Автоматизация – это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.
Введение
Автоматизация – это применение комплекса средств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции, уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники безопасности.
Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.
По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению(нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.
Автоматизация параметров дает значительные преимущества:
1) обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т.е. повышение производительности его труда,
2) приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
3) увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого пара,
4) повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,
5) увеличивает экономичность работы парогенератора.
Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту, теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.
Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и др.)
Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства управления.
Теплотехнический контроль за работой парогенератора и оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов, действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов, протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной. Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по возможности удобно для наблюдения и обслуживания.
Технологические блокировки выполняют в заданной последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов парогенраторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности оборудования при возникновении аварии.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Заказать курсовую
Устройства технологической сигнализации информируют дежурный персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и световая сигнализация.
Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями, в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов» Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации теплоиспользующих установок и тепловых сетей» и др.
1. Технологическая часть
1.1 Описание технологического процесса
Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого необходимо для образования пар из воды, служит топливо.
Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в котельной установке, являются:
1) процесс горения топлива,
2) процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим горящим топливом с водой,
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
3) процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее испарения и нагрева полученного пара.
Во время работы в котлоагрегатах образуются два взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток образующегося в топке теплоносителя.
В результате этого взаимодействия на выходе объекта получается пар заданного давления и температуры.
Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках рабочего тела и теплоносителя.
Горение топлива является сплошным физико-химическим процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его горючих элементов кислородом. проходящий при определенной температуре и сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание. Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично накладываются одна на другую.
Расчет процесса горения обычно сводится к определению количества воздуха в м3, необходимого для сгорания единицы массы или объема топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры горения.
Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева. Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к холодному теплоносителю.
Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость, образующуюся при конденсации, называют конденсатом. Она используется для охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.
Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так как на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева устанавливается пароперегреватель, в данном случае ширмовой и коньюктивный, в которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С и давлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.
1.2 Описание конструкции объекта
Паровые котлы типа ДЕ паропроизводительностью 6,5 т/ч, с абсолютным давлением 1,3 МПа (14 кгс/см2) предназначены для выработки насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления и горячего водоснабжения. Масса котельной установки 16,5 т, температура питательной воды 100 С, температура пара 210 С. В качестве сжигаемого топлива используют газ или мазут.
Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубные выполнены по конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.
Основными составными частями котлов являются верхний и нижний барабаны 1, конвективный пучок и образующие топочную камеру 2 левый топочный экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования фронтальной стенки топки и задний экран.
Снизу в топку подается нужный для сгорания топлива воздух посредством дутьевых вентиляторов 3. Процесс горения топлива протекает при высоких температурах, поэтому экранные трубы котла воспринимают значительное количество тепла путем излучения.
Продукты сгорания топлива, называемые иначе газами, поступают в котельные газоходы, при этом обогревается поверхность пароперегревателя 4, омывают трубы экономайзера 6, в котором происходит подогрев питательной воды до температуры, близкой к 200 С, поступающей в барабаны котла 1. Далее дымовые газы проходят в дымоход 5 и поступают в воздухоподогреватель 7. Из него газы через дымовую трубу выходят в атмосферу. Вода в котел подается по трубопроводу 9, газ-трубопроводу 10. Пар из барабана котла, минуя пароперегреватель 4, поступает на паропровод 11.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
Одним из важнейших показателей конструкции котлоагрегата является его циркуляционная способность. Равномерная и интенсивная циркуляция воды и паровой смеси способствует смыванию со стены пузырьков пара и газа, выделяющихся из воды, а так же препятствует отложению на стенках накипи, что в свою очередь обеспечивает невысокую температуру стенок (200–400 С), ненамного превышающую температуру насыщения и еще не опасную для прочности котельной стали. Паровой котел ДЕ -10–14 Г. принадлежит к котлам естественной циркуляцией.
1.3 Обоснование необходимости контроля, регулирования и сигнализации технологических параметров
Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром, характеризующим баланс, является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления, снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести л нарушению циркуляции в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок обогреваемых труб и их пережег.
Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования. Качество регулирования питания также определяется равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.
Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них являются. изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.
Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов, происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива. Химическая сторона горения топлива 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 примерно составляет 1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.
Система автоматического регулирования разряжения в топке котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать постоянство разряжения (примерно 4 мм.вод. ст.). При отсутствии разряжения пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным работу обслуживающего персонала.
В питательной воде растворены соли, допустимое количество которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам – твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли, скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.
Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может возникнуть аварийная ситуация. Например при упуске воды из барабана, уровень воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван пережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратит выход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора, интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым и может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению факела.
Надежность защиты в значительной мере определяется количеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. По своему действию защиты подразделяются на действующие на останов парогенератора; снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.
2. Общая характеристика объекта управления и классификация переменных величин
Парогенератор представляет собой теплотехнологическое устройство, преобразующее воду в пар заданных параметров с помощью теплоты сгорания топлива.
Объектом управления является процесс преобразования воды в пар, характеризуемый входными и выходными параметрами:
Входные:
Y1-производительность котла по воде;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
Y2-температура воды;
Y3 – уровень воды в барабане;
Y4-давление в газовой магистрали;
Y5-расход воздуха на горение;
Y6-температура воздуха;
Y7-давление воды;
Y8-расход отходящих газов;
Y9-давление в барабане.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
Выходные:
X1-производительность котла по пару;
X2-температура отходящих газов;
X3-температура факела;
X4-расход газа.
3. Функциональная схема системы стабилизации разрежения газов в топке котла
Датчик РЕ измеряет величину давления в топке котла. Выходной сигнал датчика давления РЕ подается на вторичный прибор PR, который установлен по месту. Далее сигнал передается на регулятор PIC, который сравнивает его с сигналом задатчика Н при равенстве нулю этих сигналов, выходной сигнал от регулятора отсутствует. При расхождении регулятор PIC вырабатывает сигнал, который в электронных блоках регулятора усиливается и преобразуется. Далее сигнал подается на ключ SA1, предназначенный для переключения режимов управления «автоматический – полуавтоматический». «Выходной сигнал с ключа SA1 подается на усилитель мощности NS». Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм М1, состоящий из размещенных в одном корпусе электродвигателя и редуктора. Исполнительный механизм М1 изменяет положение газового клапана это приводит к изменению расхода газа. При этом давление пара в парогенераторе изменяется до тех пор пока парогенератор не выйдет на заданный режим давления. Кнопочный переключатель SB1 предназначен для установленного включения электродвигателя исполнительного механизма М1 в ручном режиме управления.
4. Подбор приборов и средств автоматизации
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
Преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22М-ДВ (модель 2240):
– наибольшее отклонение действительной характеристики от номинальной статической характеристики – ±γ=0,25%;
– предел допускаемой основной погрешности – ±γ=0,5%.
α=0,716- исходный коэффициент расхода стандартных диафрагм в зависимости от m
ρ=0,6679
0,111744 кгс/см2=11 кПА
Датчик избыточного давления Сапфир – 22-ДД (модель 2434).
При измерении избыточного давления, абсолютного давления, давления-разрежения датчиками Сапфир-22 (ДИ, ДА, ДИВ) давление рабочей среды подается в камеру «+», при этом камера «–» сообщается с атмосферой. При измерении разрежения (ДВ) убывающее давление перемещает мембрану в сторону, противоположную от избыточного давления.
При измерении разности давлений (ДД) положительное и отрицательное давления подаются в камеры «+» и «–» соответственно.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Заказать курсовую
Давление (разность давлений) рабочей среды воздействует на мембраны (мембраны соединены между собой центральным штоком, который связан с концом рычага тензопреобразователя) и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя.
В датчиках Метран-22 моделей 2151, 2161, 2171, 2351, 2051, 2061 давление рабочей среды воздействует непосредственно на мембрану тензопреобразователя.
Чувствительный элемент – пластина монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя. Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны (деформация мембраны тензопреобразователя) приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы датчиков с АП поступает в электронный блок, где преобразуется в унифицированный токовый сигнал.
Микропроцессорный электронный преобразователь датчиков с МП, МП1 принимает аналоговый сигнал от преобразователя давления и преобразовывает его в цифровой код.
Микроконтроллер принимает цифровой сигнал, производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя давления, передает цифровой сигнал в цифро-аналоговый преобразователь, который преобразует его в выходной токовый.
Энергонезависимая память АЦП предназначена для хранения коэффициентов коррекции характеристик преобразователя давления.
Блок регулирования и установки параметров предназначен для изменения параметров датчика.
Применение микропроцессорной электроники обеспечило возможность самодиагностики, контроля и настройки параметров датчиков непосредственно на месте эксплуатации.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
Контроль и настройка параметров датчика осуществляются с помощью трехкнопочного переключателя и индикаторного устройства (жидкокристаллический индикатор ЖКИ).
Кнопки 1 и 2 переключателя используются для:
– контроля настройки параметров датчика;
– установки нуля;
– настройки единиц измерения;
– настройки времени установления выходного сигнала (демпфирования).
Кнопка 3 используется при:
– настройке диапазона измерений;
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Заказать курсовую
– установке «смещенного» начального значения выходного сигнала;
– выборе прямой или инверсной характеристики;
– выборе системы единиц измерения;
– калибровке датчика.
Измеритель-регулятор микропроцессорный программируемый типа ТРМ12-PIC совместно с датчиком предназначен для измерения входного параметра и импульсного управления электроприводом запорно-регулирующих и трехходовых клапанов по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону. Прибор позволяет обеспечить высокую точность поддержания значения измеряемого параметра для объектов с большой инерционностью и с малым запаздыванием.
Прибор, оснащенный по желанию заказчика платой расширения ПР-01, формирует стандартный ток, пропорциональный измеряемому значению для регистрирующего устройства, например самописца, а также обеспечивает работу под управлением ЭВМ с регистрацией на ней измеряемого значения. Подключение прибора к ЭВМ производится через адаптер сети АС2, выпускаемого предприятием-изготовителем данного прибора.
Прибор предназначен для автоматизации систем отопления, горячего водоснабжения, а также управления технологическими процессами в пищевой и медицинской промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве.
Технические характеристики
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Заказать курсовую
| Напряжение питания | 220 В 50 Гц | |
| Допустимое отклонение напряжения питания | -15…+10% | |
| Потребляемая мощность | не более 6 ВА | |
| Диапазон контроля при использовании на входе прибора (в скобках указана разрешающая способность) ТСМ | -50…+200 °С (0,1 °С) | |
| Предел допустимой основной приведенной погрешности измерения входного параметра (без учета погрешности датчика) | ±0,25 или ±0,5% в зависимости от класса точности прибора | |
| Максимально допустимый ток нагрузки | электромагнитных реле | 8 А при напряжении 220 В и cos ф>0,4 |
| транзисторных n-p-n ключей | 0,2 А при напряжении +30 В | |
| Длительность шага регулирования | 4 сек | |
| Число шагов s, при котором длительность регулирующих импульсов остается неизменной | 1…99 | |
| Способ отображения контролируемой величины | цифровой | |
| Количество разрядов цифрового индикатора | 4 | |
| Интерфейс связи с ЭВМ через адаптер сети * | RS-232 | |
| Длина линии связи прибора с адаптером сети * | не более 1000 м | |
| Диапазон тока регистрации на нагрузке 200…1000 Ом* | 4…20 мА или 0…20 мА | |
| Предельно-допустимая основная приведенная погрешность сигнала регистрации на нагрузке 400 Ом относительно измеренного значения | не более 0,5% | |
| Допустимая температура воздуха, окружающего корпус прибора | +5… +50 °С | |
| Атмосферное давление | 86…107 кПа | |
| Относительная влажность воздуха | 30…80% | |
| Степень защиты корпуса (щитовой / настенный) | IP20/IP44 | |
| Габаритные размеры прибора (щитовой / настенный) | 96х96х160 мм/105х115х65 мм | |
| Масса прибора не более | 1,2 кг |
5. Построение и описание обобщённой функциональной и структурной схем системы автоматизации
Обобщенная функциональная схема системы стабилизации разрежения сушильного барабана
На схеме приняты следующие обозначения: УМ–усилитель мощности; ИМ–исполнительный механизм; РУ–регулирующее устройство; РО–регулирующий орган; ОУ–объект управления; ДТ–датчик температуры.
РО, КД и ДТ образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, УМ, ИМ составляют регулирующее устройство.
В соответствии с исходными данными для проектирования РУ должно быть ПИ-регулятором. ПИ-закон регулирования формируется блоком БФЗР.
На схеме приняты следующие обозначения: З – задатчик; ВФЗР – блок формирования закона регулирования; РП – регулятор положения; УМ – усилитель мощности; ИМ – исполнительный механизм; ДП – датчик положения; РУ – регулирующее устройство; РО – регулирующий орган; ОУ – объект управления (сушильный барабан); ДР – датчик разрежения; х – регулируемая величина; у – регулирующая величина; g – задающее воздействие; ε = g – х – отклонение регулируемой величины от задающего воздействия.
РО, КД и ДР образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, РП, УМ, ИМ, ДП составляют регулирующее устройство.
РУ в соответствии с заданием на проектирование должно обеспечить ПИ-закон регулирования. Формирователем ПИ-закона является БФЗР. Для исключения искажения закона регулирования все последующие после БФЗР блоки РУ должны быть в динамическом отношении усилительными звеньями.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
Это условие выполняется для УМ. Блок ИМ в динамическом отношении является интегрирующим звеном с передаточной функцией
где ТИМ – постоянная времени исполнительного механизма.
Для «превращения» ИМ из интегрирующего в усилительное звено и исключения вносимых им искажений в закон регулирования исполнительный механизм вместе с УМ охвачены отрицательной обратной связью. Причем, в цепи обратной связи включен датчик положения вала ИМ, а в прямой ветви – пропорциональный регулятор положения. Структурная схема ИМ, охваченного жесткой обратной связью, приведена на рис. 3.
Датчик и регулятор положения являются усилительными звеньями с передаточными функциями WДП(р) = КДП и WРП(р) = КРП соответственно.
Поскольку на практике, как правило, выполняется условие
> 
, (14)
то динамические свойства рассматриваемого (см. рис. 5) встречно-параллельного соединения определяются только усилительным звеном обратной связи, а передаточная функция ИМ, охваченного жесткой обработкой связью будет равна
. (15)
Рис. 3. Структурная схема исполнительного механизма, охваченного жесткой отрицательной обратной связью
Для улучшения выполнения условия (14) обратной связью охватывают также РП и УМ.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
Динамические свойства датчика разрежения регулирующего органа характеризуются усилительным звеном, а объекта управления – апериодическим звеном с запаздыванием (см. исходные данные на проектирование).
С учетом вышеизложенного структурная схема системы автоматизации, реализующей Пи-закон регулирования, принимает вид, показанный на рис. 4, на котором обозначено:
– передаточная функция (ПФ)
усилительного звена БФЗР;
– ПФ интегрирующего звена БФЗР;
– передаточная функция
регулятора положения;
– ПФ усилителя мощности; (16)
– ПФ исполнительного механизма;
– ПФ датчика положения;
– ПФ регулирующего органа;
– ПФ объекта управления;
– ПФ датчика разрежения.
Используя принципы преобразования структурных схем, получим передаточную функцию системы автоматизации в следующей последовательности.
Передаточная функция БФЗР
ПФ регулирующего устройства
или с учетом (15)
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
Рис. 4. Структурная схема системы стабилизации разрежения в топке котла
Передаточная функция объекта
а с учетом (16)
. (17)
ПФ системы автоматического регулирования
. (18)
Соотношение (17) является искомым аналитическим выражением передаточной функции системы автоматизации, укрупненная структурная схема которой приведена на рис. 5.
Рис. 5. Укрупненная структурная схема системы автоматизации
6. Анализ динамических свойств объекта управления
Анализ динамических свойств ОУ производят по временным и частотным характеристикам.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
Работа ОУ характеризуется обыкновенным дифференциальным уравнением первого порядка.
(1)
Анализ динамических свойств ОУ производят по временным и частотным характеристикам.
Временные и частотные характеристики ОУ определяем в следующей последовательности:
Преобразуем исходное уравнение (1) по Лапласу 
и получаем алгебраическое уравнение
(2)
2. Находим решение алгебраического уравнения
(3)
3. Определяем аналитическое выражение передаточной функции ОУ
, которое имеет вид 
(4)
4. Находим изображение переходной характеристики
где 1/p- изображение единичной функции 1 (t).
5. Используя формулу Хевисайда
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Заказать курсовую
где Pi – корни характеристического уравнения,
H(Pi) и Q(Pi) – соответственно полином числителя и знаменателя функции W(p).
С учетом того, что H(0)= kоу =2, Q(0)=1, pi= – 1/T = -1/12, Q’(pi)= Tоу =12
Находим аналитическое выражение переходной характеристики.
(5)
6. Подставляя в полученное уравнение значения t от 0 до 120 с построим график переходной характеристики.
Рис. 1. Переходная характеристика ОУ.
7. Находим аналитическое выражение импульсной переходной характеристики.
(6)
Подставляя в полученное уравнение значения t от 0 до 100 с построим график импульсной переходной характеристики.
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
Рис. 2. Импульсная переходная характеристика ОУ.
Определим амплитудно-частотную характеристику объекта управления.
Запишем передаточную функцию объекта управления.
Осуществим замену комплексной переменной p на jw, где 
и домножим выражение на комплексно сопряженное число.
Выделим из Wоу(jw) вещественную V(w) и мнимую U(w) части.
(7)
Определим амплитудно-частотную характеристику объекта управления.
(8)
10. Определим фазочастотную характеристику объекта управления.
(9)
Подставляя в полученные выражения 8 и 9 значения w построим графики амплитудно-частотной характеристики и фазо-частотной характеристики.
Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика объекта управления
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Подробнее
Рис. 4. Фазочастотная характеристика объекта управления
Частотные характеристики свидетельствуют о том, что объект регулирования является сравнительно низкочастотным, т.е. может реагировать только на медленные изменения регулирующей величины.
7. Выбор параметров настройки регулирующего устройства
Для определения коэффициента передачи датчика разрежения КДР необходимо вычислить отношение максимального значения выходной величины датчика к максимальному значению входной его величины. Для выбранного датчика имеем
(исходя из выбранного датчика).
С помощь программы VISSIM получаем:
Более точный график см. рис. 12.
Из графика видим что:
Вычисляем коэффициент передачи объекта
Нужна помощь в написании курсовой?
Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Цена курсовой
;
При ПИ-регуляторе и апериодическом законе регулирования имеем:
Расчёт устойчивости системы автоматизации
В соответствии с заданием, исследование устойчивости системы автоматизации проводим по критерию Найквиста.
Так как τ по заданию равно 0, то 
. Тогда параметрической заменой переменной р на jω получаем выражение для комплексной частотной характеристики:
После домножения числителя и знаменателя комплексно-сопряжённую величину (1 – jωТоб), выполнения элементарных преобразований получаем:
, где 
Рис. 12. Годограф КЧХ разомкнутой системы стабилизации
Список литературы
Автоматика и автоматизация производственных процессов / Под общ. ред. проф. Г.К. Нечаева – Киев: Вища школа, 1985.
Андреев А.А. Автоматические электронные показывающие, регистрирующие и регулирующие приборы. – Л.: Машиностроение, 1981.
Бушуев С.Д., Михайлов В.С. Автоматика и автоматизация производственных процессов. – М.: высшая школа, 1990.
Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник / Под ред. В.В. Черенкова – Л.: Машиностроение, 1988.
Автоматизация заводской котельной установки
Курсовая работа по
дисциплине
«Автоматизация
заводской котельной установки»
Введение
Автоматизация — это применение комплекса средств, позволяющих
осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека,
но под его контролем. Автоматизация производственных процессов приводит к
увеличению выпуска, снижению себестоимости и улучшению качества продукции,
уменьшает численность обслуживающего персонала, повышает надежность и
долговечность машин, дает экономию материалов, улучшает условия труда и техники
безопасности.
Автоматизация освобождает человека от необходимости
непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе
производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании
средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация
облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так
же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от
обслуживающего персонала высокой техники квалификации.
По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из
ведущих мест среди других отраслей промышленности. Теплоэнергетические
установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом
выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна
соответствовать потреблению(нагрузке). Почти все операции на
теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них
развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие
автоматизации в тепловой энергетике.
Автоматизация параметров дает значительные преимущества:
1) обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала,
т.е. повышение производительности его труда,
2) приводит к изменению характера труда обслуживающего
персонала,
3) увеличивает точность поддержания параметров
вырабатываемого пара,
4) повышает безопасность труда и надежность работы
оборудования,
5) увеличивает экономичность работы парогенератора.
Автоматизация парогенераторов включает в себя автоматическое
регулирование, дистанционное управление, технологическую защиту,
теплотехнический контроль, технологические блокировки и сигнализацию.
Автоматическое регулирование обеспечивает ход непрерывно
протекающих процессов в парогенераторе (питание водой, горение, перегрев пара и
др.)
Дистанционное управление позволяет дежурному персоналу
пускать и останавливать парогенераторную установку, а так же переключать и
регулировать ее механизмы на расстоянии, с пульта, где сосредоточены устройства
управления.
Теплотехнический контроль за работой парогенератора и
оборудования осуществляется с помощью показывающих и самопишущих приборов,
действующих автоматически. Приборы ведут непрерывный контроль процессов,
протекающих в парогенераторной установке, или же подключаются к объекту
измерения обслуживающим персоналом или информационно-вычислительной машиной.
Приборы теплотехнического контроля размещают на панелях, щитах управления по
возможности удобно для наблюдения и обслуживания.
Технологические блокировки выполняют в заданной
последовательности ряд операций при пусках и остановках механизмов
парогенраторной установки, а так же в случаях срабатывания технологической
защиты. Блокировки исключают неправильные операции при обслуживании
парогенераторной установки, обеспечивают отключение в необходимой последовательности
оборудования при возникновении аварии.
Устройства технологической сигнализации информируют дежурный
персонал о состоянии оборудования (в работе, остановлено и т.п.), предупреждают
о приближении параметра к опасному значению, сообщают о возникновении
аварийного состояния парогенератора и его оборудования. Применяются звуковая и
световая сигнализация.
Эксплуатация котлов должна обеспечивать надежную и
эффективную выработку пара требуемых параметров и безопасные условия труда
персонала. Для выполнения этих требований эксплуатация должна вестись в точном
соответствии с законоположениями, правилами, нормами и руководящими указаниями,
в частности, в соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации
паровых котлов» Госгортехнадзора, «Правилами технической эксплуатации
электрических станций и сетей», «Правилами технической эксплуатации
теплоиспользующих установок и тепловых сетей» и др.
1. Технологическая часть
1.1 Описание технологического процесса
Паровым котлом называется комплекс агрегатов, предназначенных
для получения водяного пара. Этот комплекс состоит из ряда теплообменных
устройств, связанных между собой и служащих для передачи тепла от продуктов
сгорания топлива к воде и пару. Исходным носителем энергии, наличие которого
необходимо для образования пар из воды, служит топливо.
Основными элементами рабочего процесса, осуществляемого в
котельной установке, являются:
1) процесс горения топлива,
2) процесс теплообмена между продуктами сгорания или самим
горящим топливом с водой,
3) процесс парообразования, состоящий из нагрева воды, ее
испарения и нагрева полученного пара.
Во время работы в котлоагрегатах образуются два
взаимодействующих друг с другом потока: поток рабочего тела и поток
образующегося в топке теплоносителя.
В результате этого взаимодействия на выходе объекта
получается пар заданного давления и температуры.
Одной из основных задач, возникающей при эксплуатации
котельного агрегата, является обеспечение равенства между производимой и
потребляемой энергией. В свою очередь процессы парообразования и передачи
энергии в котлоагрегате однозначно связаны с количеством вещества в потоках
рабочего тела и теплоносителя.
Горение топлива является сплошным физико-химическим
процессом. Химическая сторона горения представляет собой процесс окисления его
горючих элементов кислородом. проходящий при определенной температуре и
сопровождающийся выделением тепла. Интенсивность горения, а так же
экономичность и устойчивость процесса горения топлива зависят от способа
подвода и распределения воздуха между частицами топлива. Условно принято
процесс сжигания топлива делить на три стадии: зажигание, горение и дожигание.
Эти стадии в основном протекают последовательно во времени, частично
накладываются одна на другую.
Расчет процесса горения обычно сводится к определению
количества воздуха в м3, необходимого для сгорания единицы массы или объема
топлива количества и состава теплового баланса и определению температуры
горения.
Значение теплоотдачи заключается в теплопередаче тепловой
энергии, выделяющейся при сжигании топлива, воде, из которой необходимо
получить пар, или пару, если необходимо повысить его температуру выше
температуры насыщения. Процесс теплообмена в котле идет через
водогазонепроницаемые теплопроводные стенки, называющиеся поверхностью нагрева.
Поверхности нагрева выполняются в виде труб. Внутри труб происходит непрерывная
циркуляция воды, а снаружи они омываются горячими топочными газами или
воспринимают тепловую энергию лучеиспусканием. Таким образом, в котлоагрегате
имеют место все виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и
лучеиспускание. Соответственно поверхность нагрева подразделяется на
конвективные и радиационные. Количество тепла, передаваемое через единицу
площади нагрева в единицу времени носит название теплового напряжения
поверхности нагрева. Величина напряжения ограничена, во-первых, свойствами
материала поверхности нагрева, во-вторых, максимально возможной интенсивностью
теплопередачи от горячего теплоносителя к поверхности, от поверхности нагрева к
холодному теплоносителю.
Интенсивность коэффициента теплопередачи тем выше, чем выше
разности температур теплоносителей, скорость их перемещения относительно
поверхности нагрева и чем выше чистота поверхности.
Образование пара в котлоагрегатах протекает с определенной
последовательностью. Уже в экранных трубах начинается образование пара. Этот
процесс протекает при больших температуре и давлении. Явление испарения
заключается в том, что отдельные молекулы жидкости, находящиеся у ее
поверхности и обладающие высокими скоростями, а следовательно, и большей по
сравнению с другими молекулами кинетической энергией, преодолевая силовые
воздействия соседних молекул, создающее поверхностное натяжение, вылетают в
окружающее пространство. С увеличением температуры интенсивность испарения
возрастает. Процесс обратный парообразованию называют конденсацией. Жидкость,
образующуюся при конденсации, называют конденсатом. Она используется для
охлаждения поверхностей металла в пароперегревателях.
Пар, образуемый в котлоагрегате, подразделяется на насыщенный
и перегретый. Насыщенный пар в свою очередь делится на сухой и влажный. Так как
на теплоэлектростанциях требуется перегретый пар, то для его перегрева
устанавливается пароперегреватель, в данном случае ширмовой и коньюктивный, в
которых для перегрева пара используется тепло, полученное в результате сгорания
топлива и отходящих газов. Полученный перегретый пар при температуре Т=540 С и
давлении Р=100 атм. идет на технологические нужды.
1.2 Описание конструкции объекта
Паровые котлы типа ДЕ паропроизводительностью 6,5 т/ч, с
абсолютным давлением 1,3 МПа (14 кгс/см2) предназначены для выработки
насыщенного или перегретого пара, используемого для технологических нужд
промышленных предприятий, на теплоснабжение систем отопления и горячего водоснабжения.
Масса котельной установки 16,5 т, температура питательной воды 100 С,
температура пара 210 С. В качестве сжигаемого топлива используют газ или мазут.
Котлы двухбарабанные вертикально-водотрубные выполнены по
конструктивной схеме «Д», характерной особенностью которой является боковое
расположение конвективной части котла относительно топочной камеры.
Основными составными частями котлов являются верхний и нижний
барабаны 1, конвективный пучок и образующие топочную камеру 2 левый топочный
экран (газоплотная перегородка), правый топочный экран, трубы экранирования
фронтальной стенки топки и задний экран.
Снизу в топку подается нужный для сгорания топлива воздух
посредством дутьевых вентиляторов 3. Процесс горения топлива протекает при
высоких температурах, поэтому экранные трубы котла воспринимают значительное
количество тепла путем излучения.
Продукты сгорания топлива, называемые иначе газами, поступают
в котельные газоходы, при этом обогревается поверхность пароперегревателя 4,
омывают трубы экономайзера 6, в котором происходит подогрев питательной воды до
температуры, близкой к 200 С, поступающей в барабаны котла 1. Далее дымовые
газы проходят в дымоход 5 и поступают в воздухоподогреватель 7. Из него газы
через дымовую трубу выходят в атмосферу. Вода в котел подается по трубопроводу
9, газ-трубопроводу 10. Пар из барабана котла, минуя пароперегреватель 4,
поступает на паропровод 11.
Одним из важнейших показателей конструкции котлоагрегата
является его циркуляционная способность. Равномерная и интенсивная циркуляция
воды и паровой смеси способствует смыванию со стены пузырьков пара и газа,
выделяющихся из воды, а так же препятствует отложению на стенках накипи, что в
свою очередь обеспечивает невысокую температуру стенок (200-400 С), ненамного
превышающую температуру насыщения и еще не опасную для прочности котельной
стали. Паровой котел ДЕ -10-14 Г. принадлежит к котлам естественной
циркуляцией.
1.3 Обоснование необходимости контроля,
регулирования и сигнализации технологических параметров
Регулирование питания котельных агрегатов и регулирование
давления в барабане котла главным образом сводится к поддержанию материального
баланса между отводом пара и подачей воды. Параметром, характеризующим баланс,
является уровень воды в барабане котла. Надежность работы котельного агрегата
во многом определяется качеством регулирования уровня. При повышении давления,
снижение уровня ниже допустимых пределов, может привести л нарушению циркуляции
в экранных трубах, в результате чего произойдет повышение температуры стенок
обогреваемых труб и их пережег.
Повышение уровня также ведет к аварийным последствиям, так
как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В
связи с этим, к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень
высокие требования. Качество регулирования питания также определяется
равенством подачи питательной воды. Необходимо обеспечить равномерное питание
котла водой, так как частые и глубокие изменения расхода питательной воды могут
вызвать значительные температурные напряжения в металле экономайзера.
Барабанам котла с естественной циркуляцией присуща
значительная аккумулирующая способность, которая проявляется в переходных
режимах. Если в стационарном режиме положение уровня воды в барабане котла
определяется состоянием материального баланса, то в переходных режимах на
положение уровня влияет большое количество возмущений. Основными из них
являются. изменение расхода питательной воды, изменение паросъема котла при
изменении нагрузки потребителя, изменение паропроизводительности при изменении
при изменении нагрузки топки, изменение температуры питательной воды.
Регулирование соотношения газ-воздух необходимо как чисто
физически, так и экономически. Известно, что одним из важнейших процессов,
происходящих в котельной установке, является процесс горения топлива.
Химическая сторона горения топлива 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 примерно составляет
1.10. При недостатке воздуха в топочной камере происходит неполное сгорание
топлива. Не сгоревший газ будет выбрасываться в атмосферу, что экономически и
экологически не допустимо. При избытке воздуха в топочной камере будет
происходить охлаждение топки, хотя газ будет сгорать полностью, но в этом
случае остатки воздуха будут образовывать двуокись азота, что экологически
недопустимо, так как это соединение вредно для человека и окружающей среды.
Система автоматического регулирования разряжения в топке
котла сделана для поддержания топки под наддувом, то есть чтобы поддерживать
постоянство разряжения (примерно 4 мм.вод. ст.). При отсутствии разряжения
пламя факела будет прижиматься, что приведет к обгоранию горелок и нижней части
топки. Дымовые газы при этом пойдут в помещение цеха, что делает невозможным
работу обслуживающего персонала.
В питательной воде растворены соли, допустимое количество
которых определяется нормами. В процессе парообразования эти соли остаются в
котловой воде и постепенно накапливаются. Некоторые соли образуют шлам —
твердое вещество, кристаллизующееся в котловой воде. Более тяжелая часть шлама
скапливается в нижних частях барабана и коллекторов.
Повышение концентрации солей в котловой воде выше допустимых
величин может привести к уносу их в пароперегреватель. Поэтому соли,
скопившиеся в котловой воде, удаляются непрерывной продувкой, которая в данном
случае автоматически не регулируется. Расчетное значение продувки
парогенераторов при установившемся режиме определяется из уравнений баланса
примесей к воде в парогенераторе. Таким образом, доля продувки зависит от
отношения концентрации примесей в воде продувочной и питательной. Чем лучше
качество питательной воды и выше допустимая концентрация примесей в воде, тем
доля продувки меньше. А концентрация примесей в свою очередь зависит от доли
добавочной воды, в которую входит, в частности, доля теряемой продувочной воды.
Сигнализация параметров и защиты, действующие на останов
котла, физически необходимы, так как оператор или машинист котла не в силах
уследить за всеми параметрами функционирующего котла. Вследствие этого может
возникнуть аварийная ситуация. Например при упуске воды из барабана, уровень
воды в нем понижается, вследствие этого может быть нарушена циркуляция и вызван
пережег труб донных экранов. Сработавшая без промедления защита, предотвратит
выход из строя парогенератора. При уменьшении нагрузки парогенератора,
интенсивность горения в топке снижается. Горение становится неустойчивым и
может прекратиться. В связи с этим предусматривается защита по погашению
факела.
Надежность защиты в значительной мере определяется
количеством, схемой включения и надежностью используемых в ней приборов. По
своему действию защиты подразделяются на действующие на останов парогенератора;
снижение нагрузки парогенератора; выполняющие локальные операции.
2. Общая характеристика объекта управления и
классификация переменных величин
Парогенератор представляет собой теплотехнологическое
устройство, преобразующее воду в пар заданных параметров с помощью теплоты
сгорания топлива.
Объектом управления является процесс преобразования воды в
пар, характеризуемый входными и выходными параметрами:
Входные:
Y1-производительность котла по воде;
Y2-температура воды;
Y3 — уровень воды в барабане;
Y4-давление в газовой магистрали;
Y5-расход воздуха на горение;
Y6-температура воздуха;
Y7-давление воды;
Y8-расход отходящих газов;
Y9-давление в барабане.
Выходные:
X1-производительность котла по пару;
X2-температура отходящих газов;
X3-температура факела;
X4-расход газа.
Датчик РЕ измеряет величину давления в топке котла. Выходной
сигнал датчика давления РЕ подается на вторичный прибор PR, который установлен
по месту. Далее сигнал передается на регулятор PIC, который сравнивает его
с сигналом задатчика Н при равенстве нулю этих сигналов, выходной сигнал от
регулятора отсутствует. При расхождении регулятор PIC вырабатывает сигнал,
который в электронных блоках регулятора усиливается и преобразуется. Далее
сигнал подается на ключ SA1, предназначенный для переключения режимов
управления «автоматический — полуавтоматический». «Выходной сигнал с ключа SA1 подается на усилитель
мощности NS». Усиленный сигнал поступает на исполнительный механизм М1,
состоящий из размещенных в одном корпусе электродвигателя и редуктора.
Исполнительный механизм М1 изменяет положение газового клапана это приводит к
изменению расхода газа. При этом давление пара в парогенераторе изменяется до
тех пор пока парогенератор не выйдет на заданный режим давления. Кнопочный переключатель
SB1 предназначен для
установленного включения электродвигателя исполнительного механизма М1 в ручном
режиме управления.
4. Подбор приборов и средств автоматизации
Преобразователь измерительный разности давлений Сапфир-22М-ДВ
(модель 2240):
— наибольшее отклонение действительной характеристики от
номинальной статической характеристики — ±γ=0,25%;
— предел допускаемой основной погрешности — ±γ=0,5%.
α=0,716-
исходный коэффициент расхода стандартных диафрагм в зависимости от m
ρ=0,6679
0,111744 кгс/см2=11 кПА
Датчик
избыточного давления Сапфир — 22-ДД (модель 2434).
При измерении избыточного давления,
абсолютного давления, давления-разрежения датчиками Сапфир-22 (ДИ, ДА, ДИВ)
давление рабочей среды подается в камеру «+», при этом камера «-» сообщается с
атмосферой. При измерении разрежения (ДВ) убывающее давление перемещает
мембрану в сторону, противоположную от избыточного давления.
При измерении разности давлений (ДД)
положительное и отрицательное давления подаются в камеры «+» и «-»
соответственно.
Давление (разность давлений) рабочей среды
воздействует на мембраны (мембраны соединены между собой центральным штоком,
который связан с концом рычага тензопреобразователя) и через жидкость
воздействует на мембрану тензопреобразователя.
В датчиках Метран-22 моделей 2151, 2161,
2171, 2351, 2051, 2061 давление рабочей среды воздействует непосредственно на
мембрану тензопреобразователя.
Чувствительный элемент — пластина
монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами
(структура КНС), соединенная с металлической мембраной тензопреобразователя.
Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны (деформация
мембраны тензопреобразователя) приводит к пропорциональному изменению
сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал
с выхода мостовой схемы датчиков с АП поступает в электронный блок, где
преобразуется в унифицированный токовый сигнал.
Микропроцессорный электронный
преобразователь датчиков с МП, МП1 принимает аналоговый сигнал от
преобразователя давления и преобразовывает его в цифровой код.
Микроконтроллер принимает цифровой сигнал,
производит коррекцию и линеаризацию характеристики преобразователя давления,
передает цифровой сигнал в цифро-аналоговый преобразователь, который
преобразует его в выходной токовый.
Энергонезависимая память АЦП предназначена
для хранения коэффициентов коррекции характеристик преобразователя давления.
Блок регулирования и установки параметров
предназначен для изменения параметров датчика.
Применение микропроцессорной электроники
обеспечило возможность самодиагностики, контроля и настройки параметров
датчиков непосредственно на месте эксплуатации.
Контроль и настройка параметров датчика
осуществляются с помощью трехкнопочного переключателя и индикаторного
устройства (жидкокристаллический индикатор ЖКИ).
Кнопки 1 и 2 переключателя используются
для:
— контроля настройки параметров датчика;
— установки нуля;
— настройки единиц измерения;
— настройки времени установления выходного
сигнала (демпфирования).
Кнопка 3 используется при:
— настройке диапазона измерений;
— установке «смещенного» начального
значения выходного сигнала;
— выборе прямой или инверсной
характеристики;
— выборе системы единиц измерения;
Измеритель-регулятор микропроцессорный программируемый типа
ТРМ12-PIC совместно с датчиком предназначен для измерения входного параметра и
импульсного управления электроприводом запорно-регулирующих и трехходовых
клапанов по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону. Прибор
позволяет обеспечить высокую точность поддержания значения измеряемого
параметра для объектов с большой инерционностью и с малым запаздыванием.
Прибор, оснащенный по желанию заказчика платой расширения
ПР-01, формирует стандартный ток, пропорциональный измеряемому значению для
регистрирующего устройства, например самописца, а также обеспечивает работу под
управлением ЭВМ с регистрацией на ней измеряемого значения. Подключение прибора
к ЭВМ производится через адаптер сети АС2, выпускаемого
предприятием-изготовителем данного прибора.
Прибор предназначен для автоматизации систем отопления,
горячего водоснабжения, а также управления технологическими процессами в
пищевой и медицинской промышленности, сельском и коммунальном хозяйстве.
Технические характеристики
|
Напряжение питания |
220 В 50 Гц |
|
|
Допустимое отклонение напряжения питания |
-15…+10% |
|
|
Потребляемая мощность |
не более 6 ВА |
|
|
Диапазон контроля при использовании на входе |
-50…+200 °С (0,1 °С) |
|
|
Предел допустимой основной приведенной |
±0,25 или ±0,5% в зависимости от класса |
|
|
Максимально допустимый ток нагрузки |
электромагнитных реле |
8 А при напряжении 220 В и cos ф>0,4 |
|
транзисторных n-p-n ключей |
0,2 А при напряжении +30 В |
|
|
Длительность шага регулирования |
4 сек |
|
|
Число шагов s, при котором длительность |
1…99 |
|
|
Способ отображения контролируемой величины |
цифровой |
|
|
Количество разрядов цифрового индикатора |
4 |
|
|
Интерфейс связи с ЭВМ через адаптер сети * |
RS-232 |
|
|
Длина линии связи прибора с адаптером сети * |
не более 1000 м |
|
|
Диапазон тока регистрации на нагрузке 200…1000 |
4…20 мА или 0…20 мА |
не более 0,5% |
|
Допустимая температура воздуха, окружающего |
+5… +50 °С |
|
|
Атмосферное давление |
86…107 кПа |
|
|
Относительная влажность воздуха |
30…80% |
|
|
Степень защиты корпуса (щитовой / настенный) |
IP20/IP44 |
|
|
Габаритные размеры прибора (щитовой / |
96х96х160 мм/105х115х65 мм |
|
|
Масса прибора не более |
1,2 кг |
5. Построение и описание обобщённой
функциональной и структурной схем системы автоматизации
Обобщенная функциональная схема системы стабилизации
разрежения сушильного барабана
На схеме приняты следующие обозначения: УМ-усилитель
мощности; ИМ-исполнительный механизм; РУ-регулирующее устройство;
РО-регулирующий орган; ОУ-объект управления; ДТ-датчик температуры.
РО, КД и ДТ образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, УМ, ИМ
составляют регулирующее устройство.
В соответствии с исходными данными для проектирования РУ
должно быть ПИ-регулятором. ПИ-закон регулирования формируется блоком БФЗР.
На схеме приняты следующие обозначения: З — задатчик; ВФЗР —
блок формирования закона регулирования; РП — регулятор положения; УМ —
усилитель мощности; ИМ — исполнительный механизм; ДП — датчик положения; РУ —
регулирующее устройство; РО — регулирующий орган; ОУ — объект управления
(сушильный барабан); ДР — датчик разрежения; х — регулируемая величина; у —
регулирующая величина; g — задающее воздействие; ε = g — х — отклонение
регулируемой величины от задающего воздействия.
РО, КД и ДР образуют объект регулирования. Блоки БФЗР, РП,
УМ, ИМ, ДП составляют регулирующее устройство.
РУ в соответствии с заданием на проектирование должно
обеспечить ПИ-закон регулирования. Формирователем ПИ-закона является БФЗР. Для
исключения искажения закона регулирования все последующие после БФЗР блоки РУ
должны быть в динамическом отношении усилительными звеньями.
Это условие выполняется для УМ. Блок ИМ в динамическом
отношении является интегрирующим звеном с передаточной функцией
где ТИМ
— постоянная времени исполнительного механизма.
Для «превращения»
ИМ из интегрирующего в усилительное звено и исключения вносимых им искажений в
закон регулирования исполнительный механизм вместе с УМ охвачены отрицательной
обратной связью. Причем, в цепи обратной связи включен датчик положения вала
ИМ, а в прямой ветви — пропорциональный регулятор положения. Структурная схема
ИМ, охваченного жесткой обратной связью, приведена на рис. 3.
Датчик и регулятор
положения являются усилительными звеньями с передаточными функциями WДП(р) = КДП и WРП(р) = КРП
соответственно.
Поскольку на
практике, как правило, выполняется условие
> 
, (14)
то динамические
свойства рассматриваемого (см. рис. 5) встречно-параллельного соединения
определяются только усилительным звеном обратной связи, а передаточная функция
ИМ, охваченного жесткой обработкой связью будет равна
. (15)
Рис. 3.
Структурная схема исполнительного механизма, охваченного жесткой отрицательной
обратной связью
Для улучшения
выполнения условия (14) обратной связью охватывают также РП и УМ.
Динамические
свойства датчика разрежения регулирующего органа характеризуются усилительным
звеном, а объекта управления — апериодическим звеном с запаздыванием (см.
исходные данные на проектирование).
С учетом
вышеизложенного структурная схема системы автоматизации, реализующей Пи-закон
регулирования, принимает вид, показанный на рис. 4, на котором обозначено:
— передаточная функция (ПФ)
усилительного
звена БФЗР;
— ПФ интегрирующего звена БФЗР;
— передаточная функция
регулятора
положения;
— ПФ усилителя мощности; (16)
— ПФ исполнительного механизма;
— ПФ датчика положения;
— ПФ регулирующего органа;
— ПФ объекта управления;
— ПФ датчика разрежения.
Используя принципы
преобразования структурных схем, получим передаточную функцию системы
автоматизации в следующей последовательности.
1. Передаточная функция БФЗР
2. ПФ регулирующего устройства
или с учетом (15)
Рис. 4.
Структурная схема системы стабилизации разрежения в топке котла
3. Передаточная функция объекта
а с учетом (16)
. (17)
4. ПФ системы автоматического регулирования
. (18)
Соотношение (17)
является искомым аналитическим выражением передаточной функции системы
автоматизации, укрупненная структурная схема которой приведена на рис. 5.
Рис. 5.
Укрупненная структурная схема системы автоматизации
6. Анализ динамических свойств объекта управления
Анализ динамических свойств ОУ производят по временным и
частотным характеристикам.
Работа ОУ характеризуется обыкновенным дифференциальным
уравнением первого порядка.
(1)
Анализ
динамических свойств ОУ производят по временным и частотным характеристикам.
Временные и
частотные характеристики ОУ определяем в следующей последовательности:
Преобразуем
исходное уравнение (1) по Лапласу 
и получаем алгебраическое уравнение
(2)
2. Находим
решение алгебраического уравнения
3. Определяем
аналитическое выражение передаточной функции ОУ
, которое имеет вид 
(4)
4. Находим
изображение переходной характеристики
где 1/p- изображение единичной функции 1 (t).
5. Используя
формулу Хевисайда
где Pi — корни характеристического уравнения,
H(Pi) и Q(Pi) — соответственно полином числителя и знаменателя функции W(p).
С учетом того,
что H(0)= kоу =2, Q(0)=1, pi= —
1/T = -1/12, Q’(pi)= Tоу =12
Находим
аналитическое выражение переходной характеристики.
(5)
6. Подставляя в
полученное уравнение значения t от 0 до 120 с
построим график переходной характеристики.
Рис. 1.
Переходная характеристика ОУ.
7. Находим
аналитическое выражение импульсной переходной характеристики.
(6)
Подставляя в
полученное уравнение значения t от 0 до 100 с
построим график импульсной переходной характеристики.
Рис. 2. Импульсная переходная характеристика ОУ.
1.
Определим амплитудно-частотную характеристику объекта управления.
Запишем передаточную функцию объекта управления.
Осуществим замену
комплексной переменной p на jw, где 
и домножим выражение на комплексно сопряженное число.
Выделим из Wоу(jw)
вещественную V(w) и
мнимую U(w)
части.
(7)
Определим
амплитудно-частотную характеристику объекта управления.
(8)
10. Определим
фазочастотную характеристику объекта управления.
(9)
Подставляя в
полученные выражения 8 и 9 значения w построим графики амплитудно-частотной характеристики и
фазо-частотной характеристики.
Рис. 3. Амплитудно-частотная характеристика объекта
управления
Рис. 4. Фазочастотная характеристика объекта управления
Частотные характеристики свидетельствуют о том, что объект регулирования является
сравнительно низкочастотным, т.е. может реагировать только на медленные
изменения регулирующей величины.
7. Выбор параметров настройки регулирующего
устройства
Для определения коэффициента передачи датчика разрежения КДР
необходимо вычислить отношение максимального значения выходной величины датчика
к максимальному значению входной его величины. Для выбранного датчика имеем
(исходя из выбранного датчика).
С помощь программы
VISSIM получаем:
Более точный
график см. рис. 12.
Из графика видим
что:
Вычисляем
коэффициент передачи объекта
;
При ПИ-регуляторе
и апериодическом законе регулирования имеем:
Расчёт устойчивости системы автоматизации
В соответствии с заданием, исследование устойчивости системы
автоматизации проводим по критерию Найквиста.
Так как τ по заданию равно 0, то 
. Тогда параметрической заменой переменной
р на jω получаем
выражение для комплексной частотной характеристики:
После домножения числителя и знаменателя
комплексно-сопряжённую величину (1 — jωТоб),
выполнения элементарных преобразований получаем:
, где 
Рис. 12. Годограф
КЧХ разомкнутой системы стабилизации
Список литературы
1. Автоматика
и автоматизация производственных процессов / Под общ. ред. проф. Г.К. Нечаева —
Киев: Вища школа, 1985.
2. Андреев
А.А. Автоматические электронные показывающие, регистрирующие и регулирующие
приборы. — Л.: Машиностроение, 1981.
3. Бушуев
С.Д., Михайлов В.С. Автоматика и автоматизация производственных процессов. —
М.: высшая школа, 1990.
4. Промышленные
приборы и средства автоматизации. Справочник / Под ред. В.В. Черенкова — Л.:
Машиностроение, 1988.
метки: Автоматизация, Установка, Газовый, Котельная, Котел, Деаэратор, Труба, Насос
К вспомогательным службам КС газопроводов относятся котельные установки, система водоснабжения, система пожаротушения, источники энергоснабжения. В данной курсовой работе будет рассматриваться автоматизация котельных установок.
Системы отопления являются крупнейшим потребителем топлива в народном хозяйстве. Ежегодно в городах и поселках страны на отопление зданий расходуются десятки миллионов тонн топлива. В связи с этим осуществление мероприятий, направленных на сокращение расходов топлива в отопительных установках, имеет большое народнохозяйственное значение.
Эффективным средством для решения этой задачи является внедрение автоматизации процессов регулирования расхода тепла. Если принять, что автоматизация отопительных установок и систем даст возможность уменьшить перегрев отапливаемых помещений всего на 1˚С, то для средних климатических условий страны это составит около 4% от общего годового расхода топлива на нужды отопления. В действительности размер экономии топлива при правильной организации автоматического регулирования расхода тепла превышает 10 %. В связи с этим представляется возможным получить годовую экономию топлива, как минимум, 4-5 млн.т.
В последние годы все большее внимание уделяется вопросам комплексной автоматизации промышленных котельных. И это не случайно: в «малой энергетике» сжигается свыше 50% всего топлива, добываемого в стране. Учитывая, что автоматизация процессов горения дает до 10% экономии топлива, становится ясным повышенный интерес к комплексной автоматизации котельных.
Комплексная автоматизация котельных может быть наиболее успешно осуществлена лишь при наличии недорогих высоконадежных, по возможности универсальных средств автоматизации, серийно освоенных промышленностью.
До 1965г. Московским заводом тепловой автоматики (МЗТА) для промышленных котельных выпускалась автоматика типа АГКММ (автоматика горения котлов малой мощности): электрогидравлическая система автоматики, включающая регуляторы давления пара, воздуха и разрежения. Начиная с 1964 г., завод МЗТА перешел на
производство электронногидравлической системы авторегулирования «Кристалл».
Система авторегулирования «Кристалл» более универсальна и включает регуляторы питания, горения и температуры, что позволяет использовать ее при автоматизации как собственно котла, так и вспомогательного оборудования котельной.
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Назначение котельного агрегата состоит в получении пара для целей технологии и отопления производственных помещений. Получение пара из воды слагается из трех физических процессов: а) подогрева воды до температуры кипения; б) кипения воды, когда жидкая фаза переходит в насыщенный пар; в) перегрева пара до заданной температуры.
10 стр., 4812 слов
Автоматизация работы судовой энергетической установкой
… работ по этому вопросу и способствовало существенному сокращению продолжительности проектирования и наладки систем и повышению надежности их действия. Второй этап развития автоматизации судовых технических средств вообще и их энергетических установок …
Необходимое для этого тепло выделяется при сгорании топлива в топочной камере; Передача тепла от продуктов сгорания к поверхностям нагрева происходит в результате всех видов теплообмена: радиационного, конвективного и теплопроводности.
Подогрев воды происходит в экономайзере, парообразование — в экранах, перегрев пара — в пароперегревателе. Каждый из этих конструктивных элементов котлоагрегата участвует в превращении теплоты сгорания топлива в тепловую энергию водяного пара. Теплообмен во всех этих элементах происходит при высоких температурах стенок поверхностей нагрева, находящихся одновременно и под действием давления воды или пара. Тяжелые условия работы ставят особые требования к поддержанию температуры металла стенок труб в пределах допустимых величин по условиям прочности. Это достигается путем создания устойчивого движения воды и пара внутри трубной системы котлоагрегата за счет разности удельных весов вышеуказанных компонентов.
Процесс получения пара протекает в следующем порядке. Центробежными насосами питательная вода непрерывно подается в барабан котла, ее давление выше давления вырабатываемого пара. Прежде чем попасть в барабан котла, питательная вода проходит через экономайзер, подогреваясь в нем до температуры кипения. Барабан котла служит распределителем котловой воды и сборником образующегося пара. С помощью опускных (необогреваемых) труб вода из барабана поступает в нижние коллекторы (их два), к которым присоединяются трубы экранов, вертикально установленные по внутренним стенкам топочной камеры. Другим концом экранные трубы присоединяются к барабанам котла. Как уже говорилось, экранные трубы представляют поверхность нагрева котла и предназначены для получения пара, кроме того, они защищают стенки топочной камеры от воздействия высоких температур и вредного влияния расплавленной золы. В результате радиационного нагрева экранных труб находящаяся в них вода закипает, образовавшиеся пузырьки пара стремятся вверх, увлекая за собой еще не вскипевшую воду.
По направлению к барабану котла в трубах экрана образуется поток пароводяной смеси. Так как гидростатическое давление пароводяной смеси (эмульсии) в экранных трубах меньше, чем вес столба воды в опускных трубах, то в замкнутой гидравлической системе (барабан котла — опускные трубы — нижние коллекторы — экранные трубы -барабан котла) образуется устойчивое движение — естественная циркуляция.
Пар из барабана котла направляется в пароперегреватель, предназначенный для повышения температуры пара до заданного значения за счет охлаждения продуктов сгорания. Поддержание допустимой температуры металла стенок труб достигается выбором соответствующих скоростей пара в змеевиках, а также расположением наиболее опасных участков в зоне не очень высоких температур.
Итак, продукты сгорания, образующиеся в результате горения топлива, сначала охлаждаются в топочной камере, отдавая тепло радиацией экранным трубам, затем они охлаждаются за счет конвекции, проходя пароперегреватель и экономайзер. Дымовые газы (продукты сгорания) из топки отсасываются дымососом и выбрасываются через дымовую трубы в атмосферу. Для обеспечения нормального режима горения топлива в топку вентилятором подается воздух. Таким образом, в топку котла подаются топливо и воздух, а отсасываются дымовые газы; в барабан котла подается питательная вода, а отбирается водяной пар.
13 стр., 6267 слов
Эксплуатация паровых котлов и их оборудования
… воды и снова возвращаются к растопочному расходу. Завершив заполнение и прокачку котла водой, включают дымососы, дутьевые вентиляторы, регенеративные воздухоподогреватели, их вспомогательное оборудование … питатели сырого топлива … пара перед турбиной. Это обеспечивает постепенный прогрев металла труб, паропроводов и турбин без возникновения значительных термических напряжений пуск прямоточных котлов …
Проектируемые в последнее время паровые котельные чаще всего предназначены для одновременного отпуска пара и горячей воды, поэтому в их тепловых схемах имеются установки для подогрева воды. Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами для потребителей пара и горячей воды представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 — Принципиальная тепловая схема котельной с паровыми котлами.
1 — паровой котел; 2 — деаэратор питательной воды; 3 — деаэратор подпиточной воды; 4 — охладитель выпа-ра; 5 — насос сырой воды; 6 — насос питательный; 7 — насос подпиточный; 8 — насос сетевой; 9 — насос кон-денсатный; 10 — бак конденсатный; 11 — охладитель продувочной воды; 12 — подогреватель сырой воды; 13 — подогреватель химически очищенной воды; 14 — охладитель подпиточной воды; 15 — охладитель конденсата; 16 — подогреватель сетевой воды; 17 — РОУ; 18 — сепаратор непрерывной продувки.
Сырая вода поступает из водопровода с напором в 30-40 м вод. ст. Если напор сырой воды недостаточен, предусматривают установку насосов сырой воды 5.
Сырая вода подогревается в охладителе непрерывной продувки из паровых котлов 11 и в пароводяном подогревателе сырой воды 12 до температуры 20—30° С. Далее вода проходит через водоподготовительную установку (ВПУ), и часть ее направляется в подогреватель химически очищенной воды 13 этого потока (часть проходит через охладитель выпара деаэратора 4) и поступает в головку деаэратора питательной воды 2. В этот деаэратор направлены также потоки конденсата и пар после РОУ (17) с давлением 1,5
кгс/см2 для подогрева деаэрируемой воды до 104° С. Деаэрированная вода при помощи питательных насосов 6 подается в водяные экономайзеры паровых котлов и к охладителю РОУ. Часть выработанного котлами пара редуцируется в РОУ и расходуется для подогрева сырой воды и деаэрации. Вторая часть потока химически очищенной воды подогревается в подогревателе 14, частично в охладителе выпара 4 и направляется в деаэратор подпиточной воды для тепловых сетей 3. Так как температура подпиточной воды обычно ниже 100° С, вода после этого деаэратора проходит водо-водяной теплообменник 14 и подогревает химически очищенную воду. Подпиточным насосом 7 вода подается в трубопровод перед сетевыми насосами 8, которые прокачивают сетевую воду сначала через охладитель конденсата 15 и затем через подогреватель сетевой воды 16, откуда вода идет в тепловые сети. Деаэратор подпиточной воды 3 также использует пар низкого давления.
При закрытой системе теплоснабжения расход воды на подпитку тепловых сетей обычно незначителен. В этом случае довольно часто не выделяют отдельного деаэратора для подготовки подпиточной воды тепловых сетей, а используют деаэратор питательной воды паровых котлов.
На приведенной схеме (рисунок 1) предусматривается использование теплоты непрерывной продувки паровых котлов.
18 стр., 8843 слов
Методы очистки сточных вод от нефтепродуктов
… промышленности. 1 Характеристика загрязненности воды нефтью Методы очистки сточных вод выбирают в зависимости от их вида: бытовые, промышленные и дождевые. Сточные воды нефтяной и нефтехимической промышленности содержат нефть, нефтепродукты и различные химические …
Для этой цели устанавливается сепаратор непрерывной продувки 18, в котором вода частично испаряется за счет снижения ее давления от 14 до 1,5 кгс/см2. Образующийся пар отводится в паровое пространство деаэратора, горячая вода направляется в водо-водяной подогреватель сырой воды 11. Охлажденная продувочная вода сбрасывается в продувочный колодец.
2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
С ЦЕЛЬЮ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
В общем случае система автоматического регулирования барабанного парового котла состоит из следующих систем регулирования: процесса горения, температуры перегрева пара, питания (уровня воды в барабане) и водного режима.
Задачей регулирования процесса горения в топке котла является поддержание расхода топлива в соответствии с расходом пара или теплоты, обеспечение подачи воздуха в топочное устройство в соответствии с расходом топлива для осуществления экономичного сжигания последнего и, наконец, регулирование давления дымовых газов на выходе из топки.
При установившемся режиме работы котельного агрегата принимается, что расход топлива и полезно использованная теплота пропорциональны расходу napа.
Показателем равновесного состояния между поступлением топлива и расходом пара может быть постоянство давления пара в барабане котла или в паропроводе, а изменение давления служит импульсом для работы регулятора.
Подача воздуха в топку должна производиться в количестве, необходимом для поддержания его избытка α, обеспечивающего экономичное сжигание топлива.
Зная количество теплоты по расходу пара, горячей воды или топлива, можно поддерживать расход воздуха пропорциональным расходу топлива, т. е. осуществлять схему «топливо — воздух». Схема больше всего пригодна при сжигании природного газа и жидкого топлива, у которых теплоту сгорания можно считать постоянной по времени и есть возможность измерять их расход. Правильность соотношения между поступлением топлива и воздуха может контролироваться при стационарном процессе по разрежению в топочной камере.
Кроме процесса горения, в паровых котлах обязательно автоматически регулируют подачу воды в барабан по импульсам от уровня воды, расхода пара и часто еще и расхода питательной воды.
Рисунок 2.1 — Схема регулятора топлива.
В схеме приняты следующие обозначения: Д — датчик; РД — усилитель; 3 — задатчик; ИМ — исполнительный механизм; РО-регулирующий орган и ЖОС— жесткая обратная связь.
При работе котла на газе или жидком топливе регулятор воздействует на заслонки в трубопроводах.
В паровых и комбинированных пароводогрейных котлах необходимо регулировать питание, т. е. подачу воды в соответствии с количеством отдаваемого пара и размером непрерывной продувки, что осуществляется регулятором питания. Наиболее простым является одноимпульсный регулятор с датчиком от уровня воды в барабане, схема которого показана на рисунке 2.2, где, кроме известных обозначений, через УС обозначен уравнительный сосуд и РУ — регулятор уровня. Эта схема с упругой обратной связью УОС широко используется в котлах малой, иногда средней мощности, работающих с постоянными нагрузками.
Подборка по базе: СДАЧА КУРСАЧА БЕЗ ТИТУЛА.doc, Сэу курсач.docx, бракованный курсач.docx, сам курсач.rtf, Мамонтов курсач 2МДК02ю02.docx, Смирнов 392 Курсач.odt, текст для курсача.docx, старый курсач вечеркин.docx, экономический курсач.docx, Ершов курсач.docx
| МИНОБРНАУКИ РОССИИ |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА |
| Институт искусственного интеллекта (ИИИ)
Кафедра промышленной информатики (ПИ) |
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Построение автоматизированных систем управления технологическим процессом»
Тема курсовой работы: “Разработка функциональной схемы автоматизации технологического процесса работы газового котла”
| Студент группы | Болотских А.Ю. КАМО-01-21 | ||
| (Ф.И.О.,учебнаягруппа) | (подписьстудента) | ||
| Руководитель курсовой работы | Рылов С.А. ст. преподаватель, к.т.н. | ||
| (Ф.И.О.,должность,звание,ученаястепень) | (подписьруководителя) | ||
| Рецензент (при наличии) | |||
| (Ф.И.О.,должность,звание,ученаястепень) | (подписьрецензента) | ||
| Курсовая работа представлена к защите |
«_»20г. |
||
| Допущена к защите | «_»20г. |
| МИНОБРНАУКИ РОССИИ |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«МИРЭА – Российский технологический университет» РТУ МИРЭА |
| Институт искусственного интеллекта (ИИИ)
Кафедра промышленной информатики (ПИ) |
| Утверждаю |
| Заведующий кафедрой ПИ |
| Холопов В.А.
(подпись) (Ф.И.О.) |
| «»20г. |
ЗАДАНИЕ
на выполнение курсовой работы
по дисциплине «Построение автоматизированных систем управления технологическим процессом»
Тема курсовой работы: Разработка функциональной схемы автоматизации технологического процесса работы газового котла
Студент
Болотских Алексей Юрьевич Группа КАМО-01-21 ТемаРазработка функциональной схемы автоматизации технологического процесса работы газового котла
Исходные данные:
тех регламент технологического процесса
Перечень вопросов, подлежащих разработке:
1. Изучить технологический процесс работы газового котла. 2. Разработать функциональную схему автоматизации. 3. Подобрать устройства для построенной функциональной схемы автоматизации ________________________________________
| Срок представления к защите курсовой работы | до «»20г. | ||
| Задание на курсовую работу выдал | |||
| (подписьруководителя) | (Ф.И.О.руководителя) | ||
| «»20г. | |||
| Задание на курсовую работу получил | |||
| подписьобучающегося) | (Ф.И.О.обучающегося) |
ОТЗЫВ
на курсовую работу
по дисциплине «Построение автоматизированных систем управления технологическим процессом»
| Студент | Болотских Алексей Юрьевич | КАМО-01-21 |
Характеристика курсовой работы
| Критерий | Да | Нет | Не полностью |
|
|||
|
|||
| 3. Соответствие рекомендациям по оформлению текста, таблиц, рисунков и пр. | |||
|
|||
|
|||
|
Рекомендуемая оценка:
|
Подпись руководителя |
(ФИО руководителя) |
|
|
« » 2023 г. |
Оглавление
ОТЗЫВ 3
на курсовую работу 3
по дисциплине «Построение автоматизированных систем управления технологическим процессом» 3
Введение 5
Анализ технологического процесса работы газового котла 6
Основные факторы технологического процесса 7
Обоснование номинальных значений параметров технологического процесса и допустимых отклонений от этих значений 7
Структурная схема взаимосвязи между технологическими параметрами объекта 9
Функциональная схема автоматизации 11
Выбор технических средств автоматизации 12
Заключение 19
Введение
Современное промышленное производство невозможно без автоматизации. Широта автоматизации управления различными процессами на том или ином предприятии или объекте во многом характеризует общий уровень и культуру производства на данном предприятии, или уровень и совершенство данного технического объекта. Передовые отрасли промышленности и энергетики немыслимы без широкой и полной автоматизации управления. Облегчая труд человека, повышая культуру человеческого труда во всех его видах, устраняя различия между физическим и умственным трудом. Автоматизация в то же время в сотни раз повышает производительность труда, позволяет более полно удовлетворять разнообразные потребности человека. Автоматизация делает практически осуществимым целый ряд таких производств и новых видов технологий, которые без нее были бы невозможны.
При автоматизации котельных автоматизируются все основные и вспомогательные технологические процессы. Это приводит к освобождению обслуживающего персонала от необходимости регулировать эти процессы вручную. Использование специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение атмосферного воздуха. В последние годы все большее внимание уделяется комплексной автоматизации промышленных котельных. И это не случайно: в энергетике сжигается более 50% всего добываемого в стране топлива. Учитывая, что автоматизация процессов горения дает до 10% экономии топлива, становится ясным повышенный интерес к комплексной автоматизации котельных.
Анализ технологического процесса работы газового котла
Водогрейный котел предназначен для нагрева воды, используемой для горячего водоснабжения и отопления. Вода, идущая к потребителю, называется прямой, а возвращающаяся обратно от потребителя в котел – обратной. Вода используется химически очищенная, так как содержащиеся в природной воде растворимые газы (кислород и углекислый газ) разрушают металл котельного агрегата и трубопровода. Также использование природной воды приводит к отложению накипи, которая вызывает перегрев металла в следствии ухудшения отвода тепла. Для восполнения неизбежных потерь воды требуется вода для подпитки обратной воды. Питательная вода применяется химически очищенная. Нагрев воды происходит за счет тепла, выделяемого при сжигании топлива. Вода в котельной поступает с температурой 60 °С и нагревается до температуры 90 °С.
Горение –это химическая реакция горючего и окислителя (кислорода), сопровождающаяся выделением тепла. Процесс горения газообразного топлива состоит из образования горючей смеси, нагревании ее до температуры воспламенения и горения. К горелке котла подводят газ и воздух. Воздух подается дутьевым вентилятором. Горючая смесь, которая образуется в горелке, возгорается и отдает тепло в топочную камеру. В результате процесса горения образуются побочные газообразные продукты – дымовые газы. Их отсасывает дымосос, затем выбрасывает в атмосферу. Сжигание осуществляется факельным способом. При сжигании газового топлива необходимо обеспечить хорошее предварительное перемешивание газа с воздухом, ведение процесса с малыми излишками воздуха, разделение потока смеси на отдельные струи. Подогрев газовоздушной смеси и химическая реакция горения протекают очень быстро. Основным фактором продолжительности горения является время, затраченное на перемешивание газа с воздухом в горелке. От скорости и качества перемешивания газа с необходимым количеством воздуха зависит скорость и полнота сгорания газа, длина факела топки и температура пламени. Для процесса горения дымососом создается необходимая разрядка и обеспечивается полное удаление продуктов сгорания. Если достичь соотношения расхода воздуха в соответствии с подачей топлива, процесс сжигания будет осуществляться с максимальной экономичностью.
Водогрейный котел представляет собой теплообменное устройство с принудительной циркуляцией воды. Особенностью конструкции котла является наличие трехступенчатых экранов, делящих топку на четыре отсека. Кроме того, в топке размещены боковые и потолочные экраны, последний переходит отчасти в фронтовой экран. Ширина отсеков 740 мм. Топка котла выполнена в виде прямоугольной шахты. Котлы отличаются сильно развитой поверхностью нагрева. Конвективная поверхность нагрева размещена в газоходе и представляет змеевиковый экономайзер, состоящий из 16 секций. Секции набирают таким образом, чтобы змеевики располагались параллельно фронту котла в шахматном порядке. Для сжигания газа установлены горелки с прямой щелью, заканчивающейся расширением. Горелки расположены между вертикальными топочными экранами. Продукты горения поступают из топки в конвективный газоход через проем высотой 100 мм в верхней части, под разделительной стенкой.
Основные факторы технологического процесса
Основные факторы, влияющие на данный технологический процесс:
• Расход топлива – при его изменении происходит изменение соотношения сжигаемой смеси газ-воздух, а также изменяется давление дымовых газов и температура в котле.
• Расход воздуха – при его изменении происходит изменение соотношения сжигаемой смеси газ-воздух, а также изменяется давление дымовых газов в котле.
• Разрежение – его изменение влечет за собой изменение расхода дымовых газов.
• Давление топлива – изменение давления приводит к изменению расхода топлива.
• Давление воздуха – изменение давления приводит к изменению расхода воздуха.
• Температура технологического потока на выходе из котла – при ее изменении происходит изменение расхода топлива.
• Атмосферное давление – при изменении давления произойдет изменение давления топлива и воздуха.
Обоснование номинальных значений параметров технологического процесса и допустимых отклонений от этих значений
Для соблюдения технологии водонагрева температура технологического потока должна быть 130 цельсия. Для нагрева технологического потока до такой температуры необходимо добиться 300 цельсия в котле.
Для этого необходимо сжигать 70 метров кубических в час газа и соответствующее количество воздуха 700 метров кубических в час. Давление газа должно быть 50 кг/м2, а давление воздуха 25 кг/м2. Разрежение в верхней части печи необходимо поддерживать на уровне 17 Па.
| № п/п | Название параметра | Единицы измерения | Номинальные значения | Допустимые отклонения |
| 1 | Расход газа | м3/год | 490 | ±5 |
| 2 | Расход воздуха | м3/год | 700 | ±50 |
| 3 | Разрежение | Па | 17 | ±0,5 |
| 4 | Давление газа | кг/м2 | 50 | ±2 |
| 5 | Давление воздуха | кг/м2 | 25 | 1 |
| 6 | Ттемпература технологического потока на выходе из котла | оС | 130 | 50 |
Структурная схема взаимосвязи между технологическими параметрами объекта
В данной курсовой работе объектом управления является трубчатая нагревательная печь. Основными технологическими параметрами и факторами, влияющими на работу печи являются:
Исходные величины:
- Разрежение в верхней части печи
- Температура технологического потока
Входные величины:
- Расход топлива
- Расход воздуха
- Расход дымовых газов
Возмущающие величины, которые можно регулировать:
- Давление топлива
- Давление воздуха
Возмущающие величины, которые нельзя регулировать:
- Атмосферное давление
- Рис.1. Структурная схема взаимосвязи меж технологическими параметрами объекта.
- где Fг – расход топлива (газа);
- Fп – расход воздуха;
- Fдг – расход дымовых газов;
- Qдг – концентрация кислорода в дымовых газах;
- Tпп – температура технологического потока;
- P – разрежение;
- Pг – давление топлива;
- Pп – давление воздуха;
- Pатм – атмосферное давление.
Функциональная схема автоматизации
Основным технологическим параметром котла является разрежение в верхней части. Это давление в основном зависит от расхода газа, расхода топлива.
Для наибольшей эффективности процесса нужно поддерживать неизменное соотношение смеси газ-воздух. Для этого нужно регулировать расход воздуха, измеряя расход газа и расход воздуха.
Также необходимо соблюдать заданные значения температуры технологического потока.
Проанализировав входные параметры технологического объекта, которые существенно влияют на выходные параметры, примем такие решения по регулированию параметров технологического процесса. Необходимо регулировать расход для поддержания допустимого значения разрежения в верхней части котла. Также необходимо регулировать расход воздуха для соотношения смеси газ-воздух и концентрации кислорода в дымовых газах, расход газа для поддержания высокой постоянной температуры и температуры технологического потока.
Выбор температур и давления как координаты измерения в каждой зоне обусловлен тем, что качество продукта напрямую зависит от температуры каждой из них. Измерение температуры и давления является простым техническим решением в данном технологическом аппарате.
Регулировка расхода и давления в большей степени оказывает влияние на качество готовой продукции, поэтому они взяты за координаты регулирования.
В данном проекте представлен фрагмент автоматизации водогрейного котла.
Рисунок 2. Функциональная схема автоматизации водогрейного котла
Схемой автоматизации водогрейного котла предусмотрены следующие контуры регулировки:
• Контур регулировки температуры горячей воды изменением подачи топлива.
• Контур подачи холодной воды.
• Контур регулирования соотношения расхода газа-воздуха с коррекцией подачи воздуха.
• Контур регулировки разрежения.
Выбор технических средств автоматизации
Для разработанной схемы выберем, средства автоматизации из реального мира. При выборе технических средств автоматизции необходимо учитывать особенности технологического процесса, условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность и токсичность окружающей среды, параметры и физико-химические свойства контролируемых сред, радиус действия средства, необходимую точность и быстродействие. Система автоматизации технологического процесса реализуется, как правило, на базе серийных устройств с унифицированными входными и выходными сигналами. Устройства должны обеспечивать функциональные признаки отдельных контуров регулирования.
Итак, учитывая вышеуказанные требования, примем следующие решения по выбору технических средств автоматизации:
Расход газа и воздуха будем измерять соответственно с помощью двух диафрагм типа ДК6-250 и двух дифманометров типа «Сапфир-22ДД 2450», который превращает входной сигнал, соответственно, в токовый выходной сигнал. Выходные сигналы от дифманометров подаем на блоки извлечения корня БИК-1, для получения сигналов расхода газа и воздуха. Эти сигналы подадим на аналоговый автоматический регулятор с импульсным выходом Р-27, к которому применяются задатчик ЗУ-11, блок управления БУ-21: ручно-автоматическое управление для импульсного регулятора и показывающий и регистрирующий прибор РП-160-09С. Выходной сигнал из импульсного регулятора подадим на соответствующие исполнительные механизмы, которые в свою очередь будут изменять положения регулирующих органов и изменять подачу, соответственно газа и воздуха.
Температуру холодной воды также измеряем термоэлектрическими преобразователями ТХА-0109, выходной сигнал преобразуем нормирующим преобразователем Ш-72. и подадим на показывающие и регистрирующие приборы. После преобразователя сигналы подаются на регуляторы Р-27. Выходной сигнал из регулятора поступает на блок ручного управления БУ-21, затем на пускатель ПБР-2М и ВМ МЭО.
Разряжение будем измерять с помощью Метран-75G, сигнал с которого подается на регулятор Р-27 и на показывающий и регистрирующий прибор РП160-09С.
Температуру внешней среды и температуру горячей воды меряем с помощью термоэлектрических преобразователей ТХА-0109, выходной сигнал преобразуем с помощью преобразователя Ш-72, и соответствующие показывающие и регистрирующие приборы. После преобразователя сигналы подаются на регуляторы Р-27. Выходной сигнал из регулятора поступает на блок ручного управления БУ-21, затем на пускатель ПБР-2М и ВМ МЭО.
| № п/п | №
позиции |
Название
параметра |
Номинальное значение | Название средства и краткая техническая характеристика | Тип | Количество |
| 1-1 | Температу-ра хол. воды | Термоэлектрический преобразователь. Диапазон измерения
-40 – +1050 С. Номинальная статическая характеристика ХА(К). Класс допуска 2. |
ТХА-0109 | 1 | ||
| 1-2 | Преобразователь сигнала термоэлектрического преобразователя в выходной сигнал 0-5 мА. | Ш-72 | 1 | |||
| 1-3 | Блок регулирующей системы «Каскад-2» аналоговый с выходным импульсным сигналом. | Р-27 | 2 | |||
| 1-4 | Прибор показывающий, регистрирующий. Погрешность показов =0.5%, погрешность регистрации =1%; шкала 0-10 г/м3
Входной сигнал 0-5 мА. |
РП160-09С | 1 | |||
| 1-5 | Блок управления: ручное-автоматическое управление | БУ-21 | 1 | |||
| 1-6 | Пускатель бесконтактный реверсивный | ПБР-2М | 1 | |||
| 1-7 | Регулирующий клапан с электроприводом. Dy=250 мм; условное давление Ру=0.6 мПа, Му=16 Нм; t=25c; полный ход 0,25 об. | МЄО-16/25-0,25-82 | 1 | |||
| 2-1 | Температу-ра | Термоэлектрический преобразователь. Диапазон измерения -40 – +1050 С. Номинальная статическая характеристика ХА(К). Класс допуска 2. | ТХА-0109 | 1 | ||
| 2-2,2-4 | Преобразователь сигнала термоэлектрического преобразователя в выходной сигнал 0-5 мА. | Ш-72 | 2 | |||
| 2-3 | Температу-ра | Термоэлектрический преобразователь. Диапазон измерения -40 – +1050 С. Номинальная статическая характеристика ХА(К). Класс допуска 2. | ТХА-0109 | 1 | ||
| 2-5,2-7 | Блок регулирующей системы «Каскад-2» аналоговый с выходным импульсным сигналом. | Р-27 | 1 | |||
| 2-6,2-8 | Прибор показывающий, регистрирующий. Погрешность показов =0.5%, погрешность регистрации =1%; шкала 0-10 г/м3
Входной сигнал 0-5 мА. |
РП160-09С | 2 | |||
| 2-9 | Блок управления: ручное-автоматическое управление | БУ-21 | 1 | |||
| 2-10 | Пускатель бесконтактный реверсивный | ПБР-2М | 1 | |||
| 2-11 | Регулирующий клапан с электроприводом. Dy=250 мм; условное давление Ру=0.6 мПа, Му=16 Нм; t=25c; полный ход 0,25 об. | МЄО-16/25-0,25-82 | 1 | |||
| 3-1 | Затраты газа | Диафрагма камерная Dy=250 мм; условное давление Ру=0.6 мПа. | ДК6-250 | 1 | ||
| 3-4 | Затраты воздуха | Диафрагма камерная Dy=250 мм; условное давление Ру=0.6 мПа. | ДК6-250 | 1 | ||
| 3-2,3-5 | Преобразователь перепада давления в унифицированный токовый сигнал
4-20 мА, взрывозащищенный, класс точности 0.5, диапазон 6.3-40 КПа |
Сапфир-22ДД 2430 | 2 | |||
| 3-7 | Блок регулирующей системы «Каскад-2» аналоговый с выходным импульсным сигналом. | Р-27 | 1 | |||
| 3-8, 3-9 | Прибор показывающий, регистрирующий. Погрешность показов =0.5%, погрешность регистрации =1%; шкала 0-150000 м3/час
Входной сигнал 4-20 мА. |
РП160 | 2 | |||
| 3-10 | Блок управления: ручное-автоматическое управление | БУ-21 | 1 | |||
| 3-11 | Пускатель бесконтактный реверсивный | ПБР-2М | 1 | |||
| 3-12 | Регулирующий клапан с электроприводом. Dy=250 мм; условное давление Ру=0.6 мПа, Му=16 Нм; t=25c; полный ход 0,25 об. | МЄО-16/25-0,25-82 | 1 | |||
| 4-1 | Преобразователь разрежения в унифицированный токовый сигнал 4-20 мА, взрывозащищенный, класс точности 0.5, диапазон 6.3-40 КПа | Метран-75G | 1 | |||
| 4-2 | Блок регулирующей системы «Каскад-2» аналоговый с выходным импульсным сигналом. | Р-27 | 1 | |||
| 4-3 | Прибор показывающий, регистрирующий. Погрешность показов =0.5%, погрешность регистрации =1%; шкала 0-150000 м3/час
Входной сигнал 4-20 мА. |
РП160 | 1 | |||
| 4-4 | Частотный преобразователь.
Исх.напряжение 3 фазы от 0В до питающего напряжения Исх. Частота 0,1-400Гц. |
HitachiL300P | 1 | |||
| 4-5 | Вентилятор Д-8-центробежный вентилятор одностороннего всасывания, предназначенный для удаления разрежения из топок котельных агрегатов паропроизводительностью 4-160 т/ч, оборудованных эффективно действующими системами. | Д-8 | 1 |
Заключение
В данной курсовой разработана система автоматизации водогрейного котла, построена функциональная схема автоматизации этого котла и подобраны реальные компоненты для реализации этой схемы.