Зміст
Перелік скорочень, умовних позначень, символів, одиниць і термінів
Введення
1. Розрахунково-технічна частина
1.1. Опис промислової котельні
1.1.1 Загальні відомості
1.1.2 Характеристика котельні
1.1.3 Опис технологічного процесу виробництва теплофікаційної води
1.1.3.1 Хімводоочистка
1.1.3.2 Деаерірованіе води
1.1.3.3 Робота котла КВГМ-100
1.1.4 Опис сигналів, які у роботі
1.2 Характеристика існуючої АСУ ТП промислової котельной34
1.2.1 Структура АСУ ТП промислової котельні
1.2.2 Функції і основні робочі характеристики АСУ ТП промислової котельні
1.2.3 Система автоматичного керування роботою котла КВГМ-100
1.2.4 Проблеми в системі управління і контролю за технологічними
процесами
1.3 Постановка завдання на розробку системи автоматичного управління
1.3.1 Огляд існуючих методів вирішення поставленого завдання
1.4 Розробка функціональної схеми і розрахунок математичної моделі
1.4.1 Опис функціональної схеми
1.4.2 Опис математичної моделі
1.4.3 Опис параметрів настройки
1.5 Розробка алгоритму роботи котла КВГМ-100
1.5.1 Опис алгоритму роботи
1.5.2 Стандартні алгоритми, застосовані в алгоритмі роботи
1.6 Вибір і обгрунтування технічного забезпечення
1.6.1 Контролер регулюючий мікропроцесорний Ремиконт
1.6.2 Основні характеристики інших типів контролерів
1.6.3 Вибір контролера
1.6.4 Частотний перетворювач VEB DDU - 380/390
1.6.5 Основні характеристики інших типів частотних перетворювачів
1.6.6 Вибір частотного перетворювача
1.6.7 Вибір ПЕОМ та адаптера зв'язку
1.6.7.1 Вибір ПЕОМ
1.6.7.2 Вибір адаптера зв'язку ПЕОМ і контролера
1.7 Розробка інформаційного забезпечення
1.7.1 Розробка інформаційного забезпечення на базі ППП СКАТ-Х
1.7.2 Опис вхідних та вихідних сигналів контролера
1.8 Вибір та обгрунтування математичного та системного забезпечення
1.8.1 ППП СКАТ-Х
1.8.1.1 Призначення системи
1.8.1.2 Технічні характеристики станції СКАТ-Х
1.8.1.3 Склад системи
1.8.1.4 Загальні принципи побудови системи СКАТ-Х
1.8.2 Система автоматизації та проектування АСУ ТП TRACE MODE
1.8.2.1 Опис системи
1.8.2.2 Вимоги до апаратного забезпечення Trace Mode
1.8.3 Обгрунтування вибору математичного та системного забезпечення
1.9 Розробка програмного забезпечення на базі ППП СКАТ-Х
1.9.1 Опис каналів, адаптера і входів
1.9.2 Створення мнемосхем процесу
1.9.3 Створення ієрархії схем і карти аварій
1.10 Розробка організаційного забезпечення
1.11 Оцінка ймовірності безвідмовної роботи системи
1.12 Розрахунок виконавчого механізму
1.13 Визначення науково-технічного рівня системи, що розробляється
2. Охорона праці і техніка безпеки
2.1 Аналіз впливу шкідливих і небезпечних виробничих факторів на організм людини
2.1.1 Шум. Захист від шуму
2.1.2 Вплив вібрації
2.1.3 Вплив шкідливих газів
2.1.4 Вибухонебезпечність приміщень. Способи гасіння пожеж
2.1.5 Дія електричного струму
2.1.6 Освітлення приміщень та робочих місць з ПЕОМ
2.1.6.1 Розрахунок штучного освітлення
2.2 Розробка інструкції з охорони праці для машиніста центрального щита управління
2.2.1 Загальні відомості
2.2.2 Дії під час ремонту котельного обладнання
2.2.3 Вимоги безпеки перед початком роботи
2.2.4 Вимоги безпеки під час роботи
2.2.5 Вимоги безпеки після закінчення роботи
3. Організаційно-економічна частина
3.1 Організація виробництва
3.1.1 Організація виробничого процесу
3.1.2 Організація праці
3.2. Оцінка економічної ефективності
3.2.1 Розрахунок собівартості виробленого тепла
3.2.2 Капітальні витрати на автоматизацію
3.2.3 Оцінка ефективності впровадження автоматики
3.2.4 Термін окупності капітальних вкладень
Висновок
Список використаної літератури
Перелік скорочень, умовних позначень, символів, одиниць і термінів
ЛТС - локальна технологічна станція
ИРПС - інтерфейс радіальної послідовного зв'язку
ДТЗ - диспетчерська технологічна станція
МПК - мікропроцесорний контролер
ПЧ - частотний перетворювач
ТСЦ - теплосилової цех
Введення
Комплексна автоматизація управління технологічними процесами, виробництвом і народним господарством є одним з найважливіших стратегічних напрямів розвитку економіки. Поряд зі створенням нових матеріалів і технологій, автоматизація технологічних процесів і виробництв є пріоритетним напрямом економічного розвитку.
Всі види виробничої діяльності, що містять дії щодо зміни вихідної сировини з метою одержання предмета виробництва, називають технологічним процесом.
Автоматизація такого процесу передбачає регулювання температури, тиску, витрати газо-рідких енергоносіїв. Управління реалізується за допомогою передових систем вимірювання параметрів, обробки даних, контролю та оптимізації режимів процесу.
Автоматизація технологічних процесів значно підвищує культуру виробництва та значно полегшує працю людини, дозволяє перекласти виконання важкої фізичної роботи на плечі автоматики. При впровадженні автоматизованих систем, функції робочого зводяться до контролю за роботою машин. Персонал може знаходитися на безпечній відстані від агрегатів. Впровадження автоматизації створює умови для докорінного поліпшення умов праці та безпеки робіт, дає можливість збільшити продуктивність праці. Поряд з цим поліпшуються робота машин, хід технологічного процесу і якість продукції.
При вдалому вирішенні поставлених перед автоматизацією завдань, відкриються нові горизонти в розвитку і вдосконалення роботи підприємства.
1. Розрахунково-технічна частина
1.1 Опис промислової котельні
1.1.1 Загальні відомості
Залежно від характеру теплових навантажень котельні установки прийнято розділяти на такі типи:
виробничі котельні - котельні, призначені для постачання теплотою технологічних споживачів;
виробничо-опалювальні котельні - котельні, що здійснюють теплопостачання технологічних споживачів, а також дають теплоту для опалення, вентиляції і гарячого водопостачання промислових споруд.
У залежності від характеру виробництва і роботи агрегатів, встановлених на підприємстві, постачання теплотою для технічних потреб потрібно періодично на час двох або однієї зміни.
У котельної установки встановлена теплопродуктивність всіх агрегатів повинна відповідати максимальному навантаженні.
У виробничих котелень витрата пари або гарячої води залежить від потужності виробничих установок і характеру їх роботи. Ці котельні при безперервній роботі всіх цехів і установок підприємства зазвичай мають порівняно мало мінливий добовий графік навантаження. Виробничо-опалювальні котельні постачають пором споживача найчастіше протягом двох або однієї зміни. Споживання гарячої води на вентиляцію та технологічні потреби обмежуватися тими ж змінами, коли споживається пар, а житлово-комунальні потреби вимагають цілодобової подачі гарячої води.
1.1.2 Характеристика котельні
Котельня призначена для вироблення перегрітої пари і теплофікаційної води. У котельні ОЕМК встановлено чотири котла КВ-ГМ-100, один казан ГМ-50-14 і три котли БКЗ-75-39 ДМА. Основне паливо, використовуване котельні є природний газ Шебелинського родовища , На випадок відсутності основного палива є резервне паливо, що представляє собою мазут марки 100
.
Теплоносіями котельні ОЕМК, є високотемпературна вода 150 - 70 0 С з постійної і змінної температурою на виході з котельні і перегрітий пар тиском 23 ата і температурою 270 0 С.
Система теплопостачання виробничої котельні закрита (дивися малюнок 1), тобто теплофікаційна вода знаходиться в замкнутому циклі. Постійно в тепломережі знаходиться 20-25 тис. м 3 води. Водопідготовка проходить кілька стадій: освітлення з коагуляцією та вапнуванням, і Na-катіонуванням, після чого вода поступає в тепломережу.
Споживачами теплоносіїв по пару є ЗСК (завод силікатної цегли), СПЦ-1, ЕСПЦ-2 і ОСМіБТ, а по теплофікаційної воді всі виробничі приміщення підприємства.
Продуктивність котельні: по перегрітої воді - 400 Гкал / год і по пару - 155 Гкал / год.
1.1.3 Опис технологічного процесу виробництва теплофікаційної води
1.1.3.1 Хімводоочистка
До складу хімводоочищення промкотельной входять: освітлювачі, блок осветлітельних фільтрів, блок Na-катіонітових фільтрів I і II ступені, NaCl-іонітових фільтр.
Джерелами водопостачання хімводоочищення є річка Оскіл або технічна вода, що подається з центральної водопідготовки.
Рис.1 Функціональна схема подачі води на підприємстві
Блок осветлітельних фільтрів:
Вихідна вода насосами Д-320-50: а при тиску в трубопроводі більше 4 кгс / см 2 оминаючи їх, послідовно подається на підігрівачі технічної води і освітлювач ОТІ-400. З освітлювача вода надходить у баки вапняно-коагульованої води, звідти насосами вапняно-коагульованої води Д-320-50 подається на осветлітельние механічні двокамерні фільтри.
Експлуатація осветлітельних фільтрів
Блок осветлітельних (див. рис. 2) фільтрів складається з 3-х двокамерних фільтрів діаметром 3400 мм, завантажених подрібненим антрацитом. Висота завантаження 1000 мм в кожній камері.
Фільтр складається з наступних елементів: корпуси двох нижніх і двох верхніх розподільних пристроїв, трубопроводів, запірної арматури, КВП і фільтруючого завантаження.
Рис.2 Схема осветлітельного фільтра
Корпус фільтра циліндричний, зварний з листової сталі, забезпечений двома лазами. Усередині фільтр розділений металевим днищем на 2 камери: верхню і нижню. Один лаз розташований у верхній камері і один - у нижній. Лази в нижній і верхній камерах призначені для завантаження фільтруючого матеріалу в камери, ревізії і ремонту верхнього та нижнього розподільних пристроїв, а також періодичного огляду стану поверхні фільтруючого матеріалу в камерах. Корпус фільтра розрахований на надлишковий тиск 6 кгс / см 2, перевищувати яке забороняється.
0бе камери з'єднані для вирівнювання тиску анкерними трубами, які виконують також роль воздухоотводчиком з нижньої камери у верхню. На дно кожної камери встановлена трубчаста дренажна система, виготовлена повністю з нержавіючої сталі зі щілинами шириною приблизно 0,4 мм, яка служить для відводу освітленої і підведення розпушують води, а також подачі повітря при промиванні. Особливості експлуатації двокамерних осветлітельних фільтрів полягає в тому, що обидві камери включають в роботу і зупиняють на промивання одночасно, тому що обидві камери, щоб уникнути пошкодження проміжного днища повинні завжди перебувати під однаковим тиском.
Принцип роботи осветлітельних фільтрів
Освітлення води в осветлітельних фільтрах здійснюється в процесі фільтрування її через шар фільтруючого матеріалу і досягається в результаті механічного затримання зважених речовин на поверхні фільтруючого шару, особливо після утворення на ньому плівки з грубодисперсної суспензії та їх прилипання до поверхні зерен матеріалу. Але поряд з прилипанням зважених часток до зернам фільтруючого завантаження під дією гідродинамічних сил потоку, відбувається відрив раніше прилиплих частинок, причому з накопиченням осаду інтенсивність цього процесу збільшується.
У міру забруднення фільтруючого шару зменшується швидкість фільтрування і продуктивність фільтру. При досягненні максимально допустимого забруднення, що характеризується гранично допустимої втратою напору, або при появі в освітленій воді зважених речовин (зниження її прозорості) фільтр включають на промивку. Відключення осветлітельних фільтрів проводиться при збільшенні втрати напору у фільтрі до 1,0 кгс / см 2 або при зниженні прозорості води менше 40 см за шрифтом.
Блок Na-катіонітових фільтрів.
Далі освітлена вода надходить на Na-катіонітових фільтри I ступеня, звідти вода надходить через бак в підживлюючий деаератор тепломережі.
Експлуатація Na-катіонітових фільтрів
Блок Na-катіонітових фільтрів (див. рис. 3) складається з 3-х фільтрів 1-го ступеня; 2-х фільтрів 2-го ступеня. Фільтр має діаметр 3400 мм. Na-катіонітових фільтри завантажені сульфоуглем на висоту 2500 мм.
Фільтр складається з наступних елементів: корпусу, нижнього і верхнього розподільних пристроїв, підвідних і відвідних трубопроводів, запірної арматури, КВП пробовідбірні пристроїв та фільтруючого завантаження. Корпус фільтра циліндричний, зварний, з листової сталі, забезпечений двома лазами. Верхній лаз призначений для завантаження фільтруючого матеріалу, ревізії і ремонту верхнього розподільного пристрою, а також для періодичного огляду стану поверхні фільтруючого матеріалу. Нижній лаз призначений для монтажу нижніх розподільних пристроїв, їх періодичної ревізії і ремонту. Корпус фільтра розрахований на надлишковий тиск 6 кгс / см 2., Перевищувати яке забороняється.
Верхнє розподільний пристрій являє собою трубчасту систему типу "павук" з отворами і служить для підведення оброблюваної води і регенераційного розчину, а також для відведення води при розпушуванні катіоніту. Нижня розподільний пристрій являє собою трубчасту систему зі щілинами приблизно 0,4 мм і служить для рівномірного розподілу по всьому перетину фільтра проходить через нього води, відведення зм'якшеної, отмивочной води я регенераційного розчину, а також для підведення води для розпушування катіоніту.
Рис. 3 Схема Na-катионитового фільтра
Дренажні і розподільні пристрої фільтрів повинні бути встановлені горизонтально з відхиленнями ± 2 мм на 1 м, але не більш ± 5 мм на всю довжину розподільних трубок. Фронт фільтрів обладнаний трубопроводами, запірною арматурою, пробовідбірні пристроями для відбору проб надходить і обробленої води / манометрами на вхідному і вихідному трубопроводах фільтрів і витратомірами на трубопроводах, що подають воду на фільтр для опрацювання та розпушування. Після гідравлічного випробування фільтра його днище бетонують гідротехнічним бетоном 1:3:6 з верхньою цементної відтяжкою складу 1:3, заввишки 50 - 60 мм і залізненням поверхні. При використанні цементу марки "400" і вище заповнюють бітумом Б-V з наповнювачем антрацитом крупністю до 25 мм при верхній стяжці, висотою 50-60 мм. з мастики бітуміноль марка Н-2. У фільтр, попередньо частково заповнений водою, гидротранспортеров або вручну завантажують фільтруючий матеріал і, після повторного гідравлічного випробування проводять розпушують промивання для видалення дрібниці і бруду; після чого фільтр включають в роботу.
Процес обробки води
Процес обробки води полягає в послідовному проходженні води через Na-катіонітових фільтри, де відбувається пом'якшення води. Пом'якшення води катіонуванням здійснюється в процесі фільтрування її через шар сульфоугля, частинки якого містять катіон натрію, здатний до об'ємного поділу на накіпеобразующіе катіони кальцію і магнію. У результаті цього в профільтрованої зм'якшеної воді містяться лише натрієві солі, що володіють великою розчинністю і не утворюють відкладень на внутрішній поверхні теплообмінних апаратів та парогенераторів.
Зазначені реакції обміну можуть бути представлені такими рівняннями, де буквою R позначений складний комплексний аніон катіоніту.
Ca (HCO 3) 2 + 2NaR = CaR 2 + 2NaHCO 3
Mg (HCO 3) 2 + 2NaR = MgR 2 + 2NaHCO 3
CaCl 2 + 2NaR = CaR 2 + 2NaCl
MgCl 2 + 2NaR = MgR 2 + 2NaCl
CaSO 4 + 2NaR = CaR 2 + Na 2 SO 4
MgSO 4 + 2NaR = MgR 2 + Na 2 SO 4
Як видно з рівнянь, в процесі пом'якшення змінюється не тільки сольовий склад, а й склад катіоніту.
Пройшла через Na-катіонітових фільтри вода містить тільки NaCl і частково NaHCO 3, Na 2 SO 4.
1.1.3.2 Деаерірованіе води
Хімочищенням вода за допомогою насосів Д-320-70 подається в деаератори парових котлів.
Вакуумний деаератор ДВ-100 (див. рис. 4) інакше термічний деаератор працюють під тиском нижче атмосферного, що становить -0,8 кгс / см 2.
Термічна деаерація води заснована на використанні закону Генрі (закон про розчинність газів у рідині). Згідно з цим законом концентрація будь-якого газу, розчиненого в рідині, прямо пропорційно залежить від концентрації газу в парогазової суміші над рідиною. Таким чином, якщо концентрація газу в парогазової суміші падає до нуля, то й розчинність його в рідині також знижується до нуля.
Концентрація газу в суміші визначається його парціальним тиском, тобто тиском, який він мав би, якби один займав весь аналізований обсяг. У підсумку можна висловити закон Генрі так: розчинність газу у воді прямо пропорційна його парціальному тиску над водою.
Кипіння рідини відбувається при такій температурі, при якій тиск парів рідини за величиною одно повному тиску над киплячою водою, і тоді парціальні тиску газів в парогазової суміші над киплячою водою практично близькі до нуля, тобто згідно з законом Генрі, розчинність газів в киплячій воді дорівнює нулю.
Нульова розчинність газів може бути досягнуто при будь-якій температурі кипіння, а значить і при температурі кипіння нижче 100 0 С. Таким чином, деаерацію води можна здійснити при тиску нижче атмосферного, тобто у вакуумі.
У вакуумному деаераторі 90-95% кисню виділяються з води у вигляді бульбашок, інша частина - шляхом дифузії.
Велика частина пари, близько 70-90%, що надходить у вакуумний деаератор, витрачається на нагрів води і конденсується. Конденсат змішується з основним потік води, інша частина пара проходить через всю колонку. Ця пара вентилює колонку і здуває з поверхні води виділяються гази. Парогазова суміш відсмоктується з деаератора вакуумними насосами. Котельне являє собою циліндр, розташований вертикально, в якому є два ступені дегазації: струменевий і барботажного.
Хімочищенням вода по трубі надходить в колонку деаератора на дірчасту тарілку. Потім вода через отвори стікає На перепускному тарілку, звідки через отвір у вигляді сегменту надходить на барботажний лист. Гріє пар подається під барботажний лист, утворюючи парову подушку, і, проходячи через щілини листа і шар води, піддає воду обробці. Пара, що пройшов барботажний лист, рухається у верхню частину колонки, перетинаючи струменевий потік між тарілками нагріває і деаерують воду. При цьому деяка частина його вбирають і тільки після проходження охолоджувача випарується вся інша частина повністю конденсується. Конденсат з охолоджувача випарив зливається самопливом в колонку деаератора. Виділилися гази віддаляються через трубу. Деаерірованная вода відводиться з колонки через трубу.
Рис.4 Схема деаератора
Вакуумні водокільцеві насоси призначені для створення вакууму в закритих апаратах. Для роботи насосів не потрібно очищення надходить в них повітря й газу, а також допускається попадання в насос рідин з засмоктує повітря.
Вгорі внутрішня поверхня водяного кільця стосується маточини колеса і перешкоджає проникненню повітря з нагнітальному сторони на всмоктувальну бік.
На першому півоберта робочого колеса внутрішня поверхня водяного кільця поступово віддаляється від маточини. Утворюється між лопатками насоса вільний обсяг заповнюється повітрям з всмоктуючого патрубка через всмоктувальний вікно в торцевій кришці корпусу насоса.
Протягом другого півоберту колеса внутрішня поверхня наближається до маточини. Повітря, що знаходиться між лопатками, стискається і витісняється в нагнітальний патрубок через спеціальне вікно в корпусі насоса.
У водокільцевих насосах переміщення повітря з всмоктуючого патрубка в нагнітальний відбувається безперервно.
Так як газ, що виходить з нагнітального патрубка, викидає і воду, причому в тій же кількості, що надійшло в насос з водопроводу, то для відділення води від газу і збору її передбачений водовіддільник. Водовіддільник являє собою невеликий бак, у верхній частині якого передбачено отвір для відведення повітря назовні, в нижній же частині приварена зливна труба для води.
1.1.3.3 Робота котла КВГМ-100
Деаерірованная вода при температурі 700 0 С подається в водогрійний котел КВГМ-100, де нагрівається до 150 0 С і поступає в тепломережу ОЕМК.
Пристрій котла
Газомазутних котел теплопродуктивністю 100Гкал / год виконаний за П-образної схемою (див. рис. 5) і може бути використаний як в опалювальному режимі (70-150 0 С), так і в піковому (100-150 0 С).
Рис.5 Схема котла КВГМ-100
Топкова камера котла і задня стіна конвективної шахти закриті екранами (див. рис. 6) з труб діаметром 60 x 3 мм з кроком 64 мм. Конвективна поверхню нагріву котлів складається з трьох пакетів. Кожен пакет набирається з U-образних ширм, виконаних з труб діаметром 28 x 3 мм. Ширми в пакетах розташовані паралельно фронту котла і розставлені таким чином, що їх труби утворюють шаховий пучок. Бічні стіни конвективної шахти закриті трубами діаметром 83х3, 5 мм з кроком 128 мм, службовцями одночасно стояками ширм. Стояки зрушені щодо один одного на 64 мм, що забезпечує можливість розміщення ширм у плані шахти у вигляді гребінок з кроками шахового конвективного пучка. Всі труби, що утворюють екранні поверхні котла, уварені безпосередньо в колектори діаметром 273х11 мм.
Рис. 6 Схема руху води і розташування екранних труб котла КВГМ-100
Для видалення повітря із трубної системи при заповненні котла водою на верхніх колекторах встановлені воздушника. Вибухові запобіжні клапани встановлені на стелі камери згоряння.
Для видалення зовнішніх відкладень з труб конвективних поверхонь нагріву котел обладнаний дробеочістітельной установкою.
Котел виконаний безкаркасних. Нижні колектори фронтового, проміжного та заднього екранів, а також бокових стін конвективної шахти спираються на портал. Опора, розташована в середині нижнього колектора проміжний екран, є нерухомою. Навантаження від бічних екранів топкової камери передається на портал через передню та задню стінки котла і частково через спеціальну ферму, встановлену на порталі. Помости котла кріпляться до стійок, що спирається на кронштейни порталу.
На фронтовій стінки котла встановлюються три газомазутні пальники з ротаційними форсунками.
Функціонування котла КВГМ-100.
Процес розпалювання котла на газі. Для розпалювання котла на газу спочатку виробляється підготовка газопроводів. Для цього перевіряють закриття всієї арматури по газу до пальників ГПГ-21, 22, 23, відкривають свічки безпеки ДПС-21, 22, 23 і продувні свічки ДПС-20, 24. Далі перевіряють тиск газу в загальноцехової газопроводі, яка повинна бути не нижче 0,5 кг / см 2. Встановлюють поворотну заглушку після засувки ЦПК-21 в положення "відкрито". Після установки заглушки відкривають регулятор ГПР-21, також відкривають і вводять в зачеплення відсічною клапан по газу ГПО-21 і відкривають засувку ЦПК-21. Продування газопровід котла роблять через свічку ДПС-24. Закінчення продування визначають за вмістом кисню в пробах, відібраних через кран після засувки ДПС-24. У двох послідовно відібраних пробах вміст кисню не повинен перевищувати 1%. Після цього засувку ДПС-24 закривають.
Також готують захисно-запальне пристрій. Для чого відкривають вентиль подачі газу на запальники ГЗУ-21, продувають газопровід до запальника через свічку ДПС-20. Тут також закінчення продувки визначають за вмістом кисню в пробах, відібраних через кран після вентиля ДПС-20. У двох послідовно відібраних пробах вміст кисню не повинен перевищувати 1%. Після чого вентиль ДПС-20 закривають. Далі включають у роботу всі прилади і манометри по тиску і витрати газу в газопроводі і у пальників.
Після того, як підготували газопровід роблять підготовку повітроводів котла. Спочатку закривають напрямні апарати дуттьових вентиляторів ВЗР-1, Дор-2. Після закривають шибери Вз-21, Вз-22 від вентилятора ДВ-2 і шибери ВЗГ-1, ВЗГ-3 на пальники NN 1,3. Потім відкривають шибери Вз-11, Вз-12 від вентилятора ДВ-1 і відкривають шибер ВЗГ-2 на пальник № 2.
Далі проводять вентиляцію топки і газоходів. Закривають направляючий апарат димососа. Потім включають електродвигун димососа і перевіряють за амперметру навантаження. Закривають направляючий апарат ДВ-1, Дор-1 і включають електродвигун
вентилятора, одночасно перевіряють навантаження по амперметру. Відкривають направляючі апарати димососа і вентилятора і встановлюють витрату повітря 35 тис. м 3 / год. Крім цього регулюють розрідження в топці 2-3 кг / м 2 і вентилюють топку та газоходи протягом 15 хвилин.
Потім проводять запалення пальника № 2, де відключають тумблером на ЦТЩУ-1 загальну захист по згасання факела. Встановлюють ключ запалювання на місцевому щиті розпалювання в положення "вкл" і включають тумблер захисту за згасання факела в топці для пальника № 2 - на місцевому щиті розпалювання. Встановлюють регулятором ВЗР-1 тиск повітря в повітроводі 50-55 кг / м 2, а розрідження в топці напрямним апаратом димососа встановлюють 3-5 кг / м 2. Включають ключ захисту, при цьому включаються всі види захисту, крім захисту за згасання факела. Регулятор ГПР-21 відкривається на 10-20% з дистанційного вказівником положення. Відкривають дистанційно кнопкою зі щита або за місцем засувку з електроприводом ГПГ-22. Видаляють фотодатчик контролю факела з каналу. При натисканні кнопки "вкл" на приладі ЗЗП пальника № 2, загоряється газ на запальника. Газ спалахує при відкритті засувки ГПГ-220. Одночасно ведеться контроль розрідження в топці в межах 3-5 кг / м 2. Закривають вентиль свічки безпеки ДПС-22 і встановлюють фотодатчик контролю факела на місце. Факел запальника при цьому гасне. При натисканні кнопки "викл" на приладі ЗЗП згасне ручної запальник. Потім встановлюють ключ запалювання в положення "викл" і регуляторами ГПР-21, Дор-1, і напрямним апаратом димососа встановлюють тиск газу і повітря відповідно до режимної карти, розрідження при цьому 2-3 кг / м 2. В кінці всього циклу включається загальний тумблер захисту за згасання факела в топці на ЦТЩУ-1.
Далі проводять розпалювання пальників № № 1,3. Закривають направляючий апарат ДВ-2 Дор-2. Включають електродвигун вентилятора і перевіряють навантаження по амперметру. Відкривають шибери Вз-21, Вз-22 і поступово відкривають шибери ВЗГ-1 і ВЗГ-3. При цьому підтримують тиск повітря в загальному повітроводі не нижче 150 кг / см 2 регуляторами ВЗР-1 і ВЗР-2, розподіляючи навантаження двох вентиляторів порівну. Напрямним апаратом димососа підтримують розрідження в топці 3-5 кг / см 2. Відключають тумблером на ЦТЩУ-1 загальну захист по згасання факела. Встановлюють ключ запалювання на місцевому щиті розпалювання в положення "Вкл" і включають тумблер захисту за згасання факела в топці для пальника № 1 - на місцевому щиті розпалювання. Відкривають дистанційно кнопкою зі щита або за місцем засувку з електроприводом ГПГ-21. Видаляють фотодатчик контролю факела з каналу. При натисканні кнопки "вкл" на приладі ЗЗП пальника № 1, загоряється газ на запальника. Газ відразу ж спалахує при відкритті засувки ГПГ-210. При цьому ведеться контроль розрідження в топці в межах 3-5 кг / м 2. Закривається вентиль свічки безпеки ДПС-21 і встановлюється фотодатчик контролю факела на місце. При цьому факел запальника гасне. При натисканні кнопки "викл" на приладі ЗЗП гасне ручної запальник. Встановлюють ключ запалювання в положення "викл". Встановлюють ключ запалювання на місцевому щиті розпалювання в положення "вкл" і включають тумблер захисту за згасання факела в топці для пальника № 3 - на місцевому щиті розпалювання. Відкривають дистанційно кнопкою зі щита або за місцем засувку з електроприводом ГПГ-23. Виводять фотодатчик контролю факела з каналу. При натисканні кнопки "вкл" на приладі ЗЗП пальника № 3, загоряється газ на запальника. При відкритті засувки ГПГ-230, газ відразу ж спалахує. Одночасно ведеться контроль розрідження в топці межах 3-5 кг / м 2. Закривають вентиль свічки безпеки ДПС-23 і встановлюють фотодатчик контролю факела на місце. Факел запальника гасне. При натисканні кнопки "викл" на приладі ЗЗП гасне ручної запальник і встановлюють ключ запалювання в положення "викл".
Після розпалу всіх пальників перевіряють роботу приладів з контролю факела на кожну конфорку; при стійкому горінні на приладах повинні горіти зелені лампи "факел є". При наявності 3-х зелених лампочок - включають загальний тумблер захисту за згасання факела на ЦТЩУ-1.
Встановлюють регуляторами ГПР-21, Дор-1, Дор-2, напрямним апаратом димососа тиск газу і повітря перед пальниками, розрідження в топці згідно режимній карті.
Розпалювання пальників і збільшення витрати газу на спалювання регулятором ГПР-21 виконують таким чином, щоб температура мережної води на виході з котла піднімалася зі швидкістю не більше 30 0 С за годину. Під час підйому температури води в котлі стежать за переміщенням елементів котла при тепловому розширенні за покажчиками переміщення (реперам).
Якщо в процесі розпалювання не загориться або згасне один пальник (при працюючих інших), закривають подачу газу на цей пальник і відключають ЗЗП цього пальника. Після усувають причину згасання і продувають пальник повітрям. Потім приступають до повторного розпалювання.
У разі повного обриву факела в топці негайно припиняють подачу газу до котла (закривають ГПО-21, ГПК-21, ГПГ-21, 22, 23, 210, 220, 230 і відкривають ДПС-21, ДПС-22, ДПС-23) , ключ запалювання ставлять в положення "викл" і усувають причину згасання. Далі вентилюють топку та газоходи протягом 15 хвилин і приступають до повторного розпалювання.
Процес переведення котла з газу на мазут. Переклад котла із спалювання одного виду палива на інший здійснюється за наступною схемою. Переводять ключ вибору палива з положення "газ" у положення "нейтр" і готують мазутопроводи котла. Для цього закривають арматуру мазутопроводов на всі котли МВК-21, 22, 23, МВК-31, 32, 35, МВК-41, 42, 45. Готують схему подачі мазуту по трубопроводу № 1. Відкривають засувки на вузлі регулювання тиску мазуту МВЦ-1, МВЦ-3, МВЦ-4, відкривають регулятор МВЦР на 20% за вказівником положення і закривають засувки МВЦ-2, МВЦ-5. Перед цим подають заявку машиністу насосних установок по перекачуванню мазуту на включення насоса подачі мазуту до водогрійним котлів та встановлення циркуляції мазуту по кільцю "резервуари, мазуту-насос, мазуту-регулятор, МВЦР-резервуари мазуту". Далі слід запуск насоса подачі мазуту, встановлення циркуляції мазуту проводять відповідно до виробничо-технічною інструкцією з пуску, обслуговування та зупинки обладнання мазутного господарства котельні. Постійно ведеться контроль тиску мазуту в подаючому мазутопроводу № 1 перед регулятором МВЦР. Регулятором МВЦР встановлюють тиск мазуту перед ним не менше 20 кг / см 2. Слідом включається автоматика регулятора МВЦР для підтримки постійного тиску. При цьому перевіряється закриття вентилів на лінії подачі пари в мазутопроводу МВП-21, ПМП-26, наявність заглушки між ними і перевіряється закриття вентиля на МВС-2 на лінії дренажу мазутопроводу котла. Потім закриваються вентиля подачі мазуту до пальників МВГ-21, 22, 23, МВГ-210, 220, 230 і закриваються вентиля по пару на розпилювання мазуту ПМГ-21, 22, 23, і вентиля по пару на пропарку форсунок ПМП-21, 22 , 23. Відкривається і вводиться в зачеплення відсічною клапан МВКО-21. Відкриваються засувки МВК-21, 23, 24, 25 і відкривається регулюючий клапан МВРК-2, встановлюється циркуляція мазуту в мазутопроводу з тиском не менше 15 кг / см 2. Встановлюють форсунку № 2 в пальник № 2 і під'єднують форсунку по парі і мазуту. Потім подають пар в паропроводи котла. Відкривають вентиля ПМД-21, 22, 23, 24 по конденсату в конденсатний бак. Відкривають вентиль ПМГ-20 подачі пари в паропровід для розпилювання мазуту, прогрівають паропровід через вентиля ПМД-21, 22 і відкривають вентиль ПМП-20 подачі пари в паропровід для пропарювання форсунок, прогрівають паропровід через вентиль ПМД-22. Після всіх операцій закривають вентиль ПМД-22, дренаж конденсату з паропроводу проводять через кондесатоотводчік і вентиля ПМД-21, 23, 24. Відкривають вентиля ПМГ-22, ПМП-22 і перевіряють пором щільність приєднання форсунки до трубопроводів пари і мазуту. Закривають вентиля ПМГ-22, ПМП-22.
Далі дається вказівка машиністу насосних установок по перекачуванню мазуту підняти температуру мазуту до водогрійним котлам до 115-120 "С.
Проводиться вимір температури мазуту перед котлом ртутним термометром в кишені після витратомірний шайби на мазутопроводу котла.
Щоб перевести пальник № 2 на спалювання мазуту, відкривають вентиль з електроприводом МВГ-22. Відкривають вентиль ПМГ-22 і подають пар для розпилювання мазуту. Після відкривають вентиль МВГ-220 мазут загоряється. При цьому ведеться контроль розрідження в топці в межах 3-5 кг / см 2. Закривають засувки ГПГ-22, ГПГ-220, в той же час відкривають свічку ДПС-22 і стежать за процесом горіння. Факел повинен бути солом'яного кольору, бездимний, стійкий, без темних смуг і світяться "зірочок", відриву факела бути не повинно. При відриві факела підтягують його до амбразури, для чого прикривають шибер ВЗГ-2 і закрити засувку на лінії рециркуляції мазуту МВК-25.
Переклад пальника № 1 на спалювання мазуту здійснюється приблизно за такою ж схемою. Встановлюють форсунку № 1 в пальник № 1 і під'єднують форсунку по парі і мазуту. Потім відкривають вентиль з електроприводом МВГ-21, вентиль ПМГ-21 і подають пар для розпилювання мазуту. Після цього мазут спалахує при відкритті вентиля МВГ-210. Так само ведеться контроль розрідження в топці в межах 3-5 кг / см 2. Потім закриваються засувки ГПГ-21, ГПГ-210, відкриваючи свічку ДПС-21. Протягом усього циклу стежать за процесом горіння. Факел повинен бути солом'яного кольору, бездимний, стійкий, без темних смуг і світяться "зірочок", відриву факела бути не повинно. При відриві факела підтягують його до амбразури, для чого прикривають шибер ВЗГ-1.
Аналогічно перекладають і пальник № 3 на спалювання мазуту. Встановлюють форсунку № 3 в пальник № 3.Подсоедіняют форсунку по парі і мазуту. Далі відкривають вентиль з електроприводом МВГ-23. Відкривають вентиль ПМГ-23 і подають пар для розпилювання мазуту. Відкриваючи вентиль МВГ-230 мазут відразу ж спалахує. При цьому ведеться контроль розрідження в топці в межах 3-5 кг / см 2. Потім засувки ГПГ-23, ГПГ-230 закриваються, відкриваючи свічку ДПС-23. Тут так само факел повинен бути солом'яного кольору, бездимний, стійкий, без темних смуг і світяться "зірочок", відриву факела бути не повинно. При відриві факела підтягують його до амбразури, для чого прикривають шибер ВЗГ-3.
Останніми етапами є закриття засувки ЦПК-21, відкриття свічки ДПС-24 і установка ключа вибору палива в положення "мазут", при цьому автоматично закриється відсічною клапан ГПО-21.
При плановому перекладі котла на спалювання мазуту строком більш ніж на 3 доби, встановлюють поворотну заглушку після засувки ЦПК-21 в положення "закрито".
Процес розпалювання котла на мазуті. Для розпалювання на мазуті готують паро-мазутопроводи котла. Потім закривають арматуру мазутопроводов на всі котли МВК-21, 22, 23, МВК-31, 32, 35, МВК-41, 42, 45. Готують схему подачі мазуту по трубопроводу № 1, для чого відкривають засувки на вузлі регулювання тиску мазуту МВЦ-1, МВЦ-3, МВЦ-4 і відкривають регулятор МВЦР на 20% за вказівником положення. Одночасно закриваються засувки МВЦ-2, МВЦ-5. Перед цим подається заявка машиністу насосних установок по перекачуванню мазуту на включення насоса подачі мазуту до водогрійним котлів та встановлення циркуляції мазуту по кільцю "резервуари, мазуту-насос, мазуту-регулятор, МВЦР-резервуари мазуту". У подаючому мазутопроводу № 1 перед регулятором МВЦР ведеться контроль тиску мазуту. Перед регулятором МВЦР встановлюється тиск мазуту 20 кг / см 2. Далі включається автоматика регулятора МВЦР для підтримки постійного тиску. Перевіряється закриття вентилів на лінії подачі пари в мазутопроводу МВП-21, ПМП-26, наявність заглушки між ними і закриття вентиля МВС-2 на лінії дренажу мазутопроводу котла. Закриваються вентиля подачі мазуту до пальників МВГ-21, 22, 23, МВГ-210, 220, 230. Так само закриваються вентиля по пару на розпилювання мазуту ПМГ-21, 22, 23 і вентиля по пару на пропарку форсунок ПМП-21, 22, 23. Проводиться перевірка закриття всієї арматури по газу ЦПК-21, ГПО-21, ГПР-21, ГПГ-21, 22, 23, 210, 220, 230 і відкриття свічок ДПС-21, 22, 23, 24, 20. Потім встановлюють ключ вибору палива в положення "мазут". Відкривають і вводять в зачеплення відсічною клапан МВКО-21. Відкривають засувки МВК-21, 23, 24, 25. Відкривають регулюючий клапан МВРК-2 і встановлюють циркуляцію мазуту в мазутопроводу і тиск 15 кг / см 2. Далі встановлюють форсунку № 2 в пальник № 2 і під'єднують форсунку по парі і мазуту.
Подаючи пар в паропроводи котла відкривають вентиля ПМД-21, 22, 23, 24 по конденсату в конденсатний бак і вентиль ПМГ-20 подачі пари в паропровід для розпилювання мазуту, прогріваючи паропровід через вентиля ПМД-21, 22. Відкривають вентиль ПМП-20 подачі пари в паропровід для пропарювання форсунок і прогрівають паропровід через вентиль ПМД-22. Після закривають вентиль ПМД-22, дренаж конденсату з паропроводу проводять через кондесатоотводчік і вентиля ПМД-21, 23, 24. Відкриваючи вентиля ПМГ-22, ПМП-22, перевіряють пором щільність приєднання форсунки до трубопроводів пари і мазуту. Після всієї операції закривають вентиля ПМГ-22, ПМП-22.
Для підготовки повітроводів котла закривають напрямні апарати дуттьових вентиляторів ВЗР-1, Дор-2 і шибери Вз-21, Вз-22 від вентилятора ДВ-2, шибери ВЗГ-1, ВЗГ-3 на пальники № № 1,3. Відкривають шибери Вз-11, Вз-12 від вентилятора ДВ-1, і шибер ВЗГ-2 на пальник № 2.
Вентиляція топки і газоходів проводять таким чином. Закривають направляючий апарат димососа і включають електродвигун димососа, перевіряючи по амперметрі навантаження. Далі закрити направляючий апарат ДВ-1 ВЗР-1 і включають електродвигун вентилятора, перевіряючи навантаження по амперметру. Відкривають направляючі апарати димососа і вентилятора, при витраті повітря 35 тис. м 3 / год і регулюють розрідження в топці 2-3 кг / м 2. Потім вентилюють топку та газоходи протягом 15 хвилин.
Дають вказівку машиністу насосних установок по перекачуванню мазуту для підняття температури мазуту до водогрійним котлам до 115-120 "С.
Заміряють температуру мазуту перед котлом ртутним термометром в кишені після витратомірний шайби на мазутопроводу котла.
Готують захисно-запальне пристрій для чого перемикають редуктор засувки ЦПК-21 на ручний привід і відкривають засувку ЦПК-21. Відкривають вентиль подачі газу на запальники ГЗУ-21 і потім продувають газопровід до запальника через свічку ДПС-20. Закінчення продування визначають за вмістом кисню в пробах, відібраних через кран після вентиля ДПС-20. У двох послідовно відібраних пробах вміст кисню не повинен перевищувати 1%, після чого вентиль ДПС-20 закривають.
Запалення пальника № 2 відбувається наступним способом. Відключають тумблером на ЦТЩУ-1 загальну захист по згасання факела і встановлюють ключ запалювання на місцевому щиті розпалювання в положення "Вкл". Включають тумблер захисту за згасання факела в топці для пальника № 2 - на місцевому щиті розпалу й видаляють фотодатчик контролю факела з каналу. Встановлюють регулятором ВЗР-1 тиск повітря в повітроводі 50-55 кг / м 2, а розрідження в топці напрямним апаратом димососа 3-5 кг / м 2. Потім встановлюють ключ захистів в положення включено. При цьому включаються всі види захисту, крім захисту за згасання факела. Потім відкривають вентиль з електроприводом МВГ-22, вентиль ПМГ-22 і подають пар для розпилювання мазуту. При натисканні кнопки "вкл" на приладі ЗЗП пальника № 2, загоряється газ на запальника. При відкритті вентиля МВГ-220, загоряється мазут, при цьому розрідження в топці, 3-5 кг / см 2. Під час процесу горіння: факел повинен бути солом'яного кольору, бездимний, стійкий, без темних смуг і світяться "зірочок" і відриву факела бути не повинно. При відриві факела підтягують його до амбразури, для чого прикривають шибер ВЗГ-2 або зменшують регулятором ВЗР-1 тиск повітря. Встановлюють фотодатчик контролю факела на місце, при цьому факел запальника гасне і натискають кнопку "вимк" на приладі ЗЗП. Встановлюють ключ запалювання в положення "викл". Після включають загальний тумблер захисту за згасання факела в топці на ЦТЩУ-1 і закривають засувку на лінії рециркуляції мазуту МВК-25. Якщо в процесі розпалювання в форсунці мазут не загорівся, негайно закривають вентиля МВГ-22, 220, виводять ручної запальник з пальника і гасять його і вентилюють пальник, топку і газоходи котла протягом 10 хвилин при витраті повітря 35 тис. м 3 / год. Після усунення причини не займання приступають до повторного розпалювання.
Розпалювання пальників № № 1, 3 проводять таким чином. Закривають направляючий апарат ДВ-2 Дор-2 і включають електродвигун вентилятора, при цьому перевіряють навантаження по амперметру. Відкривають шибери Вз-21, Вз-22 і поступово відкривають шибери ВЗГ-1 і ВЗГ-3, при цьому підтримують тиск повітря в загальному повітроводі 150 кг / см 2 регуляторами ВЗР-1 і ВЗР-2, розподіляючи навантаження двох вентиляторів порівну. Напрямним апаратом димососа підтримують розрідження в топці 3-5 кг / см 2. Відключають тумблером на ЦТЩУ-1 загальну захист по згасання факела і відкривають вентиль з електроприводом МВГ-21. При відкритті вентиля ПМГ-21, подають пар для розпилювання мазуту. Встановлюють ключ запалювання на місцевому щиті розпалювання в положення "Вкл" і включають тумблер захисту за згасання факела в топці для пальника № 1 - на місцевому щиті розпалювання. Забирають фотодатчик контролю факела з каналу і натискають кнопку "вкл" на приладі ЗЗП пальника № 1, при цьому загоряється газ на запальника. При відкритті вентиля МВГ-210 мазут відразу ж спалахує. Одночасно ведеться контроль розрідження в топці, де підтримують його в межах 3-5 кг / см 2. Встановлюють фотодатчик контролю факела на місце, при цьому факел запальника гасне і натискають кнопку "вимк" на приладі ЗЗП. Встановлюють ключ запалювання в положення "викл" і відкривають вентиль ПМГ-23, одночасно подають пар для розпилювання мазуту. Встановлюють ключ запалювання на місцевому щиті розпалювання в положення "Вкл". Після включають тумблер захисту за згасання факела в топці для пальника № 3 - на місцевому щиті розпалу й прибирають фотодатчик контролю факела з каналу. При натисканні кнопки "вкл" на приладі ЗЗП пальника № 3, загоряється газ на запальника. Відкривають вентиль МВГ-230, при цьому загоряється мазут. Протягом всього процесу ведеться контроль розрідження в топці, де підтримують його в межах 3-5 кг / см 2. Після зроблених операцій встановлюють фотодатчик контролю факела на місце, при цьому факел запальника гасне. Натискають кнопку "вимк" на приладі ЗЗП та встановлюють ключ запалювання в положення "викл". Якщо в процесі розпалювання не зайнялася або погасла одна форсунка (при працюючих інших), закривають подачу мазуту на неї, гасять запальник ЗЗП та усувають причину згасання, продуваючи пальник повітрям. Після чого приступають до повторного розпалювання.
Після розпалу всіх форсунок перевіряють роботу приладів з контролю факела на кожну конфорку; при стійкому горінні на приладах повинні горіти зелені лампи "факел є". При наявності 3-х зелених лампочок - включають загальний тумблер захисту за згасання факела на ЦТЩУ-1.
Встановлюють регуляторами МВРК-2, Дор-1, Дор-2, напрямним апаратом димососа тиск мазуту та повітря перед пальниками, розрідження в топці згідно режимній карті.
Розпалювання пальників і збільшення витрати мазуту на спалювання регулятором МВРК-2 виконують таким чином, щоб температура мережної води на виході з котла піднімалася зі швидкістю не більше 30 0 С за годину. Під час підйому температури води в котлі стежать за переміщенням елементів котла при тепловому розширенні за покажчиками переміщення (реперам).
1.1.4 Опис сигналів, які у роботі
Інформацію про стан об'єкта управління можна отримати через сигнали, наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Використовувані в роботі сигнали.
Найменування сигналу
Витрата газу
Витрата мазуту
Температура прямої мережевої води
Температура зворотної мережної води
Тиск первинного повітря
Тиск розрідження в топці
Витрата повітря дуттєвого вентилятора № 1
Витрата повітря дуттєвого вентилятора № 2
Вміст кисню
1.2 Характеристика існуючої АСУ ТП промислової котельні
1.2.1 Структура АСУ ТП промислової котельні
Основним завданням промислової котельні є вироблення перегрітої пари і теплофікаційної води для потреб комбінату.
За роботу всієї котельні відповідає, застаріла морально і технічно, релейна система управління, що вимагає своєї повної заміни на більш сучасне обладнання.
1.2.2 Функції і основні робочі характеристики АСУ ТП промислової котельні
Комплекс завдань, що вирішуються АСУ ТП промкотельной, призначений для збору інформації з усіх об'єктів управління, вироблення керуючих впливів, забезпечення керівництва та виробничого персоналу цеху інформацією про виконання плану з виробництва, роботі агрегатів цеху, з метою оцінки ходу виробництва і виявленні можливостей підвищення ефективності управління виробництвом .
1.2.3 Система автоматичного керування роботою котла КВГМ-100
Робота водогрійного котла проходить у кілька стадій. Ходом процесу управляє автоматична система, точно дотримує всі умови. Електрична частина схеми системи наведена в додатку 1.
Схема автоматизації регулювання і контролю котлоагрегату передбачають наступні системи:
Система автоматичного регулювання та контролю теплового навантаження котла.
Регулятор теплового навантаження працює від двох параметрів:
Перепад тиску, пропорційний витраті води створюється на діафрагмі ДКС 10 - 200 - А / Г (ВК-52), встановленої на водопроводі, перетвориться вимірювальним перетворювачем САПФІР-22М (57 / 2) в уніфікований струмовий сигнал 0 - 5 мА і подається на блок добування кореня БИК-1 (57 / 3), призначений для лінеаризації статичної характеристики перетворювача САПФІР-22М, з виходу якого надходить на регулятор РС 29.0.12 (57 / 4) і на вторинний прилад А542. Сигнал по зміні перепаду температури води на виході вимірюється за допомогою перетворювача САПФІР-22М. Уніфікований сигнал надходить на регулятор РС 29.0.12 і на вторинний прилад А542.
У регуляторі відбувається підсумовування сигналів (витрата газу і температура води) з перетворювачів із заданим значенням. Якщо ці величини рівні, то регулятор не робить впливу на об'єкт. Якщо регульований параметр відхиляється від заданого значення, то на виході регулятора виробляється імпульсний сигнал, який в підсилювачі У29.3 перетворюється на зміну стану безконтактних ключів. Підсилювач У29.3 має три безконтактних ключа для управління виконавчим механізмом МЕВ (57 / 6), вал якого через систему тяг і важелів зчленований з регулюючим органом КРП 100 (57), що змінює подачу газу в топку котла.
Система автоматичного регулювання та контролю загального повітря.
Вимірювання витрати газу та повітря проводиться перетворювачем САПФІР-22ДД (65 / 2, 65 / 3). Сигнал 0 - 5 мА з перетворювача поступає на блок виведення кореня БИК-1 призначеної для лінеаризації статичної характеристики перетворювача САПФІР-22ДД. Сигнал 0 -5 мА з блоку виведення кореня БИК-1 надходить на вторинний прилад А 542 та на регулятор РС 29.0.12 (65 / 1).
У регуляторі РС 29 відбувається підсумовування двох вступників сигналів, а потім порівняння їх із заданим завданням. Якщо регульований параметр відхиляється від заданого значення, то на виході електронного блоку регулятора з'являється сигнал неузгодженості. При цьому на виході регулятора виробляється імпульсний сигнал (24 В), який подається на підсилювач У29.3. Підсилювач У29.3 управляє виконавчим механізмом МЕВ (65/14; 65/15), який за допомогою регулюючого органу змінює подачу повітря. У даній системі ведеться корекція по закладеному в регулятор графіком співвідношення "газ - повітря".
Система автоматичного регулювання та контролю розрідження в топці котла.
Тиск в топці котла вимірюється за допомогою перетворювача САПФІР-22М-2310 (66 / 2). Сигнал з перетворювача поступає на вторинний прилад А 542 та на регулятор РС 29.0.12 (66 / 1). У разі відхилення регульованого параметра регулятора РС 29, який за допомогою підсилювача У 29.3 живить електродвигун виконавчого механізму МЕО (66 / 5), що змінює положення направляючих апаратів димососа.
Система контролю тиску.
Тиск газу, повітря, а також води вимірюється манометрами ОБМ.
Система автоматичного контролю температури.
Вимірювання температури проводиться за допомогою термоелектричних термометрів ТХА-0179. Сигнал з термоелектричних термометрів надходить на вторинний реєструючий і показує прилад А 542 (52 / 6).
За роботу системи автоматичного регулювання процесу вироблення теплофікаційної води відповідають застарілі прилади.
Котельня обладнана локальними регуляторами серії РС 29 різних модифікацій: для регулювання тиску РС 29.0, для регулювання розрядження РС 29.1, для регулювання температури РС 29.2. Ці регулятори розташовані в щиті, який знаходиться в операторної кімнаті.
Дані регулятори стежать за наступними технологічними параметрами:
витрата води через котел, тиск повітря перед пальником, розрідження в топці, температура води перед ХВО, температура води перед деаератором, температура води після деаератора, рівень води в деаератори, тиск у всмоктуючому колекторі мережних насосів, рівень води в баку акумуляторі підживлення.
У котельні застосовуються вимірювальні перетворювачі САПФІР-22 призначені для роботи в системах автоматичного контролю, регулювання та управління технологічними процесами і забезпечують безперервне перетворення значення вимірюваного параметра - тиску надлишкового, абсолютного, розрідження, різниці тисків нейтральних і агресивних середовищ в уніфікований струмовий вихідний сигнал дистанційної передачі.
У котельні також встановлені виконавчі електричні однооборотние механізми постійної швидкості МЕО-25/25 - 0,25, призначені для переміщення регулюючих органів у системах автоматичного регулювання технологічними процесами відповідно до командними сигналами автоматичних регулюючих і керуючих пристроїв.
На щит у операторної кімнаті також виведені параметри води, природного газу, мазуту, димових газів, які реєструються на приладах А 542, обладнаних самописцями. Прилади аналогові показуючі одноканальні і двоканальні А 542 призначені для вимірювання сили та напруги постійного струму, а також неелектричних величин, перетворених в електричні сигнали.
1.2.4 Проблеми в системі управління і контролю за технологічними процесами
Існуючий рівень автоматизації промислової котельні породжує велику кількість проблем в системі управління і контролю за технологічними процесами.
Струмові перетворювачі, підключені до датчиків тиску і температури, видають уніфіковані сигнали 0 - 5 мА. У разі відсутності контакту у реле, струму в вимірювальної ланцюга немає, і на вхід регулятора нічого не надходить. Регулятор сприймає це, як відсутність тиску в котлі і прагне якомога швидше зменшити помилку, тобто подається сигнал на максимальне відкриття клапана подачі газу в котел. Це може призвести до розриву котла і великої аварії, що тягне за собою людські жертви. При нагріванні такого великого судини необхідно суворо дотримуватися динаміку зростання температури, для рівномірного прогріву його стінок.
У робочого персоналу виникають труднощі і при експлуатації, і ремонті реєструючої і показує і апаратури. Багато приладів, встановлені тут, вимагають серйозної конструктивної доопрацювання. Абсолютно не продумана система візуалізації ходу процесу. Оператор бачить не істинні графіки зміни робочих параметрів, а лише їх відображення самописними приладами (це дуже незручно). При виникненні необхідності в оператора переглянути хід процесу однієї з минулих змін, йому знадобиться витратити багато часу, щоб відмотати діаграмних паперів тому. Потрібно так само багато часу, щоб зіставити діаграму з самописця з еталонним графіком зміни параметра (у випадку, якщо це необхідно). Постійна нестача спеціального паперу, пір'я, капілярів, чорнила - ускладнює експлуатацію. Великі незручності створює наявність різних типів самописних приладів, що вимагають суворо визначених витратних матеріалів.
1.3 Постановка завдання на розробку системи автоматичного управління
Проект, за яким будувалася виробнича котельня, був розроблений у 70-х роках. А за останній час рівень розвитку електроніки та мікроелектроніки багаторазово зріс. Існуючий рівень автоматизації перестав задовольняти зростаючим вимоги нашого часу. Низька надійність і точність апаратури призводять до великих економічних витрат і погіршення умов праці. Повніше про проблеми, що виникають у системі управління і контролю за технологічним обладнанням, описано в пункті 1.3.1.
Основна мета розробки нової системи - підвищення економічної ефективності виробництва.
Основні функції створюваної системи полягають в наступному:
Управління роботою технологічного об'єкта;
Надання можливості оперативного контролю;
Ведення інформаційної бази про об'єкт управління;
Моніторинг процесу.
Грунтуючись на практиці впровадження автоматичних систем управління на інших підприємствах подібного профілю, пропонується встановити на промислову котельню одну із систем, призначену для вирішення завдань автоматичного управління технологічним процесом у реальному масштабі часу, що має розподілену структуру і взаємодіє з об'єктом управління через мікропроцесорний контролер. Інформація про контрольованих і регульованих параметрах буде надходити на контролер (дивися малюнок 7). Він буде її обробляти і видавати керуючі впливу, згідно з закладеною в нього програми. Далі інформація про об'єкт управління передається на провідну систему, яка управляє роботою самого контролера. Введення такої ієрархії дозволяє чітко розподілити функції між системами. Провідна система буде встановлена на ПЕОМ, міцно увійшла в усі сфери людської діяльності і довела своє право на існування.
Основні функції контролера будуть полягати в наступному:
Отримання контрольованих параметрів від об'єкта управління;
Передача даних параметрів на ПЕОМ;
Управління ходом технологічного процесу шляхом вироблення керуючих сигналів і передачі їх відповідних пристроїв, згідно закладеному алгоритмом роботи.
Заміна контролером, що існує зараз обладнання, дозволить точно дотримуватися технологічні умови виробництва продукту, що призведе до підвищення його якості. Адже точність механічного завдання алгоритму роботи неможливо порівняти з програмою, записаною у вигляді машинних кодів. Значно зменшиться час, що витрачається робочим персоналом, на обслуговування обладнання. Знизяться матеріальні витрати, пов'язані з повіркою і ремонтом приладів. Розмір робочих площ, на яких встановлено це обладнання в багато разів скоротиться, що дозволить використовувати їх в інших цілях.
Провідна операційна система реалізує наступні функції:
Управління роботою контролерів, підключених до неї;
Створення та ведення бази даних контрольованих параметрів об'єкта управління;
Візуалізація протікання процесу;
Забезпечення інтерфейсу "людина - машина";
Генерування і зберігання рапортів;
Підготовка та виведення на друк відеокадрів і технологічної інформації.
Віртуальна схема розробляється системи наведена на рисунку 8.
Описані вище функції були реалізовані і на старому обладнанні, із застосуванням приладів, що показують і самописців. Однак, така реалізація є не задовільною. Мала надійність, конструктивне недосконалість, велика кількість витрачених матеріалів і незручність доступу до раніше записаної інформації поставили питання про заміну їх на більш досконалу техніку. Величезна кількість самописців і приладів, що показують буде замінено на одну локальну технічну станцію, яка містить в собі ПЕОМ, програмне забезпечення та засоби відображення інформації. Обладнання однієї такої станції обійдеться в 4 - 5 разів дешевше, ніж установка на об'єкті останніх модифікацій працюють зараз приладів. Вся інформація буде стікатися сюди, що значно полегшить роботу оператора і підвищить якість оперативного контролю.
Великим плюсом буде те, що перебіг процесу буде представлено у більш зручному для людини вигляді. Так само, на даному етапі вийде велика економія матеріальних засобів.
Після впровадження системи в цілому, полегшиться оперативний контроль і управління, підвищиться безпека умов праці. Не можна забувати і про те, що перехід на більш сучасне устаткування, призведе до підвищення моральної культури виробництва і дасть поштовх робочому персоналу до свого професійного вдосконалення.
1.3.1 Огляд існуючих методів вирішення поставленого завдання
У результаті сформованої ситуації, коли існуючий рівень автоматизації не задовольняє зростаючим вимогам по більш високої точності ведення технологічного процесу, необхідно знайти шляхи виходу з такого становища. Існує кілька варіантів.
Перший варіант - найпростіший, але не найкращий. Можна зробити заміну існуючої контрольно-вимірювальної апаратури на більш сучасні модифікації, встановлених тут моделей, залишивши, при цьому, в незмінному вигляді ідеологію системи. Замість працюють зараз регуляторів, встановити сучасні регулюючі прилади типу "Протар-110".
Дані регулятори дозволяють адаптувати себе під специфіку технологічного процесу за допомогою програмування. Замість встановленого струмового перетворювача, можна застосувати новий, типу Ш-711, багатоканальний, з процесорної обробкою сигналу, або встановити інтелектуальні датчики. А в якості реєструючої апаратури поставити одноканальні прилади Диск-250. Однак таким удосконаленням можна вирішити лише частина проблем, що виникли в даний час. Кількість встановленого обладнання не зменшиться, так само гостро стоятиме проблема з матеріалами, що витрачаються, запасними частинами і ремонтом, а з матеріальних витрат даний варіант найдорожчий, навіть у порівнянні з другим варіантом.
Другий варіант полягає в деякій зміні існуючої структури системи, надавши контроль і управління за технологічним процесом мікропроцесорній контролеру. Такий контролер дозволить управляти відразу декількома об'єктами і замінить собою деяке число регуляторів і морально застарілі програмні задатчики. З установкою контролера підвищиться надійність всієї системи і точність управління технологічним процесом, зменшиться час, що витрачається на ремонт обладнання. Незмінними залишаться пристрою відображення і реєстрації даних. При такій реалізації можна отримати виграш і в матеріальному плані. Однак і цей спосіб не найкращий.
Третій варіант вирішить практично всі проблеми, що виникають до системи контролю та управління за технологічним процесом. Встановивши на заводі мікропроцесорні контролери та систему автоматизованого управління технологічним процесом, можна домогтися позитивного результату. Система автоматизованого управління буде взаємодіяти з об'єктом управління через контролер і дозволить прибрати практично всі застаріле обладнання, а також буде встановлено ПЧ. До її складу також увійде локальна технологічна станція, куди буде стікатися вся інформація. Позитивно зважаться завдання з моніторингу та архівації ходу процесу, спроститься оперативний контроль. А в матеріальному відношенні встановлення такої системи обійдеться значно дешевше, ніж реалізація двох перших способів, дивись таблицю 2.
Таблиця 2. Вартість обладнання в рублях.
Найменування устаткування | Варіант 1 | Варіант 2 | Варіант 3 | |||
Кількість | Ціна | Кількість | Ціна | Кількість | Ціна | |
Термоперетворювач Ш-711 | 12 | 117600 | - | - | - | - |
Задатчик | 24 | 23520 | - | - | - | - |
Регулятор "Протар 110" | 12 | 274400 | - | - | - | - |
Прилад А542 | 12 | 148960 | - | - | - | - |
Прилад "Диск 250" | - | - | 36 | 176400 | - | - |
Дуп - М | 24 | 25088 | 24 | 25088 | 24 | 25088 |
Блок живлення | 4 | 26132 | 2 | 13066 | 2 | 13066 |
Контролер "Ремиконт 112" | - | - | 1 | 42666 | 1 | 42666 |
Частотний перетворювач "VEB" | - | - | - | - | 1 | 84000 |
ПЕОМ | - | - | - | - | 1 | 13070 |
Разом | 615700 | 257220 | 177890 | |||
1.4 Розробка функціональної схеми і розрахунок математичної моделі
1.4.1 Опис функціональної схеми
Функціональна схема в проекті, що розробляється (див. додаток 2) відображає принцип передачі сигналів з котлоагрегату на контролер та передачі цієї інформації на ПЕОМ. Де оператор може контролювати й регулювати через ПЕОМ зміна параметрів під заданий рівень.
На водогрійному котлі КВГМ-100 встановлені датчики тиску і температури, які знімають параметри: витрата газу, витрата мазуту, температуру зворотної та прямої мережевої води, тиск первинного повітря, тиск розрядження в топці котла, витрата повітря дуттєвого вентилятора № 1,2 і вміст кисню О 2.
Після цього датчики передають струмовий сигнал з виміряними параметрами на мікропроцесорний контролер "Ремиконт-112". Контролер підключений до пульта управління і до ПЕОМ, на екран якої виводиться інформація у вигляді мнемосхем (детальніше в пункті 1.7.1.). Оператор може керувати ходом технологічного процесу змінюючи контрольовані параметри з пульта управління або з ПЕОМ.
1.4.2 Опис математичної моделі
Розглядаючи водогрійний котел в цілому можна виділити три основні контури: температури, тиску і співвідношення газ-повітря. Але основним все таки є контур по температурі (див. додаток 3).
Для аналізу спільної роботи інерційного контуру регулювання температури і малоінерційного контуру регулювання співвідношення розглянемо математичну модель двоконтурної системи.
Система регулювання температури в котлі є двоконтурної підлеглої. Зовнішній контур здійснює регулювання температури по сигналу неузгодженості витрати газу. Сигналу неузгодженості надходить на вхід регулятора подачі газу, з якого надходить на трипозиційний регулятор, який визначає напрямок обертання електродвигуна. Електродвигун за допомогою РВ керує положенням заслінки, внаслідок чого змінюється подача газу. З заслінки сигнал, що визначає витрату палива, надходить на об'єкт регулювання.
Внутрішній контур регулювання витрати повітря налаштований так, що здійснює подачу повітря в об'єкт регулювання в суворій відповідності з подачею палива, тому його можна представити як окремий контур.
Внутрішній контур здійснює регулювання витрати повітря за сигналом неузгодженості витрати. Сигнал завдання витрати виходить в результаті збільшення сигналу витрати палива в разів. Сигнал завдання витрати надходить на порівнює елемент. Сигнал неузгодженості витрати повітря надходить на регулятор витрати. З регулятора сигнал надходить на вентилятор з частотно - регульованим приводом, в результаті чого змінюється частота обертання валу двигуна вентилятора, і отже, витрата подається в пальник повітря.
Для знаходження невідомих коефіцієнтів скористаємося методом найменших квадратів.
Апріорно відомо, що
, (1.1)
тобто (1.2)
(1.3)
(1.4)
Звівши у квадрат і підсумувавши по всіх дискретним значенням отримаємо:
(1.5)
- Сума квадратів відхилень температур по всіх дискретним значенням. Програма на мові СІ, наведена в (додатку 7), знаходить мінімум функції F (К 2, Т) і як результат видає шукані коефіцієнти.
К 2 = 0,017 Т = 50 хв.
Програма моделювання перехідного процесу в системі і знаходження оптимальних налаштувань регулятора дозволяє наочно продемонструвати якість перехідного процесу, як при оптимальних настройках, так і при налаштуваннях, відмінних від оптимальних. В якості початкової умови для моделювання зміни температури води приймемо вихідну температуру 0 0 С, як завдання - температура 200 0 С без обмеження за швидкістю нагріву. Оптимальними настройками для нашої системи є:
Кп = 54,7
Ки = 1,8
Можна визначити значення коефіцієнтів до 2 - до 5, тобто ступінь впливу сигналів автопідстроювання на величини параметрів настройки регулятора. Беручи до уваги те, що автопідстроювання здійснюється по зміні величини одного і того ж сигналу, а отже значення сигналів на входах Х 2 - Х 5 будуть однакові розрахуємо:
((1.6) - (1.9))
1.4.3 Опис параметрів настройки
До 2 - до 5 - масштабні коефіцієнти, які визначають ступінь впливу сигналів автопідстроювання відповідно на параметри: Δ, Т М, К П, Т І (Т Д);
Н 3, Н 4 - відповідно поріг спрацьовування і гістерезис нуль-органу;
Δ - зона нечутливості;
До П - коефіцієнт пропорційності;
Т І, Т Д - постійні часу відповідно інтегрування і диференціювання;
Т М - коефіцієнт, зазвичай встановлюється рівним часу переміщення виконавчого механізму, відповідного 100%-му зміни регульованого параметра;
Т К - постійна часу динамічного балансування алгоритму.
1.5 Розробка алгоритму роботи котла КВГМ-100
1.5.1 Опис алгоритму роботи
Технологічний процес роботи котла КВГМ-100, складається з декількох етапів. Отже, і сама програма буде працювати, теж у кілька етапів.
Алгоритм роботи контролера Р-112 можна представити у вигляді:
Регулятора повітря;
Регулятора розрідження в топці котла.
Регулятор повітря. За допомогою ключа на пульті управління дискретний сигнал подається на дискретний вхід контролера "Ремиконт - 112". Звідки подається на 6 вхід алгоблок 2.8 (43 ПЕР) і інверсно на 7 вхід цього ж алгоблок. Згідно з логікою роботи алгоблок 43 ПРОВ, при наявності логічного одиниці на 6 вході включається 2 вхід алгоблок, який у свою чергу підключається до аналогового виходу (11) цього алгоблок. При наявності логічного одиниці на 7 вході, підключається 3 вхід алгоблок до аналогового виходу (11). Аналогові входу 2 і 3 масштабуються за допомогою коефіцієнтів К 2 і К 3. Тому є можливість масштабувати сигнал по тиску газу надходить з датчиків тиску у відповідності з кількістю обраних пальників (1 або більше).
Отмасштабовані сигнал тиску газу являє собою завдання по тиску повітря для регуляторів 2.7 (11 РІС) та 2.8 (02 РАН). Сигнал заводиться на 2-е входу регуляторів з інвертуванням.
У алгоблок 2.7 (11 РІС) інвертований сигнал по тиску повітря підсумовується з реальним значенням тиску повітря надходить з датчика тиску і формує сигнал неузгодженості відповідно до якого формується вихідний сигнал алгоблок 2.7 (11РІС). При негативному значенні
збільшується сигнал виходу і навпаки при позитивному значенні
зменшується сигнал виходу, при цьому домагаються, щоб
дорівнювала нулю. Сформований сигнал з виходу (11) подається на імпульсний вихід контролера Р-112 для управління виконавчим механізмом МЕВ. Аналогічно паралельно працює регулятор 2.8 (02РАН). З аналогового виходу (11) алгоблок 2.8 (02 РАН) сформований аналоговий сигнал подається на аналоговий вихід контролера для управління частотним перетворювачем (ПЧ).
При автоматичному режимі вихід аналогового регулятора 2.8 (02 РАН) підключається до виходу (11) цього ж алгоблок.
При відсутності автоматичного режиму алгоблок 2.8 (02РАН) переходить в режим спостереження, тобто на аналоговий вихід підключається 6 вхід алгоблок на який подається сигнал з ручного задатчика.
Регулятор розрідження в топці котла. Розрідження в топці котла знімається з двох датчиків (39а) і (39г). Оскільки сигнал нестабільний застосовується деякий перетворення у двох алгоблок 1.4 (23 СЛЖ) і 1.8 (53 ЗВТ). Сигнал з датчиків розрідження (39а) і (39г) приходить на 2 і 3 входи алгоблок 1.4 (23 СЛЖ) і на 1 і 3 входу алгоблок 1.8 (53 ЗВТ). На 2 вхід алгоблок 1.8 (53 ЗВТ) приходить усереднений сигнал з виходу (11) алгоблок 1.4 (23 СЛЖ). З виходу (11) алгоблок 1.8 (53 ЗВТ) обраний сигнал надходить на 2 входи імпульсного регулятора 2.1 (12 РІН) і регуляторів 3.1 (02 РАН) і 3.2 (02 РАН). Одночасно на ці ж алгоблок з виходу алгоблок 1.2 (34 КОР) надходить на 3 входи інверсний сигнал з датчиків витрати (41в) та (41д), спільно виводиться інформація на показує прилад вимірювання витрати встановлюваного за місцем (FI 41г).
При роботі на схемі з напрямними апаратами в роботу вступає імпульсний регулятор 2.1 (12 РІН). На 2 вхід надходить сигнал розрідження і на 3 вхід коллектірующій сигнал по витраті повітря з алгоблок 1.2 (34 КОР). Сигнал підсумовується із завданням, після чого відбувається розбаланс і формується керуючий сигнал. Далі керуючий сигнал надходить на алгоблок 2.2 (45 ІЗО) і 2.3 (45 ІЗО), крім того ці алгоблок необхідні для синхронізації напрямних апаратів димососів.
Попередньо відстеженою сигнал про стан виконавчого механізму (39ж) і (39м) надходить на 4 та 5 входу алгоблок 2.1 (12 РІН), що відповідає входам нуль-органу, де відбувається формування дискретного сигналу. Сформований дискретний сигнал з виходу 12.1 потрапляє на 2 і 3 входи алгоблоков (45 ІЗО) і з виходу 12.2 потрапляє на 3 та 2 входи цих же алгоблоков. У алгоблок (45 ІЗО) формується сигнал для управління виконавчими механізмами МЕО і якщо один направляючий апарат випереджає інше, то в цих алгоблок включається логіка "Заборони", що дозволяє синхронізувати направляючі апарати.
Крім цього є можливість роботи на одному димососи котла. Преключателямі (Д1) або (Д2) вибирають димосос, далі сигнал надходить на дискретний 8 вхід алгоблоков (45 ІЗО). З алгоблок 2.1 (12 РІН) сигнал буде вже надходити на 6 входу алгоблоков (45 ІЗО), що дозволяє не включати логіку "Заборон" і запускає в роботу один димосос.
Теж саме з урахуванням роботи аналогових регуляторів відбувається і під час роботи з ПЧ. При відсутності автоматичного режиму або виборі перетворювача алгоблок 3.1 (02 РАН) і 3.2 (02 РАН) знаходяться в режимі стеження, тобто відстежують сигнал задатчика на 6 входах. При наявності обох сигналах на вихід (11) цих алгоблоков подається сигнал сформований регулятором.
При однакових налаштуваннях регулятора на виході і формується однаковий сигнал і на входу 4 і 5 нуль-органу заводиться частота перетворювача.
Блок-схема алгоритму, таблиці коефіцієнтів та конфігурації наведені в додатку 4.
1.5.2 Стандартні алгоритми, застосовані в алгоритмі роботи
При розробці алгоритму, який керує роботою котла, використовувалися стандартні алгоритми з бібліотеки алгоритмів контролера Ремиконт. Їх назви приведені у таблиці 3.
Таблиця 3. Алгоритми з бібліотеки контролера Ремиконт.
Номер алгоблок
Код алгоритму
Повна назва алгоритму
2.8
43 ПРОВ
Переключення
1.2
34 КОР
Корінь квадратний
1.4
23 СЛЖ
Слідкування
1.8
53 ЗВТ
Середнє з трьох
2.1
12 РІН
ПІД імпульсний з нуль-органом
3.1
02 РАН
ПІД аналоговий з нуль-органом
3.2
02 РАН
ПІД аналоговий з нуль-органом
2.7
11 РІС
ПІД стандартний
2.8
02 РАН
ПІД аналоговий з нуль-органом
2.2
45 ІЗО | Виборче відключення | |
2.3 | 45 ІЗО | Виборче відключення |
3.3 | 45 ІЗО | Виборче відключення |
3.4 | 45 ІЗО | Виборче відключення |
РАН (02) - ПІД аналоговий з нуль-органом.
Алгоритм формує сигнал неузгодженості і здійснює пропорційно-інтегрально-диференціальне (ПІД) перетворення цього сигналу.
Сигнал неузгодженості формується як різниця між сумою трьох вхідних сигналів і сигналом завдання. Підсумовування вхідного сигналу здійснюється за допомогою двох суматорів.
Сигнал неузгодженості дорівнює:
(1.10)
Сигнал завдання х Здн знаходиться в діапазоні 102,3%, тому сумарний сигнал двох суматорів також не повинен виходити за межі цього діапазону.
ПІД-перетворення виконується відповідно до передавальної функцією:
(1.11)
На вході ПІД-ланки вводиться зона нечутливості і сигнал неузгодженості інвертується. При
сигнал на вході ПІД-ланки дорівнює нулю, при
на вхід ПІД-ланки надходить сигнал, рівний
.
На виході ПІД-ланки встановлений стандартний обмежувач. При досягненні порогу обмеження інтегрування до ПІД-ланці припиняється і вихідний сигнал інтегратора "заморожується".
Параметри налаштування.
k 2 - k 5 - масштабні коефіцієнти відповідно по входах 2 - 5 алгоритму. Сигнал на вході 1 не масштабується;
H 1, H 2 - рівні обмеження вихідного сигналу. Відповідно по мінімуму і максимуму;
Н 3, Н 4 - відповідно поріг спрацьовування нуль-органу і гістерезис;
Δ - зона нечутливості;
Т і, Т д - постійні часу відповідно інтегрування і диференціювання;
Т м - коефіцієнт, зазвичай встановлюється рівним часу переміщення виконавчого механізму, відповідного 100%-му зміни регульованого параметра;
Т к - стала часу динамічного балансування алгоритму.
РИС (11) - ПІД імпульсний стандартний.
Алгоритм формує сигнал неузгодженості і спільно з виконавчим механізмом постійної швидкості наближено виконує ПІД-перетворення цього сигналу.
Сигнал неузгодженості формується як різниця між сумою п'яти вхідних сигналів Х 1 - Х 5 і сигналом завдання.
Підсумовування вхідних сигналів здійснюється за допомогою двох суматорів. Перший суматор стандартний, але без фільтра. Вихідний сигнал другий
(1.12)
Властивості другого суматора аналогічні властивостям першого за винятком того, що підсумовуються лише два вхідних сигналу. Сигнал неузгодженості дорівнює:
(1.13)
Сигнал завдання x Здн знаходиться в діапазоні ± 102.3%, тому сумарний сигнал двох суматорів також не повинен виходити за межі цього діапазону.
Алгоритм містить ПДР 2-ланка, що має передавальну функцію:
(1.14)
Що спільно з виконавчим механізмом постійної швидкості дає передавальну функцію виду:
(1.15)
Т м і Т м, 0 - відповідно, встановлений оператором коефіцієнт, що визначає повний час переміщення виконавчого механізму, і дійсне час, з яким працює виконавчий механізм. Повний час переміщення виконавчого механізму - час його включення, яке призводить до 100%-му зміни регулюючого параметра. Зазвичай Т м = Т м, 0. При цьому, встановлюваний оператором коефіцієнт k п характеризує дійсний коефіцієнт пропорційності регулятора. В іншому випадку значення коефіцієнта пропорційності одно k п Т м / Т м, 0.
На вході ПДР 2-ланки сигнал інвертується і вводиться зона нечутливості. Є можливість встановити чотири дискретних значення мінімальної тривалості імпульсу t і мін, яка залежить від добутку двох параметрів Δ і Т м і визначається з таблиці 4.
Таблиця 4.
δ = Δ х Т м,% х з
T і мін, з
0 <δ ≤ 25.6
0.12
25.6 <δ ≤ 51.2
0.24
51.2 <δ ≤ 76.8
0.36
δ> 76.8
0.48
Якщо вибирається Т м = Т м, 0, то при будь-яких значеннях δ ≥ 12 "автоматично" встановлюється максимально допустима тривалість мінімального імпульсу, при якій відсутні автоколивання в замкнутій системі в режимі одного включення. Якщо δ <12, автоколивання можливі в режимі одного включення.
Алгоритм РІС має нуль-орган, може працювати в режимі дистанційного управління і переходити у відключене стан. У даному алгоритмі відсутня ланка балансування вузла дистанційного управління. У зв'язку з цим при переході на дистанційний режим вихідний сигнал алгоритму стрибком приймає значення сигналу на вході 6. У даному алгоритмі передбачена можливість динамічної та статичної балансування алгоритму. Балансування проводиться при відключенні алгоритму, що має місце в одному з режимів Дист, Ручний, стежу. У відключеному стані ланки Д і Д 2 обнуляються, тому після включення алгоритму при постійному сигналі неузгодженості і в комплекті з виконавчим механізмом постійної швидкості, алгоритм веде себе як інтегруюча ланка.
Параметри налаштування.
k 2 - k 5 - масштабні коефіцієнти відповідно по входах 2 - 5 алгоритму. Сигнал на вході 1 не масштабується;
Н 3, Н 4 - відповідно поріг спрацьовування нуль-органу і гістерезис;
Δ - зона нечутливості;
K п - коефіцієнт пропорційності;
Т і, Т д - постійні часу відповідно інтегрування і диференціювання;
Т м - коефіцієнт, зазвичай встановлюється рівним часу переміщення виконавчого механізму, відповідного 100%-му зміни регульованого параметра;
Т к - стала часу динамічного балансування алгоритму.
РІН (12) - ПІД імпульсний з нуль-органом.
З урахуванням особливостей, властивих алгоритмам імпульсного регулювання, алгоритм РІН відповідає алгоритму РАН.
СЛЖ (23) - стеження.
Алгоритм відстежує сигнал , Утворений різницею між сумою трьох вхідних сигналів і сигналу завдання. Вхідні сигнали підсумовуються за допомогою стандартного суматора.
Функція стеження полягає в наступному. У сталому режимі сигнал у на вході ланки стеження дорівнює сигналу . Якщо сигнал
зміниться, причому швидкість цієї зміни буде більше швидкості стеження, яка дорівнює 100 / TI [% / хв], сигнал у почне змінюватися з постійною швидкістю 100 / T 1 [% / хв], прагнучи зрівнятися з сигналом
. Якщо швидкість зміни сигналу
менше швидкості стеження, сигнал у в кожному циклі встигає зрівнятися з сигналом
і тому зберігається рівність у =
.
На виході ланки стеження встановлений стандартний обмежувач.
Параметри налаштування.
k 2 - k 3 - масштабні коефіцієнти відповідно по входах 2 - 3 алгоритму. Сигнал на вході 1 не масштабується;
k 5 - коефіцієнт, що визначає ступінь автопідстроювання параметра TI;
H 1, H 2 - рівні обмеження вихідного сигналу. Відповідно по мінімуму і максимуму;
Н 3, Н 5 - відповідно пороги спрацьовування двох порогових елементів;
H 4 - гістерезис, однаковий для обох порогових елементів;
TI - постійна часу фільтру;
Т 4, Т 5 - постійні часу ланок динамічного балансування відповідно алгоритму і вузла дистанційного управління.
КОР (34) - корінь квадратний.
Алгоритм виконує операцію вилучення кореня з двох сигналів, сформованих каналами a і b. Вилучення кореня з позитивних сигналів виконується за формулою:
(1.16)
де у - вихідний сигнал алгоритму; х a, b х - сигнали відповідно по каналах a і b; всі сигнали виражаються у відсотках.
Вилучення кореня з від'ємного числа виконується за формулою:
(1.17)
Таким чином, при стовідсотковому сигналі по одному з каналів і при нульовому сигналі по іншому каналу вихідний сигнал алгоритму також дорівнює 100%
Параметри налаштування.
k 2 - k 5 - масштабні коефіцієнти відповідно по входах 2 - 5 алгоритму. Сигнал на вході 1 не масштабується;
H 1, H 2 - рівні обмеження вихідного сигналу. Відповідно по мінімуму і максимуму;
Н 3, Н 5 - відповідно пороги спрацьовування двох порогових елементів;
H 4 - гістерезис, однаковий для обох порогових елементів;
T 2, T 3 - стала часу фільтру відповідно по каналах a і b;
Т 4, Т 5 - постійні часу ланок динамічного балансування відповідно алгоритму і вузла дистанційного управління.
ПРОВ (43) - перемикання.
Алгоритм виконує функцію комутатора аналогових сигналів. Алгоритм підключає до аналогового виходу один з п'яти сигналів: один внутрішній (сигнал завдання) і чотири зовнішніх, поданих на входи 1 - 4. Дискретні команди на перемикання подаються на входи 5 - 8 алгоритму. Команда, подана на вхід з меншим номером, має пріоритет над командами, поданими на вхід з великим номером. Сигнал на дискретному виході в двійковому коді фіксує поточне положення перемикача.
Алгоритм вважається виключеним, якщо на його дискретні входи не подано жодної команди. У цьому випадку до аналогового виходу алгоритму підключений внутрішній задатчик. Якщо на кожній із входів 5 - 8 поданий дискретний сигнал, до аналогового виходу підключається один з входів 1 - 4, при цьому вважається, що алгоритм працює в режимі дистанційного управління і ведучий алгоблок переходить в режим стежу. В алгоритмі передбачена балансування будь-якого з входів 1 - 4. Параметри балансування встановлюються за допомогою коефіцієнта Т 5. При Т 5 = 0 балансування відсутня. При 0 <Т 5 <∞ вводиться динамічне балансування, завдяки якій при переході в режим дистих (при перемиканні з задатчика на будь-який з каналів 1 - 4) вихідний сигнал змінюється плавно з постійною настроюваної швидкістю V = 100 / Т 5 [% / хв] . Також плавно і з тойже швидкістю відбувається перехід з одного з входів на будь-який інший. При Т 5 = ∞ вихідна різниця в сигналах "заморожується" і присутній як постійна добавка до поточного сигналу. Алгоритм переходить у відключене стан, якщо він працює в одному з режимів Дист, Ручний, стежу. У відключеному стані вводиться балансування каналу задатчика, яка полягає в тому, що до сигналу задатчика додається сигнал компенсації, що встановлює точний рівність аналогових сигналів по ланцюгу задатчика і на виході алгоблок. В алгоритмі передбачено два види зазначеної балансування - динамічна і статична. При динамічному балансуванню, після включення алгоритму (при відсутності команд на входах алгоритму 5 - 8 і режим ручного, стежу) сигнал компенсації зменшується до нуля з постійною настроюваної швидкістю V = 100 / Т 4 [% / хв]. Статична балансування здійснюється за допомогою відповідного автоматичної зміни сигналу задатчика. Після включення алгоритму останнє значення сигналу завдання запам'ятовується. При статичній балансуванню ланка динамічного балансування обнуляється (Х 9 = 0). Вибір виду балансування каналу завдання здійснюється за допомогою коефіцієнта Т 4. При Т 4 = 0 балансування відсутня, при 0 <Т 4 <∞ вводиться динамічна, а при Т 4 = ∞ - статична балансування.
Контроль сигналів в різних точках алгоритму ведеться за допомогою стандартної процедури. У контрольних точках 1 - 8 контролюються вхідні сигнали алгоритму, у точках 9, 10 - сигнали динамічного балансування відповідно по каналу завдання і по входах 1 - 4.
Параметри налаштування.
k 2 - k 4 - масштабні коефіцієнти відповідно по входах 2 - 4 алгоритму. Сигнал на вході 1 не масштабується;
Т 4, Т 5 - постійні часу ланок динамічного балансування відповідно по каналах завдання і по входах 1 - 4 алгоритму.
ІЗО (45) - виборче відключення.
При відсутності заборон алгоритм формує вихідний сигнал, рівний розмірності між сигналом на вході I і сигналом завдання.
Вхідний сигнал фільтрується. За різницевого сигналу вводиться зона не чутливості.
В алгоритмі передбачені два типи заборон.
Заборона на знак вихідного сигналу забороняє зміну сигналу в область позитивних і негативних значень. Команди заборони подаються в цьому випадку на входи відповідно 2 і 3. Якщо команди заборони подані одночасно на входи 2 і 3, вихідний сигнал алгоритмів стає рівним нулю.
Заборона на зміну вихідного сигналу забороняє зміна сигналу вище або нижче (за абсолютною величиною) того значення у 0, яке мав вихідний сигнал у момент дії заборони. Команда заборони на збільшення сигналу подається на вхід 4, на зменшення - на вхід 5. Якщо команди заборони подані одночасно на входи 4 та 5, вихідний сигнал алгоритму "заморожується" при будь-якій зміні вхідного сигналу.
Параметри налаштування.
Н 5 - зона нечутливості;
T 3 - стала часу фільтру;
Т 4, Т 5 - постійні часу ланок динамічного балансування відповідно алгоритму і вузла дистанційного управління.
ЗВТ (53) - середнє з трьох.
Алгоритм виділяє середній за рівнем сигнал із трьох вхідних аналогових сигналів.
Вихідний сигнал фільтрується, підсумовується із завданням і обмежується стандартним обмежувачем.
Параметри налаштування.
H 1, H 2 - рівні обмеження вихідного сигналу. Відповідно по мінімуму і максимуму;
Н 3, Н 5 - відповідно пороги спрацьовування двох порогових елементів;
H 4 - гістерезис, однаковий для обох порогових елементів;
TI - постійна часу фільтру;
Т 4, Т 5 - постійні часу ланок динамічного балансування відповідно алгоритму і вузла дистанційного управління.
1.6 Вибір і обгрунтування технічного забезпечення
1.6.1 Контролер регулюючий мікропроцесорний Ремиконт
Призначення та основні властивості. Регулюючі мікропроцесорні коннтроллери Ремиконт - це пристрої управління, виконані на мікропроцесорній елементній базі і спеціалізовані для вирішення завдань автоматичного регулювання.
Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 є подальшим розвитком регулюючого мікропроцесорного контролера Ремиконт Р-100. Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 є багатоцільовими контролерами загальнопромислового призначення. Вони призначені для автоматичного регулювання технологічних процесів в енергетичній, металургійній, хімічній та інших галузях промисловості.
Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 дозволяють вести локальне, каскадне, супервизорного, програмне, многосвязной, екстремальне регулювання, а також управління зі змінною структурою. Вони формують ПІД - закон регулювання, виконують різноманітні статичні і динамічні перетворення аналогових сигналів, а також обробляють і формують дискретні сигнали, виконуючи основні операції керуючої логіки.
Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 можуть працювати як на нижньому рівні розподіленої АСУТП, зв'язуючись із засобами верхнього рівня через канал цифровий послідовного зв'язку, так і в якості автономного вироби.
У комплекті з Ремиконт можуть використовуватися звичайні датчики та виконавчі механізми, які підключаються до контролерів за допомогою індивідуальних кабельних зв'язків. Сигнали, що надходять в Ремиконт, обробляються в цифровій формі.
Ремиконт - це програмовані пристрої, але для роботи з ними не потрібні програмісти. Програмувати і працювати з Ремиконт може експлуатаційний персонал, пов'язаний з обслуговуванням аналогової апаратури і не знайомий з обчислювальною технікою і методами математичного програмування.
Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 поставляються із заводу - виробника повністю готовими до роботи і програмуються (настроюються) на рішення завдань безпосередньо на об'єкті за допомогою клавіатурі. У процесі налаштування налагоджувальник призначає алгоритми управління, конфігурацію керуючого контуру, параметри статичної та динамічної настройки, а також встановлює сигнали завдання і режими управління.
Запрограмовані параметри зберігаються при відключенні живлення.
Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 мають ідентичні функціональні можливості, але різне число каналів вводу-виводу інформації: Ремиконт Р-110, Р-112 розраховані на велику кількість вхідних-вихідних сигналів, Ремиконт серії 120 - на середнє число сигналів.
Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 мають такі відмінності:
модель Р-110 - одиночний Ремиконт на велику (до 40 - 200) число вхідних-вихідних сигналів, конструктивно виконаний в одному каркасі;
модель Р-112 - дубльований Ремиконт на велику (до 40 - 200) число вхідних-вихідних сигналів; конструктивно виконаний у двох каркасах;
модель Р-120 - два одиночних Ремиконт на середнє (до 15 - 90) число вхідних-вихідних сигналів, конструктивно виконаний в одному каркасі;
модель Р-122 - дубльований Ремиконт на середнє (до 15 - 90) число вхідних-вихідних сигналів, конструктивно виконаний в одному каркасі;
Області застосування. Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 можуть виконувати всі алгоритмічні завдання, які вирішуються за допомогою традиційних аналогових приладів автоматичного регулювання. Крім того, вони формують програмно-змінюються в часі сигнали, містять спеціальні засоби для організації каскадного і супервизорного управління, а також виконують операції керуючої логіки.
Ремиконт добре підходять для автоматизації нестаціонарних процесів, коли доводиться вирішувати досить складні завдання управління з ненаголошених включенням і відключенням окремих контурів, автоматичним переключенням керуючої структури, автоматичною зміною параметрів настройки і використанням тому подібних операцій, пов'язаних з адаптацією системи регулювання до мінливих динаміці технологічного процесу.
Ці контролери особливо ефективні в тих випадках, коли заздалегідь не ясно, яку схему регулювання віддати перевагу і є імовірність того, що після початкового періоду система буде змінюватися і доповнюватися. Ремиконт дозволяють легко впоратися з такою ситуацією і безпосередньо на об'єкті швидко і без будь-яких витрат скоригувати структуру керуючих контурів.
Ремиконт можуть також успішно використовуватися, якщо система регулювання функціонально проста, але багатоканальна, наприклад, у системах багатоканального ПІД - регулювання при числі каналів більше 4 - 6 (для Р-120, Р-122) або 10 - 12 (для Р-110, Р -112).
Дані контролери доцільно застосовувати в розподілених АСУТП, коли необхідно організувати взаємодію засобів нижнього і верхнього рівня управління. Інтерфейсні канали, вбудовані в ці моделі Ремиконт, дозволяють реалізувати таку взаємодію з чьотирьох кабелю (дві кручених пари).
Наявність поодиноких і дубльованих моделей, а також моделей на велике і середнє число каналів вводу-виводу інформації, дозволяє на основі Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 будувати системи з різними вимогами до надійності і живучості, отримуючи в кожному конкретному випадку максимальний техніко-економічний ефект.
Ремиконт Р-110 використовується в системах великого масштабу, які пред'являють помірні вимоги до надійності і живучості.
Ремиконт Р-112 використовується в системах великого масштабу, які пред'являють помірні вимоги до живучості, але підвищені вимоги до надійності.
Ремиконт Р-120 використовується в системах середнього масштабу, які пред'являють помірні вимоги до надійності, а також у системах великого масштабу, які пред'являють помірні вимоги до надійності, але підвищені вимоги до живучості.
Ремиконт Р-122 використовується в системах середнього масштабу, що пред'являють підвищені вимоги до надійності, а також у системах великого масштабу, які пред'являють підвищені вимоги як до надійності, так і до живучості.
Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 розраховані на такі умови експлуатації:
Напруга живлення, В ........................... 220 або 240
Частота мережі, Гц ......................... 50 або 60
Споживана потужність, не більше, ВА:
Р-110 ............................................... .180
Р-112 ............................................... .360
Р-120 ............................................... .120
Р-122 ............................................... .240
Відносна вологість повітря,% .....................< 80
Навколишня температура, ° С ............................ 0 - 40
Приміщення ........................ Закрите, вибухобезпечне
Технічні характеристики. Входи - виходи.
Число входів:
Аналогових - до 64 (8 груп по 8 входів);
Дискретних - до 63 (8 груп по 8 входів, кожен вхід має
три шини - загальну, "ланцюг 1" і "ланцюг 2", всього - до 126 входів).
Число виходів:
Аналогових - до 64 (8 груп по 8 виходів);
Імпульсних - до 64 (8 груп по 8 виходів, кожен вихід має
три шини - загальну, шину "менше" і шину більше ");
Дискретних - до 63 (8 груп по 8 виходів, кожен вихід має
три шини - загальну, "ланцюг 1" і "ланцюг 2", всього - до 126 входів).
Вхідні і вихідні аналогові сигнали постійного струму 0 .. 5 мА,
0 .. 20 мА, 4 .. 20 мА, 0 .. 10 В;
Вхідні дискретні сигнали постійної напруги:
логічний нуль 0 ± 2.4 В;
логічна одиниця ± (19.2 .. 28.8) В.
Вихідні імпульсні і дискретні сигнали у вигляді стану
контактів:
логічний нуль розімкнене;
логічна одиниця замкнутий;
коммутирующая здатність
за напругою до 48 В,
по струму до 0.2 А.
Обробка сигналів.
Число алгоблоков - до 64 (8 зон по 8 алгоблоков)
Число алгоритмів керування - 45
Час циклу - 0.27; 0.51; 1.02; 2.04 з
Дискретність установки сигналу завдання - 0.1%
Статична точність стабілізації параметра
(Без урахування похибки датчика) ± 0.15%
Розрядність АЦП 11 плюс знак
Розрядність ЦАП 10 плюс знак
Час, протягом якого при відключенні живлення зберігається
запрограмована інформація, ч, не менше 360.
Склад Ремиконт. Ремиконт Р-110, Р-112, Р-120, Р-122 складаються з наступних елементів (рис. 9.):
мікропроцесорного обчислювача;
пристроїв зв'язку з об'єктом;
пристроїв зв'язку з оператором;
шини внутрішньоблокових інтерфейсної зв'язку;
модуля інтерфейсної зв'язку;
пристроїв харчування і перемикання.
До складу мікропроцесорного обчислювача входять наступні модулі:
процесор ПРЦ5;
постійний запам'ятовуючий пристрій ПЗУ2;
оперативний запам'ятовуючий пристрій ОЗУ4.
Модуль ПРЦ5 обробляє інформацію відповідно до заданої програми. Процесор побудований на базі мікропроцесора серії К580.
У модулі ПЗУ2 "зашито" програмне забезпечення контролера, що включає програму, організуючу процес обчислень, програму всіх алгоритмів керування, програму обслуговування панелі оператора і зовнішніх пристроїв, програму для перевірки і самодіагностики.
У модулі ОЗУ4 зберігаються параметри, які може змінити оператор: інформація про обрані алгоритмах управління, про встановлену конфігурації, коефіцієнти, режимах, завданні, часу циклу. У ОЗУ4 зберігається також накопичується інформація, що формується в процесі виконання динамічних алгоритмів. У моделях Р-110, Р-120 ОЗУ4 дубльовано. Для збереження запрограмованої і накопичується інформації при відключенні живлення використовується батарея сухих елементів.
1.6.2 Основні характеристики інших типів контролерів
Основні характеристики Advant Controller 110 (ABB) наведені в таблиці 5.
Таблиця 5. Основні характеристики Advant Controller 110.
Процесор | Процесор Motorolla 68000 |
ОЗУ | 256 kB для прикладних програм, 340 kB для даних. |
Час циклу | 0.2 мс - 20 з |
Час | Годинник реального часу, календар. |
Кількість каналів вводу / виводу | 1500 |
Протокол стевії передачі даних | RS 232 |
Мова програмування | AMPL |
Самодіагностика | Живильна напруга, ППЗУ, ОЗУ, внутрішня шина, передача даних, помилка вводу / виводу. |
Основні характеристики контролера SLC 500 (Allen-Brodley) наведені в таблиці 6.
Таблиця 6. Основні характеристики контролера SLC 500.
Процесор
SLC 5 / 03
SLC 5 / 04
ОЗУ
16 кВ
16 кВ, 32 кВ, 64 кВ
Кількість входів / виходів
960 дискретних
96 аналогових
960 дискретних
96 аналогових
ППЗУ
EEPROM
EEPROM
Час циклу
1 мс
0.9 мс
Дискретні входи
Постійна напруга 24 В
Змінна напруга 120/240 В
Дискретні виходи
Реле, симистор, транзистор
Аналогові входи / виходи
Постійне напруги ± У
Сила струму ± 20 мА
Мова програмування
Блочне програмування APS - пакет
Порівняльні характеристики контролерів фірми "Honewell" наведені в таблиці 7.
Таблиця 7. Порівняльні характеристики контролерів фірми "Honewell"
Модель
S9000e
S9100e
Кількість контурів регулювання
32
32
Пам'ять процесора
2кв
8кВ
ОЗУ
256 кВ
2048кВ
Таймери / лічильники