(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Разработка автоматической системы управления водогрейным котлом КВГМ
Оборудование большинства термических станций эксплуатируется 15-20 и наиболее лет, его физический ресурс исчерпан, оно морально устарело.
Лучшим решением в данной для нас ситуации является разработка полномасштабных встроенных автоматических систем управления технологическим действием (АСУ ТП) взамен устаревших систем, также внедрение современного технологического оборудования, позволяющего очень употреблять способности систем управления и тем достигнуть отменно новейшего уровня технологии. По сравнительным оценкам таковой подход экономически оправдан и по размерам издержек на внедрение, и по показателям эффективности (экономии энергоресурсов, понижению аварийности, наиболее оптимальному использованию оборудования), также привлекательности в силу способности реализовывать широкий круг экологических мероприятий и повысить общую культуру производства.
В процессе использования котлов, снаряженных релейно-контактной автоматикой, часто появляются аварийные режимы. Для определения предаварийных режимов нужен определенный уровень квалификации обслуживающего персонала, а своевременное регулирование процесса производства термический энергии просит неизменного наблюдения за параметрами процесса со стороны оператора. Естественно, индустрия и на данный момент выпускает широкий спектр водогрейных и паровых котлов. Но, к огорчению, большая часть систем автоматики, поставляемых в комплекте с котельными установками, как и раньше реализовано на базе релейно-контактных частей. Не считая того, огромное количество котельных установок, эксплуатируемых фактически во всех регионах Украины, имеют еще достаточный припас ресурса, их полная подмена не оправданна.
Современные автоматические системы управления котельной и котельными агрегатами по отдельности включают систему управления водогрейным отделением, содержащую:
-автономные системы управления водогрейными котлами;
-систему управления сетевой установкой.
-верхний уровень представлен сервером и клиентами системы супервизорного управления, которые находятся на компах под управлением операционной системы;
-средний уровень — это конкретно система управления котлом (вспомогательным оборудованием) расположенная в конкретной близости от управляемого оборудования и реализованная на базе управляющего контроллера. Шкаф управления котлом содержит также контроллер автоматики сохранности, вторичные реле, диалоговую панель, световую и звуковую аварийную сигнализацию;
-нижний уровень представлен датчиками и исполнительными механизмами, а так же устройствами локальной автоматики — частотно-регулируемыми приводами дымососа и вентилятора.
Главными функциями автоматической системы управления (АСУ) котельными являются:
-автоматический запуск и останов оборудования;
-дистанционное управление оборудованием;
-настройка характеристик управления;
-информационное сервис оперативного персонала о ходе технологического процесса и работе технологического оборудования;
-документирование и архивирование инфы: архивы технологических характеристик, действий оператора, тревог;
-диагностику и анализ аварийных ситуаций;
-наладочные функции удаленного конфигурирования и программирования контроллеров с операторских станций.
—смерти) текущего состояния технологического оборудования и системы управления;
-по агрегатный технический учет расходов горючего (газа) и выработки продукта (тепла);
-реализация функций автоматики регулирования — регуляторы перегрузки котла и уровня воды в барабане котла реализованы программным методом, регуляторы разрежения в топке котла и соотношения «топливо-воздух» реализованные с внедрением функций частотного регулирования;
-реализация функций автоматики сохранности и их дублирование программно-аппаратными средствами с внедрением доп контроллера сохранности.
Не считая того, внедрение таковых систем дозволяет понизить воздействие людского фактора в производственном процессе и возможность появления аварийных режимов функционирования котла, повысить экологические свойства котельной и культуру производственного процесса.
1. Черта объекта автоматизации
1.1 Описание технологического процесса
Водогрейные котлы предусмотрены для получения жаркой воды номинальной температурой 150 °С, применяемой в системах отопления, вентиляции и жаркого водоснабжения спостроек и сооружений промышленного и бытового предназначения, также для технологических целей, и инсталлируются в котельных, оборудованных системой водоподготовки.
Для сотворения автоматической системы управления действиями выработки жаркой воды, реализуемыми водогрейными котлами, сначала нужно найти цель сотворения системы и ее предназначение, также провести обследование котла и его технологического оборудования как объекта грядущей автоматизации. В процессе обследования нужно составить список технологического оборудования, указать на его исправность, найти режимы работы и эксплуатационные свойства: энергопотребление, вид горючего, производительность и др., также управляемые и управляемые характеристики, список критичных и небезопасных значений характеристик процесса.
Водогрейный котел КВГМ-50, представляет собой достаточно непростой технологический агрегат. Вид представлен на рисунке 1.
Набросок 1 — Вид котла КВГМ-50
1.2 Режимы работы объекта
Котел КВГМ-50 владеет огромным количеством контролируемых и управляемых характеристик, функционально котел и его оборудование можно поделить на несколько частей (см. набросок 2):
— система подачи горючего;
— система подачи воздуха;
— горелочные устройства;
— топка;
— система подачи воды;
— барабан котла.
Котел состоит из железного цилиндрического корпуса, снутри которого размещен циркуляционный контур, снаружи корпуса закреплен газоотводящий короб, снизу к корпусу крепится охлаждаемая циклонная топка.
Верхнее отверстие корпуса закрыто охлаждаемой крышкой. С наружи корпус котла обшит листом, меж которым и стеной корпуса проложен теплоизолирующий материал.
Набросок 2 — Многофункциональная схема котла
Котел состоит из железного цилиндрического корпуса, снутри которого размещен циркуляционный контур, снаружи корпуса закреплен газоотводящий короб, снизу к корпусу крепится охлаждаемая циклонная топка. Верхнее отверстие корпуса закрыто охлаждаемой крышкой. С наружи корпус котла обшит листом, меж которым и стеной корпуса проложен теплоизолирующий материал
Котел имеет последующие режимы функционирования:
— розжиг;
— главный режим;
— останов.
1.3 Конструкции агрегатов и установок, входящих в ТОУ
анализ режимов работы показал, что более сложным исходя из убеждений управления является главный режим с динамически изменяющимися перегрузками и исправность котла почти во всем зависит от уровня давления пара и количества воды в барабане котла. Существующая система управления водогрейным котлом является релейно-контакторной и как следствие имеет низкое быстродействие, в итоге что появляются более нередкие отличия характеристик от номинальных режимов и работе на предельных значениях, что приводит к неисправностям котла.
В связи с тем, что существующая система управления не дозволяет стабилизировать температурный режим отходящей воды с точностью в водогрейном баке появляются нередкие и резкие конфигурации подачи воды в котел. Такие перепады вызывают значимые температурные напряжения в сплаве экономайзера, и не дозволяет достигнуть равномерности подачи воды и как следствие поддержания рационального уровня подогреваемой воды в баке.
Вместе с сиим создание нужного давления пара в котле и его поддержание на данном уровне обеспечиваются созданием соответственных температурных режимов. Они достигаются сжиганием некого количества горючего (природного газа). В свою очередь процесс сжигания также имеет критичные моменты. Хим сторона горения природного газа представляет собой реакцию окисления горючих частей молекулами кислорода. Для горения употребляется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом средством дутьевого вентилятора. Соотношение газ — воздух составляет приблизительно 1:10.
Из-за устаревшего оборудования регулирование соотношения газ-воздух система управления не может размеренно поддерживать требуемое соотношение. При функционировании котла наблюдаются неравномерность режимов недочета воздуха.
При недочете воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание горючего, и несгоревший газ выбрасывается в атмосферу, что ведет к понижению экологических черт котельной и нерациональному использованию горючего. Лишная же подача воздуха в топочную камеру приводит к полному сгоранию горючего. Но при всем этом происходит остывание топки, что также понижает эффективность агрегата. Не считая того, остатки кислорода и азот, присутствующий в воздухе, будут создавать двуокись азота, что также неприемлимо, так как это соединение вредоносно для человека и окружающей среды. Потому регулирование подачи воздуха для сжигания горючего нужно как на физическом уровне, так и экономически.
вкупе с тем отсутствие разряжения в топке приводит к обгоранию горелок и нижней части топки, дымовые газы при всем этом пойдут в помещение цеха, что сделает неосуществимой работу обслуживающего персонала. Таковым образом, создание и поддержание разряжения в топке котла является нужным условием для поддержания топки под наддувом.
Не считая того, подготовка котла к розжигу представляет собой достаточно трудозатратный и тщательный процесс, при котором проводятся проверка исправности технологического оборудования и бессчетные замеры характеристик. Результаты предварительного процесса определяют возможность пуска и использования котла по предназначению, потому что исправность котла и его сохранность обусловливаются обеспечением поддержания на данном уровне нужных характеристик процесса.
Таковым образом, обычное протекание процесса, реализуемого водогрейным котлом, просит выполнения огромного количества критерий, и несоблюдение хотя бы 1-го из их может вызвать аварийную ситуацию и выход из строя дорогостоящего оборудования. Все это обусловливает необходимость неизменного слежения за параметрами и незамедлительного реагирования на отклонение их от нормы.
Все вышеупомянутое описывает цель сотворения системы — обеспечение хороших производственно-экономических, технологических и технических характеристик работы котла.
Выделим объект автоматизации. Нашей задачей является разработка автоматической системы управления аэрошибером рекуператора. Вид аэрошибера представлен на рисунке 3.
Набросок 3 — Вид аэрошибера.
2. Разработка АСУ ТП
2.1 задачки АСУ ТП
Основой разработки АСУ ТП является построение моделей производственных действий, также действий сбора и обработки инфы о ходе этих действий. Общая цель моделирования подчинена цели всех естественно — научных исследовательских работ — предсказывать результаты грядущих тестов.
Система управления водогрейным котлом КВГМ обязана делать автоматический контроль характеристик и оперативное управление технологическим оборудованием зависимо от значений характеристик процесса производства термический энергии в котлах во всех режимах функционирования. Исходя из вышесказанного, определяется ряд задач, которые обязана решать система управления котлом (АСУ водогрейного котла) и его технологическим оборудованием в разных режимах эксплуатации.
При подготовке котла к запуску система обязана производить:
— проведение проверок исправности технологического оборудования;
— проведение замеров характеристик.
При запуске котла:
— проверку контроля плотности запорной арматуры при использовании в качестве горючего газа;
— котла водой до требуемого уровня;
— проверку соответственного давления подачи горючего на горение;
— подачу воздуха на горение и создание соответственного давления подачи воздуха;
— создание соответственного разряжения в топке;
— подачу горючего и розжиг.
Для предотвращения вывода из строя котла и обеспечения сохранности САУ водогрейного котла обязана перекрыть розжиг котла в последующих вариантах:
— при обнаружении неисправности оборудования и нарушении плотности клапанов горелок;
— при недопустимом давлении горючего на вводе;
— при недопустимом пониженном либо завышенном уровне воды в барабане котла;
— при отсутствии нужного разряжения в топке.
2.2 Режимы работы системы
Зависимо от критерий работы и нрава выполнения исполнительных установок система может реализовывать последующий режим работы:
— Автоматический — управление с ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач). В данной системе управления в БД хранятся указания на автоматические деяния, которые производятся в определенных ситуациях. Особая таблица БД показывает, при каком значении некого параметра вызывается исполнительная команда.
— Ручной — управление мастером на местном щите.
2.3 Многофункциональная структура проектируемой системы
Существующая система на предприятии обязана иметь два уровня системы управления, так все данные фиксируются на местном щите мастера и на ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) оператора.
1-ый (нижний уровень) должен производить контроль результатов измерений и конкретное цифровое управление по датчикам, исполнительным механизмам, выполнение нужных переключений по командам верхнего уровня, автоматическим переключениям.
2-ой (верхний уровень) делает функции отображения данных о состоянии технологического процесса, архивировании приобретенных данных. Не считая того, на этом уровне необходимо организовать сохранение всех конфигураций всех характеристик, которые выполнил оператор, в базу данных, справочную систему и удачный интерфейс.
2.4 Мировозренческая модель регулирования положения аэрошибера рекуператора
Построение концептуальной (содержательной) модели определенного объекта является первым шагом моделирования. Главным содержанием этого шага является переход от словесного описания к его математической модели. Как управляемый объект, положение аэрошибера характеризуется последующими параметрами (рис. 4):
1. входные:
— температура T в рекуператоре.
— давление P в рекуператоре.
2. выходные:
— угол поворота L исполнительного механизма МЭО .
Расположено на /
Набросок 4 — структура регулирования положения аэрошибера.
Управляющим действием может служить: температура T в рекуператоре.
2.5 Многофункциональная схема автоматизации процесса
Цель работы сделать систему управления положением аэрошибера, тем предохранить рекуператор от перегрева. Требуется регулировать параметр T, а так же надзирать давление P.
Техно реализация контроля более ординарна при использовании датчиков температуры и давления. Сигнал от которых поступает на регулятор, который управляет исполнительным механизмом. Многофункциональная схема реализации изображении на рисунке 5.
Состав системы автоматического регулирования представлен в табл. 1:
Таблица 1 — Состав САР.
1. Устройство показывающий, записывающий.
Датчик температуры N1809 FA-T1
-10 — 150 р.
TIR
2. Устройство показывающий, записывающий. Датчик измерения давления SITRANS P, серия DS II
20 — 32 бар.
PIR
3. Автоматический регулятор системы.
ПИ
TIRC
4. Исполнительный механизм МЭО-250/63-0.25-99(91)
240Вт
МЭО
Расположено на /
Набросок 5 — Многофункциональная схема технической реализации принципов управления положения аэрошибера.
3. метод работы АСУ ТП
3.1 Описание режимов функционирования объекта
В общем случае все режимы функционирования технологического процесса управления котлом можно поделить на последующие группы:
1. Розжиг;
2. Главный режим;
3. Останов.
Для корректной работы нужна инициализация исходных характеристик. Обязана быть проверка аварийных состояний и другими словами заключения о сути заболевания и состоянии пациента»>диагностика (процесс установления диагноза, то есть заключения о сущности болезни и состоянии пациента) исполнительных устройств и устройств, проведение замеров характеристик.
В главном режиме делается опрос датчиков, по данным от которых делается регулирование с учетом исходных характеристик. Для предотвращения вывода из строя и обеспечения сохранности САУ водогрейного котла обязана перекрыть розжиг котла в аварийных вариантах.
Функционирование объекта можно представить методом, который показывает работу системы. Любой блок представляет собой отдельную подпрограмму-алгоритм.
Набросок 6 — Полная блок-схема метода работы водогрейного котла
3.2 Описание метода
Работа системы начинается с инициализации исходных характеристик.
На втором шаге осуществляется правильность работы системы и проверка аварийных состояний. Потом диагностируются горелки.
Опосля нагрева выполняться позонное регулирование температурой.
нужно так же надзирать давление. Для этого делается опрос датчика. Показания датчика сравнивается с данным параметром, и опосля этого выполняться регулирование давления в топке. При достижении данного значения делается проверка подачи воздуха, другими словами заключения о сути заболевания и состоянии пациента»>диагностика (процесс установления диагноза, то есть заключения о сущности болезни и состоянии пациента) управления аэрошибером. Опосля что датчик опрашивается повторно. Если давление больше давление задания — трагедия, если меньше — управление передается далее.
Контроль за обогревом воды осуществляется с помощью опроса датчика температуры. Согласно условию сопоставления с данными параметрами или раскрывается заслонка, либо длится нагрев.
4. Выбор и расчет хороших опций автоматического регулятора
4.1 Многофункциональная схема автоматического управления
Многофункциональная схема автоматического управления положением аэрошибера рекуператора представлена на рисунке 7.
З — задание;
ЭС — элемент сопоставления;
АУУ — автоматический узел управления;
У — управление;
ИМ — исполнительный механизм;
ОУ — объект управление;
Д1 — датчик.
Набросок 7 — Система автоматического управления.
Конфигурация структурной схемы соответствует многофункциональной (набросок 5). Но заместо пояснения снутри всякого звена указываются надлежащие передаточные функции:
Набросок 8 — Структурная схема.
Изменение температуры в рекуператоре происходит не сходу, потому регулирующий орган инерционное звено. Настоящая передаточная функция регулирующего органа в оперативной форме записывается: , в согласовании избранному объекту .
2-ое звено — АР. Более всераспространенным на практике является ПИ-регулятор, который владеет последующими плюсами:
1. Обеспечивает нулевую статическую ошибку регулирования;
2. Довольно прост в настройке, т. к. настраиваются лишь два параметра, а конкретно коэффициент усиления и неизменная интегрирования . В таком регуляторе имеется возможность оптимизации , что обеспечивает управление с мало вероятной среднеквадратичной ошибкой регулирования;
3. Малая чувствительность к шумам в канале измерения (в отличии от ПИД-регулятора).
Согласно процессу регулирования:
Третье звено — усилитель описывается безинерционным звеном, т.к. его неизменной времени можно пренебречь:
В согласовании с избранным регулятором:
Исполнительный механизм (электропривод), описывается апериодическим звеном первого порядка и имеет коэффициент передачи, отличающийся от единицы и довольно огромную постоянную времени
В процессе работы был принят механизм МЭО-250/63-0.25, для которого согласно паспортным данным: .
объект управления — аэрошибер, является звеном первого порядка, т.к. все процессы, притекающие в нём описываются обычными дифференциальными уравнениями первого порядка:
.
4.2 исследование системы
Подставим числовые величины в выражения передаточных функций:
; ; ;; .
Определим передаточную функцию всей системы:
Подставим данные:
При помощи пакета Matlab исследуем систему:
Набросок 9 — исследование системы при помощи пакета Matlab.
Набросок 10 — Графики исследуемой системы.
По аспекту Найквиста система устойчива, т.к. годограф не захватывает точку (-1; 0j), (количество положительных переходов равно отрицательным). Система имеет припас стойкости по фазе и амплитуде, это видно по частотным чертам.
Выводы
В процессе нагрева воды принципиально учесть, надзирать и регулировать ряд характеристик для обычного режима компании. Для этого создаются информационные системы управления.
В данной работе мы разглядели водогрейный котел КВГМ. Разработали автоматическую систему управления аэрошибером рекуператора.
Система дозволяет:
§ регистрацию и сохранение характеристик процесса в БД;
§ контроль за состоянием оборудования и устройств, контролирующих и регулирующих характеристики процесса;
§ выявление предаварийных и аварийных ситуаций;
§ регулирование характеристик при помощи мастера (ручной метод на местном щите) либо оператора ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (автоматический: на ЭВМ (Электронная вычислительная машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач)).
котел метод аэрошибер автоматический
Список ссылок
1. Герасимов С.Г. Автоматическое регулирование котельных установок. М.: Госэнергоиздат, 1950, 424 с.
2. Ицкович А.М. Котельные установки. М.: Нашиц, 1958, 226 с.
3. Ктоев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических действий. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1990, 464
4. Лохматов В.М. Автоматизация промышленных котельных. Л.: Энергия, 1970, 208 с.
5. Фейерштейн В.С. Справочник по автоматизации котельных. М.: Энергия, 1972, 360 с.
6. Фаников В.С. , Витальев В.П. Автоматизация термических пт. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1989. 256 с.
]]>