Барабанний котел

ЗМІСТ

 

1. Постановка задачі автоматизації ТОУ

 

1. Характеристика ТОУ
2. Огляд і аналіз сучасних АСУ ТОУ
3. Ідентифікація ТОУ і моделювання САР
4. Опис функціональної структури АСУ ТОУ
5. Опис вимог до реалізації функцій АСУ ТОУ
6. Вибір програмної і апаратної платформи АСУ ТОУ

 

2. Проектування АСУ ТОУ

 

2.1 Структура ПТКЗА

2.2 Виконавча апаратура

2.3 Технологічний контроль

2.4 Рішення з контролерної  автоматизації

2.5 Рішення з супервізорної  автоматизації

2.6 Реалізація автоматичного  регулювання на ПЛК

2.7 Реалізація сигналізації, блокувань і захистів на ПЛК

2.8 Монтаж і обслуговування  засобів автоматизації

3) Розрахунок  і моделювання АТК

 

3.1 Розрахунок виконавчих каналів АТК

3.2 Розрахунок вимірювальних каналів АТК

3.3 Розрахунок надійності  функціонування АСУ

3.4 Імітаційне моделювання і аналіз функціонування АТК

4) Розрахунок  динаміки АСУ

5) Охорона праці

6) Економічна  частина

7) Висновок

8) Список використанної літератури

 

 

 

 

 

 

                                                                         Вступ

Враховуючи, що автоматизація процесів горіння дає до 10 % економії палива, стає ясним підвищений інтерес до комплексної автоматизації котелень.

Комплексна автоматизація  котелень може бути найбільше успішно  здійснена лише при наявності  високонадійних, універсальних засобів  автоматизації.

Собівартість теплової енергії в котельнях  60 – 70 % становлять витрати на паливо. Витрата палива, що витрачається на одержання пари й гарячої води для теплопостачання  промислових підприємств, становить  значну частку в тепловому балансі  країни. У зв'язку із цим найважливішим завданням є зниження питомої витрати палива.

Автоматизація – це використання комплексу засобів, дозволяючих здійснити виробничі процеси без посередньої дії людини, але під її наглядом. Автоматизація виробничих процесів приводить до збільшення випуску, зниженню собівартості і покращенню якості продукції, зменшує чисельність обслуговуючого персоналу, підвищує надійність і довговічність машин, дає економію матеріалів, покращує умови праці і техніки безпеки.

Автоматизація звільняє людину від необхідності безпосереднього управління механізмами. В автоматизованому процесі виробництва роль людини до налагодження, регулювання, обслуговування засобів автоматизації і спостереженню за їх діями. Якщо автоматизація полегшує фізичну працю людини, то автоматизація має мету полегшити також розумову працю. Експлуатація засобів автоматизації потребує від обслуговуючого персоналу високої техніки кваліфікації.

По рівню автоматизації  теплоенергетика займає одне з ведучих  місць серед інших галузей  промисловості. Теплоенергетичні установки характеризуються безперервністю протікаючих в них процесів. При цьому виробництво теплової і електричної енергії в будь-який момент часу повинна відповідати споживанню (навантаженню). Майже всі операції на теплоенергетичних установках механізовані, а прехідні процеси в них розвиваються порівняно швидко. Цим пояснюється високий розвиток автоматизації в тепловій енергетиці.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Постановка  задачі автоматизації ТОУ

1.1.Характеристика ТОУ

 

Враховуючи, що автоматизація процесів горіння дає до 10 % економії палива, стає ясним підвищений інтерес до комплексної автоматизації котелень.

Комплексна автоматизація котелень може бути найбільше успішно здійснена  лише при наявності високонадійних, універсальних засобів автоматизації.

Собівартість теплової енергії  в котельнях  60 – 70 % становлять витрати  на паливо. Витрата палива, що витрачається на одержання пари й гарячої води для теплопостачання промислових  підприємств, становить значну частку в тепловому балансі країни. У  зв'язку із цим найважливішим завданням є зниження питомої витрати палива.

Автоматизація – це використання комплексу засобів, дозволяючих здійснити виробничі процеси без посередньої дії людини, але під її наглядом. Автоматизація виробничих процесів приводить до збільшення випуску, зниженню собівартості і покращенню якості продукції, зменшує чисельність обслуговуючого персоналу, підвищує надійність і довговічність машин, дає економію матеріалів, покращує умови праці і техніки безпеки.

Автоматизація звільняє людину від необхідності безпосереднього управління механізмами. В автоматизованому процесі виробництва роль людини до налагодження, регулювання, обслуговування засобів автоматизації і спостереженню за їх діями. Якщо автоматизація полегшує фізичну працю людини, то автоматизація має мету полегшити також розумову працю. Експлуатація засобів автоматизації потребує від обслуговуючого персоналу високої техніки кваліфікації.

По рівню автоматизації  теплоенергетика займає одне з ведучих  місць серед інших галузей  промисловості. Теплоенергетичні установки характеризуються безперервністю протікаючих в них процесів. При цьому виробництво теплової і електричної енергії в будь-який момент часу повинна відповідати споживанню (навантаженню). Майже всі операції на теплоенергетичних установках механізовані, а прехідні процеси в них розвиваються порівняно швидко. Цим пояснюється високий розвиток автоматизації в тепловій енергетиці.

 

Принципова технологічна схема барабанного парогенератора показана на мал. 1.1.               Процес паротворення відбувається в піднімальних трубах циркуляційного контуру 2 опускних труб, що заповнюються водою з опускних труб 3,  й екрануючих камерну топку 1, у якій спалюється паливо QТ. Для підтримки процесу горіння з певним коефіцієнтом надлишку в топку подається за допомогою вентилятора ДВ повітря Qb, попередньо нагріте у повітропідігрівнику 9.

Рис. 1 Принципова технологічна схема барабанного парогенератора

Утворені в результаті процесу, продукти згоряння (димові гази) QГ відсмоктуються з топки димососом , проходять через поверхні нагрівання водяного економайзера 4 і повітронагрівача 5 і видаляються в атмосферу через димар. Насичена пара з барабана 8 перегрівається до необхідної температури в пароперегрівнику 7 за рахунок радіації факела й конвективного обігріву топковими газами.

 

 Технічний опис

Технічні характеристики котла ГМ-50-5:

Продуктивність,	5 т/год
Тиск в барабані котла,	15 кгс/см2
Тиск пари перед головною паровою засувкою,	13 кгс/см2
Температура перегрітої пари,	2500С
Температура живильної води,	1000С
Витрата газу з калорійністю 8490 ккал/нм3,	350 м3/год
Температура живильної  води за ВЕ,	1430С
Температура гарячого повітря	2010С
Коефіцієнт надлишку повітря в топці	1,15
Коефіцієнт надлишку повітря у відхідних газах	1,35
Температура газів за конвективним пучком	5070С
Температура газів за пароперегрівачом,	2970С
Температура газів за ВЕ,	2970С

 

 

 

1.2 Огляд і аналіз сучасних АСУ ТОУ

 

        Оскільки топка котла як об’єкт  управління є досить складним  агрегатом, то на сьогоднішній  день з метою якнайкращої  їх автоматизації використовують окремі АСУ для регулювання та сигналізації кожного важливого параметра. До них відносять зокрема наступні:

 

1. Температури в верхній та нижній частині топки котла;
2. Температури продуктів згорання;
3. Тиск димових газів;
4. Температура палива та повітря, що подається на пальники та ін. [3].

 

        Всі вищевказані  АСУ повинні виконувати вимоги, що до них пред’являються та  працювати як єдине ціле –  як висновок, всі АСУ об’єднуються  на супервізорному рівні управління  для якомога якіснішого функціонування.

        Окрім очевидних  вимог щодо температури металічних  заготовок на виході з печі  та рівномірного прогрівання  заготовок (задля недопущення  виникнення внутрішніх напружень  всередині заготовок), до сучасних  АСУ нагрівальних печей висувають і наступні вимоги:

 

• зниження температури відхідних продуктів згорання шляхом збільшення ступеня використання їх теплоти в робочому просторі;
• вдосконалення технологічних режимів нагріву живильної води;
• покращення енергозбереження при роботі котла;
• максимально можлива екологічність в роботі котла;

 

        Якщо розглядати  безпосередньо АСУ температурою  в топці котла, то можна зробити  висновок, що для забезпечення  всіх вищевказаних вимог її  можна реалізувати на базі  програмно-технічного комплексу у складі дворівневої одноконтурної автоматичної системи управління. Нижній рівень (контрлерний) має бути реалізовано з використанням сучасних засобів автоматизації (контролер, інтелектуальні датчики, виконавчі та регулюючі механізми з хорошими динамічними властивостями та високим ступенем надійності). Верхній рівень (супервізорний) має бути реалізований наглядною, високонадійною HMI/SCADA-системою зі зрозумілим інтерфейсом та гнучкою системою управління технологічним процесом .

 

3.  Ідентифікація ТОУ і моделювання САР

 

Цей об’єкт належить до об’єктів з самовирівнюванням. Такий  об’єкт апроксимується послідовним  з’єднанням ланки транспортного  запізнення та аперіодичної ланки першого  порядку передавальні функції яких W_т(s) та W_ап(s) відповідно.

W_т(s)=

W_ап(s)=                              

Послідовному з’єднанню  відповідає перемноження передаточних функцій, тому передаточна функція  об’єкта управління має вигляд:

                                      W_об(s)= W_т(s)×W_ап(s) = ×           

де    s – оператор Лапласа.

Розрізняють криву розгону  та перехідну характеристику об’єкта.

Крива розгону - це реакція  об’єкта на ступінчасте збурення  деякої величини.

Перехідна характеристика - реакція об’єкту на одиничне ступінчате збурення.

На практиці, в більшості  випадків отримують криву розгону, а потім її  перераховують у  перехідну характеристику.

В цій роботі параметри  передавальної функції візьмемо з літератури.

Параметри передавальної функції моделі:

                                              

 

Передавальна функція моделі:

                                                  W_об(s)=  

Перехідна характеристика моделі при одиничному ступінчастому збуренні зображена рис.6.

Рис.6

 

В даній  роботі прийнято схему зображену на рис.7 АСУ температури в топці барабанного котла:

 

Рис. 7 Принципова схема управління температури

 

   Принцип управління температурою в топці барабанного парового котла кількості палива та повітря, яке подається в топку котла. Тобто в залежності від того яка кількість та якість палива, ми подаємо різну кількість повітря. Сигнал від термопари подається на контролер ОВЕН ПЛК 150, який  на вихід подає сигнал розбалансу. Далі цей сигнал поступає на пускач безконтактний реверсивний, який керує роботою виконавчого механізму МЕО, а той в свою чергу положенням регулюючого органу. 

 

        Якщо розглядати безпосередньо  АСУ температурою в топцы барабанного котла, то можна зробити висновок, що для забезпечення всіх вищевказаних вимог її можна реалізувати на базі програмно-технічного комплексу у складі дворівневої одноконтурної автоматичної системи управління. Нижній рівень (контрлерний) має бути реалізовано з використанням сучасних засобів автоматизації (контролер, інтелектуальні датчики, виконавчі та регулюючі механізми з хорошими динамічними властивостями та високим ступенем надійності). Верхній рівень (супервізорний) має бути реалізований наглядною, високонадійною HMI/SCADA-системою зі зрозумілим інтерфейсом та гнучкою системою управління технологічним процесом.

 

 

 

 

4. Опис функціональної структури АСУ ТОУ

 

 

        Функціонально автоматична система  управління є дворівневою, тобто  поділяється на нижній рівень  – контролерний, а також верхній рівень – супервізорний [4].