Автоматизация работы теплового оборудования на предприятии

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Автоматизация работы теплового оборудования на предприятии

1. Введение

Производственная практика проходила в Кировском Областном Государственном Образовательном Автономном Учреждении Начального Профессионального Образования «Вятский Железнодорожный Лицей» г. Кирова. Названное учреждение занимается профессиональной подготовкой работников железной дороги. Учащиеся проживают в общежитии. Одним из направлений деятельности лицея является снабжение общежития горячей водой при помощи теплового пункта, что и стало объектом изучения во время производственной практики.

Были поставлены следующие основные задачи при прохождении производственно-технологической практики:

· Ознакомление со структурной схемой теплового пункта, сведениями о состоянии автоматизации объекта на предприятии;

· Ознакомление со схемой технологического процесса, применяемого оборудования, его характеристиками, номенклатурой, видами и характеристиками сырья;

· Освоение технических и программных средств автоматизации и управления, предложения по модернизации и автоматизации технических средств;

· Анализ средств измерений и автоматизации, которые применяются или могут быть применены при автоматизации ТОУ и подбор элементной базы технических средств;

· Прогнозирование последствий автоматизации объекта.

2. Общие сведения

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=110 атм. идет на технологические нужды.

3. Описание объекта и его анализ с точки зрения необходимости и возможности его автоматизации

Системы отопления здания основывается на постоянном цикле подачи горячей воды в трубы, которая затем проникает в батареи квартир.Движение воды обеспечивают насосы, температуру воды - котельная. В такой системе используются два трубопровода: обратный и прямой. Через прямой трубопровод вода поступает в здание, а из здания она входит в обратный трубопровод, тем самым получается бесконечный круговорот.

Проблемой любой системы является неравномерное распределение температур на различных этажах. Этой проблемой может быть недостаточная циркуляция воды по трубопроводу, следовательнонеобходимо обеспечить такую мощность распределения тепла, которая могла бы примерно стать равномерной.

Все процессы происходящие в данной системетеплоснабжающего пункта являются ручными на данном этапе проектирования.

При автоматизации ручной режим работы насосов и всех задвижек останется, так как всегда бывают ситуации, где человеку нужно вмешаться и исправить происходящую в системе ситуацию. Следовательно при проектировании нашей системы мы учтем два режима работы: автоматически, при котором система будет регулировать температуру и циркуляцию воды и ручном, при котором диспетчер решит что правильно а что нет и будет по своему усмотрению использовать систему.

4. Обоснование выбора средств автоматизации

Выбор системы обмена данными

Для данной системы я думаю использовать систему обмена PROFIBUS разработанная компанией Siemens AG, т.к. она имеет хорошие характеристики и достаточное распространение в данной отрасли в Европе. Можно сказать несколько слов о данной шине:

1. Открытость и независимость от производителя

2. Совместная работа устройств от разных производителей без специальных интерфейсов

3. Физическое представление шины многообразно:

a. электрическая сеть в основе своей использующая экранированную витую пару.

b. оптическая сеть на основе оптоволоконного кабеля.

c. ифракрасная сеть.

Такое многообразие может обеспечить приличную скорость передачи даынных.

4. Скорость передачи по ней может варьироваться от 9,6 Кбит/сек до 12 Мбит/сек.

5. Используется система master\slave

6. Три специализированных протокола управления данными:

a. PROFIBUS DP (DecentralizedPeripheral - Распределенная периферия) -- протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между системами автоматизации (ведущими DP-устройствами) и устройствами распределённого ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами). Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей. Оптимизирован для высокоскоростных и недорогих систем.

b. PROFIBUS PA (ProcessAutomation - Автоматизация процесса) -- протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или Ex-зонах (взрывоопасных зонах). Протокол отвечает требованиям международного стандарта IEC 61158-2. Позволяет подключать датчики и приводы на одну линейную шину.

c. PROFIBUS FMS (FieldbusMessageSpecification - Спецификация сообщений полевого уровня) -- универсальный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне.

Выбор управляющего контроллера

В качестве управляющего контроллера я выбрал SIMATIC S7-400 разработанный той же фирмой SIEMENS, что позволит нам намного проще обращаться с шиной PROFIBUS и другими устройствами подключенными к ней.

Данный контроллер предназначен для предназначенный для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности.

Главными достоинствами данного котроллера является:

1. Удобство и простота обращения множествами функции на уровне операционной системы;

2. Эффективность, благодаря использованию нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

3. Универсальность, т.к. данный контроллер отвечает самым жестоким требованиям промышленных стандартов и обладает высокой степенью электромагнитной совместимости, высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Установка и замена модулей контроллера может производиться без отключения питания ("горячая замена").

4. Наличие резервированной структуры позволяет продолжать работу в случае возникновения одного или нескольких отказов в его компонентах. Как правило, такие системы управляют производствами, простой которых вызывает большие экономические потери.

Технические характеристики:

Блоки питания

Каждый центральный процессор S7-400 имеет встроенный блокпитания с входным напряжением =24В. Для питания центрального процессора и других модулей контроллера используютсяблоки питания PS 405 и PS 407. PS 405 используют для своейработы входное напряжение постоянного тока, PS 407 - входноенапряжение переменного тока промышленной частоты. Возможна установка двух блоков питания в корзину для дублирования питания стойки.

Выбор температурных датчиков

В качестве температурных датчиков можно выбратьтермопреобразователи сопротивления PT500. Данные датчики подходят по диапазону измеряемых температур, а также качественный корпус позволит прослужить дольше , чем обычные датчики.

Краткое описание:

Сертифицированы по ГОСТ 16324-97

Технические характеристики датчиков температуры

Величина Значение

Диапазон измеряемых температур, С 0 - 180 С

Диапазон разницы температур, С 2 - 100

Точность измерения Класс B

Макс. ток питания датчиков (RMS), A, 2 (Pt500)

Время термического срабатывания, с 5 ; 10 (в гильзе)

Тип резистора Pt500

Материал

Трубки датчика

Защитная гильза

Выбор датчиков давления

Датчиков давления в нашем проекте 4 штуки основными показателями для выбора данного датчика являлись:

Диапазон измерения.

Температура контролируемой среды

Степень защиты корпуса

Напряжение питания.

По данным показателям я выбрал PB5024



Выбор датчиков расхода

В качестве датчиков расхода выбраны SITRANS F MASSFLO MASS 6000 IP67/NEMA 4X компактная/раздельная версия, разработанная опять же фирмой SIEMENS, что позволит нам опять же в полной мере использовать данный датчик.

Показателями для выбора данного датчика являлись:

1. Простота работы

2. Возможность измерять мгновенный и массовый расход воды

3. Быстродействие

4. Высокая производительность

5. Высокая степень эксплаутации.

Описание:

MASS 6000 сконструирован согласно новейшим разработкам вцифровой обработке сигналов и рассчитан на высокуюпроизводительность, быстрый отклик, быстрое дозирование,высокую помехоустойчивоть к шумам процесса, простой монтаж,ввод в эксплуатацию и обслуживание.Преобразователь сигналов MASS 6000 обеспечивает точныемультипараметрические измерения : массового расхода, объемногорасхода, плотности, температуры и фракций.Преимущества:

* специальный чип массового расхода с новейшей технологиейASIC;

* быстрое дозирование и короткое время отклика сдействительной скоростью обновления в 30 Гц;

* отличная помехоустойчивость благодаря запатентованномуалгоритму DFT (DiscreteFourierTransformation);

* улучшенная стабильность нулевой точки и увеличеннаядинамика точности измерения расхода и плотности благодарявходному разрешению свыше 0,35 ns;

* упрошенный поиск ошибок и поверка прибора благодаряспециальному диагностическому и сервисному меню;

* встроенное управление дозировкой с компенсацией и контролеми 2 встроенными счетчиками;

* универсальные выходы, конфигурируются по отдельности намассовый расход, объемный расход, плотность, температуру илифракционный расход, например, °BRIX или ° PLATO;

* цифровой вход для управления дозировкой, дистанционнойустановки нулевой точки или принудительного выходногорежима;

* все выходы для целей моделирования, контроля или калибровкимогут принудительно устанавливаться на заданные значения;

* конфигурируемое меню управления с защитой паролем

- индикация 3 строки по 20 знаков каждая на 11 языках

- простая обработка и запись ошибок в текстовом формате

- клавиатура может использоваться для управления дозировкой (Start/Stop/Hold/Reset)

* технология SENSORPROM автоматически конфигурирует преобразователь сигналов при вводе в эксплуатацию и предлагает:

- заводское предварительное программирование данных калибровки, размера трубы, типа преобразователя расхода, выходных установок

- автоматическое сохранение всех введенных пользователем значений и установок

- автоматическое новое программирование нового преобразователя сигналов без потери точности

- замена преобразователя сигналов менее чем за 5 минут благодаря реальному Plug&Play

* наивысшая точность при измерении расхода, плотности и фракций благодаря 4-х проводному измерению температуры PT1000

* вычисление расхода фракций на базе 5-ти значного алгоритма, подходящего для всех приложений

* комплектация дополнительных шинных модулей без потери функциональности через платформу USM II

- все модули могут комплектоваться с реальным "Plug&Play"

- автоматическое конфигурирование модуля и преобразователя сигналов через SENSORPROM

* простой "Plug&Play" при монтаже преобразователя сигналов на преобразователь расхода через цоколь преобразователя расхода

Сфера применения

Массовые расходомеры SITRANS F C MASSFLO могутиспользовать для решения любых задач в технологическойпромышленности, для которых необходимо точное измерениерасхода. Расходомер может использоваться для измеренияжидкостей и газов.

Преобразователь сигналов MASS 6000 IP67 преимущественно используется в следующих отраслях:

* пищевая и пиво-, безалкогольная промышленность

* фармацевтическая промышленность

* автомобильная промышленность

* нефть и газ

* производство и распределение энергии

* воды и сточные воды

Конструкция

Преобразователь сигналов размещен в компактном корпусе из полиамида с классом защиты IP67/NEMA 4X

Функция

Доступны следующие функции:

* количество массового расхода, количество объемного расхода, плотность, температура и фракционный расход

* 1 токовый выход, 1 частотный/импульсный выход, 1 релейный выход, 1 цифровой вход

Технические параметры

Преобразователь сигналов SITRANS F C MASSFLO MASS 6000 Kompakt

IP67/NEMA 4X

Токовый выход

* ток 0 ... 20 мА или 4 ... 20 мА

* нагрузка < 800 ?

* постоянная времени 0 … 30 сек, устанавливаемая

Цифровой выход

* частота 0 … 10 кГц, 50% скважности

* постоянная времени 0 … 30 сек, устанавливаемая * активный 24 V DC, 30 мА, 1 K????RLast ??10 K, защита от короткого замыкания

* пассивный 3 ... 30 V DC, макс. 110 мА, 1 K

Реле

* тип реле переключения

* нагрузка 42 V / 2 A пик

* функции уровень ошибки, номер ошибки, предельное значение, направление

Цифровой вход 11 ... 30 V DC (Ri = 13.6 K?)

* функциональность предварительный выбор

Старт/Стоп/Дальше, установканулевой точки, сброс счетчика 1/2, управление выходом, замораживание выхода

Гальваническая развязка Все входы и выходы гальванически разделены, изоляционное напряжение500 V

Отсечка малого расхода

* возможное значение 0…9,9% от макс. расхода

Функция предельного значения Массовый расход, объемный расход,фракция, плотность, температураизмер. датчика

Счетчик Два 8-значных счетчика для расхода вперед/назад/нетто

Индикация

* фоновая подсветка с алфавитно -ифровым текстом, 3-20 знаков

для индикации расхода,суммарных значений, установки ошибок постоянной временикак токового выхода 1

* обратный расход показываетсязнаком минус

Установка нулевой точки вручную через клавиатуру или дистанционно через цифровой вход

Внешняя температура

* работы -20 ... +50 °C (-4 ... +122 °F), отн.влажность макс. 80% до 31 °C (86 °F),уменьшение до 50% при 40 °C(104 °F) по UL 3101

* хранение -40 ... +70 °C (-4 ... +158 °F)(влажность макс. 95%)

Корпус

* материал усиленный стекловолокном полиамид

* класс защиты IP67/NEMA 4X по IEC 529 иDIN 40050 (1 м WS в течение 30 мин)

* вибропрочность 18…1000 Гц любая, 3,17 грэффективная, во всех направленияхпо EN 68-2-36

Напряжение питания

Версия 24 V

* напряжение питания DC/AC 24 V, 50 ... 60 Гц

* допуск DC 24 V, -25% ... 25%

AC 24 V, -16% ... 25%

* потребляемая мощность 10 W

Версия 230 V

* напряжение питания AC 115/230 V, 50 ... 60 Гц

* допуск +10% ... -10%

* потребляемая н1084 мощность

Выбор исполнительных механизмов

В качестве сетевых насосов выбраны Д-320, так они довольно давно используются в данной области, имеют хороши диапазон температур, большую мощность и прочный корпус.

Краткое описание:

Насос Д320-50 предназначен для для перекачивания воды и сходных с ней по вязкости 36 сСт и химической активности жидкостей, с температурой до +85 Гр.С, содержащих твердые включения до 0,05% по массе, размером до 0,2 мм.

Материал проточной части насоса - чугун.

Уплотнение вала насоса Д320-50 - сальниковое.

Гидравлический затвор сальника обеспечивается посредством подвода жидкости к кольцу сальника по специальным трубопроводам из напорной полости насоса.

Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания до 5,5 м.

Давление на входе до 0,3 МПа.

Стандартный насосный агрегат комплектуется электродвигателем 75 квт. Масса насоса 1033кг.

Габариты насоса(мм) 1740х966х905.

Диаметр патрубок:

-входной Ду-200, Ру-6

-напорный Ду-150, Ру-6.

В качестве насоса подпитки Насос NM 50/16 BE ( 5.5 kw ) 380v Calpeda.

В качестве задвижек выбраны КЭ2:

принцип действия - электромагнитный

напряжение питания - 36 В

управление цифровым сигналом по принципу «включение/выключение».

Заключение

При прохождении производственной практике в КГОАУ НПО «Вятский железнодорожный лицей» я ознакомился и изучил схемы автоматического контроля и регулирования, технические средства автоматизации, работы контрольно измерительных приборов. Задачи, поставленные при прохождении практики были выполнены в полном объеме.

Предполагаемое место преддипломной практики: КГОАУ НПО «Вятский железнодорожный лицей».

Предполагаемая тема дипломного проекта и предлагаемая ее формулировка: «Автоматизация теплового пункта».

Библиографический список

автоматизация тепловое оборудование

1. Герасимов С.Г. Автоматическое регулирование котельных установок. М.: Госэнергоиздат, 1950, 424 с.

2. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/ А.С. Клюев и др.; Под ред А.С. Клюева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.

3. Материалы http://www.automation-drives.ru

4. Материалы http://www.etair.ru

Размещено на Allbest.ru