Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный технологическийуниверситет
растительных полимеров
Факультет автоматизированных системуправления технологическими процессами
Кафедра автоматизации теплоэнергетическихпроцессов
Курсовой проект
по дисциплине «Технические средстваавтоматизации»
Тема проекта «Техническая реализацияСАУ (система автоматического управления) технологическим параметром (уровеньводы) в котле Е-50».
Исполнитель:
студент группы 583
Иванов В.Н
Руководитель:
Смирнов В.Б.
Санкт-Петербург 2010 г.
Ведомость проекта
Реферат
Введение
1. Состав и характеристика объектауправления
1.1 Назначение
1.2 Принцип действия
1.3 Технические характеристикиобъекта управления
2. Характеристика ТС объекта управления
2.1 Перечень и спецификация ТСА
3. Обоснование требований кразрабатываемой САУ
3.1 Требования к разрабатываемой САУ
3.2. Требования к ТСА и качествууправления
3.3 Анализ качества управлениясуществующей САУ
4. Выбор ТС разрабатываемой САУ
4.1 Обоснование выбора ТС
4.2 Перечень и спецификация ТС САУ
5. Выбор структуры регулятора
5.1 Обоснование выбора структурырегулятора
5.2 Функциональная схема, принципдействия регулятора
6. Организация безударных переходов вСАУ
6.1 Способы обеспечения высокойнадёжности САУ
6.2 Принцип организации безударногоперехода
6.3 Структурная схема САУ
7. Разработка технической структурыСАУ
7.1 Техническая реализация САУ
7.2 Техническая структура
7.3 Описание работы САУ
8. Разработка электрической схемы
Выводы
Список используемой литературы
Приложения
Реферат
В данном курсовом проектепо теме: «Техническая реализация САУтехнологическим параметром(уровень воды) в котле Е-50», рассмотрены техническое описание котла и егооборудования. Цель этого курсового проектирования являлось, усовершенствованиеустаревших схем автоматизации, и внедрение более современных, а так жесоставление электрической схемы управления.
Проводить полнуюмодернизацию котельной установки нецелесообразно. Нужно задаваться цельюпошаговой модернизацией производства с планомерным обучением имеющегосяперсонала. Процесс переоборудования котельной установки и сопутствующихтехнических инструментов должен проходить с минимальными материальнымизатратами, но в тоже время с максимальной отдачей. Т.е. разработанная САУдолжна обеспечить бесперебойную работу на производстве. Это позволит сократитьштат персонала, обслуживающего устаревшую САУ. Кроме того автоматика избавитперсонал от рутинной работы. Но перед запуском новой системы персонал долженпройти соответствующее обучение.
Какая бы не была надёжнаяСАУ в её режиме должно быть предусмотрено ручное управление. В случае аварийнойситуации персонал должен будет взять на себя управление всей системы, т.к.остановка производственный процессов категорически неприемлема.
Регулируемый намипараметр – уровень воды в котле является одним из важнейших контролируемыхпараметров в котельных установках, т.к. при снижении уровня воды нижедопустимого предела, не обеспечивается циркуляция воды. В результате нарушенияциркуляции воды в экранных трубах происходит чрезмерное повышение температуры ипережог их стенок. Также опасно и резкое снижения давления пара, чтоувеличивает опасность возможного заброса воды в пароперегреватель и выведениекотла из строя.
Непосредственное измерение уровня воды в котле непредставляется возможным, поэтому мы проводим замеры в двух точках: расходпитательной воды до барабана и расхода пара после. В итоге применениярегулятором ПИ-закона на основании полученных от датчиков сведений, мы знаем,какой уровень воды непосредственно в барабане. И если он отклоняется от нормы,то регулятор посылает сигнал на исполнительный механизм в виде регулирующего клапанас электроприводом. Процесс регулирования заданного значения происходит плавноблагодаря выбранным переходным процессам.
Внедрение системавтоматизированного управления паровыми и водогрейными котлами, построенных наоснове программируемых контроллеров, позволяет автоматизировать процесспроизводства тепловой энергии в котлах и значительно упростить контроль иуправление этим процессом. Применение такой системы повышает эффективностьфункционирования котлоагрегата за счет снижения потребления энергоресурсов,рационального сжигания топлива, использования технологического оборудования,оперативного управления оборудованием и технологическим процессом. Кроме того,внедрение таких систем позволяет снизить влияние человеческого фактора впроизводственном процессе и вероятность возникновения аварийных режимовфункционирования котла.
Благодаря программномууправлению система автоматически отслеживает все параметры текущих процессов,реализуемых водогрейными и паровыми котлами, и управляет технологическимоборудованием, обеспечивая нормальное и безаварийное функционирование котельнойустановки. Кроме того, система контролирует исправность оборудования и привозникновении поломок и аварийных ситуаций сигнализирует об этом и принеобходимости персонал может перевести работу САУ в ручной режим для устранениянеполадок.
Введение
На предприятияхпромышленности и ЖКХ, где требуется большое количество тепловой энергии в видепара и горячей воды, котельные оборудованы разнообразными паровыми иводогрейными котлами, произведёнными 30 и более лет назад.
Для управления процессамикотлы комплектовались системами, построенными на основе релейно-контактнойавтоматики, которые к настоящему времени морально и физически устарели. Впроцессе эксплуатации котлов, оснащённых релейно-контактной автоматикой,нередко возникают аварийные режимы, это обусловлено физическим старением,износом элементов на основе которых построены такие системы, часто такиесистемы автоматики не отвечают требованиям существующих правил безопасности.
Такие котлы требуютопределённого уровня квалификации обслуживающего персонала, а своевременноерегулирование процесса производства тепловой энергии требует постоянногонаблюдения за параметрами процесса со стороны оператора. К сожалениювыпускаемые системы автоматики, поставляемых в комплекте с котельнымиустановками по-прежнему реализованы на основе релейно-контактных элементов.Кроме того большое количество котельных установок, эксплуатируемых по всехтерритории России, имеют ещё достаточный запас ресурса, их полная замена неоправдана. И по этому для продления срока службы котлов эксплуатирующиепредприятия вынуждены оснащать агрегаты, системами автоматизированного управленияв основном импортного производства.
Такое оборудование имеетвысокую стоимость, и как правило, требует дорогого сервисного обслуживания.Наряду с этим постепенное удорожание топлива потребовало наиболее рациональногои вместе с тем эффективного использования энергоресурсов, что реально приоснащении котлов высоконадёжными и быстродействующими системами автоматики, воснове которых используются последние достижения в области микроэлектроники ипрограммного регулирования процессов.
В данный момент намировом рынке имеется полное разнообразие, в частности микроконтроллеров дляпромышленной автоматизации, предназначенных для продолжительной работы вразличных условиях, а также развитые компьютерные технологии позволяютсоздавать системы управления процессами, способные функционировать в автономномрежиме.
Внедрение системавтоматизированного управления паровыми и водогрейными котлами, построенных наоснове программируемых контроллеров, позволяет автоматизировать процесспроизводства тепловой энергии в котлах и значительно упростить контроль иуправление этим процессом. Применение такой системы повышает эффективностьфункционирования котлоагрегата за счет снижения потребления энергоресурсов,рационального сжигания топлива, использования технологического оборудования,оперативного управления оборудованием и технологическим процессом. Кроме того,внедрение таких систем позволяет снизить влияние человеческого фактора впроизводственном процессе и вероятность возникновения аварийных режимовфункционирования котла. Повышение экологических характеристик котельной икультуру производственного процесса. Благодаря программному управлению системаавтоматически отслеживает все параметры текущих процессов, реализуемыхводогрейными и паровыми котлами, и управляет технологическим оборудованием,обеспечивая нормальное и безаварийное функционирование котельной установки.Кроме того, система контролирует исправность оборудования и при возникновенииполомок и аварийных ситуаций сигнализирует об этом обслуживающему персоналу.
1. Состав и характеристика объекта управления
Объектом автоматизацииявляется котлоагрегат Е-50
1.1 Назначение
Паровой котел Е-50предназначен для получения пара высокого давления и температуры при сжиганиигаза, а также используется на технические нужды предприятий различных отраслейдля теплоснабжения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабженияобъектов промышленного и бытового назначения, а также при работе на паровуютурбину получения электрической энергии.
1.2 Принцип действия
В теплоэнергетикеосновным теплоносителем является вода или водяной пар. Комплекс устройств иагрегатов, обеспечивающих получение горячей воды или пара под давлением,называется котельной установкой. Она состоит из котла и вспомогательногооборудования. Котлом – называется устройство для получения горячей воды иливодяного пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты сгоранияорганического топлива.
Котел барабанный, сестественной циркуляцией, с камерным сжиганием топлива. Компоновка поверхностейнагрева П-образная. В котле происходит нагрев воды, ее испарение и перегревобразовавшегося пара. В качестве топлива используется природный газ. Котелпредназначен для работы в закрытых помещениях. Паропроизводительность котла 50 т/час, абсолютное давление и температура пара 3,9 МПа,440°C, температура питательной воды 145°C. Теплоносителем являются продуктысгорания — дымовые газы. Горение топлива происходит в вертикальной топочнойкамере, образованной экранными трубами. Подача топлива в топку осуществляется с помощью газо-мазутныхгорелок, расположенных на боковых стенках топки по две на каждой стенке смазутными форсунками. Форсунки устанавливаются по центру каждой горелки. Настенках топки расположены испарительные экраны из труб диаметром 60 на 3 мм,шаг между трубами 70 мм2 (сталь 20).
Реакционные поверхностинагрева закрывают все стены топочной камеры, образуя фронтовый, задний ибоковые экраны.
К конвективнымповерхностям относятся: котельный пучок, воздухоподогреватель,пароперегреватель и экономайзер.
Трубы фронтового изаднего экранов в нижней части образуют холодную воронку. Трубы заднего экранав верхней части разведены в четырёхрядный фестон.
На котле имеютсянепрерывная и периодическая продувки.
Поверхность нагрева:
— испарительная – 263 м2
— перегревателя – 299 м2
— экономайзера – 442 м2
Передний трубный экран –2 части
Задний трубный экран – 2части
Боковые трубные экраны –2 части
Экономайзер – 2 части
Пароперегреватель 1ступени – 1 шт.
Пароперегреватель 2ступени – 1 шт.
Конденсатор –1 шт.
Воздухоподогреватель – 2части
Коллектор впрыска – 1 шт.
Дымосос – 1 шт.
Габаритные размеры котла:длина, м – 15,3
ширина, м – 11,1
высота, м – 16,7
масса, т – 173
Получение пара имеетбольшое значение в тепловой энергетике. Пар играет большую роль во многихтехнологический процессах. Назначение процесса парообразования – это получениепара с высокой температурой и давлением. Чистота пара обеспечивается химическойподготовкой воды (обессоливание).
Процесс работы паровогокотла типа Е-50 в паровом режиме осуществляется следующим образом.
Сгорание топлива,поступающего через горелки происходит в топочной камере. К горелкам подводитсятакже воздух по воздуховоду с помощью дутьевого вентилятора. Для устойчивого иинтенсивного горения воздух нагревается. Забор воздуха в воздуховодпроизводится зимой из окружающей среды, а летом из помещения. Тепло,выделившееся при сгорании топлива, передаётся воде, через поверхности нагревакотла (экранные трубы) излучением в топке и конвекцией от нагретых газообразныхпродуктов сгорания в газоходах котла (пароперегревателе). Исходная вода сначалапоступает в ХВО, затем в деаэратор, который служит для удаления из водыкислорода и активных газов. Туда же подаётся добавочная химически очищеннаявода из ХВО. Поступающая в котёл вода называется питательной, сначалаподогревается в подогревателе высокого давления, в водяном экономайзере, где засчёт тепла уходящих газов подогревается. Из экономайзера по отводящим трубампитательная вода подаётся в барабан котла. Из барабана по опускным трубам водапоступает в нижние коллекторы, откуда раздаётся по подъёмным трубам топочныхэкранов. Барабан котла вместе с системой не обогреваемых опускных труб,выходящих из него, и подъёмных (экранных) труб внутри топочной камеры образуетзамкнутый, циркуляционный контур, в котором при горении топлива в топкеорганизуется движение воды (опускные трубы) и пароводяной смеси (подъёмныетрубы). Циркуляционный контур заполнен до уровня, расположенного на 15…20 смниже диаметральной плоскости барабана котла, водой, которую называют котловой.Объём барабана, заполненного водой, называют водяным, а занятым паром –паровым. Поверхность, разделяющую водяной и паровой объёмы, называют зеркаломиспарения. При подводе теплоты к обогреваемым трубам вода в них закипает, и онизаполняются пароводяной смесью. Поступившая вода превращается в пар лишь после многократного прохождениячерез циркуляционный контур. За один цикл вода в контуре испаряется на 3…20%.Количество движущейся в контуре воды в несколько раз больше образующегося пара.Сухой насыщенный пар из барабана котла поступает на перегрев впароперегреватель, после чего перегретый пар направляется к паровой турбине.Для регулирования температуры перегретого пара в системе предусмотренвпрыскивающий пароохладитель.
Пар с параметрамиподводится к турбине из парового котла. В турбине происходит адиабатноерасширение пара до конечного давления в процессе которого совершается работа,передаваемая электрическому генератору. Отработавший в турбине пар направляетсяв конденсатор, где он отдаёт охлаждающей воде теплоту и конденсируется припостоянной температуре и давлении. Из конденсатора конденсат поступает впитательный насос, где его давление повышается.
Продукты сгораниятоплива, пройдя экономайзер и воздухоподогреватель отдают им тепло. Продуктысгорания после воздухоподогревателя называются уходящими газами, их температурасоставляет от 120 до 160ºС. При помощи дымососной установки выбрасываютсяв атмосферу через дымовую трубу.
И так, процесс полученияперегретого пара состоит из трёх этапов: подогрева питательной воды дотемпературы кипения; образования насыщенного пара из воды; перегрева сухогонасыщенного пара до необходимой температуры.
Котёл оборудован:
1. трубопроводами топлива, питательной воды и пара; 2.электрофицированной арматурой, исполнительными механизмами и эл. двигателями(далее везде ИМ); 3. датчиками и приборами контроля теплотехнических параметровИМ, датчики и приборы контроля теплотехнических параметров образуют согласнофункциональной принадлежности и пространственного расположения, следующиетехнологические (функциональные) подсистемы котла:
· топливопроводов и газо-воздуховодов(ТГВ)
· нижних газо-мазутных горелок (ГМГН)
· верхних газо-мазутных горелок (ГМГВ)
· трубопроводов питательной воды и пара(ТПВП).
1.3Технические характеристики объекта управления
Паропроизводительностькотла 50 т/час.
Aбсолютное давление перегретого пара 3,9 МПа.
Температура перегретого пара 440°C.
Давление в барабане 4,4МПа.
Давление в выходномколлекторе пароперегревателя 3,9 МПа.
Температура питательнойводы 145°C.
Котёл как объект автоматизации
Для создания автоматизированной системы управления процессамивыработки пара и горячей воды, реализуемыми паровыми и водогрейными котлами, впервую очередь необходимо определить цель создания системы и её назначение, атакже провести обследование котла и его технологического оборудования какобъекта предстоящей автоматизации. В процессе обследования составляютсяперечень технологического оборудования, его исправность, определяют режимыработа котла и эксплуатационные характеристики: энергопотребление, вид топлива,производительность и другие, а также контролируемые и управляемые параметры,перечень критических и опасных значений параметров процесса. Паровой котёлявляется наиболее трудным в обследовании, так как представляет собой довольносложный технологический агрегат с большим количеством контролируемых иуправляемых параметров. Для наглядности котёл и его оборудование разделяют нанесколько частей:
· система подачи топлива;
· система подачи воздуха;
· горелочные устройства;
· топка;
· система подачи воды;
· барабан котла.
/>
Рис.1. Функциональная схема котла
Котёл имеет следующие режимы функционирования:
· розжиг;
· основной режим;
· остановка.
Наиболее сложным с точки зрения управления является основнойрежим с динамически изменяющимися нагрузками и исправность котла во многомзависит от уровня давления пара и количества воды в барабане котла. Рассмотрим,к чему может привести превышение предельных значений параметров котла. Принормальном течении процесса уровень воды в барабане котла уравновешивается давлениемподпитки котловой воды и давлением пара. При этом он находится выше срезаэкранных труб, стенки которых охлаждаются циркулирующей в них водой. Вследствии создания чрезмерного высокого давления в барабане котла уровень водыможет снизиться ниже допустимого предела, при котором не обеспечиваетсяциркуляция воды. В результате нарушения циркуляции воды в экранных трубахпроисходит чрезмерное повышение температуры и пережог их стенок. Также опасно ирезкое снижения давления пара, что увеличивает опасность возможного забросаводы в пароперегреватель и выведение котла из строя. Кроме того, частые ирезкие изменения подачи воды в котел могут вызвать значительные температурныенапряжения в металле экономайзера, и качество поддержания уровня такжеопределяется равномерностью подачи воды. Наряду с этим создание необходимого давленияпара в котле и его поддержание на заданном уровне обеспечивается созданиемсоответствующих температурных режимов, достигающихся сжиганием некоторогоколичества топлива. Итак, регулирование давления пара в барабане котла ипитания котельных агрегатов главным образом сводиться к поддержанию материальногобаланса между отводами пара и подачи воды. Рассмотрев котёл как объектавтоматизации затронув в большей части процессы проходящие в барабане котла,увидели, что нормальное протекание процесса, реализуемого паровым котлом,требует выполнения множества условий, а не соблюдение хотя бы одного из нихможет вызвать аварийную ситуацию и выход из строя дорогостоящего оборудования.Всё это обуславливает необходимость постоянного слежения за параметрами и немедленного реагирования на отклонение их от нормы.
2. Характеристика ТС объекта управления
Регулированиепитания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главнымобразом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара иподачей воды. Параметром, характеризующим баланс, является уровень воды вбарабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяетсякачеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня нижедопустимых пределов, может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах, врезультате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и ихпережег. Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так каквозможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. Всвязи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются оченьвысокие требования. Качество регулирования питания также определяетсяравенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питаниекотла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могутвызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.
Система управлениякотельной обеспечивает:
· автоматический пуск горелочногоустройства по заданной программе с предварительным проветриванием топки игазового тракта котла;
· позиционное регулирование уровня водыв барабане, температуры топлива (для жидкотопливных горелок); позиционное илиплавное регулирование тепловой мощности в зависимости от типа используемойгорелки;
· защиту котла: – по допустимым уровнямводы; – по аварийному превышению давления пара;– по погасанию факела горелки; –по допустимым уровням давления в топке; – по перегрузке электродвигателейоборудования.
2.1 Перечень и спецификация ТСА
Регулятор РС-29 с усилителем У29.3М.
Технические характеристики:
• выходные сигналы:
— импульсы пульсирующего напряжения постоянного тока среднегозначения 24 В;
— импульсы напряжения постоянного тока +10 В или -10 В;
• питание~(220) В, c частотой (50±1), (60±2) Гц;
• Подключение30 клемм под винт.Клапан регулирующий Т-35б сэлектроприводом МЭО 250/25-0,25.
Технические характеристики Т-35б:
• рабочее давление до 10 МПа;
• температура рабочей среды до 300°С;
• изготовлен в соответствии с ТУ 108.21.272-2004;
• материалкорпуса сталь 25Л.
Технические характеристики МЭО 250/25-0,25:
• крутящий момент 250 Нм;
• номинальное время полного хода 25 сек.;
• номинальное значение полного хода 0,25 об.;
• электроприводы обеспечивают выполнение заявленныхтехнических параметров при отклонении питающего напряжения от – 15% до +10% отноминальных значений;
• срок службы 15 лет.
3. Обоснование требований к разрабатываемой САУ
3.1 Требования к разрабатываемой САУ
Требования к АСУ любого вида должна соответствовать требованиям настоящего госстандарта, ГОСТ 24.104-85. Выделим из ГОСТа основные требованияк разрабатываемой АСУ.
1. Требования к АСУ в целом.
1.1 АСУ любого вида должна соответствовать требованиямнастоящего стандарта, требованиямтехнического задания на ее создание или развитие, а также требованиямнормативно-технических документов, действующих в ведомстве заказчика АСУ.
2. Требования к функциям АСУ.
2.1. АСУв необходимых объемах должна автоматизированно выполнять.
• Сбор,обработку и анализ информации (сигналов, сообщений и т.п.) о состоянии объектауправления.
• Выработкууправляющих воздействий (программ, планов и т. п.).
• Передачууправляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и ееконтроль.
• Реализациюи контроль выполнения управляющих воздействий.
• Обменинформацией (документами, сообщениями и т. п.) с взаимосвязаннымиавтоматизированными системами.
3.Требования к подготовленности персонала АСУ.
3.1 Квалификацияперсонала АСУ должна обеспечивать эффективное функционирование системы во всехзаданных режимах.
3.2 ПерсоналАСУ должен быть подготовлен к выполнению своих обязанностей в соответствии синструкциями организационного обеспечения.
3.3 Каждоелицо, входящее в состав персонала АСУ, должно применять соответствующиеинформационные модели и работать с используемыми им техническими средствами идокументацией, определяющей порядок его деятельности.
4.Требования к техническому обеспечению АСУ.
4.1 Комплекстехнических средств АСУ должен быть достаточным для выполнения всехавтоматизированных функций АСУ.
4.2 Вкомплексе технических средств АСУ должны в основном использоваться
технические средства серийного производства. Принеобходимости допускается применение технических средств единичногопроизводства.
4.3 Технические средства АСУ, используемые при взаимодействииАСУ с другими системами,должны быть совместимы по интерфейсам с соответствующими техническимисредствами этих систем и используемых систем связи.
4.4 ВАСУ должны быть использованы технические средства со сроком службы не менеедесяти лет. Применение технических средств с меньшим сроком службы допускаетсятолько в обоснованных случаях и по согласованию с заказчиком АСУ.
4.5 Размещениетехнических средств, используемых персоналом АСУ при выполненииавтоматизированных функций, должно соответствовать требованиям эргономики: дляпроизводственного оборудования по ГОСТ 12.049-80, для средств представлениязрительной информации по ГОСТ 21829-76, в том числе для табло коллективногопользования из цифровых знакосинтезирующих электролюминесцентных индикаторов поГОСТ 21837-76.
4.6 Любоеиз технических средств АСУ должно допускать замену его средством аналогичногофункционального назначения без каких-либо конструктивных изменений илирегулировки в остальных технических средствах АСУ (кроме случаев, специальнооговоренных в технической документации на АСУ).
4.7 Техническиесредства АСУ допускается использовать только в условиях, определенных в эксплуатационной документации на них. Вслучаях, когда необходимо их использование в среде, параметры которой превышаютдопустимые значения, установленные для этих технических средств, должны бытьпредусмотрены меры защиты отдельных технических средств АСУ от влияния внешнихвоздействующих факторов.
5. Требованияк программному обеспечению АСУ.
5.1 Программное обеспечение АСУ должно быть достаточным длявыполнения всех функций АСУ, реализуемых с применением средств вычислительнойтехники, а также иметь средства организации всех требуемых процессов обработкиданных, позволяющие своевременно выполнять все автоматизированные функции вовсех регламентированных режимах функционирования АСУ.
5.2 Программное обеспечение АСУ должно обладать следующимисвойствами:
• функциональная достаточность (полнота);
• надежность (восстанавливаемость, наличие средств выявленияошибок);
• адаптируемость;
• модифицируемость;
• модульность построения;
• удобство эксплуатации.
6.Требованияк информационному обеспечения АСУ.
6.1 Информационное обеспечение АСУ должно быть достаточнымдля выполнения всех автоматизированных функций АСУ.
6.2 В АСУ для связи между устройствамикомплекса технических средств должны быть применены:
• входные и выходные сигналы:
• электрические — тока и напряжения по ГОСТ 26.011-80, сдискретным
изменением параметров по ГОСТ 26.013-81, кодированные по ГОСТ26.014-81,
• гидравлические по ГОСТ 26.012-80,
• пневматические по ГОСТ 26.015-81;
• наборы символов алфавитно-цифровые по ГОСТ 19767-74;
• коды 8-битные по ГОСТ 19768-74.
6.3 Информационное обеспечение АСУдолжно быть совместимо с информационным обеспечением систем, взаимодействующихс ней, по содержанию, системе кодирования, методам адресования, форматам данныхи форме представления информации, получаемой и выдаваемой АСУ.
6.4 Формы документов, создаваемых АСУ,должны соответствовать требованиям стандартов УСД или нормативно-техническихдокументов ведомства заказчика АСУ.
7.Требованияк организационному обеспечению АСУ.
7.1 Организационное обеспечение АСУ должно быть достаточнымдля эффективного выполнения персоналом АСУ возложенных на него обязанностей приосуществлении автоматизированных на него обязанностей при осуществленииавтоматизированных и связанных с ними неавтоматизированных функций системы.
7.2Инструкции организационного обеспечения АСУ должны определять действияперсонала АСУ, необходимые для выполнения каждой автоматизированной функции, вовсех режимах функционирования АСУ, с учетом заданных требований побезошибочности и быстродействию реализации персоналом АСУ своих функциональныхобязанностей, а также содержать конкретные указания о действиях в случаевозникновения аварийных ситуаций или нарушениинормальных условий функционирования АСУ. Требования к содержанию инструкций — по ГОСТ 24.209-80.
7.3 По каждой автоматизируемой функции,которая выполняется во взаимодействии данной АСУ с другими системами,инструкции персоналу АСУ и этих систем должны быть взаимоувязаны для всехрежимов выполнения данной функции и содержать указания о действиях персоналапри отказах технических средств АСУ.
8. Требования к лингвистическому обеспечению АСУ.
8.1 Лингвистическое обеспечение АСУ должно быть достаточнымдля общения различных категорий пользователей в удобной для них форме сосредствами автоматизации АСУ и для осуществления процедур преобразования имашинного представления обрабатываемой в АСУ информации.
8.2 В лингвистическом обеспечении АСУ должны быть:
• предусмотрены языковые средства для описания любойиспользуемой в АСУ
информации;
• унифицированы используемые языковые средства;
• стандартизованы описания однотипных элементов информации изаписи
синтаксических конструкций;
• обеспечены удобство, однозначность и устойчивость общенияпользователей со средствами автоматизации АСУ;
• предусмотрены средства исправления ошибок, возникающие приобщении
пользователей с техническими средствами АСУ.
8.3 Лингвистическое обеспечение АСУ должно быть отражено в документации
(инструкциях, описаниях) организационного обеспечения АСУ ввиде правил общения пользователей с техническими средствами АСУ во всех режимахфункционирования системы.
9. Требованияк правовому обеспечению АСУ.
Правовое обеспечение АСУ должно включать совокупностьправовых норм:
• определяющих юридическую силу информации на носителяхданных и документов, используемых при функционировании АСУ и создаваемыхсистемой;
• регламентирующих правоотношения между людьми, входящими всостав персонала АСУ (права, обязанности и ответственность), а также междуперсоналом АСУ и персоналом систем, взаимодействующих с АСУ.
10. Требованияк эксплуатационной документации на АСУ.
10.1 Эксплуатационная документация на АСУ должна бытьдостаточной для ввода АСУ в действие и ее эффективного функционирования.
10.2 Эксплуатационная документация на АСУ должна:
• содержать сведения, необходимые для быстрого икачественного освоения и
правильной эксплуатации средств автоматизации АСУ;
• содержать указания по деятельности персонала АСУ ваварийных ситуациях или при нарушении нормальных условий функционирования АСУ;
• не содержать положений, допускающих неоднозначноетолкование.
3.2 Требования к ТСА и качество управления
Качество управления технологическим процессом характеризуетсявыполнение системой функций:
• автоматический сбор значений параметров технологическогопроцесса;
• анализ значений контролируемых параметров технологическогопроцесса;
• автоматическое управление параметрами технологическогопроцесса;
• определение внешних ситуаций.
3.3 Анализ качества управления существующей САУ
Анализ возложенных на систему управления функций показал, чтодля обеспечения сбора значений параметров технологических процессов котельныйагрегат и его технологическое оборудование должны быть оснащены датчиками, адля управления параметрами – исполнительными устройствами. Конечно же, дляосуществления анализа значений контролируемых параметров, формированияуправляющих воздействий, определения внештатных ситуаций необходимовычислительное устройство – автоматический регулятор, обеспечивающий сравнениеполученных значений параметров со значениями параметров нормального теченияпроцесса – установок.
4. Выбор ТС разрабатываемой САУ
4.1 Обоснование выбора ТС
Выбор технических средств осуществлялся по многим критериям:
• соответствие ГОСТу;
• качество;
• надёжность;
• температурные диапазоны работы;
• регулировочный диапазоны работы;
• унифицированный выход сигналов;
• соответствие рабочим средам;
• технологическая совместимость ТС и т.д.
4.2 Перечень и спецификация ТС САУ
Датчик разности давлений, МЕТРАН-150 CD (150 CDR).
Технические характеристики:
• диапазонпределов измерений гидростатического
давления (уровня) 0,63 – 2060 кПа;
• температураокружающей среды -40…80°С;
• повороткорпуса / поворот ЖКИ 180°/360° (с шагом 90°);
• корозионностойкость — измерение давления агрессивных сред
• конструкцияCoplanar позволяетприсоединять интегральные вентильные блоки, выносные мембраны (разделители),первичные преобразователи расхода;
• высокая перегрузочная способность и стойкость к пневмо- игидроударам, исключающаявыход сенсора из строя;
• стабильность «нуля»;
• выходные сигналы:
— аналоговый токовый (0-5 мА);
— HART-протокола(4-20 мА);
• межповерочныйинтервал / гарантийный срок эксплуатации 3 года и т.д.
Диафрагма камерная (2 шт).
ДКС06-200-А/Б-1 ГОСТ8.563.1…8.563.3, производство ЗАО«Метран».
Интеллектуальный вихревой расходомер ЭМИС-ВИХРЬ 200-2шт..
Технические характеристики:
• измеряемая среда:
— жидкость;
— газ(в том числе кислород);
— пар;
• динамический диапазон:
— до 50:1 для газа и пара;
— до 40:1 для жидкостей;
• присоединение к трубопроводу
— фланцевое (от 25 до 300 мм);
— фланцевое с коническими переходами (от 25 до 300 мм);
— сэндвич (от 15 до 200 мм);
• давление измеряемой среды до 6,3 МПа;
• температура измеряемой среды от -40°С до +460°С;
• выходные сигналы:
— аналоговыйтоковый 4-20 мА;
— частотный до 10000 Гц;
— цифровой RS-485 Modbus RTU;
• температура окружающей среды от -40°С до +70°С;
• межповерочныйинтервал / гарантийный срок эксплуатации 4 года и т.д..
Контроллер Mitsubishi ALPHA XL AL2-24MR-A.
Технические характеристики:
• надёжная среда программирования Function Block Diagram (FBD);
• конфигурация системы: — AL-232 CAB;
— AL2-GSM-CAB;
— RS-232C;
— RS-485;
— передача данных через GSM-модем;
• модуль PID-регуляторас автонастройкой;
• встроенные часы реального времени (радио-часы DCF77);
• источник питания:
— напряжение 100...240 В;
— частота 50…60 Гц;
— потребляемая мощность 7,0 Вт;
• количество цифровых входов 15;
• количество выходов 9;
• ЖК дисплей 12 символов, 4 строки.
Кран шаровыйФБ39.Х14.100 cэлектроприводом AUMA SG07.1-11.Техническиехарактеристики ФБ39.Х14.100:• рабочие жидкие игазообразные среды, по отношению к которым применяемые материалы коррозионностойки;• рабочее давлениедо 25 МПа; • температурарабочей среды от -40°С до +160°С; • присоединение к трубопроводу:
— фланцевое; — муфтовое;
— под приварку;
• полный срок службы не менее 10 лет.
Технические характеристики электропривода AUMA SG07.1-11:
• мощность двигателя 0,160кВт;
• номинальный ток 0,6 А;
• температураокружающей среды −25 °C до + 70 °C.5. Выбор структуры регулятора
5.1 Обоснование выбора структурырегулятора
Применение пропорционально-интегрального (ПИ) законарегулирования для астатического объекта с явлением «набухания*»не обеспечивает требуемого качества регулирования (длительные слабо затухающиеколебания уровня при ступенчатом входном возмущении). Интегральный (И) законтакже дает плохую устойчивость системы. Пропорциональный (П) закон не допустимиз-за статической ошибки регулирования. Поэтому для регулирования уровня в парогенераторах применяют комбинированную АСР:регулирование по отклонению с П-регулятором и контуром инвариантности поосновному возмущающему воздействию — расходу пара.
2-импульсная схема регулирования не применяется по следующимпричинам:
1) расход питательной воды через регулирующий питательныйклапан зависит не только от положения клапана, но и от перепада давления нанем, который в процессе эксплуатации может изменяться;
2) в дифманометрах-расходомерах прежних лет выпуска выходнойсигнал был пропорционален корню квадратному из перепада давления.
Указанные недостатки 2-контурной АСР устраняются введением врегулятор третьего импулься по расходу питательной воды от расходомера. Такая 3-импульсная АСР изображенана рис.2.
5.2 Функциональная схема принцип действия регулятора
Принцип работы АСР следующий. Сигналы по расходу пара ипитательной воды вводятся в регулятор с противоположными знаками. В установившемсясостоянии эти сигналы равны, противоположны по знаку и, следовательно,компенсируют друг друга.
Сигнал по уровню воды в парогенераторе компенсируется сигналом задания. При изменении расхода парамгновенно изменяется соответствующий сигнал на входе в регулятор и последнийпропорционально изменяет расход питательной воды, не дожидаясь измененияуровня.
/>
Рис.2. Функциональная схема САУ.
1-датчик расхода пара; 2-барабан; 3-дифференциальныйдатчик давления; 4-водяной экономайзер; 5-контроллер; 6-регулирующий клапанпитательной воды; 7-датчик расхода питательной воды.
В регуляторе используется ПИ-закон регулирования, однаковследствие ввода в регулятор практически безинерционной отрицательной обратнойсвязи по расходу питательной воды в нем реализуется П-закон регулирования(аналогия жесткой обратной связи по положению регулирующего органа).Статическая неравномерность П-регулятора устраняется корректирующим сигналом порасходу пара.
Увеличение потребления парапотребителям при неизменной подаче топлива приведёт к уменьшению давления вбарабане котла, что вызовет увеличение объёма пароводяной эмульсии, такназываемое «набухание».
6. Организация безударных переходов в САУ
6.1 Способы обеспечения высокойнадёжности САУ
Надежность — свойство системысохранять во времени и в установленных пределах значения всех параметров, характеризующихспособность системы выполнять требуемые функции в заданных режимах и условияхэксплуатации.
Надежность системы в большинствеслучаев трудно непосредственно получить из первичной информации, кроме того,она не позволяет оценить влияние различных этапов разработки и эксплуатациисистемы, поэтому надежность рассматривают по трем главным составляющим, которыеявляются свойствами системы и могут характеризоваться как качественно, так иколичественно:
— безотказность-свойство системы сохранять работоспособностьв течение требуемого интервала времени непрерывно без вынужденных перерывов.
— восстанавливаемость(ремонтопригодность)-свойство системы, заключающееся в ееприспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению причинвозникновения отказов, а также поддержанию и восстановлению работоспособногосостояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов;
— готовность-свойство системы выполнять возложенные на нее функции в любойпроизвольно выбранный момент времени в установившемся процессе эксплуатации.Готовность определяется как безотказностью, так и восстанавливаемостью системы.
Система выполняющая эти три теоретические показателисчитается надёжной.
6.2 Принцип организация безударногоперехода
Одним из основных требований при разработкеСАУ является обеспечение требуемойнадёжности и эффективности, а также организации безударных переходов. Дляорганизации безударных переходов используются различные режимы отступления кзначению регулирующего параметра, управляющего воздействия или значениюзадания.
Рассмотрим различные ситуации,которые могут возникнуть в САУ.
• Выходиз строяпрограммированногоконтроллера.
• Обрыв цепи измерительного прибора
• Переход с автоматического режима работы на ручной инаоборот по запросу оператора.
Во всех трёх случаях регулированиеуровня воды в барабане будет проходить в ручном режиме до устранения неполадки.Главным орган регулирования, клапан имеет не только электропривод, но имеханическое энергонезависимое регулирование положение шаровой заслонки.
6.3 Структурная схема САУ
/>
Рис.5. Структурная схема САУ
Объектом управления является барабанкотла, в котором регулируется физическая величина Y (уровень воды). На объект действуют внешние возмущения fi приводящие к изменению регулируемой переменной Y. Регулирование объектом осуществляется путём измененияуправляющего сигнала U. Регулируемая переменная Y измеряется датчиком обратной связи – ДОС и преобразуется в нормированный выходнойсигнал Yoc, который в сравнивающем устройствесравнивается с нормированным сигналом задания g, формируемым задающим устройством ЗУ, или системой управления вышестоящегоуровня. Сигнал отклонения (ошибки) ε поступает на регулятор, которыйформирует управляющее воздействие U. Всостав регулятора входит большое число различных блоков и устройств,обеспечивающих требуемое преобразование сигналов. Это исполнительное устройство(исполнительный двигатель или исполнительный механизм) с регулирующим устройством(клапан, задвижка, заслонка, вентиль и др.); усилитель мощности; модуляторы;демодуляторы; динамические преобразователи (интеграторы, дифференциаторы),формирующие требуемый закон регулирования; нелинейные преобразователи;корректирующие устройства и др. В промышленных системах регулированияразличными объектами разными будут регулируемая величина, датчик обратной связии регулирующее устройство. Все остальные блоки регулятора имеют унифицированныевнешние связи и работают с унифицированными сигналами, что позволяет с ихпомощью реализовывать регуляторы в самых различных промышленных системахрегулирования.
7. Разработка технической структуры САУ
7.1 Техническая реализация САУ
Техническая реализация старой САУ нановую, есть аппроксимация оборудования без замены трубопроводов сиспользованием старых фланцевых соединения в случае с заменой запорнойарматуры. Датчики расхода имеют сэндвичное присоединение на трубопроводов, чтопозволяет производить монтаж и наладку ДР без остановки работы котла, т. е. в«рабочем режиме». Монтаж всех кабелей ТС можно производить с использованиемстарых трасс и кабельных линий. Данные работы по установке, монтажу ТС ипрокладке кабелей осуществляется монтажной бригадой по наряду-допуску ираспоряжению. Наладка, программирование контроллера, пуск в работуосуществляется непосредственно квалифицированным персоналом в областиавтоматизации.
7.2 Техническая структура САУ
7.2.1 Верхний уровень (дистанционноеуправление, визуализация, регистрация, архивация и т.д.);
7.2.2Нижний уровень (сбор и первичная обработка информации с датчиков,автоматическое регулирование, создание и выполнение алгоритмов взаимодействияустройств управления);
7.2.3Полевые устройства управления (исполнительные механизмы, измерительные приборы,устройства сигнализации).
Раскроем уровни САУ подробно с описанием в каждом егоназначения, принцип, используемое оборудование.
7.2.1. Верхний уровень, есть операторская станция спромышленным компьютером и другими коммуникационными устройствами. В задачууровня входит:
• организация операторского интерфейса;
• контроль и отображение технологического процесса;
• архивация данных и формирование отчётов;
• дистанционное управление оборудованием;
• координация и оптимизация технологического процесса.
Связь с нижним уровнем будет осуществляться протоколомModBus.
7.2.2 Нижний уровень организован программируемым контроллеромMitsubishi ALPHA XL AL2-24MR-A. Программирование в среде FBD. Контроллер выполняет роль цифровогорегулятора. Выполнение инструкций на получение операций, обмен данными, будетосуществляться через порт ModBus, RS-232 и центральный процессор i8088.
7.2.3 Полевые устройства управления (исполнительныемеханизмы, измерительные приборы, устройства сигнализации). Связь между нижними всеми устройствами будет осуществляться витыми парами с унифицированнымвыходным сигналом 4…20мА, 0...5 мА.
/>
Рис.6. Техническая структура САУ.
7.3 Описание работы САУ
Расход питательной воды и расход пара измеряются методомпеременного перепада. Перепад давления пропорциональный расходу питательнойводы, создаваемый на камерной диафрагме ДКС06-200-А/Б-1, и перепад давленияпропорциональный расходу пара, создаваемый на диафрагме ДКС06-200-А/Б-1 измеряютсяи преобразуются преобразователем Метран-150CD в унифицированный токовый сигналы0-5 мА, и с выходов измерительного преобразователя Метран-150CD сигналы подаются через вторичныйприбор на входы микроконтроллера Mitsubishi ALPHA XL AL2-24MR-A, он же воздействует на положениепитательного шарового крана ФБ39.Х14.100с электроприводом AUMA SG07.1-11.
8. Разработка электрической схемы САУ.
Этапы разработки электрической схемыСАУ:
• организация электропитания устройствавтоматизации и защит кабельных линий;
• организация ввода/вывода аналоговых иввода дискретных сигналов;
• организация сетевого соединения междуверхним и нижнем уровнем.
Выводы
В данном курсовом проекте мырассмотрели возможности регулирования технологического процесса (уровня воды) вкотле малой мощности модели Е-50. Для обеспечения надежности регулирования,простоты снятия данных до 8 технологических параметров было рассмотренорегулирующее устройство фирмы Mitsubishi, отличительными чертами которого являются высокая функциональность,надежность и гибкость при умеренной стоимости.
С данным контроллером былирассмотрены модули и датчики необходимые для снятия данных параметра и ввода ихв память контроллера.
В итоге можно сказать, чторазработанная система является более надежной, «живучей», оперативной,мобильной, интеллектуальной, чем система автоматизированного управления,которая стояла до внедрения рассмотренной нами системы.
Список используемой литературы.
1. Александров В.Г. «Вопросы проектирования паровых котлов средней и малойпроизводительности.» М.-Л., Госэнергоиздат, 1990.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматизированного управления.» СПб.: Профессия, 2003.
3. Двойнишников В.А. «Конструкция и расчет котлов и котельных установок.» М.: Машиностроение, 1988.
4. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. «Котельные установки промышленных предприятий: Учебник длявузов.», 3-е изд.,перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1988.
Также источником информации сталинекоторые сайты:
1. rosenergostal.ru
2. www.es-electro-ural.ru
Приложение
1. Принципиальная схема барабанногокотла Е-50
/>
2. Электрическая схема САУ
/>