Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Зміст

Вступ

Автоматизація технологічних процесів є одним з вирішальних факторів підвищення продуктивності і поліпшення умов праці. Всі існуючі і споруджувані промислові об'єкти в тій чи іншій мірі оснащені засобами автоматизації. Тим самим автоматизують виробництво.

Ефективність автоматизації проявляється, перш за все, в зростанні продуктивності праці. Автоматизація дозволяє повністю звільнити людину від виконання циклічних процесів або процесів, що виконуються за строго заданим алгоритмом.

Теплоенергетичні установки характеризуються безперервністю протікають в них процесів. При цьому вироблення теплової та електричної енергії в будь-який момент часу повинна відповідати споживанню (навантаженні). Майже всі операції на теплоенергетичних установках механізовані, а перехідні процеси в них розвиваються порівняно швидко. Цим пояснюється високий розвиток автоматизації в тепловій енергетиці.

1. Технологічний процес як об'єкт автоматизації. Мета проектування і вимоги до пристрою автоматизації

котельня відноситься до небезпечних виробничих об'єктів і головна вимога до них – це забезпечення належного рівня безпеки. Експлуатації котлів повинна забезпечувати надійну і ефективну вироблення пара необхідних параметрів.

Виходячи з цих вимог стали широкого застосовуватися автоматизовані системи управління технологічними процесами, які без постійної присутності людини підтримують оптимальність технологічного процесу і підвищують ефективністю. которые без постоянного присутствия человека поддерживают оптимальность технологического процесса и повышают эффективностью..

Магістерська робота присвячена актуальній науковій задачі розробки системи автоматичного управління тепловим навантаженням шахтної котельні установки. Даний напрямок автоматизації дозволить економити паливо до 8%, збільшити ККД котла на 7–8% [1], забезпечити роботу топки від надлишку повітря, скоротить витрати електроенергії на подачу повітря і зворотну тягу [2], зменшення обсягу ремонтних робіт і підвищення культури обслуговування.

Структурна схема шахтної котельні установки

Малюнок 1 – Структурна схема шахтної котельні установки

вимоги до автоматизованої системи моніторингу та управління теплопостачанням шахти [ 3], такі:


1 Перед розпалюванням котельні проводиться 15 хвилинна продування котла.

2 Повинні забезпечуватися місцевий і автоматизований види управління.

3 Контроль наступних параметрів: розрядження; низький тиск повітря; низький витрата води; низький тиск газу; низький/високий тиск води ;висока температура; факел.

4 Автоматичний захист

5 аварійна зупинка котла відбувається при: низькому розрядження в топці котла; низькому тиск повітря; низькій витраті води; низькому тиск газу; низькому/ високому тиск води; висока температурі води на виході з котла; неправильному Gorenje полум'я.

6 наявність наступних видів сигналізації: попереджувальної; аварійної; технологічної.

7 Візуалізація всіх параметрів на блоці управління системі автоматизації.

8 Передача інформації про роботу котла і блоку управління в персональний комп'ютер автоматизованого робочого місця диспетчера котельні.

9 Блок повинен бути у вологозахисному корпусі, ланцюги з'єднань повинні бути іскробезпечні

2. Критичний огляд існуючих рішень і вибір базової апаратури автоматизації

Регулятор Р25 [ 5 ], на час своєї появи на світло, виявився досить вдалою, і відповідно затребуваною розробкою. В цілому випускалося 3 модифікації приладу, які різнилися типом і числом виходів:
– Р25.1 - розрахований на підключення та трьох дифтрансформаторних датчиків;

– Р25.2 - підключення одного або двох термосопорів;

– Р25.3 – підключення термопари ХА, ХК або ПП.

всі модифікації дозволяли використовувати і Уніфіковані сигнали (0...5 мА, 0...20 мА або 0...10 В). Крім того, кожна модифікація регулятора Р25 випускалася в двох варіантах виконання – з індикатором положення виконавчого механізму (прилади з цифрою «2» в кінці) або без нього («1»). Прилад вийшов дійсно вдалим, зручним в експлуатації і досить простим в ремонті. Але з роками він застарівав, виходили з ладу радіоелементи і на даний момент їх вже майже не ремонтую. І підприємства прагнуть їх замінити на більш нові і сучасні регулятори. Для переходу на більш сучасний регулятор, потрібно скласти список вимог, яким повинен відповідати даний прилад, щоб перехід з Р25 виявився максимально простим:
– прилад по входів, виходів і харчування повинен відповідати регулятору Р25 (бажано, щоб входів і виходів було більше, і щоб вони були більш універсальні за типами сигналів);

– прилад повинен забезпечувати характер і якість регулювання не гірше Р25-го (бажано, крім реалізованих в регуляторі Р25 Пі-імпульсної і двох/трипозиційної структури, мати можливість вибору типу регулювання (аналогове, імпульсне або ШІМ) і можливість автоматичної корекції завдання (по кривій або за зовнішнім сигналом) виходячи з потреб технологічного процесу);

– працювати в температурних діапазонах -5...+40°С;

– працювати від напруги 20 ... 270 В;

– працювати з параметрами: розрядження, тиск, витрата, температура.

лицьова панель регулятора р-25

Малюнок 2 – Лицьова панель регулятора р-25

принципова схема автоматичного регулювання

Малюнок 3 – Принципова схема автоматичного регулювання

3. Обґрунтування напрямку автоматизації технологічної установки

так як основна проблема на котельні установці пов'язана з неповним згорянням палива, за рахунок застарілої системи управління. Тому при виборі і створенні алгоритму роботи, необхідно скласти концептуальну модель досліджуваного об'єкта.

Параметри котла:
– Тепло продуктивність котла 8,3 МВт (8 Гкал/год);

– Дуттьовий вентилятор типу Ц-13-50 №5 продуктивністю 13000 м3/год, Максимальний робочий тиск при якому спрацьовує сигналізація 10 мм.вод.ст;

– Розрядження, Максимальний робочий тиск 0.8 мм.вод.ст;

– Витрата води через котел 104 м3/год;

– Температура газів, що відходять, 150С

– Температура води: на вході 70С; на виході 150С.

– Витрата газу 1100 м3/год;

– ККД котла 90%;

– Тиск води: мах 14 кг/см2; мин 8 кг/см2.

Складемо розрахункову схему ідентифікованого об'єкта (малюнок 4), де КУ – котельна установка, бр – блок регулювання, яка здійснює регулювання відкриття/закриття засувки, для подачі певної кількості газу і повітря в топку котла, а також регулювання розрядження в топці котла.

Розрахункова схема ідентифікованого об'єкта

Малюнок 4 – Розрахункова схема ідентифікованого об'єкта

Вхідним сигналом V(T,q)const моделі є постійне значення Тт.н вх і Qт.н р в, вихідним Y (t) – температура газів, що йдуть. Збурюючим фактором є температура навколишнього середовища. Регулюючим W(q) витрати газу іw (Q) повітря.

Викладені нижче розрахунки, виконані з метою визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) котла і витрати палива.

Теплота згоряння одиниці об'єму сухого газу, Qc н

Підігрів палива і повітря поза котельного агрегату не передбачений. Відсутня також форсуночное дуття


Qтл-підігрів палива;

Qв.вн. підігрів повітря поза котельного агрегату;

Тоді наявна теплота:

формула1

Втрати теплоти і коефіцієнт корисної дії (ККД) котла.

Температура холодного повітря, tх.в.

Ентальпія теоретично необхідного повітря, Io х. в.

Температура газів, що відходять, vух

Коефіцієнт надлишку повітря в газах аух

Ентальпія продуктів згоряння при цій температурі, Іух

Втрати теплоти з газами, що йдуть:

формула2

Втрата теплоти від хімічної неповноти згоряння, q3

Втрата теплоти від механічного недожога, q4

Втрата теплоти поверхнями котла і економайзера, q5

Сумарна втрата теплоти котельним агрегатом:

формула3

Коефіцієнт корисної дії котельного агрегату:

формула4

Витрата палива при номінальному тепловому навантаженні.

Теплове навантаження при роботі котла у водогрійному режимі, Qк

Розрахунок палива котла при розрахунковому навантаженні:

формула5

Розрахункова витрата палива, Вр=В

Всі розрахунки наведені в магістерській роботі.

4. Алгоритмізація моніторингу та управління технологічним процесом шахтної котельні установки

Котельня відноситься до небезпечних виробничих об'єктів і головна вимога до них – це забезпечення належного рівня безпеки. Експлуатації котлів повинна забезпечувати надійну і ефективну вироблення пара необхідних параметрів.

Виходячи з цих вимог стали широкого застосовуватися автоматизовані системи управління технологічними процесами, які без постійної присутності людини підтримують оптимальність технологічного процесу і підвищують ефективністю.

Схема автоматизації регулювання і контролю газового котлоагрегату повинна передбачати наступні системи:
– система автоматичного регулювання і контролю співвідношення газ-повітря;

– система автоматичного регулювання і контролю розрядження в топці котла;

– система автоматичного регулювання і контролю тиску води в зворотному трубопроводі;

– система автоматичного регулювання і контролю рівня в Баку деаератора;

– система автоматичного регулювання і контролю температури води ХВО.

Так як період використання регулятора Р25 значно перевищує термін його граничної експлуатації, то воно не доцільно до подальшого використання. Причини цього:
– збільшення похибка через старіння радіоелементів;

– ремонтопридатність;

– часті виходи з ладу задатчиків, перемикачів Б/М і А/Р.

У зв'язку з цим було прийнято рішення розробити заміну даному регулятору, і перейти на ПЛК-150[6], що дозволить змінити і підлаштувати алгоритм роботи котельні за допомогою введення нової програми, або простий корекцій запрограмованої програми.

Якщо в момент опитування системи були порушені параметри, то виводиться інформація про помилку і включення сигналізації[8].

Алгоритм теплоснабжения котельной установки

Малюнок 5 – Алгоритм теплопостачання котельної установки

Завдання співвідношення газ-повітря повинно проводитися з використанням ЕОМ або ручного задатчика, управління температурою в зонах печі і витратою повітря здійснюється контролером або блоком ручного управління. Сигналізація низького тиску в магістралях організовується відповідно до існуючої схемою сигналізації параметрів. При низькому тиску в магістралях газу або повітря повинен загорятися відповідний індикатор і звучати звуковий сигнал. Знімання сигналу натисканням кнопки повинен бути передбачений в системі.

Якщо управління відбувається в ручному режимі алгоритм припиняє свою дію. В автоматичному режимі тумблером на пульті управління вибирається режим установки завдання (від ручного задатчика або ЕОМ). У режимі установки завдання від ручного задатчика на вхід регулятора подається неузгодженість, Рівне різниці завдання температури від ручного задатчика і температури в зоні. У режимі установки завдання від ЕОМ на вхід регулятора подається неузгодженість, Рівне різниці завдання температури, заданої ЕОМ і температури.

При виборі автоматичного режиму роботи. Регулятор починає ініціалізацію всіх пристроїв системи, їх працездатність і цілісність зв'язку. Очікує команди на запуск підпрограми вентиляції котла перед запуском.

Після того як вентиляція закінчена, подається команда на запуск підпрограми почергового розпалювання пальників, і висновок їх на мінімальний витрата газу.

Далі відбувається опитування датчика температури навколишнього середовища, і після програма порівнює показання і встановлює співвідношення газ-повітря з режимною картою даного котла.

Подпрограмма запуска котла (соотношение газ-воздуха)

Малюнок 6 – Підпрограма запуску котла (співвідношення газ-повітря)

Підпрограма «Запуск котла» починається з опитування датчиків витрати газу, тиску повітря і розрядження в топці. Далі включається 15 хвилинна продування котла і включення розпалювальних пальників. Після як пройде 15 хвилин, програма починає почергове відкриття засувок по газу і додавання повітря щоб не згасло полум'я. Потім контролера опитує датчик температури навколишнього середовища, і порівнює з графіком навантаження котла.

Якщо в момент опитування системи був порушений якийсь або параметр, система виводить помилку і припиняє подачу газу в топку котла.

5. Технічна реалізація системи управління тепловим навантаженням шахтної котельні установки

5.1. Структурна схема автоматизованої системи моніторингу та управління технологічним процесом теплопостачанням шахти

Відповідно до алгоритму роботи створюється дворівнева структура автоматизованої системи моніторингу та управління технологічним процесом[7].

Верхній рівень є рівнем управління виробничим процесом і ресурсами підприємства. Верхній рівень-це диспетчерський пункт Шахти, в який приходить інформація з основних технологічних вузлів шахтної котельні.

Нижній рівень є рівнем управління і моніторингу параметрами технологічного процесу, його візуалізацією. Даний рівень складається з робочої станції оператора, блоку перетворення взаємної індуктивності і датчиків.

Структурная схема автоматизированной системы мониторинга и управления шахтной котельной установки

Малюнок 7 – Структурна схема автоматизованої системи моніторингу та управління шахтної котельні установки

Дані по технологічному процесу надходять з комплекту датчиків (ДМ-3583м, пед, ДТ-2) на робочу станцію оператора РСО, через блок перетворення взаємної індуктивності, інші датчики з уніфікованим сигналом безпосередньо. Вихідні сигнали надходять на виконавчі механізми (МЕВ, перетворювач частоти). Дані з РСО передаються на робочу станцію диспетчера РСД або ПК по мережі Ethernet. На РСД відбувається архівування та візуалізація даних технологічного процесу. Основне управління відбувається на РСО.

5.2. Структурна схема автоматизованої системи моніторингу та управління технологічним процесом теплопостачанням шахти

Автоматизована система управління «Універсал» призначена для автоматичного розпалювання, контролю, регулювання та захисту котла ТВГ-8М [9 ]. У комплексі з датчиками і виконавчими пристроями «Універсал» є потужною системою, що відповідає всім сучасним вимогою, що пред'являються до систем управління котлами даного типу.

«Універсал" забезпечує наступні функціональні можливості:
– автоматичний розпал котла (при натисканні кнопки ПУСК);

– перевірку герметичності газопроводу при пуску котла;

– технологічний останов котла з подальшою після зупиночною вентиляцією топки (при натисканні кнопки СТОП);

– аварійний останов котла з припиненням подачі газу зі звуковою сигналізацією та індикацією причини аварії в разі:

– високого тиску газу у відповідному газопроводі;

– низького тиску газу у відповідному газопроводі;

– низького тиску повітря перед пальниками;

– низького розрідження в топці котла

– низького тиску води на виході котла;

– високого тиску води на виході котла;

– високої температури води на виході з котла

– згасання полум'я;

– аварійної зупинки вентилятора;

– аварійної зупинки димососа;

– аварійної зупинки живильного насоса;

– автоматичне регулювання розрідження в топці котла;

– автоматичне регулювання тиску газу перед пальниками;

– автоматичне регулювання тиску повітря перед пальниками.

Внешний вид передней панели шкафа управления

Малюнок 8 – Зовнішній вигляд передньої панелі шафи управління

Технічні особливості:
– ЖК забезпечує чітке дозвіл при будь-яких умовах освітлення;

– система запобігає втраті даних при збої живлення;

– висока робоча температура;

– передача даних здійснюється за допомогою кабелю стандарту Ethernet. USB;

Засобами збору інформація є комплект датчиків, який складається з 10 аналогових датчиків. У диференціальних датчиків (ДМ3583М, пед, ДТ2) вихідний сигнал взаємної індуктивності 0-10(-10...+10) мГн, був прийнятий раніше розроблений блок перетворення взаємної індуктивності в стандарт 4-20мА, датчики температури підключені до аналогових входів.

Виконавчі пристрої являють собою МЕВ, частотні перетворювачі вентилятора і димососа.

Для візуалізації, моніторингу та управління технологічним процесом прийнята Master SCADA [10].

Плюси даної системи наступні:
– простий і зрозумілий російськомовний інтерфейс;

– доступ з будь-якого робочого місця до будь-якої інформації, наявної в системі та взаємодія з іншими програмами за допомогою сучасних технологій;

– докладний довідковий матеріал і спливаючі підказки;

– контроль допустимості інформації, що вводиться;

– відповідність проекту логіці сприйняття системи та об'єкта розробником;

– можливість повної налагодження проекту без зв'язку з об'єктом і можливість повної налагодження розподіленої системи на одному комп'ютері;<

– відсутність необхідності налаштування мережі або виділення окремого сервера для запуску розподіленої системи;

– можливість багаторазового використання будь-якої раніше створеної частини проекту;

– бібліотеки технологічних об'єктів з різних областей;

– автоматична і призначена для користувача обробка ознак якості значень і імітаційний режим з індивідуальним вибором функцій імітації сигналів.

В результаті виконаних досліджень комп'ютерної моделі шахтної котельні установки, була змодельована модель роботи.

Мнемосхема работы котельной установки

Малюнок 9 – Мнемосхема роботи котельні установки
(анімація: 4 кадри, 314 кілобайт)

В процесі роботи щит управління аналізує стан котла за допомогою інформації, що надходить з аналогових і дискретних датчиків, і формує керуючі впливу на виконавчі пристрої.

Після подачі напруги живлення щит знаходиться в початковому стані. На лицьовій панелі горить індикатор "мережа". На панелі оператора відображається "Головний екран". Щит проводить вимірювання та індикацію на головному екрані всіх параметрів котла. Перед запуском котла всі перемикачі роботи регуляторів повинні знаходитися в положенні автоматичного регулювання. Після натискання на кнопку» ПУСК " починається алгоритм розпалювання котла.

Від моменту натискання на кнопку «ПУСК» і до виходу котла на режим регулювання продуктивності щит управління котлом виробляє ряд технологічних операцій, які розділені на тимчасові інтервали. Кожен часовий інтервал передбачає включення (відключення) певних виконавчих механізмів, наявність (відсутність) контролю по певних каналах захисту і встановлює режими роботи регуляторів.

Главный экран

Малюнок 10 – Головний екран

Все управління здійснюється за допомогою виведення на екран відповідних вікон:» Головний екран«, Екран» МЕНЮ «для конфігурування системи,» Параметри вентиляції«,» Параметри розпалювання " та ін.

Висновки

В результаті проведеного аналізу режимів роботи котельні як об'єктів моніторингу та управління сформульовані вимоги до системи моніторингу та управління теплопостачанням шахти, відмінною особливістю яких є наявність поряд з типовими вимогами нормативних документів, вимоги координованого управління режимами роботи і регулювання їх параметрів в залежності від температури навколишнього середовища.

Розроблена дворівнева комп'ютерно-інтегрована система управління з використанням промислової мережі. На верхньому рівні управління розташована підсистема диспетчерського моніторингу та координації роботи теплопостачанням шахти, а на нижньому підсистема управління котельні. Для кожної підсистеми обгрунтовані і прийняті технічні засоби автоматизації.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: Червень 2023 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  1. Топливо, топки и котельные установки. Щеголев М.М. 1953. 4-е издание переработанное, 546 с.
  2. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга 1. Отопление и теп-лоснабжение. Щекин Р.В. и др. 1976. 352 с.
  3. Справочник по автоматизации котельных. Под общей редакций канд. тех. наук Л.М. Файерштейна. и др. 1978. 173 с.
  4. Тарасюк В.М. Эксплуатация котлов: Практическое пособие для опера-тора котельной, г. Москва, 2008 г
  5. Руководство по эксплуатации Р25: https://promav.nt-rt.ru/images/manuals/r-25.pdf
  6. Руководство по эксплуатации ПЛК 150: https://owen.ru/uploads/re_plc150_1772.pdf
  7. Егоров С.В., Мирахмедов Д.А. Моделирование и оптимизация в АСУТП. М. 1988
  8. Баховцев, И.А. Микропроцессорные системы управления устройствами силовой электроники. Структуры и алгоритмы [Электронный ресурс]: учеб-ное пособие/ Баховцев И.А.— Электрон. текстовые данные. - Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2018. - 219 c. - Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/91248.html. - ЭБС «IPRbooks». -Режим доступа: для авторизир. пользователей.
  9. Громов В.С., Тимофеев В.Н. Системы противоаварийной защиты в АСУТП. Мир компьютерной автоматизации, №3, 2003
  10. Газиева Р.Т. , Ядгарова Д.Б., Нигматов А.М. , Озодов Э.О. Мастер SCADA , учебное пособие для студентов специальности 5311000- Автоматизация и управление технологических процессов и производств (в водном хозяйстве).: https://staff.tiiame.uz/storage/users/348/books/vKQOAjCqqQcHcHo0AeJOsOEQKwmwccM9uu8lq0I5.pdf