Разработка и проектирование автоматизированных систем управления котельными

Содержание
Введение
Анализ предметной области
Автоматизация тепловых процессов
Подключение к модулю CPU
Блокировки и сигнализации
Проектирование системы управления
Автоматизированная система управления
Назначение, цель и функции технологического процесса
АСУ ТП пара в котельной
Выбор типового ҏегулятора АСР
Системы автоматического управления модульных котельных
Система топливного узла
Программная реализация продукта
Общие положения работы с программой
Выполнение программы
Технико-экономическое обоснование проекта
Расчет средств, требуемых для разработки проекта
Расчет трудоемкости этапов
Расчет затрат на разработку и внедрение
Оценка научно-технического уровня
Экономический эффект от внедрения
Безопасность жизнедеятельности
Охрана труда на рабочем месте программиста
Расчет обеспечения оптимальной освещенности и вентиляции
Заключение
Список использованных источников
Приложение А Показатели котельной
Приложение Б
Анализ предметной области
1.1 Автоматизация тепловых процессов

Автоматизация тепловых процессов играет большую роль в
повседневной жизни, и является важным фактором на производстве, где
необходимы работы с нагревом воды, а также различных химических веществ.
Это обуславливается тем, что в динамично развивающемся производстве
человеческий фактор отрицательно влияет на процесс, так как человек не
может конкурировать со скоростью выполнения задач по управлению
котельными установками. На рисунке 1.1 приведены схемы автоматизации
трубчатых печей по нагреву продукта с помощью топливного газа. На рисунке
1.1 изображена схема, которая является каскадной, на рисунке 1.2 отображена
каскадная схема с регулятором соотношения «топливный газ – продукт»,
рисунок 1.3 показывает схему с коррекцией по содержанию кислорода в
топочных газах, и рисунок 1.4 - это схема с регулятором, корректирующим
соотношение «газ – воздух».
Рисунок 1.3 - Выпаривание с коррекцие
Рисунок 1.4 - Выпаривание с регулятором

В трубчатых печах нагревание воды происходит за счет сгорания
топливного газа, что заставляет нагревать змеевики в печи.

Целью регулирования трубчатых печей является

поддержание

постоянства температуры продукта на выходе из печи. Возмущениями
объекта являются расход и температура исходного продукта, теплотворная
способность топлива, количество и температура воздуха. Эти возмущения
можно уравновесить с помощью автоматической системы регулирования
температуры продукта на выходе, которая управляет подачей топлива в печь.
Однако процесс нагревания занимает продолжительной время, в связи с
временем занятым на сгорание топлива, а также пока газы не прогреют
змеевик.
Поэтому при
использовании одноконтурной автоматическойсистемы регулирования динамическая ошибка и время регулирования
увеличиваются и занимают много времени.
В случае резкого изменения нагрузки в печи по расходу нагреваемого
продукта и при наличии возмущения по расходу топлива используют систему
каскадного регулирования, стабилизирующий регулятор, который
воздействует на регулятор соотношения расхода воды и расхода топлива. На
рисунке 1.2 изображен регулятор соотношения, который управляет подачей
топлива в печь.
Как изображено на рисунке 1.3, принудительная подача первичного
воздуха, объем которого обеспечивает оптимальный его расход, при котором
температура в топке достигает максимального значения и поддерживается
посредством регулятора «топливный газ — воздух», который обеспечивает
оптимальный коэффициент избытка воздуха, определяющий интенсивность
сгорания топлива. Если температура топлива выходит за рамки,
установленные оператором, срабатывает аварийный сигнал, и временно
прекращается подача газа. Данная функция обеспечивает рациональное и
безопасное сгорание газа
Автоматизация процесса выпаривания
Основные принципы автоматизации показываются на двух корпусах парной установки. Целью
парной установки является выделение раствора специального состава и
поддержание балансов тепла и материала. Состав парового раствора зависит
от тепла концентрации и расхода начального раствора, расхода
нагревающегося пара, давления в парных аппаратах. Принципы
автоматизации и управления показывают регулирование состава парового
раствора (рисунок 1.5). Состав QY измеряется метрическим способом, по
преломлению света, по уровню температуры раствора, по плотности, по
разности температуры кипения состава и растворителя. Этот метод
применяют частенько из-за простаты определения зависимости между QY и
разности температур. При этом методе температуру вскипания состава воды
ставят на трубу кипящего раствора, а измерительные преобразователи
температуры состава воды на трубопроводе отхода паров.
Рисунок 1.6 - Двойной процесс выпаривания

Главные элементы - парной аппарат, кипятильник, теплообмен,
конденсатор.
Главные приборы дополняются преобразователем, который передает
сигнал на выход, пропорциональный разности температур. Регулятор
действует на клапан, который установлен на выход парного раствора из
последнего аппарата. При увеличении нынешнего состава в сравнении с
нормальным значением регулятор повышает расход парного раствора, это
уменьшает время, которое раствор находится в аппарате, чем понижает состав
раствора до нормального значения.
При выходе парного раствора из аппарата, его баланс установки
поддерживается концентрацией воды, сохраняя пропорцию между
растворенным веществом, выходящим из аппарата, и веществом, входящим с
нормальным раствором. Таким образом поддерживается уровень состава в
парных аппаратах, происходит воздействие на клапаны, которые установлены
на трубах подачи состава в аппарат. При увеличении состава парного раствора
уровень состава уменьшается, этим повышается поступление раствора в
аппарат. Обычно используются уровнемеры как измерительные приборы
автоматической системы управления уровнем состава в аппарата. Разряжение
нормализуется в корпусе только если весь пар из начального корпуса
переходит в кипятильник следующего, тем самым изменяя количество
выходных паров с помощью регулятора. Это достигается конденсатором,
который изменяет подачу охлажденной воды. Устанавливается разность
температур между вторым и начальным корпусом и составом, который кипит
во втором корпусе, при таком принципе управления водой в корпусах
устанавливается маленькое давление в растворах и высокое интенсивность
процесса парообразования.
Регулятор расхода на трубе входа пара в кипятильник начального
корпуса обеспечивает баланс процесса парообразования при маленьких
колебаниях состава начального раствора. При входе начального раствора с
определенной температурой, которая близка к температуре кипения возможен
нормальный режим функционирования парной установки. Для этого
устанавливается регулятор выходного раствора, сигнал которого влияет на
клапан, который меняет ввод пара в теплообменник.
Колебания установок малы, если состав начального раствора зависел от
прошлых технических установок. Такой состав парового раствора
регулируется вводом пара на установку. При этом клапаны уровня в парных
аппаратах меняют количество выходного состава. Если изменить расход
состава, который подается на второй корпус из первого, то можно управлять
составом парного раствора QY и менять расход раствора. А регулятор уровня
отводит парной раствор из второго корпуса. Условия работы установки
определяются схемой управления балансом парной установки и количеством
входящего в нее начального раствора. При этом требуется установка
дополнительной емкости для начального раствора.
Не желательно нормализировать состав парового раствора, так как при
этом во втором корпусе воздействуют ввод нового раствора и происходит
большое запаздывание объекта. Такой принцип не гарантирует высокий
уровень управления.
При высоких возмущения состава начального раствора, при изменении
состава растворенного в нем компонента высокое управление процессом
гарантируется использованием сложных схем, например схемы нескольких
контурных управлений (рисунок 1.6).
В таком варианте согревающий пар вводится на установку в
специальной концентрации с расходом начального состава., при этом
применяется регулятор концентрации, который воздействует на ввод пара.
Такую концентрацию изменяют с помощью регулятора состава растворенного
компонента в начальном растворе. Чтобы стабилизировать работу второго
аппарата, паровой раствор, который направляется в него, регулируется по
схеме управления расходом с изменением уровня состава в начальном парном
аппарате. Парной раствор переходит с установки во втором аппарате
регулятора, который изменяет концентрацию растворенного компонента в
паровом растворе. Давление в такой системе поддерживают на определенном
уровне с помощью управления расходом пара с коррекцией давления во
втором парном аппарате.
Схемы нескольких контуров управления величинами, которые показаны
на этом рисунке, могут использоваться в паре с простыми контурными
схемами, которые на предыдущем рисунке.
Автоматизация процессов по обмену массой. Процессы по обмену
массы применяют для отделения смеси компонентов, также для получения
продукта определенного состава путем перемещения одного или двух
компонентов из одного состояния в другое, широко развиты в химической
технологии
Состав определенного вещества в заданном продукте или содержанием
в продукте других веществ, которые определяются катализаторами качества
являются важной составляющей в таких процессах. Важнее определить
содержание примесей, потому что при этом может быть устроена высокая
чувствительность, чем при изменении состава продукта. В обычных случаях
массообменные процессы управляют дополнительными величинами (
преломление света, плотность и др.). Это не требует установки дороги
катализаторов. Быстрота протекания процессов по обмену
массой пропорциональна динамическому свойству этих веществ в технологических
аппаратах. А также теплопередачи между этими веществами. Обычно эти
аппараты по обмену массы имеют высокую инерцию и запаздывание.
Автоматизация абсорбции . Абсорбция - это слияние состава начальной
газовой смеси при взаимодействии ее с жидкостью, этот процесс необходим
для отделения смеси для получения растворов. Для поддержания
определенной концентрации исходящего компонента проводят регулирование
процессом абсорбции, также для соблюдения баланса тепла и материалов
установки. В некоторых случаях задачи процесса абсорбции является
извлечение насыщенного концентрации. Состав исходящего компонента
можно определить по количеству исходящего компонента, который приходит
и поглощается абсорбентом за некоторое время.
На абсорбацию большое влияние оказывает сила, которая располагает
рабочий и равномерными линиями процесса. Положение рабочей линии
определяются начальной и последней концентрацией состава в обеих фазах.
Положение равномерной линии от температуры в аппарате. Следовательно
концентрация исходящего состава зависит от первой концентрации, расхода в
вводимого газа, расход абсорбента и давление и температуры в абсорбенте.
Исходящие данные последних аппаратов зависят от изменения состава
газа и первой концентрации исходящего компонента, это основные колебания
процесса абсорбции. Расходы свежего абсорбента регулируется воздействием
на них газа и насыщенного абсорбента.
Главным возбудителем, который поддерживает состав исходящего
компонента в газе является расход свежего абсорбента, который регулируется
регулятором расхода. Это является наглядной схемой, обеспечивающей
хорошее качество управления. Температура в абсорбере определяется
теплоемкостью и расходом газа, а также быстротой выделения тепла в
абсорбции и потерь в окружающую среду. Большее количество этих данных
изменяется во времени, что нарушает тепловой баланс и изменяет
температуру в абсорбере. Увеличение температуры затормаживает процесс
абсорбции. Чтобы избежать это подают абсорбент в абсорбер 1 и охлаждают
его в холодильнике 2. Охлаждение абсорбента поддерживается его
температурой на выходе из холодильника, при этом клапан действует на
регулятор, который меняет расход.
Увеличение давления в абсорбере извлекает ценные вещества из
начальной газовой смеси. Чтобы поддержать нормальный уровень давления
применяется регулятор давления, который действует на клапан, который
установлен на трубе выхода газа из абсорбера. Регулировка питания
котельной и регулировка давления в барабане котла сводится к сохранению
баланса между отходом пара и ввода воды. Параметр, который характеризует
баланс - это уровень воды в барабане. Качество работы котла обеспечивается
надежностью управления уровнем, чтобы повысить давление снижается
уровень нормальных пределов, но это может привести к нарушению
циркуляции, что повлечет за собой увеличение температуры труб.
Увеличение уровня воды также может привести к аварии. Так как вода
может попасть в парогреватель, это вызовет выход из строя. Для того, чтобы
не произошла авария предъявляются большие требования к точности
поддержания уровня
качества управления питанием определяется равномерной подачей воды. Необходимо обеспечить равную подачу воды
котел, так как неравномерные подачи могут вызвать огромные напряжения в
металле.....