Проект автоматизації котельної установки в колективному підприємстві “Меткабель”

    Тепловим  балансом котлоагрегату називається  розподіл тепла використаного палива на корисно використовуване тепло і теплові втрати, що виникають у процесі роботи котлової установки. Він складається на 1 кг твердого (рідкого) чи палива 1 м газоподібного палива. Спрощений тепловий баланс котлоагрегату записується у виді рівняння: 

    при спалюванні рідкого і газоподібного  палива:

                             Q^р_н = Q₁ + Q₂ + Q₅ + Q₃                                                       (2.1.) 

    Якщо  обидві частини рівнянь розділити на О^р_н і помножити на 100, то одержимо рівняння балансу в процентному відношенні:

    100 = q₁+ q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆                                            (2.2.)

    100 = q₁+ q₂ + q₅ + q₃                                                                 (2.3.)

    Q₁ ;q₁— корисно використане тепло.

    Втрати тепла:

    Q₁ ;q₁ — з димовими газами, що ідуть;

    Q₁;q₁- від хімічної неповноти згоряння;

    Q₁;q₁ - від механічної неповноти згоряння;

    Q₁;q₁ - від випромінювання в навколишнє середовище;

    Q₁;q₁ - з фізичним теплом шлаку.

    Коефіцієнт  корисної дії — корисно використане в котлоагрегаті тепло;

η = q₁ = 100 – q₂ – q₃ – q₄ – q₅ – q₆                                      (2.4.)

η = q₁ = 100 – q₂ – q₃ – q₅                                                      (2.5.)

 

    К.К.Д. котлоагрегата залежить від величини теплових утрат: чим вони менші, тим К.К.Д. — більший. Значення К.К.Д. може знаходитися в межах η=0,93-0,7 (93-70%), а величина теплових утрат для  маленьких  котлів:  q₂=12-15%;  q₃=2-7%,  q₄=1-6%,  q₅=0,4-3,5% q₆=0,5-1,5%.

    Попередній  розрахунок інвертуючого підсилювача на операційному підсилювачі.

    Для виконання розрахунку необхідно  знати основні параметри і  характеристики ОП,  принцип побудови та дії підсилювачів на ОП,  методи їх розрахунку.

    Вихідними даними для розрахунку є:

1. тип та схема підсилюючого каскаду – у даному разі це інвертуючий підсилювач чи двоходовий сумматор;
2. величин опорів деяких резисторів схеми каскаду;
3. напрямки протікання струмів у гілках каскаду та величини деяких з них;
4. величини деяких напруг на входах і виході каскаду або його коефіцієнта підсилення за напругою К_uзз.

    Необхідно визначити:

1. величини параметрів;
2. вказати,  чи правильно позначенні напрямки протікання струмів;
3. тип та потужність резисторів пристрою.

    Також необхідно навести електричну принципову схему каскаду з в казанням заданих та отриманих за результатами розрахунку номінальних значень опорів,  величин напруг і струмів,  напрямків протікання останніх.

    Вихідні дані:

    R₁ = 1 кОм;

    R₃ – відсутнє;

    R₄ = 2 кОм;

    U₁ = 0, 15В;

    U₃ = -3 В.

      З аналізу вихідних даних видно,  що ми маємо справу з інвертуючим підсилювачем.  

 

Рис. 2.10. Розрахункова схема інвертуючого підсилювача

    Необхідно визначити:

1. опір резистора R₃;
2. величини струмів I_1, I₃, I₄;
3. коефіцієнт підсилення K_U33;
4. правильність позначення на рис а напрямків протікання струмів;
5. тип та потужність резисторів каскаду.

    Порядок розрахунку

                                        (2.6.)

   тобто  

 

тоді                                 R₃ = -K_U33 R_1,                                                                (2.7.) 

R₃ = -(-20)1 = 20 кОм

   Оскільки  потенціал інвертую чого входу ОП для схеми інвертую чого підсилювача  дорівнює нулю,  маємо:

                                                 (2.8.)

 

 

і напрямок його протікання на рис.2.10 а вказано вірно.

    За  першим законом Кірхгофа

I₃ = I₁ = 0, 15 мА                                          (2.9.)

    І напрямок його протікання також вказано  вірно.

    Очевидно,  що 

,                                             (2.10.) 

,

   і напрямок його протікання є зворотнім  до вказаного.

   Електрична  принципова схема інвертуючого підсилювача  з параметрами,  отриманими за даними розрахунку і побудованого на ОП 140УД7.

Рис. 2.11. Електрична принципова схема інвертуючого підсилювача

   Зауважимо: оскільки підсилювач призначений для  підсилення сигналу напруги постійного струму,  то коригуючий конденсатор  не встановлюємо.

   Потужність  що виділяється в резисторах підсилювача,  становить 

P_R=RI²                                                        (2.11.)

 

    Отже,

P_R1=1*10³(0, 15*10^-3)²=2, 25*10^-5 Вт.                        (2.12.)

P_R2 = 20*10³(0, 15*10^-3)²=4, 5*10^-5 Вт                       (2.13.)

P_R4 =2*10³(1, 5*10^-3)²=4, 5*10^-3 Вт                         (2.14.)

    Вибираємо резистор типу С2-33 з номінальною  потужністю 0, 125 Вт.  Бачимо - в схемах на ОП потужність резистора дещо менша,  ніж у схемах на транзисторах.  

    2.5. Опис схеми керування,  контролю, регулювання.

    Блок  БУС сприймає сигнали датчиків, кінцевих вимикачів, команди від  диспетчера загально котлового керуючого пристрою і відповідно до закладеного алгоритму формує команди керування для реалізації функцій.

    БУС містить два блоки введення сигналів БВС, блок затримки сигналів БЗС, блок аварійного захисту БАЗ, блок контролю полум'я БКП, блок формування команд БФК, блок формування впливу БФВ, блок програмувального таймера БПТ, два блоки герконових реле БГР, блок допоміжних елементів БВЕ і блок живлення БП.

    Перераховані  блоки зображені у виді прямокутників, на полях яких нанесені основні функціональні елементи, необхідні для розкриття принципу роботи схеми. Блоки позначаються відповідно до принципової схеми. Блоки БВС і БЗС зображені рознесеним способом.

    Логічні елементи, що входять у блоки, також зображені у виді прямокутників, до яких підведені лінії виводів цих елементів. На основному полі кожного елемента нанесені символи, що вказують па логічну функцію, виконувану елементом.

    Входи тригера S і R для установки його в стан логічної «1» і логічного «0».

    Кружок на лінії вихідного (вхідного) висновку елемента і риска над позначенням цього висновку означає, що відповідний вхід (вихід) є інвертованим по відношенню до відповідного вхідному (вихідному) сигналу.

    Логічні елементи позначаються буквою D, а їхня нумерація в кожнім блоці починається з номера 1. Тому надалі в тексті опису зустрічається дробове позначення логічних елементів і висновків блоків (наприклад, «елемент А/5/Д20», «вхід А8/25»).

    Контакти  зовнішніх рознімань БУС також мають дробове позначення: у чисельнику дається позначення рознімання, у знаменнику — номер його контакту.

    Вхідні  і вихідні сигнали логічних елементів  мають наступні рівні напруг:

0. — від нуля до плюс 0,9 В;
1. — від плюс 7,7 В до плюс 9 В.

 

 

    Блоки БВС служать для нормування вхідних сигналів і їхнього логічного узгодження з внутрішніми сигналами БУС. Кожен блок БВС розрахований на обробку тринадцяти сигналів, що представляються станами зовнішніх контактів. Стан кожного контакту за допомогою формувача F перетвориться в електричний сигнал напруги з нормованими рівнями логічного нуля і логічної одиниці. У цьому ж формувачі виробляється фільтрація перешкод, що можуть наводитися в проводах зовнішнього монтажу.

    Блок  БКП служить для логічного узгодження сигналу первинного датчика ( фото резистора контрольного електрода) із внутрішніми сигналами БУС, БКП має два незалежних канали, кожний з який формує на прямих виходах логічний сигнал 1, а на що інвертують 0, якщо частота коливань вихідного опору первинного датчика знаходиться в. межах 5—30 Гц (частота пульсацій полум'я) і відсутнє коротке замикання обрив зовнішніх ланцюгів, що з'єднують БКП із первинними датчиками.

    Сигнали датчиків аварійного захисту, що контролюють  параметри, для яких можливі значні пульсації (тиск рідкого палива, тиск повітря, розрідження), можуть бути задемпфіровані за допомогою блоку БЗС, що містить п'ять елементів затримки. Час затримки регулюється в межах від 1 до 10 із з дискретністю 1 с. Елементи затримки до каналів захисту по тиску повітря і розрідженню, підключені «жорстко», а до каналів захисту по тиску палива — через контакти.

    Включення в роботу каналів захисту, передбаченої сигналізації, ламп робочої сигналізації, регуляторів, а також видача інформаційних сигналів на верхній рівень ієрархії керування виробляються в строгій послідовності, обумовленої алгоритмами пуску й зупинки котла.

    Алгоритми пуску й зупинки формуються програматором, побудованим на блоках БФК, БПТ і БФВ. Порядок взаємодії різних елементів схеми БУС опреділюється логічними значеннями внутрішніх команд Zⁱ, Zⁱ формуючих блоком БФК під керуванням. Блок БПТ переставляє собою дванадцяти розрядний двотактний регістр зрушення. Кожен розряд регістра має два тригери. На виходах непарних тригерів (починаючи з 3-го) створюють команди Zⁱ, за допомогою парних тригерів (починаючи з 4-го) на виходах інверторів утворяться команди Zⁱ (i=2,3….12). Моменти зміни значень команд Zⁱ, Zⁱ визначаються блоком БПТ. Блок БПТ у момент надходження на його входи чергового набору значень команд починає відраховувати витримку часу, по закінченні якої на шинах РАХУНОК і ТАКТ відбуваються зміни логічних сигналів, таке, що під їх впливом відбувається рух регістра, що супроводжується зміною значень Zⁱ, Zⁱ. Тривалість витримок часу визначається настроюванням матриці дешифратора ДС для кожного набору значень Zⁱ, Zⁱ.