Содержание
/>Реферат
Введение
1. Описаниефункционирования котельной установки
1.1 Общая характеристика установки
1.2 Описание схемы типовой котельной установки
1.3 Описание технологического оборудования дляпроизводства пара
1.4 Схемы перевода котлов типа ДКВр в водогрейный илипаровой режимы
2. Схема управления котельной установкой
2.1 Структура системы управления
2.2 Выбор и описание контроллера
2.3 Выбор и описание датчиков
2.4 Синтез системы управления котельной установкой
2.5 Реализация корректирующих устройств на регуляторах
3. Создание диспетчерского центра
3.1 Аппаратная часть
3.2 Программное обеспечение
4. Проектирование системы автоматизированного управленияс использованием пакета Rational Rose
4.1 Построение структуры системы
4.2 Построение алгоритма работы системы
4.3 Генерация программного кода
5. Технико-экономическое обоснование
5.1 Пути снижения затрат за счет внедрения системы
5.2 Технико-экономические показатели эффективности отвнедрения новой системы автоматизации
5.2.1 Технико-экономические показатели эффективности отвнедрения новой системы автоматизации
5.2.2 Расчет стоимости оборудования
5.2.3 Годовые затраты на ремонтные работы
5.2.4 Годовые затраты на электроэнергию
5.2.5 Годовые амортизационные отчисления на оборудование
5.2.6 Годовые затраты на эксплуатацию
5.2.7 Прочая экономия
5.2.8 Годовая экономия от внедрения АТК
5.2.9 Годовой экономический эффект
5.2.10 Капитальные затраты на разработку и ввод вэксплуатацию АСУ ТП
5.2.11 Срок окупаемости капитальных вложений
5.2.12 Сводная таблица основных параметров
6. Охрана труда и окружающей среды
6.1 Описание объекта с точки зрения охраны труда
6.2 Разработка требований безопасности труда для обслуживающегоперсонала
6.3 Описание рабочего места оператора
6.4 Мероприятияпо производственной санитарии и гигиене труда
6.5 Мероприятия по предотвращению электрошока
6.6 Обеспечение пожаробезопасности
6.7 Влияние котельных установок на окружающею среду
6.8 Мероприятия,проводимые на котельной станции в области охраны окружающей природной среды и рациональногоприродопользования
Список используемой литературы
Приложение А
Реферат
Пояснительная записка состоит из 106 страниц текста,содержит 32 графических иллюстраций, шести таблицы. При работе над проектомбыли проанализированы основные источники материала, содержащие как специфичные,так и нормативные документы, использовано более 20 научных работ, докладов ипрофессиональных журналов.
Графическая часть состоит из 7 листов формата А1.
Перечень ключевых слов: система автоматическогоуправления, диспетчерский центр, котельная установка, модернизация, контроллер.
Целью работы было проектирование диспетчерского центракотельных установок установкой способной работать в различных режимах, взависимости от нагрузки. Основное управление процессом осуществляетсямикроконтроллером, алгоритмы функционирования которого содержат модули общегоназначения, противоаварийные модули и каскадные контура регулированияпараметров. Графическая реализация интерфейса проводимых работ осуществляется вглавной операторной, основными функциями которой является предоставление полнойинформации оператору, дистанционное регулирование параметров, архивирование.Взаимодействие АПС с центральным контроллером осуществляется по медному кабелюс разъемом RJ11. Наличие человека в данной системеобуславливается сложностью и динамичность технологического процесса. Надежностьсистемы реализуется за счет аппаратного резервирования; временной ифункциональной избыточности; наличия систем диагностики и самодиагностики, чтонакладывает определенные требования на устанавливаемое оборудование. Всекомпоненты расположенные во взрывоопасной зоне должны иметь соответствующеетехническое исполнение, высокие показатели точности, низкую инерционность (вотдельных случаях), малую связь с контактирующей средой. Эти факторы во многомопределяют то, что надежность системы не будет зависеть от внедряемогооборудования и точно реализовывать принципы управления.
При экономическом анализе внедрения проектируемой системы, необходимовыделить основные факторы, говорящие о том, что система является выгодной. Кним относятся большой получаемый экономический эффект с малыми затратами на эксплуатацию,при том, что срок окупаемости внедряемой системы в 41 раз ниже нормативного, анаблюдение за состоянием системы производится всего тремя специалистами(операторами). На основании чего можно сказать, что система является полностьюавтоматической и требует только от оператора анализа ее работы.
Введение
В современноммире трудно представить себе жизнь без использования топлива, причем не впервобытном смысле – путем сжигания и только, а с максимальным использованиемего теплового потенциала. Имеется ввиду использование теплоты сгорания топливадля ведения технологических процессов а также в энергетических установкахнепосредственно или путем передачи ее с помощью промежуточного теплоносителя.Самые распространенные теплоносители – водяной пар и вода.
Водяной париспользуют для отопления промысловых и жилых зданий и сооружений, дляпроизводства электроэнергии, вместе с горячей водой нагнетают в пласты придобыче нефти для увеличения нефтеотдачи месторождений, разогреваэксплутационных скважин, в паровых турбинах и машинах и т.д.
В настоящеевремя в России и в странах СНГ эксплуатируется огромное количество котельныхустановок, которые в подавляющем большинстве морально и физически устарели, чтоприводит к значительным потерям тепла при производстве пара и подогреве воды. Всвязи с этим вопросы повышения технического уровня котельных, в частности, ихэффективности и надежности, имеют важное народнохозяйственное значение ипоэтому являются основными в деятельности многих научно-исследовательских и конструкторско-технологическихорганизаций.
Основныминаправлениями развития опытно-конструкторских и научно-исследовательских работявляются:
1. Дальнейшаяразработка и создание гибких унифицированных рядов котельных общего назначения,на основе которых должны создаваться специальные котельных по единичным и малымзаказам.
2. Дальнейшаяразработка и внедрение модульных котельных установок с максимальной степеньюзаводской готовности.
3. Проведениемероприятий, направленных на экономию материальных и энергетических ресурсовпутем совершенствования конструкций теплообменной аппаратуры, использованиявторичных энергоресурсов, внедрения прогрессивных технологических процессов иновых материалов, в том числе пластмасс и керамики.
4. Проведение работпо совершенствованию котельных путем организации рабочего процесса иконструкций машин на основе фундаментальных экспериментальных и теоретическихисследований, математических моделей и подсистем САПР, создание комплексныхматематических моделей отдельных типов машин, описывающих рабочие процессы сучетом прочности и надежности конструкций и металлоемкости. Создание ивнедрение норм расчета, оптимизированных программ экспериментальныхисследований, стандартов на методы испытаний котельных и их элементов.
5. Исследования иразработка мероприятий по уменьшению шума и вибраций котельного оборудования,по повышению его надежности, безопасности и экологичности.
6. Ускорениесоздания системы стандартизации, внедрение единой классификации, терминологии иобозначений в области создания котельных установок с учетом международныхстандартов.
7. Разработка исоздание стандартных и передвижных автоматизированных измерительных комплексовдля проведения испытаний котельных в соответствии с типовыми методиками приодновременной обработке опытных данных с использованием ЭВМ. Разработка ивнедрение типовых схем и программ измерений, увязанных с соответствующимидатчиками, преобразователями сигналов, программами обработки и анализа опытныхданных в ходе испытаний.
8. Продолжение разработкии создание эффективных антиобледенительных систем.
9. Расширение работпо модернизации эксплуатируемого котлов и котельного оборудования с сохранениемосновных, особенно крупногабаритных элементов, и повышению основныхтехнико-экономических характеристик с учетом требований эксплуатации.
10. Продолжениеработы по созданию систем эффективных систем теплообменного оборудования.
В основном,котельные установки являются неотъемлемой составной частью большинствапромышленных и общественных комплексов (химических, нефтеперерабатывающих,газовых, автомобильных, научно-исследовательских). Основная задача КУ –бесперебойное обеспечение объекта паром и горячей водой с заранееустановленными параметрами. Следовательно отказ КУ приводит к простою всего комплексаили, как минимум, его большую часть, а это колоссальные убытки. Снижениерасходов на обслуживание и продление межремонтного срока, а также упрощениедиагностики неполадок в совокупности с повышением надежности, позволяетговорить о значительной выгоде связанной с применением новой системы управлениявместо традиционной при модернизации существующих станций.
КУтребует постоянного контроля со стороны обслуживающего технического персонала,и предусматривает сохранение нормативных показателей работы основных узлов.Однако нестабильность нагрузки, которой подвергается КУ, приводит к сокращениюкак общих часов наработки, так и межремонтных сроков эксплуатации оборудования.Внедрение новой линейки управляющих средств, так и исполнительных механизмовпозволило значительно улучшить показатели надежности, ремонтопригодности иэкономической выгоды КУ. В основном, применялось оборудование из семейства,прошедшего тестирование на подобных агрегатах и показавших себя наилучшимобразом, с расширенными функциональными возможностями (расширение основнойплатформы интегрированных модулей, наличие сетевых узлов, оптимизация иупрощение программных компонентов), приемлемыми показателями точностиизмерений.
1. Описание функционирования котельной установки
Водяной пар соответствующего давления и температуры (или горячую водузаданной температуры) получают в котельной установке, представляющей собойсовокупность устройств и механизмов для сжигания топлива и получения пара.Котельная установка состоит из одного или нескольких рабочих и резервныхкотельных агрегатов и вспомогательного оборудования, размещаемого в пределахкотельного цеха или вне его. Общее представление о рабочем процессе котельногоагрегата на газообразном топливе дает схема котельного агрегата с основными ивспомогательными устройствами.
1.1 Общаяхарактеристика установки
Источником теплоснабжения является реконструируемаякотельная. Теплоноситель — пар и перегретая вода. Питьевая вода используетсятолько для систем горячего водоснабжения. Для технологических нужд используетсяпар Р=0,6МПа. Для приготовления перегретой воды с температурой 150-70°С предусматривается сетевая установка,для приготовления воды с t=65°С — установка горячего водоснабжения.
Система теплоснабжения — закрытая. В следствии отсутствиянепосредственного водоразбора и незначительной утечки теплоносителя через неплотностисоединений труб и оборудования закрытые системы отличаются высоким постоянствомколичества и качества циркулируемой в ней сетевой воды.
В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловыхсетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателяхповерхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную системугорячего водоснабжения. В открытых водяных системах теплоснабжения горячая водак водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения поступаетнепосредственно из тепловых сетей.
На промплощадке трубопроводы теплоснабжения прокладываются помостам и галереям и частично в непроходных лотковых каналах типа Кл.Трубопроводы прокладывают с устройством компенсации за счет углов поворотовтрассы и П-образных компенсаторов.
Трубопроводыприняты из стальных электросварных труб с устройством теплоизоляции.1.2 Описание схемы типовойкотельной установки
/>
Рис.1.2.1 Схема котельного агрегата
Жидкое топливо по топливопроводам котельной 1 и котельного агрегата 2подается в газовые горелки 4 и по мере выхода из них сгорает в виде факела втопочной камере.
Стены топочной камеры покрыты трубами 5, называемыми топочными экранами.В результате непрерывного горения топлива в топочной камере образуются нагретыедо высокой температуры газообразные продукты сгорания. Продукты сгоранияснаружи омывают экранные трубы и излучением (радиацией) и частично конвективнымпутем передают теплоту воде и пароводяной смеси, циркулирующим внутри этихтруб.
Продукты сгорания, охлажденные в топке до температуры 1000-1200°С, непрерывно двигаясь по газоходамкотельного агрегата, омывают вначале разреженный пучок кипятильных труб 7,затем трубы пароперегревателя 9, экономайзера 12 и воздухоподогревателя 14,охлаждаются до температуры 150-200°С и дымососом 16 через дымовую трубу 17 удаляются ватмосферу.
Движение воздуха и продуктов сгорания по газоходам котельного агрегатаобеспечивается тяго-дутьевой установкой (вентилятор 15, дымосос 16 и дымоваятруба 17).
Питательная вода (конденсат и добавочная предварительно подготовленнаявода) после подогрева питательным насосом подается в коллектор 13 водяногоэкономайзера 12. В экономайзере вода нагревается до температуры, близкой ктемпературе кипения при давлении в барабане котла, а иногда частично испаряетсяв экономайзерах кипящего типа и направляется в барабан 8 котла, к которомуприсоединены трубы топочных экранов 5 и фестона 7. Из этих труб в барабан котлапоступает образовавшаяся пароводяная смесь. В барабане происходит отделение(сепарация) пара от воды. Насыщенный пар затем направляется в сборный коллектор11 и пароперегреватель 9, где он перегревается до заданной температуры.Перегретый пар из змеевиков пароперегревателя поступает в сборный коллектор 10.Отсюда он через главный запорный вентиль по паропроводу котельного агрегата 18направляется в главный паропровод 19 котельной к потребителям. Отделившаяся отпара в барабане котла вода смешивается с питательной водой, по необогреваемымопускным трубам подводится к коллекторам 6 экранов и из них поступает вподъемные экранные трубы 5 и фестон 7, где частично испаряется образуяпароводяную смесь. Полученная пароводяная смесь снова поступает в барабанкотла.
Последний элемент котельного агрегата по ходу газообразных продуктовсгорания – воздухоподогреватель 14. Воздух в него подается дутьевымвентилятором 15, и после подогрева до заданной температуры по воздухопроводу 3направляется в топку.
Управление рабочим процессом котельных агрегатов, нормальная ибесперебойная их эксплуатация обеспечиваются необходимымиконтрольно-измерительными приборами, аппаратурой и средствами автоматики.
Необходимость в тех или иных вспомогательных устройствах и их элементахзависит от назначения котельной установки, вида топлива и способа его сжигания.Основными параметрами котлов являются: паропроизводительность, давление итемпература питательной воды, КПД.1.3 Описание технологическогооборудования для производства пара
Котлы бывают паровые и водогрейные.
Паровой котел — устройство, имеющее топку, обогреваемоепродуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для получения пара сдавлением выше атмосферного, используемого вне самого устройства.
Водогрейный котел — устройство, имеющее топку,обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное длянагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой вкачестве теплоносителя вне самого устройства.
Котел- утилизатор — паровой или водогрейный котел, вкотором в качестве источника тепла используются горячие газы технологическогопроцесса.
Котел-бойлер — паровой котел, в паровом пространствекоторого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самогокотла, а также паровой котел, в естественную циркуляцию которого включенотдельно стоящий бойлер.
Стационарный котел – котел, установленный на неподвижномфундаменте.
Передвижной котел – котел, имеющий ходовую часть илиустановленный на передвижном фундаменте.
Паронагреватель – устройство, предназначенное дляповышения температуры пара выше температуры насыщения, соответствующей давлениюв котле.
Экономайзер – обогреваемое продуктами сгорания топливаустройство, предназначенное для подогрева или частичного испарения воды, поступающейв паровой котел.
Паровой котел вместе с дополнительными устройствами,представляющими собой различные аппараты, предназначенные для преобразованияхимической энергии топлива в тепловую энергию пара, называется котлоагрегатом.
Несколько котлоагрегатов, объединенных в общем,помещении, образуют котельнуюустановку.
Котельная установка может состоять и из одногокотлоагрегата.
Котельные установки в промышленности предназначаются длявыработки пара, применяемого в паровых двигателях (паровых машинах и паровыхтурбинах) и при различных технологических процессах (варка, выпаривание, сушкаи т.п.), а также для отопления, вентиляции и бытовых нужд.
Поэтому в зависимости от назначения различают следующиеразновидности котельных установок:
- Энергетические — вырабатывающие пар для паровых двигателей;
- Производственно-отопительные – вырабатывающие пар для потребностей производства, отопления ивентиляции;
- Отопительные –вырабатывающие пар для отопления производственных и жилых помещений;
- Смешанного назначения– вырабатывающие пар для снабжения одновременно паровых двигателей,технологических нужд и отопительно — вентиляционных установок.
Основными элементами современного котлоагрегата являютсякотел, топка, паронагреватель, экономайзер, воздухонагреватель, а такжеобмуровка и каркас.
Для управления работой котельного агрегата и обеспечениянормальной и безопасной его эксплуатации он снабжается контрольно — измерительнымиприборами, приспособлениями, автоматами и арматурой. Сюда относятся: манометры,предохранительные клапаны и устройства, водоуказательные приборы, вентили изадвижки, служащие для подключения или отключения котлоагрегатов от паровых,питательных и спускных (продувочных) трубопроводов.
Топка и газоходы котла снабжаются гарнитурой. В её составвходят: фронтовые дверцы, гляделки, лазы и шиберы в газоходах, люки для обдувкикотлоагрегата от сажи и золы, взрывные предохранительные клапаны.
Вспомогательными устройствами котлоагрегата иликотельной установки в целом являются: питательные трубопроводы и паропроводы,воздухопроводы, питательные насосы и баки, оборудование водоподготовки,вентиляторы и дымососы, золоуловители, дымовая труба, склады для топлива,устройства для подачи топлива, удаление золы и шлака.
Рабочими телами, участвующими в процессе получениягорячей воды или пара для производственно – технических целей и отопления,служат вода, топливо и воздух.
Паровой котел является основным элементом котлоагрегата,он представляет собой теплообменное устройство, через металлические стенки которогопроисходит передача тепла от горячих продуктов горения топлива к воде дляполучения пара.
Паропроизводительность котельной установки или еёмощность представляет собой сумму паропроизводительностей отдельныхкотлоагрегатов, входящих в её состав.
Паропроизводительность котлоагрегата определяетсяколичеством килограммом или тонн пара, производимого им в час, обозначаетсябуквой D и измеряется в кг/ч или т/ч.
Топочное устройство котлоагрегата служит для сжиганиятоплива и превращения его в химической энергии в тепло наиболее экономичнымспособом.
Пароперегреватель предназначен для перегрева пара,полученного в котле за счет передачи ему тепла дымовых газов.
Водяной экономайзер служит для подогрева поступающей вкотел питательной воды теплом уходящих из котла дымовых газов.
Воздухоподогреватель предназначен для подогревапоступающего в топочное устройства воздуха теплом уходящих газов.
Устройство для подготовки питательной воды состоит изаппаратов и приспособлений, обеспечивающих очистку воды от механическихпримесей и растворенных в ней накипеобразующих солей, а также удаления из неёгазов.
Питательная установка состоит из питательных насосов дляподачи воды в котел под давлением, а также соответствующих трубопроводов.
Тяго–дутьевое устройство состоит из дутьевыхвентиляторов, системы газо – воздуховодов, дымососа и дымовой трубы,обеспечивающих подачу необходимого количества воздуха в топочное устройство,движение продуктов сгорания по газоходам и удаления продуктов сгорания запределы котлоагрегата.
Устройство теплового контроля и автоматическогоуправления состоит из контрольно – измерительных приборов и автоматов,обеспечивающих бесперебойное и согласованную работу отдельных устройствкотельной установки для выработки необходимого количества пара определеннотемпературы и давления.
В данной курсовой работе предлагается автоматизациясистемы с использованием паровых котлов, входящих в котлоагрегаты.
Такой выбор обуславливается тем, что используютсякотлоагрегаты, в основе которых — паровые котлы высокой паропроизводительности,которые снабжают город теплом, горячей водой и электроэнергией, а дляпромышленных предприятий, находящихся в черте города, они вырабатывают еще ипар, необходимый для технологического процесса.
Рассмотрим устройство парового котла.
Котел представляет собой металлический сосуд,герметически закрытый, обогреваемый горячими газами и предназначенный дляполучения горячей воды или насыщенного водяного пара давлением вышеатмосферного.
Котел представляет собой цилиндрический сосуд с выпуклымиднищами. Такая форма придана котлу как наилучшая по условиям прочности длясосудов, работающих под давлением. Этот котел состоит из наружного и двухвнутренних цилиндров. К ним приварены упомянутые выше выпуклые днища (переднееи заднее).
Пространство между наружным и внутренним цилиндрамислужит для заполнения его водой и паром, получающимся при работе котла.
Часть объема котла, всегда заполненная водой доопределенного уровня, называется водяным пространством.
Та часть внутреннего объема котла, которая при работе постоянно заполненапаром, называетсяпаровым пространством. Паровое пространствонеобходимо для сбора пара, образующего в котле, и в то же время для того, чтобыдать пару время выделить увлеченные им частицы воды.
1.4 Схемыперевода котлов типа ДКВр в водогрейный или паровой режимы
Котлы типа ДКВр, переведенные наводогрейный режим работы по данной схеме, разработанной НПО ЦКТИ и БиКЗ могутработать во всем диапазоне теплопроизводительности при температуре воды навыходе из котла от 95 до 115°С и давлении воды на входе в котел не более 13кгс/см2.
Отвод воды из котла необходимоосуществить из верхнего барабана 1 через штуцер 2 для отвода пара.
Подвод воды в котел следует выполнятьдвумя параллельными потоками.
Первый поток, составляющий 60 % отобщего расхода воды котел — через продольный патрубок 3 диаметром 159-219 мм сдонышками 4, установленный внутри верхнего барабана 1. На фронтовом участкепродольного патрубка 3 (рис. 1.3.2, рис. 1.3.3, рис. 1.3.4) должны быть сопла 5диаметром (Д1) 57 — 60 мм. Выходные сечения сопел 5 устанавливаютсязаподлицо с выходными сечениями опускных труб 6 экранов топочной камеры 7 исетевая вода направляется непосредственно в эти опускные трубы 6.
/> /> />
Рис. 1.3.2 Рис. 1.3.3 Рис. 1.3.4
При этом котловая вода из верхнегобарабана 1 эжектируется в стояки 6, обеспечивая подогрев сетевой воды.
В задней части верхнего барабана 1(рис. 1.3.5) на концевом участке патрубка 3 должно быть пять рядов отверстий8диаметрам 14 мм о шагом (п) 20 мм. направленных в сторону опускных труб 9котельного пучка 10.
/> />
Рис. 1.3.5 Рис. 1.3.6
Расстояние (а) от отверстий 8 достенки верхнего барабана 1 должно быть не менее 200 — 250 мм.
Количество отверстий 8 в продольномпатрубке 3 в зависимости от теплопроизводительности котла должно составлятьпри:
2.5 Гкал/ч — 30 шт.
4.0 Гкал/ч — 50 шт.
6.5 Гкал/ч — 75 шт.
10.0 Гкал/ч — 100 шт.
Подвод сетевой воды в продольныйпатрубок 3 производить одним патрубком II диаметром 108 — 219 мм (или двумяпатрубками диаметром 108 — 133 мм).
Второй поток, составляющий 40 % отобщего расхода воды через котел — через патрубок 12 — с донышком 13 диаметром108 — 133 мм установленный внутри нижнего барабана 14.
На концевом участке патрубка 12 (рис.1.3.6) должны быть сопла 15 диаметром (Д1) от 32 до 57 ммсоответственно диаметру (Д2) перепускных труб 16 между нижнимбарабанам и всеми коллекторами 17 топочных экранов.
Выходные сечения сопел 15устанавливаются заподлицо с входными сечениями перепускных труб 16 и сетеваявода направляется непосредственно в эти перепускные трубы 16. При этом котловаявода из нижнего барабана 14 эжектируется в перепускные трубы 16, обеспечиваяподогрев сетевой воды.
Продольный патрубок 3 в верхнем барабане1 должен иметь опоры, выполненные из уголка или прутка, приваренного кпродольному патрубку 3 и свободно опирающегося на боковые стенки верхнегобарабана 1.
Сепарационные устройства в верхнембарабане 1 могут быть демонтированы при окончательном переводе котла наводогрейный режим работы.
Схема включения котлов в тепловуюсхему котельной представлена на рис 1.3.7.
/>
Рис 1.3.7 Схема включения котлов втепловую схему котельной
Экономайзер 19 должен быть включен поводе параллельно трубной системе котла. На экономайзере 19 должныустанавливаться не менее чем по одному предохранительному клапану 20 на выходеи входе воды.
Водоотводящие трубы от существующихпредохранительных клапанов котла и предохранительных клапанов 20 экономайзера19 должны быть присоединены к линии свободного слива воды, причем как на них,так и на сливной линии не должно быть никаких запорных органов. При этомустройство системы водоотводящих труб и линий свободного слива должно исключатьвозможность ожога людей.
При эксплуатации котлов типа ДКВр вводогрейном режиме следует выполнять следующие требования к режиму работыкотла:
1.Температура воды на выходе из котла должна быть неменее 90 ºС при работе на газообразном и твердом топливе и не менее 110ºС при работе на мазуте на всех нагрузках, в том числе при пусках котла.
2. Расход воды через котел долженбыть при максимальной нагрузке не менее расчетной величины, определяемой взависимости от разности температур воды на выходе и входе в котел итеплопроизводительности котла.
3. Допускается сезонное снижениерасхода воды через котел до 50% от расчетной величины при соответствующемуменьшении теплопроизводительности котла.
4. Величина расхода веды черезэкономайзер должны быть на всех нагрузках равной расчетнойпаропроизводительности котла.
5. Давление воды на выходе из котладолжно выбираться на всех нагрузках с учетом величины подогрева воды до кипенияне менее чем на 20 ºС.
6. Качество сетевой и подпиточнойводы должно соответствовать требованиям «Правил устройства и безопаснойэксплуатации паровых и водогрейных котлов».
Котел должен быть оборудованавтоматическими приборами, прекращающими подачу топлива в топку котла, а прислоевом сжигании топлива – отключающими тягодутьевые устройства итопливоподающие механизмы топки в случаях:
а) повышения давления воды на выходеиз котла более чем на 5 % расчетного или разрешенного давления;
б) понижении давления воды на выходеиз котла до значения соответствующего давлению насыщения при максимальнойтемпературе воды на выходе из котла;
в) повышения температуры воды навыходе из котла до значения, соответствующего температуре насыщения при рабочемдавлении на выходе из котла, уменьшенной на 20 ºС;
г) уменьшения расхода воды черезкотел до значения, при котором недогрев воды до кипения на выходе из котла примаксимальной нагрузке и рабочем давлении на выходе из котла достигает 20ºС.
При работе в водогрейном режиме по данной схеме гидравлическоесопротивление котлов типа ДКВр составляет не более 1.0 кгс/см2, а ихкоэффициент полезного действия при этом возрастает по сравнению с паровымрежимом не менее, чем на 1.0-1.5 %.
2. Схема управлениякотельной установкой
Распределенная автоматизированная система управления (РСУ)технологическим процессом котельной представляет собой совокупность техническихсредств, предназначенных для мониторинга и управления технологическимпроцессом. Базовым техническим средством данной системы управления являетсямногоконтурный контроллер DeltaVсерии M5+.
Верхний уровень данной РСУ представляет собой операторскую станцию наоснове персонального компьютера с программным обеспечением DeltaV.
К основным функциям операторской станции можно отнести: мониторингтехнологических параметров, управление, возможность записи и хранения историипо важным технологическим параметрам, организация оповещающей сигнализации,фиксации команд оператора и оповещающей сигнализации в журнале событий,возможность отображения истории параметров в виде графиков, организациятехнологических отчетов, также ряд других сервисных функций.
2.1 Структурасистемы управления
АСУ ТП предназначена для выполнения следующих задач:
־ Автоматизированногоконтроля и управления в реальном масштабе времени технологическим процессом, атакже поддержание его на регламентированном уровне;
־ Обеспечениевысокого уровня безопасности технологического процесса:
־ Постоянствоанализа динамики изменения параметров в сторону критических значений ипрогнозирование возможных аварийных ситуаций;
־ Проведениеопераций безаварийного пуска, останова и всех необходимых для этого переключений;
־ Действий средствуправления и проектируемых автоматизированных защит, прекращающих развитиеаварийных ситуаций;
־ Системауправления реализовывает непрерывный контроль за состоянием и режимами работытехнологического оборудования и агрегатов, предупредительную и аварийную сигнализациюпри отклонении режимных параметров от регламентированных норм и установок, дистанционноеуправление исполнительными механизмами, противоаварийную защитутехнологического оборудования и объектов, расчет технико–экономическихпоказателей, архивирование информации, формирование и печать технологическихпротоколов, аварийных сообщений и отдельных документов.
АСУ ТП котельной установки представлена как иерархическая системаоперативного контроля и управления, располагающаяся в центральной операторной.
Иерархическая структура АСУ ТП обеспечивает следующие уровни управления:
· Уровеньоперативно-производственной службы (ОПС) – верхний уровень АСУ ТП;
· Уровень системыавтоматизированного управления (САУ) технологическими объектами – нижнийуровень АСУ ТП;
Уровень оперативно-производственных служб.
Уровень оперативно-производственных служб предназначен для:
· Формированиячеловека -машинного интерфейса;
· Регистрации ивизуализации состояния технологических объектов;
· Управление вреальном масштабе времени;
· Сигнализацияотклонения параметров технологического процесса от регламентныхпредупредительных и предаварийных границ;
· Дистанционноеуправление исполнительными механизмами и электроприводами агрегатов;
· Регистрации вбазе данных, архивирования событий и изменения значений технологическихпараметров;
· Формирование ипечати технологических сводок, учетных и отчетных документов.
На данном уровне оперативно-технологическим персоналом, с использованиемаппаратно-программных средств АСУ ТП, осуществляется оперативный контроль затекущим состоянием и режимами работы основных и вспомогательных технологическихпроцессов, а также выдача установок по регулированию технологическихпараметров.
Уровень системы автоматизированного управления.
Технологическими средствами данного уровня осуществляется автоматическийконтроль и управление процессами, поддержание заданных режимов работы,аварийная защита оборудования; и обмен информацией с вышестоящим уровнем.
На данной уровне обеспечивается реализация следующих функций:
· Измерениетехнологических параметров;
· Автоматическоеуправление режимами работы технологического оборудования;
· Управлениеисполнительными механизмами;
· Контрольбезопасности и аварийная защита технологического оборудования.
АСУ ТП включает в себя функционально выделенную систему противоаварийнойавтоматической защиты (ПАЗ). Система ПАЗ обеспечивает распознавание аварийнойситуации (выход за аварийные пределы технологических параметров) иавтоматический перевод технологического оборудования в безопасное состояние.Аварийная ситуация могут привести к выходу из строя технологическогооборудования, загрязнению окружающей среды, также угрожать жизни и здоровьюлюдей. Отработка алгоритмов ПАЗ сопровождается формированием и выдачейоперативно-технологическому персоналу световой и звуковой сигнализации. Основнаясхема, реализующая данный алгоритм представлена на рис. 2.1.2
Функционально выделенная система ПАЗ находится в состоянии ожидания налюбом этапе пуска, работы и остановки котельной установки, в результате чего,перевод системы на безопасный режим осуществляется независимо от состояниясистемы при условии наличия критического порога. Ввиду сложности и большойдинамики технологического процесса большое внимание уделяется надежностисистемы.
Надежность системы ПАЗ обеспечивается:
· Аппаратнымрезервированием (дублированием);
· Временной ифункциональной избыточностью;
· Наличием системдиагностики и самодиагностики;
· Охраннымипорогами перехода системы.
Для обеспечения бесперебойной работы оборудования АСУ ТП электроснабжениепроизводится через источник бесперебойного питания (ИБП). ИБП обеспечиваетфункционирование системы до переключения фидера питания или на времянеобходимое для перевода технологического объекта в безопасное состояние.
Применение искробезопасных барьеров защиты при работе современных системАСУ ТП, работающих на объектах с взрывоопасными средами и построенных наэлектронных средствах контроля и измерения, является необходимым условием,т.к.: при обрывах в цепях измерений сигналов 4-20мА уровень напряжения в цепидатчика будет равным напряжению источника питания, что витиевато возникновениемпожара. Поэтому для искробезопасных барьеров устанавливается порог срабатыванияравным 24В. При превышении уровня 24В напряжения источника питания возникаетток утечки в диапазоне 0-4мА, дающий ложный сигнал целостности цепи.
Дляпредотвращения этого в систему, контролирующую обрыв в цепи датчиков сигналов4-20мА, напряжение источника питания цепи датчика устанавливать ниже порогазащиты срабатывания искробезопасных барьеров защиты на 0,2-0,3В или устанавливатьпоследовательно в цепь источника питания диод.
САУ КУ должна удовлетворять требованиямбезопасности, охраны труда и производственной санитарии в соответствии с ГОСТ12.2.003 и Законом РФ «Об охране труда».
Электрооборудование САУ КУ должно отвечатьтребованиям «Правил устройства электроустановок», «Правил техники безопасностипри эксплуатации электроустановок до 1000В», ГОСТ12.2.007.0 и ГОСТ12.2.007.1.
Оборудование САУ КУ должно иметь специальные болтыдля подключения к системе заземления. Заземляющие болты должны иметьмаркировочный знак по ГОСТ 2.751.
Сигнальные цвета, размеры, форма и цвет знаковбезопасности должны соответствовать ГОСТ 12-4.026.
2.2 Выбор и описание контроллера
Средства традиционного ввода-вывода(в/в) представляют собой модульную подсистему, обеспечивающую разнообразиевариантов при установке. Ее конструкция предусматривает установку поблизости отполевых устройств. Подсистема традиционного в/в оборудована ключами защитыфункциональной совместимости и подключения полевых устройств, которыегарантируют, что плата в/в может быть включена только в совместимый с нейклеммный блок. Модульность, ключи защиты, поддержка принципа «включи и работай»делают платы традиционного ввода-вывода разумным выбором для системы управлениятехнологическим процессом.
В состав подсистемы традиционноговвода-вывода входят:
1. Несущая панель (монтируется нарейке DIN), на которую устанавливаются все компоненты,
осуществляющие ввод-вывод.
2. Групповой источник питания полевыхустройств с выходным напряжением 24 В.
3. Интерфейс в/в, состоящий из платыв/в и клеммного блока.
4. Различные платы аналогового идискретного в/в, имеющие одинаковые внешний корпус и разъемы и легкоустанавливающиеся на несущую панель.
5. Различные клеммные блоки, которыеустанавливаются на несущую панель и к которым может быть подключена проводка доустановки плат в/в.
6. Платы ввода-вывода, установленныена 8-гнездовую несущую панель
7. Дополнительное оборудованиеввода-вывода
8. Резервируемые источники питания иконтроллеры, установленные на 2-гнездовую несущую панель
Все платы в/в помещены в одинаковыекорпуса, которые вставляются в несущую панель интерфейсов в/в. На корпусе четкоуказан тип содержащейся в нем платы. С помощью хорошо заметных светодиодов,расположенных в верхней части платы в/в, можно сразу видеть индикацию подачипитания, ошибки и статуса для каждого из 8 каналов платы.
Изделия удовлетворяют требованиямстандарта ISA G3 по коррозионной стойкости за счет тщательного отбораэлектронных компонент высокого качества и применения плотно прилегающихзащитных покрытий. Для низкочастотных импульсных сигналов (менее 125 Гц) можетиспользоваться любая плата дискретного ввода. Наиболее широко для импульсныхсигналов используются платы на 24 В пост. тока. Если Вы хотели бы войти в миринтеллектуальных производств, Вас, вероятно, заинтересуют те преимущества,которые обеспечивает оборудование, поддерживающее протоколы HART и FOUNDATIONfieldbus.
Существует два вида плат:
а. Аналогового в/в
б. Дискретного в/в
Рассмотрим данные виды платпоподробнее.
а. Плата аналогового ввода-вывода
/>
Рис. 2.2.2 Характеристики платыаналогового ввода
Основные параметры и характеристикипредставлены в рисунке 2.2.2
На рисунке 2.2.3 представлена схема8-канального аналогового ввода
/>
Рис. 2.2.3 схема 8-канальногоаналогового ввода
б. Плата дискретного ввода-вывода
/>
Рис. 2.2.4 Характеристики платыдискретного ввода
Основные параметры и характеристикипредставлены в таблице 2.2.4.
На рисунке 2.2.5 представлена схема8-канального дискретного ввода
/>
Рис. 2.2.5 схема 8-канальногодискретного ввода
Возможна поставка различных клеммныхблоков в/в, соответствующих конкретным функциональным требованиям и внешнимусловиям. Используемые вместе клеммные блоки и платы в/в снабжены ключамифункциональной и электрической защиты, которые гарантируют, что толькоработающие вместе плата и клеммный блок могут подключаться друг к другу.Клеммные блоки могут для ускорения монтажа системы устанавливаться иподключаться отдельно от плат. Для тех полевых устройств, которые расположеныво взрывобезопасных зонах, или для дискретных полевых устройств, которымтребуется больший ток, чем максимальный выдерживаемый платой, предоставляетсягрупповой клеммный блок с 10, 16 или 24-контактами для соединения спромежуточными панелями. Низкоуровневые сигналы проводятся по ленточному кабелю0,093 мм2 (28 по AWG. Американскому сортаменту проводов) или кругломуизмерительному кабелю. Для полевых устройств, требующих внешнего питания, можетпоставляться клеммный блок в/в, предназначенный для 4-проводных устройств.Такой клеммный блок в/в используется вместе с платой аналогового ввода 4-20 мА.В нашем случае производится заказ специальной платы поддерживающей протокол MLink.
2.3 Выбор и описание датчиков
В данной котельной установкеиспользуется несколько типов датчиков.
Рассмотрим подробнее каждый из них
а. Датчик давления
Датчики производства фирмы «Метран»Метран-55
Рассмотрим основные характеристики ипараметры датчика
/>
Рис. 2.3.2 Характеристики и параметрыдатчика
б. Датчик температуры
В данном случае используется два видадатчиков температур.
/> />
Рис. 2.3.3 Рис 2.3.4
Первый тип датчиков (рис. 2.3.3) необходимдля вмонтирования в материал, в нашем случае в печь.
Основные характеристики представленына рисунке 2.3.5
/>
Рис. 2.3.5Основные характеристики датчика TXA/TXK-0292Второй вид датчиков (рис. 2.3.4) необходим для монтажав трубы
Основные характеристики представлены на рисунке 2.3.6
/>
Рис. 2.3.6 Основные характеристики датчика TXA/TXK-0192
2.4 Синтезсистемы управления котельной установкой
По заданной функциональной схеме составим структурныесхемы исходной системы. Определим передаточные функции звеньев.
Таблица 2.1 Определение передаточной функции звеньевНазвание звена Передаточная функция Формула Расчёт Задвижка
WЗ(р)=/>
WЗ(р)=/> Котел
Wк(р)=/>
WК(р)=/>
WИСХ = Wз*Wк =/>/> =/> (2.1)
Проверим исходную систему на устойчивость, т. е. получим график переходногопроцесса (рис. 2.4.1):
/>
Рис. 2.4.1
Из рисунка видно, что переходный процесс является расходящимся, следовательноисходная система неустойчива и требует регулирования.
Первый контур регулирования
/>
Рис.2.4.2
КТ = 0.08/8 = 0.01 ,(2.2)
Найдем исходную ПФ 1 контура
WИСХ1(p)= Wз*Wк *КТ, (2.3)
WИСХ1(р) = />/>0.01 = />, (2.4)
Будем настраивать внутренний контур на технический оптимум.
При настройке на технический оптимум желаемая передаточная функция имеетвид
Wж1(р)=/> (2.5)
С другой стороны WЖ1 (р)= Wрег1(р)* Wисх1(р),следовательно
Wрег1(р)=/>(2.6)
Wрег1(р)=/>, (2.7)
Выполним проверку. Найдем желаемую ПФ замкнутой системы
/> (2.8)
Найдем ПФ замкнутого первого контура
Ф1(S)=/>= />, (2.9)
Для дальнейших расчетов примем
Ф1(S) ≈/>, (2.10)
Расчеты выполнены верно:
Ф1(S) = ФЖ1(S).
Найдем ПФ замкнутой и разомкнутой системы
Wраз=Ф3*/>/>, (2.11)
/>, (2.12)
Проверим систему на устойчивость, т. е. получим график переходного процесса(рис.2.4.3):
/>
Рис. 2.4.3
Из рисунка видно, что время переходного процесса равно 0.8 сек,следовательно рассчитанный регулятор подходит для данной системы и системаявляется устойчивой.
2.5 Реализациякорректирующих устройств на регуляторах
МЕТОДИКА СИНТЕЗА ЦИФРОВОГО РЕГУЛЯТОРА
В связи с тем, что контроллер, используемый в системе управления ТП,работает дискретно, то и регуляторы должны быть представлены в дискретном виде(аппроксимация Тустена или Z — преобразования ).
Существуют различные методы синтеза цифровыхрегуляторов, основанные на теории Z — преобразования и пространства состояний.Эти методы требуют очень громоздких математических преобразований и используютсяв особо точных системах управления.
Рассмотрим более простой подход, состоящий в предварительном синтезенепрерывных регуляторов известными методами теории автоматического регулированиядля непрерывных систем и последующем переходе к цифровому регулятору,эквивалентному синтезированному аналоговому.
Задача переоборудования аналоговых регуляторов решается как задачааппроксимации передаточной функции данного регулятора дискретной передаточнойфункцией цифрового регулятора.
В инженерной практике наибольшее применение нашлааппроксимация, полученная на основе билинейного преобразования или аппроксимацияТустена. Согласно этойаппроксимации
/>; />, (2.13)
где Т — интервал дискретизации по времени
Однако, этим методом можно пользоваться только тогда, когда интервал дискретизациипо времени для цифровой системы Т мал по сравнению с самой малойпостоянной времени системы управления Тm. Согласно теореме Котельникова — Шеннона непрерывный сигнал достаточно точно восстанавливается по совокупностиего дискретных значений, если
Т £ 0,5 Тm… (2.14)На практике рекомендуется иметь больший коэффициентзапаса
Т £( 0,1 — 0,2 ) Тm.(2.15)
Определим период дискретизации (Т):это обратная величина от частоты контроллера, но лучше взять частоту АЦП,которая в нашем случае равна 48КГц=48000Гц. Выбор частоты АЦП связан с тем, чтоскорость обработки информации в первую очередь зависит от скорости работы АЦП.
/>, (2.16)
Проверим соблюдение условия (теоремаКотельникова — Шеннона)
Т £ 0,5 Тm… (2.17)
0.00001 £ 0,5*0.02,(2.18)
0.00001 £ 0.01, (2.19)
Условие соблюдается, следовательнопериод дискретизации выбран правильно.
Произведем перевод полученныхрегуляторов в дискретные.
Синтез цифровых регуляторов посредствам программы MatLab
Wрег1(р) =/>, (2.20)
Wрег1(z) =/>, (2.21)
3. Создание диспетчерского центра
В настоящее время в поселке Варламово в эксплуатации находятся двекотельные установки и еще одна готовится к пуску в этом году. Такое количествополностью перекрывает нужду населения и учреждений. В данной дипломной работемы рассмотрим создание единого диспетчерского центра для котельных установок.Создание такого центра обусловлено техническим заданием руководства УЖКХ, длятого чтобы иметь постоянный контроль за процессом работы котельных установок врежиме реального времени. Диспетчерский центр должен находиться в здании УЖКХп. Варламово.
3.1 Аппаратная часть
В состав аппаратной части входи входят:
а. Компьютер
б. сетевая карта
в. модем
Рассмотрим каждый пункт подробнее.
а. Компьютер
Компьютер для диспетчерского центра должен иметь следующиехарактеристики:
- процессор;
Должен иметь большие характеристики по производительности, т.к. он долженбудет обрабатывать данные поступающие с котельных станций, а также вестиархивирование и резервное копирование всех данных и параметров. В данном случаемы остановились на процессоре фирмы Intel Pentium 4 (2.66ГГц, Socket-755).
- материнскаяплата;
Должна подходить по параметрам взаимодействия с процессором, а такжеиметь встроенный сетевой контроллер. В данном случае мы остановились наматеринской плате фирмы ASUSTeK P5GD1 PRO
- Оперативнаяпамять;
Должна по подходить по параметрам взаимодействия с материнской платой.Объем оперативной памяти должен составлять не менее 1 Гб. В данном случае мыостановились на оперативной памяти фирмы Kingston (DIMM 512 DDR SDRAM PC3200). Приобретаем две панели.
- Жесткий диск;
Должен иметь достаточно большое дисковое пространство для храненияотчетов, архивов и резервных копий. В данном случае мы остановились на жесткомдиске фирмы Seagate (HDD 120 Гб, SATA).
- Видеокарта
Должна иметь средние характеристики по производительности. В данномслучае мы остановились на видеокарте фирмы MicroStar MS-8940 120 Мб.
- Корпус;
Должен иметь блок питания не менее 400 Вт. В данном случае мыостановились на корпусе фирмы Foxconn TPS-538 400W.
- Устройства ввода;
Клавиатура и мышь выбираются любые и не должны соответствовать каким либоспециальным параметрам. В данном случае мы остановились на клавиатуре и мышкефирмы Genius.
- Монитор;
Должен иметь диагональ не менее 17 дюймов и высокое качество изображения,т.к. оператор 12 часов проводит за свои рабочим местом. В данном случае мыостановились на мониторе фирмы Samsung SyncMaster 797MB.
- Колонки;
Необходимы для вывода звуковой информации. В данном случае мыостановились на колонках фирмы Genius Mini SP-Q06.
- Привод DVD+/-RW;
Необходим для записи информации для длительного хранения. В данном случаемы остановились на приводе фирмы Nec ND-4550A.
б. Сетевая карта
В нашем случае это сетевая карта фирмы D-Link DFE 550 TX 10/100.
Необходимо приобрести две сетевых карты.
Т.к. наша система будет работать на скорости 100 Мб/с то оборудованиевыбирается в соотношении характеристики-цена. Данная сетевая карта являетсяодной из наиболее приемлемых моделей.
в. Модем
Для взаимодействия по протоколу MLink нам необходим VDSL-модем,который обеспечивает высокую скорость передачи данных. Необходимо приобрести 3модема, по модему на каждую станцию.
Таким образом, соединение компьютера с контроллером происходит удаленнопо медным проводам через модем. Для устойчивой работы необходимо также создать«выделенный» канал связи. Он создается на АТС.
3.2 Программное обеспечение
Программное обеспечение поставляется вместе с контроллерами DeltaV.
Рассмотрим этот программный продукт подробнее.
Для нашей системы выбираем пакет ПО «Профессиональный плюс»
Каждая система DeltaV имеет одну и только одну рабочую станцию с пакетомпрограммного обеспечения «Профессиональный ПЛЮС». Эта рабочая станцияподдерживает глобальную базу данных конфигураций системы, а также обеспечиваетконфигурирование системы. Таким образом, пакет ПО «Профессиональный ПЛЮС»является основным интерфейсом системы, предназначенным для решения инженерных иконфигурационных задач. Для небольших систем DeltaV данный пакет может служитьтакже как интерфейс для операторского управления и диагностики. Таблица 3.1содержит описание станции Профессиональной ПЛЮС.
Таблица 3.1Приложения, которые входят в состав пакета Лицензии, которые можно добавить Неразрешенные Приложения
AMSinside (Ff)
Конфигурационная база данных**
Пакет ПО «Студия Конфигурирования»
Архиватор данных процесса, 250 параметров
Студия управления–Онлайн
Диагностика
Журнал Событий **
ПО «Просмотр Истории»
Интерфейс оператора**
Пакет ПО «Студия Рецептур»
Автонастройщик
Интерфейс Оператора рецептур, VE2146
Базовое управление периодическими процессами, VE2234Sxxxx
Профессиональное управление периодическими процессами, VE2236Sxxxx
Служба удаленного доступа DeltaV для пакета «Профессиональный ПЛЮС», VE2151
Архиватор данных рецептур
Управляющее ПО «Вычисления»
Архиватор данных процесса, >250 параметров
Управляющее ПО «Сбор Данных»
OPC сервер, >250 значений
Система DeltaV поддерживает три языкауправления, так что всегда можно выбрать наиболее подходящий язык дляконкретной задачи. Можно использовать Диаграммы функциональных блоков (ДФБ),Диаграммы функциональных последовательностей (ДФП) и структурированный текст(СТ), что делает разработку стратегии управления интуитивно понятной и простой.
Функциональность лицензии «Сборданных» включена в базовую функциональность ПО «ПрофессиональноеПЛЮС».
Пример: Если заказывается лицензия«Профессиональная ПЛЮС» на 1000 ТПУ и «Управление» на 200ТПУ, то 800 ТПУ можно использовать для контроля (регистрации данных,мониторинга). В модулях, которые выполняют только функции мониторинга, можноиспользовать перечисленные ниже функциональные блоки. Применение другихфункциональных блоков в модуле или использование параметров, ссылающихся намодули только для мониторинга, приведет к тому, что все ТПУ этого модуля будутрассматриваться как ТПУ для управления.
Функции расширенного управления,входящие в ПО Нечеткая логика, Автонастройщик и Нейро DeltaV, а также в ПОсторонних производителей для управления с прогнозированием по модели,лицензируются отдельно и не включаются в перечисленные выше категории лицензий(за более подробной информацией обратитесь к техническим проспектам посоответствующим разработкам для расширенного управления).
Предварительные условия для работы:
— Контроллер DeltaV M3, M5 Plus илиMD.
— Одна станция Профессиональная Плюсдолжна входить в систему DeltaV для конфигурирования программного обеспечения.
4. Проектирование системы автоматизированного управления сиспользованием пакета RationalRose
На диаграмме вариантов использования видно, что режимработы задается оператором вариантом использования «Управление системой». Послезапуска оператором процесса контроллер, получая данные от датчиков, управляетустройствами. Контроллер выдает в той или иной форме информацию о текущемсостоянии процесса, что показано на диаграмме вариантом использования«Предоставление отчета». Протоколирование работы системы не рассматривается вданном проекте.
4.1 Построениеструктуры системы
Физическое представление системы управления не может быть полным, если отсутствуетинформация о том, на какой технологической платформе она реализована. Поэтомупосле того, как основные функции системы определены, следует определиться саппаратной частью проектируемой системы. На основании этого построим диаграммутопологии (рис. 4.1.1). Диаграмма топологии является единой для системы вцелом, поскольку должна всецело отражать особенности ее реализации.
/>
Рис. 4.1.1 Диаграмма топологии
Центральным устройством системы управления, функционально связанным совсеми устройствами системы и управляющий ими, является контроллер, чтосоответствует определенным выше требованиям к системе.
Далее определяем, каким образом устройства, показанныена диаграмме топологии, взаимодействуют между собой. Для этого сначала разделимустройства в зависимости от выполняемых ими функций на следующие категории(классы):
× Контроллер (классController) – посылает запросы датчикам иуправляющих сигналов исполняющим устройствам.
× Задвижки (класс Zadvigka) — открытие и закрытие.
× Датчик давления(класс Datchik_davlenia) – измерение давления.
× Датчиктемпературы (класс Datchik_temperatury) — измерение температуры.
× Датчик дыма(класс Datchik_dima) — измерение задымленности. После декомпозициисистемы (разбиения на классы), представим ее как совокупность взаимодействующихобъектов соответствующих классов. На данной диаграмме приняты следующиеобозначения:
Datchik_temperatury_pechi – датчик температуры печи;
Datchik_temperatury_para – датчик температуры пара;
Datchik_dima — датчикдыма;
Datchik_davlenia_para – датчикдавления пара;
Datchik_davlenia_gasa – датчикдавления газа;
Zadvigka_na_vihode – задвижка на выходе;
Zadvigka_vodanay – задвижка на воду;
Zadvigka_gazovay – задвижка на газ;
Легко заметить, почти все объекты, представленные надиаграмме, соответствуют устройствам на диаграмме топологии.
На диаграмме видно, что всем объектам класса Zadvigka контроллером посылаются управляющиесигналы на занятие определенного положения (Pologenie) соответствующей задвижкой. ДатчикамDatchik_davlenia, Datchik_temperatury, Datchik_dimaконтроллер посылает запросы на выдачу соответственнозначения температуры, давления и наличия дыма (Schitat_informaciu).
После того, как были определена принадлежность объектовтем или иным классам, детализируем каждый класс с целью определения свойствобъектов системы.
Класс Zadvigka
Так как клапаны должны выполнять только функции открытияи закрытия, класс не содержит атрибутов, а содержит только два метода: Pologenie() и Zakrit().
КлассDatchik_temperatury
КлассDatchik_davlenia
Класс Datchik_dima
Класс Controller
Должен содержать в себе все введенные операторомпараметры технологического процесса:
Schitat_informaciu – считывание информации с датчиков.
Stop – остановка работы системы.
Izmenit_parametr– изменение параметров работы системы.
Класс Computer
Prinat_informaciu– принимает информацию с датчиков и контроллера.
Stop– сигнал на остановку системы.
Izmenit_parametr– сигнал на изменение параметров.
Все выше сказанное представлено на диаграмме классов рис.4.1.3
/>
Рис. 4.1.3 Диаграмма классов системы
4.2 Построениеалгоритма работы системы
Запуск системы управления котельной установкойпроизводится по команде оператора после того, как им были введены параметрыпротекания процесса. Перед запуском предполагается, что все параметры норме.После запуска система начинает работать в автоматическом режиме, пока не будетостановлена оператором. При этом система должна автоматически обеспечиватьпредупреждение аварийных ситуаций. При необходимости изменить параметрыоператор должен сначала остановить работу системы и затем изменить параметры.
Система функционирует следующим образом.
Предполагается, что все внешние параметры протеканияпроцесса находятся в норме, тогда происходит пуск системы.
Если система во время работы обнаруживает, чтокакой-либо параметр выходит за установленные рамки, подается сигнализация ипроисходит остановка системы.
Во время работы происходит постоянная обработка входящихвеличин с датчиков, что говорит о том – система находится во взведенномсостоянии. Дублирование данных и внешний отчет способствует анализу протеканияпроцесса.
Алгоритм обработки данных имеет вид, представленный нарис. 4.2.1
/>
Рис. 4.2.1 Диаграмма активности, иллюстрирующаяобработку данных
4.3 Генерацияпрограммного кода
Класс в RationalRose— это описание общей структуры (данных и связей) для дальнейшего созданияобъектов. Для того чтобы генератор Rational Rose имел возможность создавать на основеописанной модели программный код, для каждого класса необходимо указать язык,для которого будет создаваться код. Также необходимо определить компонент, вкотором этот класс будет храниться. Если в качестве языка для создания кода указанVC++, то пользователь получает доступко всей иерархии классов библиотеки MFCпри помощи визуальных средств Model Assistant. Поэтому прежде чем приступить кгенерации кода на Visual C++, следует создать диаграмму компонентов, отражающаяорганизацию и взаимосвязи программных компонентов, представленных в исходном коде,двоичных или выполняемых файлах. Связи в данном типе диаграммы представляютзависимости одного компонента от другого и имеют специальное отображение череззначок «зависимости».
В данном проекте будет построена упрощенная диаграммакомпонентов, на которой каждый из компонентов будет представлять класс или егореализацию, хотя при разработке программного кода в большинстве случаев могутиспользоваться другие подходы.
Для каждого из классов создается два файла: заголовочный(с расширением .h), который содержит описание класса,и файл реализации (с расширением .cpp),где содержится программная реализация методов класса.
Поэтому каждый класс на диаграмме компонентов будетпредставлен двумя компонентами: Package Specification и Package Body. Первыйкомпонент представляет собой определение пакета (заголовочный файл срасширением .h), второй – тело пакета (файл с расширением.cpp).
Компоненты на диаграмме (рис. 4.3.1) для простоты имеютте же названия, что и класс, который они представляют.
/>
Рис. 4.3.1 Диаграмма компонентов
Кроме того, при создании компонентов в спецификациикаждого из них задается язык, на котором он будет реализован (в нашем случае – VC++), а также указывается какие классывключаются в компонент (вкладка Realizesспецификации компонента). На приведенной диаграмме в каждый компонент включентолько один класс с тем же именем, что и компонент.
Далее определяемся с реализуемыми в классах методами.
Класс Controller.
Содержание файла *.cpp:
#include «stdafx.h»
#include «Kontroller.h»
//##ModelId=4482CEF801EF
Kontroller::Schitat_informaciu()
{
}
//##ModelId=4482D0F001AD
Kontroller::Stop()
{
}
//##ModelId=4482D19C00F6
Kontroller::Izmenit_parametr()
{
}
Содержание файла *.h:
#if defined (_MSC_VER) &&(_MSC_VER >= 1000)
#pragma once
#endif
#ifndef_INC_KONTROLLER_4482C7D900CB_INCLUDED
#define_INC_KONTROLLER_4482C7D900CB_INCLUDED
//##ModelId=4482C7D900CB
class Kontroller
{
public:
//##ModelId=4482CEF801EF
Schitat_informaciu();
//##ModelId=4482D0F001AD
Stop();
//##ModelId=4482D19C00F6
Izmenit_parametr();
};
#endif /*_INC_KONTROLLER_4482C7D900CB_INCLUDED */
Класс Computer.
Содержание файла *.cpp:
#include «stdafx.h»
#include «Computer.h»
//##ModelId=4482CF5D01B8
Computer::Prinat_informaciu()
{
}
//##ModelId=4482D0B90212
Computer::Ostanovka()
{
}
//##ModelId=4482D17A015C
Computer::Izmenit_parametr()
{
}
Содержание файла *.h:
#if defined (_MSC_VER) &&(_MSC_VER >= 1000)
#pragma once
#endif
#ifndef_INC_COMPUTER_4482C944004B_INCLUDED
#define_INC_COMPUTER_4482C944004B_INCLUDED
//##ModelId=4482C944004B
class Computer
{
public:
//##ModelId=4482CF5D01B8
Prinat_informaciu();
//##ModelId=4482D0B90212
Ostanovka();
//##ModelId=4482D17A015C
Izmenit_parametr();
};
#endif /*_INC_COMPUTER_4482C944004B_INCLUDED */
КлассDatchik_temperatury
Содержание файла *.cpp:
#include «stdafx.h»
#include«Datchik_temperatury.h»
Содержание файла *.h:
#if defined (_MSC_VER) &&(_MSC_VER >= 1000)
#pragma once
#endif
#ifndef_INC_DATCHIK_TEMPERATURY_4482C7F403E1_INCLUDED
#define_INC_DATCHIK_TEMPERATURY_4482C7F403E1_INCLUDED
//##ModelId=4482C7F403E1
class Datchik_temperatury
{
};
#endif /* _INC_DATCHIK_TEMPERATURY_4482C7F403E1_INCLUDED*/
КлассDatchik_davlenia
Содержание файла *.cpp:
#include «stdafx.h»
#include«Datchik_davlenia.h»
Содержание файла *.h:
#if defined (_MSC_VER) &&(_MSC_VER >= 1000)
#pragma once
#endif
#ifndef_INC_DATCHIK_DAVLENIA_4482C83503A8_INCLUDED
#define_INC_DATCHIK_DAVLENIA_4482C83503A8_INCLUDED
//##ModelId=4482C83503A8
class Datchik_davlenia
{
};
#endif /*_INC_DATCHIK_DAVLENIA_4482C83503A8_INCLUDED */
Класс Datchik_dima
Содержание файла *.cpp:
#include «stdafx.h»
#include «Datchik_dima.h»
Содержание файла *.h:
#if defined (_MSC_VER) &&(_MSC_VER >= 1000)
#pragma once
#endif
#ifndef_INC_DATCHIK_DIMA_4482C8AA025C_INCLUDED
#define_INC_DATCHIK_DIMA_4482C8AA025C_INCLUDED
//##ModelId=4482C8AA025C
class Datchik_dima
{
};
#endif /*_INC_DATCHIK_DIMA_4482C8AA025C_INCLUDED */
Класс Zadvigka
Содержание файла *.cpp:
#include «stdafx.h»
#include «Zadvigka.h»
//##ModelId=4482D6C90098
Zadvigka::Pologenie()
{
}
//##ModelId=4482D795025E
Zadvigka::Zakrit()
{
}
Содержание файла *.h:
#if defined (_MSC_VER) &&(_MSC_VER >= 1000)
#pragma once
#endif
#ifndef_INC_ZADVIGKA_4482D4AF035B_INCLUDED
#define_INC_ZADVIGKA_4482D4AF035B_INCLUDED
//##ModelId=4482D4AF035B
class Zadvigka
{
public:
//##ModelId=4482D6C90098
Pologenie();
//##ModelId=4482D795025E
Zakrit();
};
#endif /*_INC_ZADVIGKA_4482D4AF035B_INCLUDED */
После того, как реализация и прототипы функцийопределены, с помощью инструмента ModelAssistantв указанных классах задаем для каждого оператора тип возвращаемого им значения,передаваемых ему параметров и тело функции (DefaultCodeBody).
Заключительным этапом в создании программного кода на Visual C++ является ассоциирование компонента с проектом MicrosoftVisualStudio6.0. Для этого используется инструмент ComponentAssignmentTool. Здесь в свойствах компонентовтребуется либо указать существующий проект VisualStudio, либо создать новый проект (при этомиспользуются средства MicrosoftVisualStudio),в котором создаются классы, включенные в выбранные компоненты. С помощью этогоинструмента можно также включать классы в компоненты и ассоциировать их сязыком VC++ (если это еще не было сделано), методом Drag’n’Drop. После того как для всех компонентовбыл указан проект, в который они будут включены, можно приступать к генерациикода (меню Tools→VisualC++ → UpdateCode…). Если при этом был выделен класс или компонент, топроизойдет обновление его кода (или создание, если он еще не был сгенерирован).
5. Технико-экономическоеобоснование/>/>/>5.1 Пути снижения затрат за счетвнедрения системы
Внедрение автоматической системы управления котельнойустановкой решает следующие задачи:
- Полностьюавтоматическая система управления котельной установкой не требует участиячеловека в ее рабочем цикле, вследствие чего происходит высвобождение;
- Снижение частотыобслуживания;
- Повышениенадежности системы управления.
Специфика работы предусматривает непрерывный циклпроизводства, поэтому централизация всех контрольных функций позволяет снизитьвремя решения проблем возникающих в результате эксплуатации и более эффективноиспользовать ресурсы предприятия при возникновении проблем при работеустановки. Так простой в течение суток приносит убытки в сумме более 100000рублей по причине не выработки сырья.
В широко развитой отрасли жилищно-комунального хозяйстватехническое развитие стоит на одном из первых мест, которому уделяют особое внимание,т.к. владельцы сами заинтересованы в повышение энергоемкости своих предприятий.В виду чего, весь механизм работы построен на принципе высоко организованнойавтоматической системы, где каждый узел имеет свои правила-нормы оперативногоконтроля.
Как показывает многолетняя практика эксплуатациикотельных установок, аварийная остановка КУ, связанная с выходом из строяоборудования, возникает менее 1 раза в году, при этом простой составляет от 4до 24 часов в летнее время и до 1 до 7 суток в зимнее. Для скорейшеговосстановления работоспособности КУ требует постоянное присутствие ремонтногоперсонала на установке. А это очень дорого обходится, так как персоналпрактически не задействован, ведь проведения обслуживания механизмовпроизводится в установленное время и требует не более 40 часов рабочего временив год. Введение централизованного контроля позволяют быстро выявлять причину отказа,а модульный принцип построения заменять неисправные компоненты системы.Применение системы раннего оповещения о возникающих неполадках позволяет своевременноих устранить и не останавливать КУ по причине аварии.
До внедрения АСУ, оператору приходилось периодическиконтролировать работу установки и производить корректировку ее изменений. Неисправностивыявлялись специально подготовленным специалистом в течении длительноговремени, и устранялись как правило в течение суток. Неисправность определялась,как правило, после аварийной остановки КУ. Не возможно было диагностироватьнеполадки (только отклонения норм от технических параметров) во время работы системыуправления. Требовалось содержать ремонтную бригаду и нескольких операторов.
Теперь же весь контроль работы КУ, производится сцентрального диспетчерского пульта управления КУ, причем при наступлении предаварийнойситуации оператор своевременно информируется, что позволяет ему устранитьнеполадку или вызвать аварийную бригаду, диагностика была произведена системойуправления до наступления аварийной ситуации. Что позволяет уменьшитьколичество персонала задействованного для управления КУ и ее ремонта.
Управление котельной установкой требовало постоянноеприсутствие на станции, как минимум одного оператора, который бы контролировалработу КУ и обслуживал ее.
Такой подход позволяет централизовано получать иобрабатывать всю информацию о работе станции одним человеком, что повышаеткачество принимаемых им управляющих решений./>/>/>
5.2 Технико-экономические показателиэффективности от внедрения новой системы автоматизации
В условиях бурного развития техники важным являетсявопрос о соответствии внедренного оборудования на предприятии улучшенным нормами показаниям работы оборудования. Поэтому необходим точный расчет затрат напокупку и монтаж предлагаемого на рынке оборудования, что позволит сделатьправильный его выбор./>/>/>5.2.1 Экономия взаработной плате высвобождаемых рабочих
В нашем случае происходит высвобождение 3 операторов и10 машинистов.
Среднегодовая заработная плата оператора составляет75240 руб. (6270 руб *12).
Среднегодовая заработная плата машиниста составляет59088 руб. (4924руб.*12)
Экономию в заработной плате высвобождаемых в результате внедренияАСУ ТП работников можно определить по формуле:
Зосв = k1k2k3 ּЗср.р. ּ Nосв.р.;(5.1)
где k1k4 – коэффициенты премиальной надбавки соответственно длярабочих и инженерно-технических работников (ИТР), равны 1,4;
k2– коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату, равен 1,2;
k3 – коэффициент отчислений насоциальное страхование, равен 1,356;
Зср.р. – средняя годовая заработная платавысвобождаемых рабочих;
Nосв.р – число высвобождаемых рабочих, 13;
ЗОСВ.ОПЕР = 1,4*1,2*1,365*75240*3 = 517621.104 руб;
ЗОСВ.МАШИН = 1,4*1,2*1,365*59088*10 = 1355006.016 руб;
ЗОСВ.ОБЩ = 1872627.12 руб.
Годовая экономия по заработной плате составляет1872627.12 руб./>/>/>/>5.2.2 Расчет стоимости оборудования
Стоимость оборудования, а также амортизационныеотчисления на данное оборудование представлены в таблице 5.1.5.2.3 Годовые затраты на ремонтные работы
Годовыезатраты на ремонтные работы КУ (комплекса технических средств) АСУ ТПрассчитываются по формуле:
/>;(5.2)
где kC– средний коэффициент сложности ремонтных работ для данного оборудования %;
CТКС – стоимость оборудования руб.
/> руб.
Годовыезатраты на ремонтные работы КТС составляют 543.84 руб.