77088

Водогрейный котел КВГМ

Дипломная

Архивоведение и делопроизводство

Наилучшим решением в этой ситуации является разработка полномасштабных интегрированных автоматизированных систем управления технологическим процессом АСУ ТП взамен устаревших систем а также внедрение современного технологического оборудования позволяющего максимально использовать возможности систем управления и тем самым добиться качественно нового уровня технологии. Современные автоматизированные системы управления котельной и котельными агрегатами по отдельности включают систему управления водогрейным отделением содержащую...

Русский

2015-02-01

375 KB

50 чел.

ВВЕДЕНИЕ

Оборудование большинства тепловых станций эксплуатируется 15-20 и более лет, его физический ресурс исчерпан, оно морально устарело.

Наилучшим решением в этой ситуации является разработка полномасштабных интегрированных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП) взамен устаревших систем, а также внедрение современного технологического оборудования, позволяющего максимально использовать возможности систем управления и тем самым добиться качественно нового уровня технологии. По сравнительным оценкам такой подход экономически оправдан и по размерам затрат на внедрение, и по показателям эффективности (экономии энергоресурсов, снижению аварийности, более рациональному использованию оборудования), а также привлекательности в силу возможности реализовывать широкий круг экологических мероприятий и повысить общую культуру производства.

В процессе эксплуатации котлов, оснащенных релейно-контактной автоматикой, нередко возникают аварийные режимы. Для определения предаварийных режимов необходим определенный уровень квалификации обслуживающего персонала, а своевременное регулирование процесса производства тепловой энергии требует постоянного наблюдения за параметрами процесса со стороны оператора. Конечно, промышленность и сейчас выпускает широкий диапазон водогрейных и паровых котлов. Но, к сожалению, большинство систем автоматики, поставляемых в комплекте с котельными установками, по-прежнему реализовано на основе релейно-контактных элементов. Кроме того, большое количество котельных установок, эксплуатируемых практически во всех регионах Украины, имеют еще достаточный запас ресурса, их полная замена не оправданна.

Современные автоматизированные 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 компьютерах под управлением операционной системы;

– средний уровень – это непосредственно система управления котлом (вспомогательным оборудованием) расположенная в непосредственной близости от управляемого оборудования и реализованная на базе управляющего контроллера. Шкаф управления котлом содержит также контроллер автоматики безопасности, 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.

Основными функциями автоматизированной системы управления (АСУ) котельными являются:

– автоматический пуск и останов оборудования;

– дистанционное управление оборудованием;

– настройка параметров управления;

– информационное обслуживание оперативного персонала о ходе технологического процесса и работе технологического оборудования;

– документирование и архивирование информации: архивы технологических параметров, действий оператора, тревог;

– диагностику и анализ аварийных ситуаций;

– наладочные функции удаленного конфигурирования и программирования контроллеров с операторских станций.

– диагностика  текущего  состояния  технологического  оборудования  и  системы управления;

– по агрегатный технический учет расходов топлива (газа) и выработки продукта (тепла);

– реализация функций автоматики регулирования – регуляторы нагрузки котла и уровня воды в барабане котла реализованы программным способом, регуляторы разрежения в топке котла и соотношения «топливо-воздух» реализованные с использованием функций частотного регулирования;

– реализация функций автоматики безопасности и их дублирование программно-аппаратными средствами с использованием дополнительного контроллера безопасности.

Кроме того, внедрение таких систем позволяет снизить влияние человеческого фактора в производственном процессе и вероятность возникновения аварийных режимов функционирования котла, повысить экологические характеристики котельной и культуру производственного процесса.


1
Характеристика объекта автоматизации

1.1 Описание технологического процесса

Водогрейные котлы предназначены для получения горячей воды номинальной температурой 150 °С, используемой в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий и сооружений промышленного и бытового назначения, а также для технологических целей, и устанавливаются в котельных, оборудованных системой водоподготовки.

Для создания автоматизированной системы управления процессами выработки горячей воды, реализуемыми водогрейными котлами, в первую очередь необходимо определить цель создания системы и ее назначение, а также провести обследование котла и его технологического оборудования как объекта предстоящей автоматизации. В процессе обследования надо составить перечень технологического оборудования, указать на его исправность, определить режимы работы и эксплуатационные характеристики: энергопотребление, вид топлива, производительность и др., а также контролируемые и управляемые параметры, перечень критических и опасных значений параметров процесса.

Водогрейный котел КВГМ-50, представляет собой довольно сложный технологический агрегат. Общий вид представлен на рисунке 1.

Рисунок 1 – Общий вид котла КВГМ-50

1.2 Режимы работы объекта

Котел КВГМ-50 обладает большим количеством контролируемых и управляемых параметров, функционально котел и его оборудование можно разделить на несколько частей (см. рисунок 2):

  •  система подачи топлива;
  •  система подачи воздуха;
  •  горелочные устройства;
  •  топка;
  •  система подачи воды;
  •  барабан котла.

Котел состоит из стального цилиндрического корпуса, внутри которого расположен 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, между которым и стенкой корпуса проложен теплоизолирующий материал.

Рисунок 2 – Функциональная схема котла

Котел состоит из стального цилиндрического корпуса, внутри которого расположен 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, между которым и стенкой корпуса проложен теплоизолирующий материал

Котел имеет следующие режимы функционирования:

  •  розжиг;
  •  основной режим;
  •  останов.

1.3 Конструкции агрегатов и установок, входящих в ТОУ

Анализ режимов работы показал, что наиболее сложным с точки зрения управления является основной режим с динамически изменяющимися нагрузками и исправность котла во многом 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 результате чего возникают наиболее частые отклонения параметров от номинальных режимов и работе на предельных значениях, что приводит к неисправностям котла.

В связи с тем, что существующая система управления не позволяет стабилизировать температурный режим отходящей воды с точностью  в водогрейном баке возникают частые и резкие изменения подачи воды в котел. Такие перепады вызывают значительные температурные напряжения в металле экономайзера, и не позволяет достичь равномерности подачи воды и как следствие поддержания оптимального уровня подогреваемой воды в баке.

Наряду с этим создание необходимого давления пара в котле и его поддержание на заданном уровне обеспечиваются созданием соответствующих температурных режимов. Они достигаются сжиганием некоторого количества топлива (природного газа). В свою очередь процесс сжигания также имеет критические моменты. Химическая сторона горения природного газа представляет собой реакцию окисления горючих элементов молекулами кислорода. Для горения используется кислород, находящийся в атмосфере. Воздух в топку подается в определенном соотношении с газом посредством дутьевого вентилятора. Соотношение газ – воздух составляет примерно 1:10.

Из-за устаревшего оборудования регулирование соотношения газ-воздух система управления не может стабильно поддерживать требуемое соотношение. При функционировании котла наблюдаются неравномерность режимов недостатка воздуха.

При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива, и несгоревший газ выбрасывается в атмосферу, что ведет к снижению экологических характеристик котельной и нерациональному использованию топлива. Избыточная же подача воздуха в топочную камеру приводит к полному сгоранию топлива. Однако при этом происходит охлаждение топки, что также снижает эффективность агрегата. Кроме того, остатки кислорода и азот, присутствующий в воздухе, будут образовывать двуокись азота, что также недопустимо, поскольку это соединение вредно для человека и окружающей среды. Поэтому регулирование подачи воздуха для сжигания топлива необходимо как физически, так и экономически.

Вместе с тем отсутствие разряжения в топке приводит к обгоранию горелок и нижней части топки, дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что сделает невозможной работу обслуживающего персонала. Таким образом, создание и поддержание разряжения в топке котла является необходимым условием для поддержания топки под наддувом.

Кроме того, подготовка котла к розжигу представляет собой довольно трудоемкий и кропотливый процесс, при котором проводятся проверка исправности технологического оборудования и многочисленные замеры параметров. Результаты подготовительного процесса определяют возможность запуска и использования котла по назначению, так как исправность котла и его безопасность обусловливаются обеспечением поддержания на заданном уровне необходимых параметров процесса.

Таким образом, нормальное протекание процесса, реализуемого водогрейным котлом, требует выполнения множества условий, и несоблюдение хотя бы одного из них может вызвать аварийную ситуацию и выход из строя дорогостоящего оборудования. Все это обусловливает необходимость постоянного слежения за параметрами и немедленного реагирования на отклонение их от нормы.

Все вышесказанное определяет цель создания системы – обеспечение оптимальных производственно-экономических, технологических и технических параметров работы котла.

Выделим объект автоматизации. Нашей задачей является разработка автоматизированной системы управления аэрошибером рекуператора. Общий вид аэрошибера представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Общий вид аэрошибера.

2 Разработка АСУ ТП

2.1 Задачи АСУ ТП

Основой разработки АСУ ТП является построение моделей производственных процессов, а также процессов сбора и обработки информации о ходе этих процессов. Общая цель моделирования подчинена цели любых естественно – научных исследований – прогнозировать результаты предстоящих экспериментов.

Система управления водогрейным котлом КВГМ должна выполнять автоматический контроль параметров и оперативное управление технологическим оборудованием в зависимости от значений параметров процесса производства тепловой энергии в котлах во всех режимах функционирования. Исходя из вышесказанного, определяется ряд задач, которые должна решать автоматизированная система управления котлом (АСУ водогрейного котла) и его технологическим оборудованием в различных режимах эксплуатации.

При подготовке котла к запуску система должна осуществлять:

  •  проведение проверок исправности технологического оборудования;
  •  проведение замеров параметров.

При запуске котла:

  •  проверку контроля герметичности запорной арматуры при использовании в качестве топлива газа;
  •  наполнение котла водой до требуемого уровня;
  •  проверку соответствующего давления подачи топлива на горение;
  •  подачу воздуха на горение и создание соответствующего давления подачи воздуха;
  •  создание соответствующего разряжения в топке;
  •  подачу топлива и розжиг.

Для предотвращения вывода из строя котла и обеспечения безопасности САУ водогрейного котла должна блокировать розжиг котла в следующих случаях:

  •  при обнаружении неисправности оборудования и нарушении герметичности клапанов горелок;
  •  при недопустимом давлении топлива на вводе;
  •  при недопустимом пониженном или повышенном уровне воды в барабане котла;
  •  при отсутствии необходимого разряжения в топке.

2.2 Режимы работы системы

В зависимости от условий работы и характера выполнения исполнительных команд система может реализовывать следующий режим работы:

  •  Автоматический – управление с ЭВМ. В данной системе управления в БД хранятся указания на автоматические действия, которые выполняются в определенных ситуациях. Специальная таблица БД указывает, при каком значении некоторого параметра вызывается исполнительная команда.
  •  Ручной – управление мастером на местном щите.

2.3 Функциональная структура проектируемой системы

Существующая система на предприятии должна иметь два уровня системы управления, так все данные фиксируются на местном щите мастера и на ЭВМ оператора.

Первый (нижний уровень) должен осуществлять контроль результатов измерений и непосредственное цифровое управление по датчикам, исполнительным механизмам, выполнение необходимых переключений по командам верхнего уровня, автоматическим переключениям.

Второй (верхний уровень) выполняет функции отображения данных о состоянии технологического процесса, архивировании полученных данных. Кроме того, на этом уровне нужно организовать сохранение всех изменений всех параметров, которые осуществил оператор, в базу данных, справочную систему и удобный интерфейс.

2.4 Концептуальная модель регулирования положения аэрошибера рекуператора

Построение концептуальной (содержательной) модели конкретного объекта является первым этапом моделирования. Основным содержанием этого этапа является переход от словесного описания к его математической модели. Как управляемый объект, положение аэрошибера характеризуется следующими параметрами (рис. 4):

  1.  входные:
    •  температура T в рекуператоре.
      •  давление P в рекуператоре. 
  2.  выходные:
  •  угол поворота L исполнительного механизма МЭО .

Рисунок 4 – Структура регулирования положения аэрошибера.

Управляющим воздействием может служить: температура T в рекуператоре.

2.5 Функциональная схема автоматизации процесса

Цель работы создать систему управления положением аэрошибера, тем самым предохранить рекуператор от перегрева. Требуется регулировать параметр T, а так же контролировать давление P.

Техническая реализация контроля наиболее проста при использовании датчиков температуры и давления. Сигнал от которых поступает на регулятор, который управляет исполнительным механизмом. Функциональная схема реализации изображении на рисунке 5.

Состав системы автоматического регулирования представлен в табл. 1:

1.  Прибор показывающий, записывающий.

Датчик температуры N1809 FA-T1

-10 – 150 гр.

TIR

2. Прибор 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

Таблица 1 –  Состав САР.

Рисунок 5 – Функциональная схема технической реализации принципов управления положения аэрошибера.

3 Алгоритм работы АСУ ТП

3.1 Описание режимов функционирования объекта

В общем случае все режимы функционирования технологического процесса управления котлом можно разделить на следующие группы:

  1.  Розжиг;
  2.  Основной режим;
  3.  Останов.

Для корректной работы необходима  инициализация начальных параметров. Должна быть проверка аварийных состояний и диагностика исполнительных устройств и механизмов, проведение замеров параметров.

В основном режиме производится опрос датчиков, по данным от которых производится регулирование с учетом начальных параметров. Для предотвращения вывода из строя и обеспечения безопасности САУ водогрейного котла должна блокировать розжиг котла в аварийных случаях.

Функционирование объекта можно представить алгоритмом, который отображает работу системы. Каждый блок представляет собой отдельную подпрограмму-алгоритм.

Рисунок 6 – Полная блок-схема алгоритма работы водогрейного котла

3.2 Описание алгоритма

Работа системы начинается с инициализации начальных параметров.

На втором этапе осуществляется корректность работы системы и проверка аварийных состояний. Затем диагностируются горелки.

После нагрева производиться позонное регулирование температурой.

Необходимо так же контролировать давление. Для этого производится опрос датчика. Показания датчика сравнивается с заданным параметром, и после этого производиться регулирование давления в топке. При достижении заданного значения производится проверка подачи воздуха, диагностика управления аэрошибером. После чего датчик опрашивается повторно. Если давление больше давление задания - авария, если меньше - управление передается дальше.

Контроль за подогревом воды осуществляется при помощи опроса датчика температуры. Согласно условию сравнения с заданными параметрами либо открывается заслонка, или продолжается нагрев.

4 Выбор и расчет оптимальных настроек автоматического регулятора

4.1 Функциональная схема автоматического управления

Функциональная схема автоматического управления положением аэрошибера рекуператора представлена на рисунке 7.

З – задание;

ЭС – элемент сравнения;

АУУ – автоматический узел управления;

У – управление;

ИМ – исполнительный механизм;

ОУ – объект управление;

Д1 – датчик.

Рисунок 7 – Система автоматического управления. 

Конфигурация структурной схемы соответствует функциональной (рисунок 5). Но вместо пояснения внутри каждого звена указываются соответствующие передаточные функции:

Рисунок 8 Структурная схема.

Изменение температуры в рекуператоре происходит не сразу, поэтому регулирующий орган инерционное звено. Реальная передаточная функция регулирующего органа в оперативной форме записывается:    , в соответствии выбранному объекту .

Второе звено — АР. Наиболее распространенным на практике является ПИ-регулятор, который обладает следующими достоинствами:

1. Обеспечивает нулевую статическую ошибку регулирования;

2. Достаточно прост в настройке, т. к. настраиваются только два параметра, а именно коэффициент усиления и постоянная интегрирования . В таком регуляторе имеется возможность оптимизации , что обеспечивает управление с минимально возможной 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 постоянной времени можно пренебречь:

В соответствии с выбранным регулятором:  

Исполнительный механизм (электропривод), описывается апериодическим звеном первого порядка и имеет коэффициент передачи, отличающийся от единицы и достаточно большую постоянную времени

В ходе 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 обыкновенными дифференциальными уравнениями первого порядка:

.

4.2 Исследование системы

Подставим числовые величины в выражения передаточных функций:

; ; ;; .

Определим передаточную функцию всей системы:

Подставим данные:

С помощью пакета Matlab исследуем систему:

Рисунок 9 – Исследование системы с помощью пакета Matlab.

Рисунок 10 – Графики исследуемой системы.

По критерию Найквиста система устойчива, т.к. годограф не захватывает точку (-1; 0j), (количество положительных переходов равно отрицательным). Система имеет запас устойчивости по фазе и амплитуде, это видно по частотным характеристикам.

ВЫВОДЫ

В процессе нагрева воды важно учитывать, контролировать и регулировать ряд параметров для нормального режима предприятия. Для этого создаются информационные системы управления.

В данной работе мы рассмотрели водогрейный котел КВГМ. Разработали автоматизированную систему управления аэрошибером рекуператора.

Система позволяет:

  •  регистрацию и сохранение параметров процесса в БД;
  •  контроль за состоянием оборудования и приборов, контролирующих и регулирующих параметры процесса;
  •  выявление предаварийных и аварийных ситуаций;
  •  регулирование параметров с помощью мастера (ручной способ на местном щите) или оператора ЭВМ (автоматический: на ЭВМ).

ПЕРЕЧЕНЬ 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 процессов. 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 тепловых пунктов. Справочное пособие. М.: Энергоиздат, 1989. 256 с.



T

Рекуператор

Сброс воздуха

Рекуператор

МЭО

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

МЭО

L

P

Система подачи воды

Система топлива

Барабан

Горелочные устройства

Система подачи воздуха

Топка

Теплоноситель

EMBED Equation.3  

МЭО

Рекуператор

Сброс воздуха

Аэрошибер


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

17433. Исследование управляемого выпрямителя на тиристорах 316.34 KB
  Отчет по лабораторной работе №4 Исследование управляемого выпрямителя на тиристорах Цель работы: изучение принципа регулирования выходного напряжения выпрямителя; ознакомление с работой схемы бесконтактного регулируемого выпрямительного устройства Описани
17434. Определение компонентов системного блока 43.5 KB
  Лабораторная работа Определение компонентов системного блока Краткие теоретические сведения 1. При подаче питания на процессор происходит его обращение к микросхеме ПЗУ и запуск программы инициализирующей работу компьютера. В этот момент на экране монитора набл...
17435. Ознайомлення з роботою широтно-імпульсного модулятора 248.5 KB
  Мета роботи :Ознайомлення з роботою широтноімпульсного модулятора. Теоретичні відомості Широтноімпульсна модуляція ШІМ англ. Pulsewidth modulation PWM наближення бажаного сигналу багаторівневого або неперервного до дійсних бінарних сигналів таким чином щоби в середнь...
17436. Ознайомлення з принципом роботи частотомірів 701 KB
  Мета роботи Ознайомлення з принципом роботи частотомірів Теоретичні відомості Вимірювання частоти та періоду сигналів по методу прямого перетворення базується на реалізації двох операцій: перетворенні вимірюваного сигналу в послідовність дискретних імпульсів ц
17437. Ознайомлення з принципом роботи аналого-цифрових перетворювачів порозрядного зрівноваження 402 KB
  Мета роботи :Ознайомлення з принципом роботи аналогоцифрових перетворювачів порозрядного зрівноваження. Теоретичні відомості Аналогоцифрове перетворення використовується для обробки зберігання або передачі аналогових сигнал в цифровій формі. Наприклад швидкі в
17438. Ознайомлення з роботою систем автоматичного регулювання зі зворотнім зв’язком 198 KB
  Мета роботи:Ознайомлення з роботою систем автоматичного регулювання зі зворотнім зв’язком. Теоретичні відомості Значні обчислювальні та логічні можливості ЕОМ визначають їх використання для керування автоматизованими об’єктами. Інтегральні пристрої цифрового опр
17439. Поняття Колективного несвідомого та архетипу в концепції К. Юнга 23.87 KB
  Поняття Колективного несвідомого та архетипу в концепції К. Юнга Аналітична психологія один з видів аналізу особистості засновником якого є швейцарський психолог і культуролог К. Г. Юнг. Цей напрямок близький до психоаналізу однак має істотні відмінності. Його
17440. Основні етапи розвитку позитивізму 20.68 KB
  Основні етапи розвитку позитивізму Незвичайність новітніх наукових відкриттів гостро поставила питання про природу наукових понять співвідношення чуттєвого і раціонального моментів пізнання емпіричного і теоретичного знання про істину та її критерії законом...
17441. Головні ідеї Філософії життя Ф. Ніцше 17.6 KB
  Головні ідеї Філософії життя Ф. Ніцше Наприкінці XIX у першій половині XX ст. в Європі набула популярності філософія життя найпомітнішими представниками якої були Ф. Ніцше З. Фрейд А. Бергсон які відійшли від онтологічної та характерної для класичної філософії гн...