесс цеха подготовки и перекачки нефти, структура и функции системы автоматического управления процессом. Назначение и выбор микропроцессорного контроллера. Расчет системы автоматического регулирования уровня нефти в сепараторе.

курсовая работа , добавлен 05.12.2012


Средства автоматики управления котельных и системы водоподготовки. Модернизация системы подпиточных насосов котельной. Принцип действия частотного преобразователя TOSVERT VF-S11 на насосных станциях. Программирование с помощью LOGO! SoftComfort.

курсовая работа , добавлен 19.06.2012


Характеристика котла для производства перегретого пара. Функции регулятора уровня воды в барабане парового котла. Разработка технической структуры системы автоматизированного управления и функциональной схемы регулятора. Организация безударных переходов.

курсовая работа , добавлен 21.12.2011


Характеристика объекта управления (барабана котла), устройства и работы системы автоматического регулирования, ее функциональной схемы. Анализ устойчивости системы по критериям Гурвица и Найквиста. Оценка качества управления по переходным функциям.

Компания ОДОРАНТ создала но-вую автоматизированную систему управления модульной котель-ной на базе двух водогрейных котлов ИШМА-100. Система была реализо-вана на базе приборов ОВЕН, а специалисты компании ОВЕН оказывали при внедрении проекта расширенную техническую поддержку, в частности, при разработке программных модулей в среде CoDeSys.

Основной деятельностью пред-приятия ОДОРАНТ (г. Смоленск) яв-ляется разработка, создание новых, а также модернизация устаревших систем автоматического управления котельных, включающих в себя, как правило, несколько водогрейных котлов. До недавнего времени ор-ганизация использовала приборы ОВЕН только с жестко прописанной логикой (ТРМ1, 2ТРМ1, ТРМ10, ТРМ12, ТРМ32, САУ-МП и т. п.). Эти приборы имеют неоспоримые преимущества, подтвержденные временем - надеж-ность, простота настройки, удобство эксплуатации, удобная система нави-гации с быстрым доступом к нужно-му параметру.

Однако современный уровень развития производства и технологий диктует все новые требования не только к оборудованию, но и к системам управления: это, как минимум, расширенный функционал, возможность смены алгоритма уп-равления и эксплуатации удаленных объектов, создание распределенных систем управления с элементами реконфигурации контуров управления и диспетчеризации контролируемых параметров. Наиболее подходящие для этих целей - приборы со свобод-но программируемой логикой, напри-мер, такие как контроллер ОВЕН ПЛК.

АСУ модульной котельной

Компания ОДОРАНТ создала но-вую автоматизированную систему управления для модульной котель-ной на базе двух водогрейных котлов ИШМА-100. Система была реализована на базе приборов ОВЕН (рис. 1) следующей комплектации:

• программируемый логический конт-роллер ПЛК100.24.К-М;
• панель оператора ИП320;
• модули расширения МВА8 и МДВВ;
• блок питания БП30Б-Д3;
• датчики температуры ДТС3225-РТ100.В2 и ДТС125-50М. 2.60;
• датчики давления ПД100-ДИ0.6-1,0.И.11.

Включенные параллельно в отопи-тельный контур котлы могут работать как совместно, так и поочередно - в зависимости от температуры наружно-го воздуха. На каждом из котлов име-ется встроенная автоматика, которая контролирует работу газовых горелок и поддерживает температуру теплоно-сителя в соответствии с заданной уставкой. Управление котельной может вестись как с панели оператора ОВЕН ИП320, которая находится непосредс-твенно на объекте и установлена на щите автоматики, так и с удаленного компьютера по интерфейсу Ethernet. На мнемосхеме (рис. 2), созданной в среде CoDeSys, графически отобража-ется состояние основного оборудо-вания котельной в режиме реального времени.

Режимы управления модульной котельной

При подаче питания автоматика по умолчанию устанавливает ручное управление с одновременным вклю-чением прибора контроля загазо-ванности помещения. Режим ручного управления используется исключи-тельно для проверки работоспособ-ности оборудования котельной при пуско-наладочных и регламентных работах.

Переход в автоматический ре-жим возможен только после розжи-га горелки одного из котлов. В этом режиме осуществляется автомати-ческое регулирование температуры воздуха в отапливаемом помещении по двухпозиционному закону в соот-ветствии с уставкой, предваритель-но заданной оператором.

Эмпирическим путем было уста-новлено, что при понижении темпера-туры наружного воздуха ниже минус 10 °С мощности одного котла уже недоста-точно для поддержания температуры воздуха в помещении на уровне от +20 °С и выше. В этом случае произво-дится запуск второго котла.

В режиме автоматического уп-равления возможно проведение следующих операций:

• автоматическое поддержание тем-пературы воздуха в отапливаемом помещении;
• включение/выключение второго котла;
• закрытие клапана подачи газа;
• штатный останов котельной.

Большое значение для обеспече-ния бесперебойной работы любой ав-томатической системы имеет постоян-ный мониторинг состояния датчиков. В случае их неисправности система переводится в состояние ОСТАНОВ_КОТЕЛЬНОЙ. При этом программа пользователя производит идентифи-кацию текущей ошибки, код ошибки записывается в соответствующий ре-гистр ПЛК с последующим выводом полученной информации на панель оператора ИП320.

Система аварийной сигнализации

Сигналы аварийной сигнализации подразделяются на критические и некритические. При возникновении первых система управления котель-ной осуществляет перевод оборудования в состояние ОСТАНОВ_КОТЕЛЬ-НОЙ, а кнопка-индикатор ПИТАНИЕ блокируется на включение до момен-та устранения причины, приведшей к нештатной ситуации. К критическим аварийным сигналам относятся:

• загазованность помещения котель-ной по СО/СН4;
• повышенное или пониженное дав-ление газа;
• повышенное или пониженное дав-ление теплоносителя;
• перегрев обоих котлов;
• падение температуры теплоносите-ля в двух котлах ниже порога рабо-чего диапазона;
• авария двух циркуляционных на-сосов;
• перегрев одного из котлов при па-дении температуры теплоносителя ниже порога рабочего диапазона в другом.

К некритическим сигналам отно-сятся:

• падение температуры теплоносителя в первом или во втором котле;
• авария одного из циркуляционных насосов;
• перегрев одного из котлов.

При появлении перечисленных сигналов котельная продолжает ра-ботать, как в штатном режиме, с той лишь разницей, что блокируется на включение то устройство, в котором возникла некритическая ситуация. Когда причиной остановки оборудо-вания явилось несколько некрити-ческих ситуаций, они запоминаются в порядке возникновения, это облегчает обслуживающему персоналу по-нимание случившегося и поиск неис-правностей.

Работа циркуляционных насосов

Работа системы циркуляционных насосов модульной котельной осу-ществляется в двух режимах: штат-ном и дополнительном. Диагностика работоспособности каждого циркуляционного насоса во всех режимах ведется по наличию или отсутствию заданного оператором порогово-го значения перепада давления на входе и выходе насоса. В штатном режиме насосы включаются пооче-редно, одновременно запускается таймер, отсчитывающий время, не-обходимое для стабилизации дав-ления воды. Мониторинг работос-пособности проводится в течение всего времени, пока насос работает. В случае отказа система отключает неисправный насос и выдает соот-ветствующую информацию и инди-кацию на панель ИП320 и удаленный компьютер, после чего переключает работу котельной на второй насос. Если и второй насос оказывается неисправным, то ПЛК выдает коман-ду на закрытие клапана подачи газа, а через предварительно заданное оператором время производится перевод оборудования в состояние ОСТАНОВ_КОТЕЛЬНОЙ.

В дополнительном режиме оба насоса включаются одновременно. Это обусловлено потребностью со-здания бо"льшего перепада давления теплоносителя в зимнее время для обеспечения его улучшенной цир-куляции. В дополнительном режиме также осуществляется про-верка работоспособности насосов и, в случае отказа одного из них, произво-дится отключение первого насоса. После этого, в со-ответствии с алгоритмом, заложенным в ПЛК, анали-зируется сложившаяся си-туация, и если был отклю-чен исправный насос, то он вновь включается, а не-исправный - выключается, в противном случае допол-нительного переключения насосов не происходит.

Заключение

Созданная система управления модульной котельной характеризу-ются высокими показателями надеж-ности и функциональности. Эффект от ее внедрения проявляется в виде снижения потребления энергоре-сурсов и эксплуатационных затрат, а также значительного повышения про-изводительности труда сотрудников за счет комфортных условий работы. Компания ОДОРАНТ готова к сотруд-ничеству со всеми заинтересованны-ми лицами по вопросам тиражиро-вания описанного в статье готового решения.

Эдуард Сафиулин, инженер ОВЕН

Безопасная эксплуатация котельных установок и эффективное управление процессом диспетчеризации достигается за счет автоматизации систем и современных информационных технологий. Усовершенствование старых котельных или их замена новыми позволяет ликвидировать проблему вышедшей из строя системы и реконструировать устаревшую автоматику.

Возможности системы автоматизации котельных

Она обеспечивает:

• автоматическое регулирование параметров теплоносителей;
• пуск, остановку, управление и регулирование мощности;
• включение резервного котла, если рабочий остановится;
• автоматическое управление работой насосных устройств;
• питание котловых контуров;
• выполнение энергосберегающих алгоритмов котельной;
• аварийное срабатывание сигнализации и передачу сигналов на верхний уровень.

Автоматизация котельных установок на базе оборудования завода «МЗТА» – это залог качественного и оперативного обслуживания. Это предупреждение о возникновении аварийных ситуаций, сокращение времени на поиск и устранение аварии.

Сократить энергозатраты, время простоя оборудования, расходы на ремонтные работы, увеличить срок эксплуатации и обеспечить оптимальный режим работы – можно, благодаря автоматизированным системам.

Функции системы диспетчеризации котельной

Усовершенствовать тепловые котельные можно путем внедрения системы диспетчеризации. Она позволяет в удаленном режиме получать данные и управлять работой котельной. С ее помощью становится возможным управление технологическим процессом в режиме реального времени, ведение журнала тревог и регистрация действий пользователей системы.

Следовательно, диспетчеризация повышает качество и скорость обслуживания котельной, позволяет своевременно реагировать на аварийные ситуации, сокращать износ оборудования и повышать производительность труда сотрудников.

Управлять автоматизированной котельной можно из центрального диспетчерского пункта. Это дает возможность сократить количество обслуживающего персонала.

Закажите разработку проекта автоматизации холодильных установок и диспетчеризации у наших специалистов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

АННОТАЦИЯ

В данной выпускной квалификационной работе (ВКР) осуществляется модернизация водогрейной котельной посёлка Майский, в частности осуществляется автоматизация системы контроля, а также разработка системы регулирования для поддержания температуры горячей воды водогрейного котла.

Выпускная квалификационная работа состоит из трёх разделов, содержащих необходимые расчёты для построения автоматизированной системы, а также графической части, в которой отражены основные структурные и принципиальные схемы.

• АННОТАЦИЯ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1.5 Выводы по разделу 1
• 2.6 Выводы по разделу 2
• 3.7 Выводы по разделу 3
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития электроэнергетики система технического контроля энергоресурсов рассматривается как фундамент для создания автоматизированной системы управления технологических процессов (АСУ ТП) и автоматизированных систем управления (АСУ) котельных. Мировая практика показала, что наиболее рациональным решением проблемы создания такого фундамента является исключение из системы контроля устаревшего оборудования и замена его современными, высококачественными, высокопроизводительными системами с расширенными логическими и вычислительными возможностями нижнего уровня на базе микропроцессорной техники и ЭВМ последних поколений.

Стоит отметить, что в себестоимость продукции, выпускаемой подразделениями ОАО «Пермский свинокомплекс», в частности водогрейной котельной посёлка Майский (объекта автоматизации), входят затраты на использование электроэнергии и теплоэнергоресурсов.

В связи с этим, важной задачей является снижение удельного расхода условного топлива на единицу вырабатываемой энергии за счет автоматизации промышленной котельной установки. Для малых котельных автоматизация весьма существенна. По различным данным автоматизация повышает коэффициент полезного действия в среднем на 4-5 %.

Немаловажным фактором, влияющим на эффективность работы любого технологического оборудования и особенно теплотехнического, является надежность его контрольно-измерительных и управляющих средств.

Старое оборудование морально устарело. Ремонт его стал затруднителен из-за отсутствия запасных частей, а закупка морально устаревшего оборудования не целесообразна.

Для работы котлоагрегата используется разнообразное вспомогательное оборудование. В целях обеспечения нормальной работы котельной необходимо поддерживать в узких пределах параметры регулирования агрегатов и температуру, давление, расход воды, а также давление, расход газа. Все системы в обязательном порядке должны включать в себя автоматику безопасности.

Автоматическое регулирование является важнейшей функцией при построении любой эффективной автоматизированной системы управления на базе микропроцессорных программируемых контроллерах. По этой причине целью выпускной квалификационной работы является автоматизации водогрейной котельной посёлка Майский, направленная на снижение энергозатрат и оптимизацию работы водогрейного котла.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие взаимосвязанные задачи:

1. Провести аналитический обзор объекта исследования и осуществить постановку задач автоматизации.

2. Построить структуру автоматизированной системы управления котельной и осуществить выбор средств измерений для автоматизации водогрейного котла.

3. Разработать и провести моделирование системы автоматического регулирования водогрейного котла, а также разработать систему регулирования для поддержания температуры горячей воды.

Объектом автоматизации контроля и регулирования технологического процесса является водогрейная котельная посёлка Майский, принадлежащая ОАО «Пермскому свинокомплексу».

1. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ АВТОМАТИЗАЦИИ

Для непрерывного обеспечения горячей водой подразделений ОАО «Пермский свинокомплекс» в частности посёлка Майский установлена водогрейная котельная, которая снабжает теплом данный посёлок и цеха комплекса (СВК-1, СВК-2, племенная ферма, мясокомбинат, комбикормовый завод и т.д.) поэтому рассмотрим характеристики объекта исследования.

1.1 Назначение и технические характеристики объекта исследования

Водогрейный прямоточный котел типа КВ-ГМ-100 предназначен для установки котельной для покрытия пиков теплофикационной нагрузки, а так же в качестве основного или пикового источника теплоснабжения в районных отопительных котельных. Котел рассчитан на сжигание природного газа и высокосернистых мазутов.

Технико-экономические показатели котла указаны в таблице 1.

Таблица 1 Технико-экономические показатели котла

Наименование показателя	Значение
Теплопроизводительность, Гкал/ч
Рабочее давление, кгс/см2
Температура воды на выходе, 0С Пиковый режим, 0С Основной режим, 0С
Расход воды: Пиковый режим, т/ч Основной режим, т/ч
Коэффициент полезного действия, %

Конструкция котлов допускает работу как в основном режиме (температурный график 70-150 0С), так и в пиковом режиме (110-150 0С).

Котлы должны быть оборудованы автоматическими приборами, прекращающими подачу топлива в случаях: понижение давления воды в выходном коллекторе котла до значения, соответствующего давления насыщения при максимальной рабочей температуре воды на выходе из котла; повышение температуры воды на выходе из котла до величины на 20 0С ниже температуры насыщения, соответствующему рабочему давлению воды в выходном коллекторе котла; уменьшения расхода воды через котел, при котором нагрев воды до кипения на выходе из котла при максимальной нагрузке и рабочем давлении в выходном коллекторе достигает 20 0С .

1.2 Краткое описание состава водогрейной котельной

Котельный агрегат имеет П-образную компоновку. Топочная камера котла выполняется постоянной по ширине и высоте и изменяющейся в глубину котла, за счет изменения числа боковых блоков. Стены топочной камеры полностью экранированы трубами 60х3 мм с шагом 64 мм.

В топочной камере происходит сжигание топлива с преобразованием химической энергии в тепловую. Около половины тепла топлива воспринимается поверхностью нагрева, расположенной в топочной камере, где продукты сгорания охлаждаются до температуры 900-1100 0С (в зависимости от вида сжигаемого топлива). Затем продукты сгорания поступают в горизонтальный газоход, а затем в вертикальный. Котельный агрегат обслуживается вспомогательными механизмами и устройствами. К ним относятся: газорегуляторная станция, дымососы и дутьевые вентиляторы, сетевые насосы. Дутьевые вентиляторы применяются для подачи воздуха, необходимого в процессе сжигания топлива. Дымососы предназначены для удаления дымовых газов из котельной установки. Дымовые газы через газоходы, а затем через дымовую трубу удаляются в атмосферу. Для создания циркуляции в системе отопления и в водогрейном котле установлен сетевой насос. Для подпитки тепловой сети используется химически очищенная вода. Природная вода содержит механические и коллоидные примеси, растворенные соли и газы. Поэтому воду, предназначенную для подпитки, насосом сырой воды подают на подогреватель сырой воды, где она нагревается до температуры 18-20 °С. Затем подогретая вода поступает на механические фильтры, где очищается от механических примесей и на натрий - катионитовые фильтры, где удаляются соли жесткости. После химводоочистки осветленная, умягченная вода поступает на охладитель деаэрированной воды, подогреватель химочищенной воды, где нагревается до температуры 70-75 °С. После теплообменника вода поступает в вакуумный деаэратор для удаления кислорода, углекислого газа. Деаэрированная вода через охладитель деаэрированной воды поступает в бак деаэрированной воды откуда подпиточным насосом подается на всас сетевого насоса водогрейного котла.

Таблица 2 Состав оборудования котельной

Вид теплоэнергоносителя	Датчик расхода	Датчик давления	Датчик температуры	Прибор учета
Узел контроля технической воды
Техническая вода 1
Техническая
Узел контроля тепловой энергии на ГВС
Подача ГВС на предприятие
Обратная ГВС с предприятия
Узел контроля тепловой энергии
Подача в теплосеть
Обратная из теплосети
Узел контроля пара
				КСМ-2; КДС-2

1.3 Постановка задач автоматизации

Рассмотрим существующую систему водогрейной котельной посёлка Майский. Оборудование физически и морально устарело, поэтому происходят постоянные поломки и отказы. Ремонт его стал затруднителен

из-за отсутствия запасных частей, а также устранение неполадок, восстановление и запуск в работу котлоагрегата занимает много времени. Закупка запасных частей морально устаревшего оборудования не целесообразна. По этой причине необходима модернизация котельной.

Предлагаемая система является контрольно-измерительной и предназначена:

Для автоматизации контроля параметров пара в подразделениях водогрейной котельной посёлка Майский ОАО «Пермский свинокомплекс»;

Для автоматизации контроля параметров теплоснабжения предприятия;

Для автоматизации контроля параметров горячего водоснабжения предприятия;

Для автоматизации контроля параметров технической воды;

Для визуализации измерительных и расчётных узлов контроля теплоэнергоресурсов;

Для ведения часовых, суточных и месячных архивов;

Для генерации отчетов по суточным и месячным архивам заданной формы.

Автоматизированная система создается для достижения следующих целей:

Оперативный контроль параметров энергоносителей;

Предоставление полной информации о потреблении теплоэнергоресурсов;

Снижение затрат за счет более точного контроля теплоэнергоресурсов и принятия оптимальных организационно-технических мероприятий по управлению производством;

Возможность передачи данных о параметрах технологического процесса котельной с оператора на существующее в коммерческой службе, с помощью модемов по двухпроводной выделенной линии, а так же на начальника котельной.

При этом система реализует следующие основные технологические операции:

Контроль параметров технологического процесса существующих узлов;

Контроль параметров технологического процесса, вновь устанавливаемых узлов;

Диспетчерский контроль хода технологических процессов всех узлов.

Система контролирует ход технологического процесса в автоматизированном режиме непрерывно в реальном времени.

Рассмотрим основные задачи, связанные с построением системы регулирования водогрейной котельной посёлка Майский. Задачей системы автоматического регулирования водогрейного котла является поддержание температуры воды на выходе из котла в соответствии с принятым температурным графиком, определяющим зависимость температуры отпускаемой воды потребителю от температуры наружного воздуха . Регулирование осуществляется изменением подачи топлива в топку котла. При качественном способе регулирования температуры воды на выходе из котла определяет его теплопроизводительность .

По каналу регулирования «изменение топлива - изменение температуры воды» прямоточные водогрейные котлы характеризуются значительной инертностью. Так, например, постоянная времени изменения температуры воды котла при возмущении топливом составляет 17 минут. Вследствие значительной инертности этого контура оказалось, что заданную точность поддержания температуры воды можно обеспечить, ступенчатый способ регулирования подачи топлива, путем включения или отключения горелок.

Для котельных, являющихся основным источником теплоснабжения, наибольшее применение получила тепловая схема с рециркуляционными насосами (графическая часть, лист 1).

На этом чертеже изображена схема системы автоматического регулирования котельной. Обратная вода из теплосети сетевым насосом 1 подается в котел 2. Часть горячей воды после котла рециркуляционным насосом 3 подмешивается к питательной воде. Рециркуляция части котловой воды с выхода на вход позволяет поддерживать температуру питательной воды не ниже допустимого значения, определяемого точкой росы, а также обеспечивает пропуск необходимого количества воды через котел. Режим работы котлов ведется по своему графику температур, который отличается от графика теплосети. Минимальная температура котельной воды обуславливается нормальной работой вакуумных деаэраторов и равновесия.

Снижение температуры подающей воды в теплосеть до расчетного значения производится путем подмешивания к котловой воде некоторой части обратной воды из теплосети. Подмешивание воды производится через перемычку 4.

Температура питательной воды поддерживается регулятором 5, воздействующим на изменение расхода воды через линию рециркуляции. Регулирование температуры воды в теплосети в соответствии с заданным графиком осуществляется регулятором 6, получающим импульсы по температуре прямой сетевой воды и по температуре наружного воздуха. Автоматической системой управления принято называть совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. Состояние управляемого объекта определяется рядом переменных, характеризующих как воздействие на объект внешней среды и управляющего устройства, так и протекание процессов в самом объекте. Воздействия, выражающие влияние на объект внешней среды, называются возмущающими; воздействия, вырабатываемые управляющим устройством - управляющими. Состояние объекта оценивается по выходным контролируемым переменным, которые зависят от воздействий на управляемый объект. В реальных системах возмущения носят случайный характер и предопределяют случайное изменение выходных переменных. Управляемыми переменными могут быть выходные контролируемые величины или комплексные, непосредственно неконтролируемые величины, зависящие от состояния объекта.

Тепловые объекты управления, как правило, являются непрерывными физическими системами, а автоматическое управляющее устройство или регулятор могут быть как непрерывными, так и дискретными. В зависимости от вида применяемого управляющего устройства или автоматического регулятора дискретные системы подразделяют на релейные, импульсные и цифровые .

1.5 Выводы по разделу 1

В данном разделе рассмотрены основные задачи, связанные с построением системы регулирования водогрейной котельной посёлка Майский. Система автоматического регулирования водогрейного котла, позволяет поддерживать температуру воды на выходе из котла в соответствии с принятым температурным графиком, а также контролировать параметры технологического процесса существующих узлов.

2. ПОСТРОЕНИЕ СТРУКТУРЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ

2.1 Структура автоматизированной системы и организация информационного обмена

Предлагается следующая структура комплекса технических средств системы (графическая часть, лист 2). Она состоит из четырёх уровней (рисунок 1): уровень полевых приборов; уровень базовой автоматики и технологической визуализации; уровень сбора информации; информационный уровень цеха .

Рисунок 1 Структурная схема комплекса технических средств систем

Оборудование полевого уровня территориально размещается непосредственно в помещении котельной вблизи трубопроводов. Оборудование уровня базовой автоматики и технологической визуализации территориально размещается в помещении котельной в электротехническом щите. Оборудование уровня сбора информации и информационный уровень размещается в операторской. В состав основного оборудования информационного уровня входят: сервер базы данных c установленным программным обеспечением, компьютер автоматизированного рабочего места оператора, источники бесперебойного питания, настольные VDSL-модемы для передачи данных, коммутатор, принтер. Информационный обмен между теплоэнергоконтроллерами «Тэкон-17» и сервером базы данных организован по протоколу ЗАО ИВП «Крейт» . Физический уровень RS-485. Преобразование интерфейсов осуществляется с помощью адаптера RS-485/232 производства ЗАО ИВП «Крейт». Информационный обмен между сервером базы данных и АРМ оператора, а также АРМ начальника котельной организован по высокоскоростной сети передачи данных Ethernet.

Информационный обмен между АРМ оператора и АРМ коммерческой службы организован по высокоскоростной сети передачи данных Ethernet с помощью VDSL - модемов.

Электропитание технических средств системы осуществляется от промышленной сети 220В, 50Гц. Сервер базы данных и диспетчерский компьютер системы обеспечиваются аварийным электропитанием при помощи ИБП.

2.2 Выбор оборудования для системы регулирования водогрейной котельной посёлка Майский

Рассмотрим существующее оборудование. Следует отметить, что в котельной используются следующие узлы контроля технологического процесса теплоэнергоресурсов: узел контроля тепловой энергии на ГВС; узел контроля технической воды; узел контроля тепловой энергии теплофикации на завод. В соответствии с установленным оборудованием (таблица 2) осуществим выбор планируемого к установке нового оборудования (таблица 3), участвующего в построении автоматизированной системы котельной. Схема внутренних электросетей котельной приведена в графической части, лист 3.

Таблица 3 Оборудование системы регулирования водогрейной котельной

Наименование оборудования	Количество, шт
Теплоэнергоконтроллер «ТЭКОН-17»
Контроллер «Ремикон-130»
Исполнительный механизм «МЭО-3»
Комплект платиновых термометров сопротивления для измерения разности температур «КТСПР 0001»
Термоприобразователь сопротивления платиновый «Метран-206»
Датчик давления «Метран 43ДИ-3153-01»
Датчик расхода коррекционный ультразвуковой «ДРК-С»
Преобразователь расхода вихревой «Метран 300ПР-100-0,01-01-ОП»
Преобразователь расхода вихреаккустический «Метран-300ПР-80-0,01-01-ОП»
Компьютер
Блок бесперебойного питания
Программное обеспечение ПО ЗАО ИВП«Крейт»

При реализации системы предполагается максимально использовать приборы, устройства и агрегаты имеющиеся в наличии на предприятии: многофункциональный микропроцессорный контроллер «Ремиконт Р-130»; механизм исполнительный электрический однооборотный постоянной скорости «МЭО»; пускатель бесконтактный реверсивный «ПБР-3» .

2.3 Назначение составных частей контроллера

Опишем основные составляющие предлагаемой автоматизированной системы, представленные в таблице 3.

Блок контроллера «БК-1» является основным блоком «Ремиконта Р-130» и осуществляет прием аналоговых и дискретных сигналов, формирование необходимых управляющих воздействий, вывод аналоговых и дискретных сигналов, контроль параметров на встроенных цифровых индикаторах и осуществление функций оперативного управления с помощью встроенных на передней панели клавиш. Пульт настройки «ПН-1» предназначен для программирования блока контроллера и контроля настроечных параметров. Пульт подключается к блоку «БК-1» с помощью разъема. Блок питания «БП-1» предназначен для питания блока «БК-1» и вспомогательных блоков и для организации интерфейсных связей контроллеров в локальной сети «Транзит». Блок усилителей сигналов термопар «БУТ-10» служит для преобразования сигналов двух термопар в сигнал 0-5 мA для ввода в блок «БК-1». Блок усилителей сигналов термометров сопротивления «БУС-10» служит для преобразования сигналов двух термометров сопротивления в сигнал 0-5 мA для ввода в блок «БК-1». Блок усилителей мощности «БУМ-10» предназначен для умощнения четырех дискретных сигналов с помощью силовых герконовых реле. Блок переключения «БПР-10» служит для переключения входных и выходных цепей при реализации резервированных систем управления. Блок шлюза «БШ-1» служит для организации связи «БК-1» или нескольких «БК-1», объединенных в сеть с управляющей ЭВМ верхнего уровня или с другой группой «БК-1». Блок стирания «БСТ-1» предназначен для стирания перепрограммируемой памяти путем облучения ультрафиолетовыми лучами, а также для подзарядки аккумуляторов. В состав «Ремиконта Р-130» входят три вида клеммно-блочных соединителей «КБС», представляющих собой отрезок кабеля, с одной стороны которого припаяна клеммная колодка, с другой - вилка разъем «РП15» . Кабель связывает между собой одноименные цепи клеммной колодки и разъема. В «КБС-1» имеется колодка на 8 клемм и разъем «РП15-9» на 9 контактов (девятый контакт свободен). В «КБС-2» установлена колодка на 24 клеммы (24-ая клемма свободна) и разъем «РП15-23» на 23 контакта. Все «КБС-3» отличаются от КБС-2 лишь тем, что на клеммной колодке распаяны нормирующие резисторы, необходимые для подключения входных аналоговых сигналов. С помощью перемычек для каждого из 8 входов индивидуально выбирается один из трех входных сигналов: 0-5, 4-20 мА, 0-10 В. При верхнем диапазоне 20 мА нижнее значение 0 или 4 мА выбирается программно с помощью алгоритма аналогового ввода. Не использование «КБС-3» требует применения нормирующих резисторов «РН-1», устанавливаемых на промклеммнике, для преобразования унифицированных сигналов в сигналы, воспринимаемые «БК-1». Межблочный соединитель «МБС» предназначен для организации соединения «БК-1» с «БП-1».

2.4 Назначение исполнительного механизма

Механизм исполнительный электрический однооборотный постоянной скорости «МЭО» предназначен для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств. Принцип работы механизмов заключается в преобразовании электрического сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройства во вращательное перемещение выходного вала. Механизмы «МЭО» выносные, устанавливаемые на специальных площадках вблизи арматуры и связанные с ней посредством системы тяг и рычагов.

Основными функциями являются: автоматическое или дистанционное перемещение рабочего органа; автоматический и дистанционный останов рабочего органа арматуры в любом промежуточном положении; позиционирование рабочего органа трубопроводной арматуры в любом промежуточном положении; ручное перемещение рабочего органа арматуры; формирование информационного сигнала о конечных и промежуточных положениях рабочего органа арматуры и динамике его перемещения.

Основными параметрами, определяющими типоразмер механизма, являются: номинальный крутящий момент на выходном валу в 630 Нм; номинальное значение полного хода выходного органа 0,25 об; номинальное значение времени полного хода выходного вала в 25 с.

Механизм состоит из следующих основных узлов: электродвигатель - 4АИР56А4; редуктор - основной узел, к которому присоединяются все остальные узлы; блок сигнализации положения - предназначен для преобразования положения выходного вала механизма в пропорциональный электрический сигнал, либо изменение активного или реактивного сопротивления в зависимости от типа датчика сигнализации или блокирования в крайних или промежуточных положениях выходного вала; привод ручной - предназначен для перемещения выходного вала механизма, осуществляется вращением ручки ручного привода.

2.5 Программные средства системы контроля

Программное обеспечение (ПО) контроллерного уровня представляет собой ПО ЗАО ИВП «Крейт» с реализованными в нем алгоритмами расчета параметров энергоносителей. Интерфейс оператора системы представляет собой комплект видео кадров, разработанных в соответствии с технологическими схемами, на которых отображается ход определенных технологических процессов, с сигнализацией о возникновении аварийных ситуаций. Каждый из видео кадров подсистемы представляет собой совокупность экранного изображения мнемосхемы участка технологического процесса с расположенными на нем контрольными точками параметров оперативного контроля и узлами телеиндикации .

Таким образом, предлагается реализовать интерфейс оператора автоматизированной системы в ПО «Искра».

2.6 Выводы по разделу 2

В данном разделе рассмотрена структура автоматизированной системы. Произведён выбор оборудования для системы регулирования водогрейного котла, узлов контроля технологического процесса и интерфейса оператора автоматизированной системы.

3. РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Основные задачи системы автоматического регулирования

От качества работы регуляторов зависит качество теплотехнических процессов происходящих в водогрейном котле, что в свою очередь влияет на производительность котельной установки, на ее КПД, а также на безопасную эксплуатацию котла . В данной работе было предложено разработать узел регулирования поддержания температуры горячей воды в соответствии с температурным графиком основанного на базе микропроцессорной техники (контроллера, ПК). В задачу этой части ВКР входит: выбор закона регулирования; выбор структурной схемы регулирования; описание всех узлов, участвующих в регулировании параметра в операторной форме; определение передаточных коэффициентов и постоянных времени этих узлов; расчет статических характеристик узла регулирования; моделирование регулятора с помощью прикладной программы «STRATUM»; определение динамических показателей регулятора; выбор контроллера и программного обеспечения, с помощью которых реализуется данный регулятор; описание регулятора с помощью данной программы; сравнительный анализ предложенной системы регулирования требуемого параметра по отношению к существующей системе регулирования.

3.2 Построение контуров регулирования

В автоматизации водогрейного котла для решения задач регулирования используется регулирующая модель контроллера. В каждом контроллере можно реализовать до четырех независимых или взаимосвязанных контуров регулирования. В каждом контуре регуляторы могут быть одного или разных типов, никаких ограничений на сочетание видов регулятора не накладывается .

Регулятор в каждом контуре может иметь аналоговый или импульсный выход, быть локальным или каскадным, иметь ручной, программный или внешний задатчик, иметь или не иметь встроенные средства оперативного управления, выполнять стабилизацию параметра или регулировать соотношение параметров, иметь звенья статической динамической коррекции, иметь статическую или динамическую балансировку.

3.2.1 Импульсный стандартный регулятор

На рисунке 2 показан пример стандартного импульсного регулятора с ручным задатчиком и средствами ручного оперативного управления, который можно считать аналогом регуляторов типа РП-4, Р27, РС29 и пр.

Рисунок 2 Стандартный импульсный регулятор

В процессе автоматизации водогрейного котла сигнал задания поступает на вход алгоритма импульсного регулирования (РИМ), на второй вход этого алгоритма поступает сигнал от датчика (через алгоритм ввод аналоговый группы А (ВАА)). Выходной сигнал алгоритма РИМ через алгоритм ручное управление (РУЧ) и алгоритм импульсный вывод группы А (ИВА) поступает на импульсный выход контроллера. Сигнал, поступающий на вход задание «здн» этого алгоритма, всегда выводится на верхний цифровой индикатор «задание» лицевой панели контроллера независимо от того, к выходу какого алгоблока подключается вход «здн». Однако, если сигнал задания нужно не только контролировать, но и изменять вручную, вход «здн» должен обязательно подключаться к первому выходу алгоритма задание (3ДН). На нижний цифровой индикатор избирательного контроля в положении вход «вх», «e», выход «вых» поступают сигналы, приходящие на входы соответственно вход «вх», вход «е», вход «вр» алгоритма оперативный контроль контура регулирования (ОКО). Вход «вх» подключается к сигналу, представляющему регулируемый параметр. Вход «е» обычно связывается с выходом Уе алгоритма РИМ, на котором формируется сигнал рассогласования. Вход «вр» (выход регулятора) подключается к выходу алгоблока, характеризующего выходной сигнал регулятора. Сигнал на этом входе поступает не только на нижний цифровой индикатор в положении «вых», но также на шкальный индикатор. По шкальному индикатору ориентировочно (с разрешающей способностью 5 %) контролируется выходной сигнал регулятора независимо от того, какой сигнал в данный момент выводится на цифровой индикатор избирательного контроля. Для регулятора, представленного на рисунке 2, выходным сигналом считается сигнал на выходе датчика положения исполнительного механизма, который заведен на второй вход алгоритма ВАА, однако в принципе это может быть какой-либо другой сигнал. Если вход «вр» алгоритма ОКО может подключаться к выходу разных алгоблоков (в зависимости от того, какой сигнал считается выходным), то вход «руч» алгоритма ОКО обязательно должен подключаться к первому выходу алгоритма РУЧ. Только в этом случае с помощью клавиш лицевой панели можно менять режим управления и управлять исполнительным механизмом вручную.

Алгоритм ОКО имеет два настроечных входа W0 и W100. На этих входах обычно задаются константы, определяющие технические единицы, в которых контролируются сигналы задания, входа и рассогласования (для всех трех сигналов технические единицы одинаковы). Каждая из констант на входах W0 и W100 может задаваться в диапазоне от 1999 до 9999 с шагом 1, Константа на входе W0 определяет число, соответствующее 0% сигнала задания, входа и рассогласования, а константа на входе W100 число, соответствующее 100% этих сигналов. Выходной сигнал, как по цифровому, так и по шкальному индикатору всегда контролируется в процентах независимо от значений W0 и W100 .На выходе алгоритма РИМ формируется сигнал рассогласования Уе =Хздн-Хвх. Если регулируемый параметр Хвх меньше сигнала задания Хздн, то сигнал Уе, положителен, в противном случае отрицателен. При контроле сигнала рассогласования обычно принято знаку этого сигнала приписывать противоположный смысл. Поэтому сигнал на входе «е» алгоритма ОКО инвертируется.

3.2.2 Регулятор соотношения

В выбранном контроллере по схеме строится также регулятор соотношения, в котором сигнал задания используется в качестве сигнала смещения корректирующих сигналов (рисунок 3). Смещение может быть получено и без алгоритма ЗДН путем задания константы или коэффициента непосредственно на первом входе алгоритма регулирование аналоговое (РАН) (РИМ). В этом случае вход «здн» алгоритма ОКО может быть подключен к тому сигналу, который в регуляторе соотношения выполняет функцию задания. Если смещения не требуется, входная часть регулятора соотношения выполняется по схеме рисунок 4.

Рисунок 3 Введение корректирующих сигналов

Рисунок 4 Входная часть регулятора соотношения

3.2.3 Программный регулятор

Рассмотрим реализацию программного регулятора в контроллере. Для построения программного регулятора, используется специальный алгоритм программного задатчика (ПРЗ). В одном, контуре может быть реализовано несколько программ, каждая из которых строится на своем алгоритме ПРЗ. Все программные задатчики подключаются непосредственно (без промежуточных алгоблоков) к входам алгоритма ЗДН, а первый выход алгоритма ЗДН подключается непосредственно к входу «здн» алгоритма ОКО (рисунок 5). При таком включении с помощью клавиш лицевой панели контроллера можно оперативно выбирать номер требуемой программы (если их несколько), пускать, останавливать и сбрасывать программу, принудительно переходить к следующему участку программы. По цифровым индикаторам можно контролировать текущий сигнал задания, номер текущего участка программы и время, оставшееся до окончания текущего участка. Все команды по управлению программой действуют одновременно на все программные задатчики данного контура, а контроль ведется избирательно для одной выбранной программы. В схеме рисунок 5 программа, дойдя до конца, останавливается, при этом сигнал задания, формируемый программой, замораживается. С помощью параметра на четвертом входе алгоритма ПРЗ можно задать требуемое число повторений программы. Оставшееся число повторений можно контролировать по цифровому индикатору в положении входа «z». Так как в этом случае сигнал на входе «z» является числовым, на девятом входе алгоритма ОКО задается константа N = 9.

Рисунок 5 Входная часть программного регулятора с двумя программами

При необходимости программу можно зациклить, Для этого используются управляющие входы алгоритма ПРЗ (рисунок 6). На входе «пуск» задается константа в виде логической 1, а вход «сброс» соединяется с выходом «конец программы». При таком включении программа, дойдя до конца, будет автоматически сброшена и затем снова пущена.

Рисунок 6 Зацикливание программы

В описанных выше вариантах включения программного задатчика предполагается, что управление программой ведется от клавиш лицевой панели. Однако программой можно управлять также и с помощью дискретных сигналов, сформированных алгоблоками контроллера или поступивших на его дискретные входы, а также переданных по сети Транзит.

В качестве примера на рисунок 7 показана схема управления программой с помощью внешних по отношению к контроллеру клавиш. Если требуется пуск, останов и сброс программы, используются три клавиши. Если необходим только пуск и сброс, используются две клавиши «пуск» и «сброс».

Рисунок 7 Управление программой от внешних команд

Схема рисунок 7 может сочетаться со схемой рисунок 5. При таком сочетании программой можно управлять как от внешних команд, так и от клавиш лицевой панели, причем в каждом случае выполняется последняя поступившая команда.

При программном регулировании часто возникает необходимость формировать дискретные сигналы, фиксирующие момент перехода программы к определенным участкам.

Для этого удобно использовать алгоритм сравнения чисел (СЧИ), который включается по схеме рисунок 8. В этой схеме алгоритм СЧИ настроен таким образом, что при достижении программой второго, пятого и седьмого участка формируются дискретные сигналы соответственно на первом, втором и третьем выходах контроллера.

Рисунок 8 Формирование дискретных выходных сигналов участков программ

3.2.4 Балансировка задатчика

Контур регулирования в контроллере может работать без балансировки ручного задатчика, со статической и динамической балансировками. Ручной задатчик балансируется (если балансировка предусмотрена) при любом отключении контура (например, при переходе; в режим ручного или дистанционного управления, при отключении с помощью алгоритма переключения и т.п.), а также при установке режима внешнего или программного задания. Если балансировка отсутствует и установлен режим ручного задания, то при отключении контура сигнал ручного задания, установленный в алгоритме ЗДН, не изменяется. При статической балансировке сигнал ручного задания отключенного контура отслеживает входной сигнал, контура, т.е. автоматически изменяется таким образом, что при любом изменении входного сигнала Хвх, сигнал рассогласования Уе, на выходе алгоритма РАН.

РИМ остается равным нулю. В этом режиме ручное изменение задания блокируется. После включения контура последнее значение сигнала ручного задания запоминается и затем сигнал задания может изменяться вручную. При динамической балансировке и отключении контура сигнал задания также отслеживает входной сигнал, однако после включения контура сигнал задания плавно возвращается к установленному вручную значению сигнала ручного задатчика. Динамическая балансировка допускает ручное изменение сигнала задатчика как в отключенном, так и во включенном контуре, причем в обоих случаях вручную задается сигнал, к которому придет выходной сигнал алгоритма ЗДН после окончания процесса балансировки. Если установлен режим программного или внешнего задания, то при наличии балансировки узел ручного задания отслеживает текущее значение сигнала задания на выходе алгоритма 3ДН. После перехода в режим ручного задания при статической балансировке последнее значение сигнала задания запоминается, а при динамической балансировке плавно возвращается к ранее установленному сигналу ручного задания. Вид балансировки задается с помощью дискретных сигналов на входе алгоритма ЗДН. В качестве примера на рисунке 9 показана входная часть регулятора с динамической балансировкой.

Рисунок 9 Динамическая балансировка задатчика: а - функциональная схема; б - изменение сигнала задания. 1 - автоматический режим; 2 - ручной режим; 3 - изменение сигнала с заданной скоростью

Конфигурируя нужным образом входы алгоритма ЗДН, определяющие вид балансировки, можно автоматически устанавливать или отменять балансировку или переходить с одного вида балансировки на другой. В качестве примера на рисунке 10 показана схема регулятора, у которого в режиме ручного задания балансировка отсутствует, а при переходе в режим программного задания устанавливается одновременно и статическая и динамическая балансировка. В такой схеме при программном регулировании за счет статической балансировки ручной задатчик отслеживает сигнал программного задатчика, и при переходе в режим ручного задания последнее значение задания запоминается. При переходе на программное задание за счет динамической балансировки сигнал задания Хздн плавно изменяется, стремясь к значению сигнала программного задатчика (рисунок 10 б).

Рисунок 10 Балансировка задатчика при программном задании: а - функциональная схема; б - изменение сигнала задания: 1 - режим программного задания (статическая балансировка); 2 - ручной режим (балансировка отключена); 3 - изменение сигнала с заданной скоростью

3.2.5 Автоподстройка

В контроллере автоподстройка заключается в автоматическом изменении параметров настройки с помощью каких-либо сигналов. В «Ремиконте Р-130» любой параметр настройки большинства алгоритмов может устанавливаться либо вручную, либо автоматически подстраиваться (редкие исключения оговорены в описании алгоритмов). Для автоподстройки требуемый настроечный вход алгоритма по конфигурации соединяется с выходом алгоритма, который формирует сигнала автоподстройки. В качестве примера на рисунке 11 показана схема автоподстройки регулятора, у которого коэффициент пропорциональности (Кп) растет при увеличении рассогласования в соответствии с зависимостью, представленной на рисунке 11 б. Требуемая функция автоподстройки реализуется с помощью алгоритма кусочно-линейного преобразования (КУС).

Рисунок 11 Автоподстройка коэффициента пропорциональности: а - функциональная схема; б - график изменения Кп

Особенностью используемой схемы является то, что в ней вход алгоритма РАН (РИМ), имеющий вид «коэффициент пропорциональности», соединен с выходом алгоритма КУС, имеющим вид «аналоговый сигнал». В связи с этим при установке констант на аналоговых входах 03; 05; 07; 09 алгоритма КУС, задающих ординату в точках излома характеристики, необходимо учитывать связь между коэффициентом пропорциональности Кп и аналоговым сигналом Х, а именно: Кп=0,64Х.

3.3 Технологическое программирование контроллера

Технологическое программирование представляет собой процесс в ходе которого, с помощью пульта настройки «ПН-1» из библиотеки алгоритмов, зашитой в постоянной памяти (ПЗУ) контроллера, извлекается нужные алгоритмы для построения импульсного регулятора и помещаются в оперативную память (ОЗУ), там же эти алгоритмы объединяются в систему заданной конфигурации и в них устанавливаются параметры настройки .

В соответствии с правилами конфигурирования, конфигурация 00.00 означает, что на данном входе задается константа, а 0.01 - коэффициент. Все другие обозначения (например 05.01) задают номер алгоблока - источника (первая двухзначная цифра) и номер его выхода (вторая двухзначная цифра).

3.3.1 Внешние сигналы и аппаратура ввода-вывода

Контроллер рассчитан на прием и выдачу двух видов сигналов:

Аналоговых;

Дискретных.

Формирование импульсных сигналов на выходе импульсного регулятора выполняется программно и эти сигналы поступают на исполнительные механизмы через дискретные выходы контроллера. Аппаратура ввода преобразуют аналоговые и дискретные сигналы, поступающие на вход контролера, в цифровую форму. Аппаратура вывода осуществляет обратное преобразование.

Внешние цепи подключаются к контролеру через два независимых канала А и Б. Контроллер может использовать только цепи группы А или цепи обеих групп. При алгоритмической обработке сигналы групп А и Б могут «замешиваться» в один общий массив информации. Все аналоговые и дискретные входы и выходы контроллера полностью универсальны в таком смысле, что в исходном состоянии они не «привязаны» к каким-либо функциям контроллера. Такая привязка осуществляется пользователем и реализуется в процессе программирования. Исключением являются два аварийных выхода, сигналы, на которых свидетельствуют о неисправности контроллера. Эти выходы автоматически задействуются, когда средства самодиагностики обнаруживают отказ аппаратуры или сбой ОЗУ.

3.3.2 Аппаратура оперативного управления и настройки

Аппаратура оперативного управления рассчитана на оператора-технолога. Лицевая панель имеет набор клавиш, ламповых и цифровых индикаторов, с помощью которых оператор-технолог «ведет» технологический процесс: контролирует его параметры, изменяет режимы управления, меняет уставки, пускает, останавливает и сбрасывает программу и т. д. Вид и функции лицевой панели зависят от модели контроллера: лицевая панель регулирующей модели ориентирована на задачи автоматического регулирования, логической модели - на задачи логико-программного управления. Пульт настройки - это инструмент оператора-наладчика. С помощью пульта настройки можно программировать контроллер, выполнять настройку его параметров, а также контролировать сигналы во внутренних точках виртуальной структуры. В общем виде лицевую панель и пульт настройки можно рассматривать как интерфейс с человеком. В контроллере имеется один интерфейсный канал. Этот канал имеет приемо-передатчик, преобразующий входной поток последовательных бит информации в цифровую информацию, представленную в виде байтов, а также осуществляющий обратное преобразование. Принимаемые и передаваемые сообщения хоть и являются цифровыми, но они могут «представлять» любые сигналы, обрабатываемые контроллером: аналоговые, временные, числовые и т.д. Все сигналы передаются через интерфейс последовательно, но скорость их передачи достаточно велика для того, чтобы для процессов среднего и низкого быстродействия можно было считать, что все сигналы передаются одновременно.

3.4 Описание проектируемой схемы регулирования

Для создания системы регулирования предлагается применить микропроцессорный контроллер. Особенностью проектируемой системы регулирования является то, что аналоговые сигналы, поступающие с датчиков, преобразуются в цифровую форму при помощи АЦП контроллера. Далее все вычисления производятся в процессоре контроллера в цифровой форме, а их результаты подаются на выход этого контроллера для управления объектом регулирования. Вся информация, получаемая с датчиков и преобразованная в АЦП, подается в процессор с определенной частотой квантования fкв. Период квантования (период дискретизации сигнала) устанавливается на основании теоремы Котельникова-Шеннона: «Для того чтобы передаваемая в виде импульсов информация могла быть воспроизведена без существенных искажений, наивысшая частота гармоник со значимыми амплитудами в спектре входного сигнала не должна превышать половины частоты прерывания частоты следования импульсов».

Условия допустимости сведения импульсной системы к непрерывной:

где fпр - наибольшая частота сигнала, пропускаемого непрерывной частью системы (Гц).

Для нашего случая наименьшая постоянная времени у датчика обратной связи (датчика, измеряющего подачу воздуха) Тдат = 0,005 сек., тогда период квантования определяется как:

Ткв = Тдат/3 = 0,005/3 = 0,0017 секунды,

а частота прерывания

f = 1/Ткв = 1/0,0017 = 588 Гц.

Задаваясь этими параметрами можно рассматривать проектируемую схему регулирования, как непрерывную.

Также этими данными нужно руководствоваться при выборе контроллера.

3.5 Выбор закона регулирования, проектирование функциональной и структурной схем

Для того чтобы реализовать проектируемую схему (рисунок 12), необходимо задаться таким законом регулирования, при котором статические и динамические показатели точности регулирования соответствовали технологическим нормам исследуемого объекта. Наиболее универсальным является ПИД-регулятор, так как он состоит из П, И и Д-регуляторов, параллельно включенных друг с другом.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рисунок 12 Проектируемая функциональная схема узла регулирования

Контроллер состоит из следующих элементов: АЦП - аналого-цифровой преобразователь, предназначен для ввода аналогового сигнала, поступающего с датчика, а также для преобразования его в цифровую форму; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь, предназначен для вывода полученной информации, преобразуя ее из цифровой формы в аналоговую; ДВ - дискретный выход (постоянное напряжение 24В) формирует выходной сигнал с контроллера для управления исполнительным механизмом; элементы, заданные с помощью программы в цифровой форме.

Для построения структурной схемы (рисунок 13) заменим элементы функциональной схемы на одно обобщенное нелинейное звено. Будем рассматривать структурную схему узла регулирования как непрерывную (графическая часть, лист 4).

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рисунок 13 Структурная схема узла регулирования

Трехфазный асинхронный двигатель (напряжение питания 380 В) представляет собой инерционное звено, передаточная функция которого выражается в виде:

где Кдв - передаточный коэффициент звена; Тдв - постоянная времени этого звена.

где щном=144.4 рад/с - номинальная частота вращения двигателя; U=380 В - напряжение питания двигателя.

Кдв= 144.4/380 = 0,38 рад/В с;

где J = 0.0019 Н м2 - момент инерции двигателя;

Sн = 0.08 - номинальное скольжение; Мн = 0.39 н м - номинальный момент двигателя.

Тдв = 0.0019 0.08 144.4/0.39 = 0.056 с.

Редуктор представляет собой интегрирующее звено, передаточная функция которого описывается в виде:

где Кред - передаточный коэффициент редуктора.

где щред = 0.0628 рад/с - выходная частота вращения редуктора.

Кред = 0,0628/144,4 = 4,349 10-4.

Объект регулирования. При помощи этого устройства регулируется подача воды от котла в обратную магистраль. Объект регулирования представляет собой инерционное звено, передаточная функция которого:

где Коб - коэффициент передачи объекта; Тоь - постоянная времени.

где б - угол поворота клапана; Дt - температура воды перед котлом.

По режимной карте определим, что при б = р/4 рад, Дt = 65Co, тогда:

Коб = 65 4/3,14 = 82,8 Со/рад.

Постоянную времени объекта определили экспериментальным путем Тоб=0,5с.

Измерительный датчик. Этот датчик измеряет температуру воды до котла, преобразует его в токовый сигнал и передает этот сигнал на вход регулятора. Датчик представляет собой инерционное звено с очень малой постоянной времени и имеет передаточную функцию:

где Кдат - коэффициент передачи датчика; Тдат = 0,005 с - постоянная времени датчика.

где Imax= 5 мА - максимальный выходной ток датчика; Дtmax= 65 Со - температура воды до котла в оптимальном режиме.

Кдат = 5 10-3/150 = 0,033 мА/Со.

Нелинейное звено. Оно представляет собой трехпозиционное реле, имеющего зону нечувствительности и зону возврата, с выходным трехфазным (реверсивным) напряжением 380 В. Характеристика нелинейного звена показана на рисунке 14.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рисунок 14 Характеристика нелинейного звена: Д - зона нечувствительности; Дв - зона возврата; U - выходное напряжение

Для нашего случая, руководствуясь точностью регулирования, были приняты следующие параметры: Да = 0,02 мА; Дв = 0,05 мА.

Параметры ПИД-регулятора найдем экспериментальным путем при моделировании системы с помощью программы «STRATUM».

3.6 Моделирование узла регулирования для поддержания температуры горячей воды в соответствии с температурным графиком с помощью программы «STRATUM»

Моделирование системы произвел с помощью программы «STRATUM» - это программное средство, позволяющее на основе простейших функциональных элементов создавать модели без знания языков программирования, что значительно сокращает временные затраты. Современный метод разработки систем управления следующий. На стадии формулировки технического задания и рабочего проектирования намечаются возможные варианты информационных структур. Допускается формулировка в общем виде, используются приближенные численные параметры. На стадии ввода системы в действие осуществляется оптимизация принятых вариантов и выбор наилучшего варианта, а также выявляются пути возможного совершенствования системы. Такая концепция проектирования лучше всего реализуется именно для систем, построенных на базе управляющих микро-ЭВМ, так как процесс изменения алгоритмов может происходить непосредственно в процессе работы системы, а подпрограммы оптимизации и идентификации можно встраивать в математическое программное обеспечение.

В представленной работе использовалась часть «MATHEMATICAL STRATUM». Свойства объекта записываются в виде математической, условно-символьной, словесной и натурально-графической модели. Модель при этом является комплексной и представляет собой целостное образование. Синтез системы в среде «STRATUM» предполагает создание моделей элементов объекта, составление схемы и наблюдение за работой системы. Сначала создается библиотека элементов-имиджей. Пользуясь библиотеками объектов, собирается схема из имиджей, которые устанавливаются на рабочее поле в порядке прохождения через них сигналов. Связь между элементами осуществляется присвоением входным переменным одних имиджей значений выходных переменных других имиджей. Результаты отражаются в числовом или графическом виде.

Подобные документы

Разработка системы управления котельной комплексного сборного пункта с котлоагрегатами ДЕ-6,5/14-ГМ. Выбор конфигурации программируемого логического контроллера. Расчет и анализ системы автоматического регулирования уровня воды в барабане котлоагрегата.

дипломная работа , добавлен 29.09.2013


Стабильное, качественное и надежное функционирование водогрейной котельной за счет внедрения системы, предназначенной для контроля и управления технологическим процессом, на базе контроллера SIMATIC S7 фирмы Siemens. Параметры сигнализации и блокировки.

дипломная работа , добавлен 22.04.2015


Обязанности и требования по квалификации инженера АСУТП. Источники снабжения котельной водой, электричеством и сырьем. Автоматизация контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров. Принцип работы шкафной воздушно-циркуляционной сушилки.

отчет по практике , добавлен 07.01.2015


Изучение описания и технических характеристик котельной. Ознакомление с приборами и средствами автоматизации. Исследование систем микропроцессорной автоматизации. Характеристика недостатков применяемой системы контроля загазованности изучаемой котельной.

дипломная работа , добавлен 24.12.2017


Расчет тепловой нагрузки и выбор технологического оборудования котельной. Тепловой расчет котла ПК-39-II M (1050 т/ч) при сжигании смеси углей. Расчет тяги и дутья. Обоснование и выбор аппаратуры учета, контроля, регулирования и диспетчеризации котельной.

дипломная работа , добавлен 13.10.2017


Средства автоматики управления котельных и системы водоподготовки. Модернизация системы подпиточных насосов котельной. Принцип действия частотного преобразователя TOSVERT VF-S11 на насосных станциях. Программирование с помощью LOGO! SoftComfort.

курсовая работа , добавлен 19.06.2012


Технические характеристики котельной. Приборы, монтаж и заземление средств автоматизации. Применяемая система контроля загазованности. Системы микропроцессорной автоматизации. Устройство и работа преобразователей. Программируемый логический контроллер.

дипломная работа , добавлен 13.01.2018


Функциональная и структурная схемы автоматизированной системы. Выбор датчика температуры, преобразователя расхода, исполнительного механизма, программируемого логического контроллера. Расчёт конфигурации устройства управления. Тестирование системы.

дипломная работа , добавлен 19.01.2017


Характеристика блочно-модульной котельной и участка строительства. Определение нагрузок в тепле и топливе. Подбор котлов, горелок, основного и вспомогательного оборудования. Расчет газопроводов, водоподготовка. Автоматизация газового водогрейного котла.

дипломная работа , добавлен 20.03.2017


Элементы рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке. Схема конструкции парового котла. Описание схемы автоматизации объекта, монтажа и наладки системы автоматического регулирования. Расчет чувствительности системы управления подачей пара.

Компания «Центромонтажавтоматика» (г. Смоленск) в кратчайшие сроки построила новую газовую котельную в поселке Катынь Смоленского района и автоматизировала ее с применением оборудования ОВЕН.

Обрушение крыши котельной накануне отопительного сезона с полной утратой оборудования - явление из разряда катастрофических. Последствия такого события несложно представить. Однако специалисты компании «Центромонтажавтоматика» с многолетним опытом строительства и автоматизации котельных не только успешно справились с подобной задачей, но и в самые кратчайшие сроки.

В поселке Катынь Смоленского района в августе 2012 года произош-ла серьезная авария - обрушилась крыша местной котельной, которая отапливала весь жилой фонд поселка, включая детский сад и больницу. В ре-зультате обрушения оборудование ко-тельной было полностью выведено из строя - все системы, котлы, механизмы погребены под завалами.

В экстренном порядке админист-рацией района при участии губерна-тора Смоленской области было приня-то решение о срочном строительстве новой газовой котельной мощностью 4 МВт. Главное - это успеть возвести новую котельную до наступления хо-лодов. Для выполнения заказа была выбрана компания «Центромонтажавтоматика», специалисты которой имеют огромный опыт строительства подобных объектов с нуля.

В кратчайшие сроки была отстрое-на новая котельная и ведена в дейст-вие в октябре того же года. Котельная обеспечивает отопление и горячее во-доснабжение поселка. В своем составе котельная имеет:

• четыре водогрейных котла мощно-стью 1 МВт каждый, оборудованных газовыми горелками;
• два повысительных, восемь котло-вых, четыре рециркуляционных кот-ловых насоса;
• два циркуляционных насоса контура отопления и два - в контуре ГВС.

Для регулирования температуры ГВС и отопления используются два трехходовых регулирующих клапана, а также два клапана подпитки. Тепло-носитель циркулирует по внутреннему (котловому) и внешним контурам ото-пления и ГВС. Создана система автоматизации, которая работает без постоянного при-сутствия обслуживающего персонала.

Автоматизация водогрейного котла

Автоматизированную систему щита ЩАК1.1 образуют средства ОВЕН:Для управления водогрейными котлами были изготовлены и установ-лены четыре щита ЩАК1.1 - по одно-му на каждый котел (рис. 1). Система управления реализована на базе программируемых логических контрол-леров ОВЕН ПЛК100. Остальное обо-рудование (насосы, регулирующие и подпиточные клапаны, клапан-отсе-катель газа) управляется с отдельно-го щита управления общекотельнымоборудованием. Основу управления составляет программируемый логиче-ский контроллер ПЛК110-220.60.Р-М.

• программируемый логический контроллер ПЛК100-224.Р-М;
• модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-224.2А;
• панель оператора ИП320;
• блок питания БП15Б-Д2-24;
• датчики температуры дТС035 (8 шт).

В обычном режиме при запуске котла оператору достаточно нажать кнопку ПУСК. Если система диагно-стирует отсутствие аварий, то вы-полняется поэтапное включение вентиляции топки котла, опрессовка газовых клапанов, розжиг, прогрев и переход в режим поддержания за-данной температуры воды на выходекотла. Рециркуляционный насос обес-печивает поддержку минимально до-пустимой температуры воды на входе котла. В случае нештатной ситуации работа котла блокируется с одновре-менным выведением на экран панели ИП320 очередности аварий. Также па-нель ИП320 используется для задания различных уставок и режимов работы котла.

Щиты автоматизации водогрейных котлов ЩАК1.1 выполняют следующие функции:

• управление газовыми горелками по сигналу датчика температуры (дТС035) на выходе котла;
• управление насосом рециркуляции по сигналу датчика температуры (дТС035) на входе котла;
• прогрев котла при первоначальном пуске;
• блокировка работы котла при ава-рийно высокой температуре воды, низком и высоком давлении воды на выходе, высоком давлении в топке котла, низком и высоком давлении газа в горелке;
• блокировка работы котла при от-сутствии протока воды, пропадании питающего напряжения, при пожаре и загазованности;
• ведение журнала аварий котла;
• фильтрация срабатывания дискрет-ных датчиков;
• задержка срабатывания датчика разрежения в топке для исключения пульсаций при розжиге котла;
• выдача аварийных сигналов котла на общекотельный щит автоматики.

Система управления общекотельным оборудованием

В состав щита общекотельного вхо-дит следующее оборудования ОВЕН:

• модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-224.8А;
• датчики типа дТС035 (3 шт.) - из-мерители температуры прямого и обратного теплоносителя системы отопления и ГВС;
• датчик дТС125 - измеритель темпе-ратуры наружного воздуха.

Щит автоматики является цент-ральным звеном в управлении котель-ной. Система генерирует сигналы на включение котлов, насосов, а также регулирование температуры теплоносителя. Для правильной автономной ра-боты котельной на панели операто-ра ИП320 щита управления обще-котельным оборудованием задается ряд параметров, таких как: роли ос-новных, резервных и блокируемых насосов, количество запускаемых котлов, отопительный график, устав-ки дневных и ночных температур, коэффициенты ПИД-регуляторов, а также различные временные уставки (периоды ротации, задержки сраба-тывания и т.п.).

Все аварийные ситуации фикси-руются на панели оператора в по-рядке их появления и посредством GSM-контроллера передаются в виде голосовых и SMS-сообщений на теле-фоны диспетчеров. Также на щите ав-томатики управления общекотельным оборудованием предусмотрен ручной режим работы.

Щит управления общекотельным оборудованием обеспечивает выпол-нение следующих функций:

• поддержание заданной температу-ры отопительного контура и ГВС по ПИД-закону регулирования;
• вычисление текущей уставки ото-пительного контура по показаниям датчика температуры наружного воздуха в соответствии с отопитель-ным графиком;
• защита системы отопления от пре-вышения температуры обратного теплоносителя;
• автоматическое переключение на ночной/дневной режим работы си-стемы отопления;
• автоматическое управление насоса-ми (основной/резервный) с исполь-зованием функции ротации;
• управление клапанами подпитки;
• запрет запуска котлов при отклю-ченных котловых насосах;
• управление клапаном-отсекателем газа на вводе газа;
• светозвуковая индикация аварий-ных параметров котельной, вклю-чая такие критичные сигналы, как загазованность СН4, СО2, пожар с выдачей соответствующих блоки-ровок;
• диагностика состояния оборудова-ния щита и датчиков температуры;
• запоминание очередности аварий оборудования котельной;
• выдача аварийных сигналов на пульт диспетчера посредством GSM-связи в виде голосовых и SMS- сообщений.

Результат автоматизации

Благодаря слаженным действиям специалистов проектных групп, отде-ла снабжения, монтажных участков, а также имеющийся многолетний опыт работы в строительстве котель-ных позволили уже в октябре 2012 года (начаты работы были в сентя-бре) подать первое тепло в дома жителей поселка Катынь. При этом, несмотря на сжатые сроки, удалось создать полнофункциональную сов-ременную отопительную систему. Приборы ОВЕН позволили без каких- либо проблем реализовать все функ-ции управления котельной.