Система управления котлом

В результате, систему регулирования  уровня воды в барабане котла можно  представить в виде следующей  структурной схемы:

 

Рисунок 4.2 - Структурная схема регулирования  уровня воды в барабане котла

 

Структурная схема регулирования  уровня воды в барабане котла где:

W₁(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – уровень в барабане котла;

W₂(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход воды;

W₃(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход пара от котла;

F _пара – внешнее возмущающее воздействие – расход пара от котла;

F _воды – входное воздействие – расход воды на котел;

L – выходная величина – уровень в барабане котла;

% открытия РО на воде –  управляющее воздействие, приложенное  к подаче расхода воды в барабан котла.

 

5. Проведение эксперимента

 

2. Подготовка и проведение эксперимента

 

Свойства объекта управления необходимо знать при составлении схемы  автоматизации, выборе закона регулятора и определении оптимальных значений его настроечных параметров. Правильный учет свойств объектов позволяет  создавать АСР, имеющие значительно  более высокие показатели качества переходного процесса. Для определения  динамических свойств объектов управления анализируют кривые изменения регулируемой выходной величины при типовых возмущающих  воздействиях. По кривой разгона определяют динамические характеристики объекта  управления: запаздывание, постоянную времени, коэффициент передачи.

Подготовка эксперимента по снятию динамических характеристик объекта  регулирования заключается в  выборе входной и выходной величин, а также в выборе измерительной  аппаратуры. В качестве входной величины принимаем положение регулирующего  органа, а в качестве выходной –  сигнал измерительного преобразователя, поступающий на вход регулятора. Для  снятия временных характеристик  объект исследования приводим в равновесное  состояние, а затем с помощью  дистанционного управления и исполнительного  устройства подаем на вход объекта  возмущающее воздействие. Реакцию  на это воздействие регистрируем в координатах: выходная величина –  время.

Проведение эксперимента можно  описать схемой:

 

Рисунок 5.1 - Структурная схема проведения активного эксперимента

 

где:

1 – устройство регистрации и  изменения параметров регуляторов  – ЭВМ;

2 – устройство управления и  сбора информации об объекте  – контроллер;

3 – устройство воздействия на  объект – исполнительный механизм;

4 – устройство получения информации  об объекте – измерительный  преобразователь;

5 –объект управления – газотурбина;

С помощью ЭВМ (1) все регуляторы в контроллере (2) участвующие в  регулировании объекта переводятся  в ручной режим, затем наносится  возмущающее воздействие Х в  виде единичного скачка - изменяется процент  открытия регулирующего органа, изменением выхода нужного регулятора. Возмущающее  воздействие отрабатывает исполнительный механизм (3), и возмущение передается в объект (5). Далее снимается отклик объекта на это возмущение: отклик в виде физического параметра  преобразуется измерительным преобразователем (4) в электрический параметр, который  поступает в контроллер, где преобразуется  в цифровой сигнал. Цифровой сигнал поступает в ЭВМ, где регистрируется до тех пор, пока объект не примет новое  установившееся значение. Массив регистрируемых значений отклика и значений времени  и будет представлять собой кривую разгона.

Для создания АСР питания барабанного  котла необходимо снять три кривые разгона, по структурной схеме эксперимента, приведенной на рис. 5.2.

 

Рисунок 5.2 - Структурная схема эксперимента

 

Структурная схема каскадно-комбинированной  системы где:

W₁(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – уровень в барабане котла;

W₂(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход воды;

W₃(S) – процент положения регулирующего органа на расходе воды – расход пара от котла;

F _пара – внешнее возмущающее воздействие – расход пара от котла;

F _воды – входное воздействие – расход воды на котел;

L – выходная величина – уровень в барабане котла;

% открытия РО на воде –  управляющее воздействие, приложенное  к подаче расхода воды в барабан котла.

Для регистрации кривой разгона  будем использовать ЭВМ и программу WinCC предназначенную для отображения результатов измерений в графическом виде за любой период работы контроллера «Siemens». Проведение эксперимента рассмотрим по фрагменту функциональной схемы, приведенному на рис. 5.3.

 

Рисунок 5.3 – Схема автоматизации  провидения эксперимента

 

Измерение расхода воды на котел  поз. 3а и расхода пара от котла  поз. 1а производится вихревыми расходомерами Rosemount 8800D. Данный тип расходомеров имеет высокие эксплуатационные характеристики. Высокую точность 0,5%, надежность. Возможна замена вышедшего из строя чувствительного элемента – сенсора, без снятия корпуса расходомера и остановки измеряемой среды. В виду того, что трубопровод пара очень горячий, порядка 180 °C, а электроника часто не выдерживает таких тепловых нагрузок, расходомер имеет разнесенную конструкцию, то есть чувствительный элемент на трубопроводе, преобразователь устанавливается рядом, в более прохладном месте, между собой они соединяются специальным коаксиальным кабелем из комплекта поставки.

Содержание

 

Аннотация 4

ВВИДЕНИЕ 5

1 Описание технологического процесса 7

2 Разработка системы оптимального управления паровым котлом 12

2.1 Разработка математической модели процесса парообразования 12

2.2 Формулировка задачи оптимального управления 19

3 Описание схемы автоматизации 26

3.1 Обоснование точек контроля, регистрации, регулирования и сигнализации 26

3.2 Обоснование выбранной системы (систем) средств автоматизации 31

3.3 Описание локальных контуров регулирования 34

4 Обоснование контура регулирования, подлежащего расчету 41

5 Проведение эксперимента 44

5.1 Подготовка и проведение эксперимента 44

5.2 Снятие кривой разгона по основному каналу 48

5.3 Снятие кривой разгона по внутреннему каналу 52

5.4 Снятие кривой разгона по каналу возмущения 53

6 Обработка экспериментальных данных 55

6.1 Обработка кривой разгона основного канала 56

6.2 Обработка кривой разгона внутреннего канала 62

6.3 Обработка кривой разгона внешнего возмущения 65

7 Расчет схемы регулирования 72

7.1 Расчет одноконтурной системы регулирования 72

7.2 Расчет каскадной системы регулирования 74

7.3 Расчет комбинированной системы регулирования 81

8 Моделирование рассчитанной системы регулирования 86

8.1 Переходные процессы в одноконтурной системе регулирования 86

8.2 Переходные процессы во внутреннем контуре каскадной системы регулирования 90

8.3 Переходные процессы в каскадной системе регулирования 94

8.4 Переходные процессы по возмущению в комбинированной системе регулирования без компенсирующего устройства и с компенсирующим устройством 98

9 Анализ качества переходных процессов и выбор системы регулирования 102

10 Реализация рассчитанной системы регулирования 109

10.1 Описание рассчитанной системы управления 109

10.2 Программная реализация каскадно-комбинированной САР 118

10.3 Описание схемы сигнализации и блокировок 122

11 Монтаж средств автоматизации 128

12 Расчет регулирующего органа поз. 29в на подаче питательной воды в котел 138

13 Разработка системы плавного переключения между фильтрами №1 и №2 с автоматической регенерацией отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды 146

13.1 Постановка проблемы 146

13.2 Способ решения проблемы 147

13.3 Имитационное моделирование на основе сетей Петри 157

14 Надежность средств автоматики 164

15 Охрана труда и безопасность жизнедеятельности 168

15.1 Охрана труда в РФ 168

15.2 Свойства используемых и получаемых веществ 171

15.3 Классификация производства 174

15.4 Мероприятия по технике безопасности 176

15.5 Санитарно-технические мероприятия 180

15.6 Пожарная безопасность 182

15.7 Расчет предохранительного клапана на пару котла ДКВР 20-13 183

16 Экономическая часть 190

16.1 Анализ рыночных перспектив и производственных возможностей ОАО «Уралкалий» 190

16.2 Анализ действующего производства 191

16.3 Расчет производственной мощности на БКПРУ-3 ОАО «Уралкалий» 195

16.4 Экономические расчеты и обоснования по проекту 201

16.5 Расчет численности персонала и расходов на оплату труда 204

16.6 Расчет калькуляции себестоимости пара 213

16.7 Сравнительный анализ себестоимости пара 217

16.8 Анализ и оценка изменения себестоимости производства пара по технико-экономическим факторам 218

16.9 Расчет основных экономических показателей производства 223

Заключение 237

Список литературы 239

 

 

Аннотация

 

Темой данного дипломного проекта  является автоматизация процесса парообразования  в котле ДКВР-20-13 на  «Третьем Березниковском калийном производственном рудоуправлении» ОАО «Уралкалий». Данный дипломный проект освещен в основных разделах.

Во введении обосновывается актуальность рассматриваемой в дипломной  работе темы.

В первом и втором разделах дается краткое описание оборудования и  технологии ведения процесса парообразования, производится моделирование и расчет системы оптимального управления. В  разделе оптимального управления разработана  система оптимального управления паровым  котлом. По критерию удельный расход попутного  газа на 1 Дж тепла, передаваемого потребителю. Оперативно определяются оптимальные  значения расхода попутного газа и воды, являющиеся заданиями в  контуры их стабилизации на нижнем уровне.

В третьем и четвертом представлена информационная модель, приводится обоснование  параметров, подлежащих контролю, регулированию  и сигнализации, обосновываются решения  по автоматизации, выбираются средства автоматизации, так же производится обоснование контура регулирования  подлежащего расчету и переход  к структурной схеме для расчета.

В пятом, шестом и седьмом разделах проводится снятие экспериментальных  кривых разгона по основному, внутреннему  и возмущающему каналам и их обработка. Производится аппроксимация кривых разгона, и определяются передаточные функции. Переходные процессы моделируются в пакете «MATLAB». Подбираются оптимальные настройки регулятора в программе «Калькулятор передаточных функций» и определяется наилучшая АСР.

В девятом разделе производится анализ качества переходных процессов, полученных в предыдущем разделе.

В десятом разделе рассмотрена  реализация каскадно-комбинированной АСР на микропроцессорном контроллере SIMATIC S7-300 и описывается сигнализация для данного процесса.

В одиннадцатом разделе описывается  монтаж средств автоматизации.

В двенадцатом разделе приводится расчет регулирующего органа и его  выбор.

В тринадцатом разделе дипломного проекта, разрабатывается система  плавного переключения между фильтрами  №1 и №2 с автоматической регенерацией отсеченного Na-катионитового фильтра 2 ступени умягчения воды.

В четырнадцатом разделе производится расчет надежности каскадной системы  автоматического регулирования (управления) уровня в барабане котла.

В пятнадцатом разделе рассмотрены  основные направления государственной  политики в области охраны труда, мероприятия по ТБ и произведен расчет предохранительного клапана на пару котла ДКВР 20-13.

В шестнадцатом разделе рассчитывается экономический эффект и срок окупаемости  проекта.

В заключении дается краткое описание проделанной работы и ее результаты.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

На химических предприятиях автоматизации  уделяется особое внимание. Это объясняется сложностью и высокой скоростью протекания технологических процессов, чувствительностью их к нарушению режима, вредностью условий работы, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ и т.д. В сложных технологических процессах отклонение параметра от нормы может привести к авариям, взрывам, пожарам, порчи большого количества сырья.

Автоматизация в настоящее время  развивается особенно динамично, она  проникает во все сферы человеческой деятельности и характеризуется широким внедрением вычислительной техники, открывающим путь к резкому повышению производительности труда.

Автоматизация приводит к повышению  основных показателей эффективности производства: увеличению количества, повышению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции, повышению производительности труда. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высокое качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшает затраты сырья и энергии, обеспечивает уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий, удлинение сроков межремонтного пробега оборудования.

Проведение некоторых современных  технических процессов возможно только при условии их полной автоматизации (процессы, осуществляемые на атомных  установках, в паровых котлах высокого давления и другие). При ручном управлении такими процессами малейшее замешательство человека и несвоевременное воздействие его на процесс могут привести к серьёзным последствиям.

Комплексная автоматизация процессов (аппаратов) химической технологии предполагает не только автоматическое обеспечение нормального хода этих процессов с использованием различных автоматических устройств (контроля, регулирования, сигнализации), но и автоматическое управление пуском и остановкой аппаратов для ремонтных работ и в критических ситуациях.