Автоматизация процессов на ТЭЦ
Автоматизация котлоагрегата производительностью 90 т/час, давлением пара 3,9 МПа, температурой пара 440 градусов, установленного на ТЭЦ-3 ОАО "Светогорск". Комплекс технических средств. Расчет статических и динамических параметров средств автоматизации.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.11.2014 |
| Размер файла | 149,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Состав и характеристика объекта автоматизации
Объектом автоматизации является реконструированный котлоагрегат БКЗ-75-39 ГМА (котлоагрегат производительностью 90 т/час, давлением пара 3,9 МПа, температурой пара 440 C), установленный на ОАО «Светогорск», ТЭЦ-3. Паровой котел БКЗ-75-39 ГМА предназначен для получения перегретого пара. Котел однобарабанный, с естественной циркуляцией, с камерным сжиганием топлива. Компоновка поверхностей нагрева П-образная и состоит из топочной камеры, переходного газохода и опускной конвективной шахты. Топочная камера котлоагрегата является восходящим ходом газов. В горизонтальном газоходе расположен пароперегреватель. В конвективной шахте размещаются водяной экономайзер и воздухоподогреватель «в рассечку». В котле происходит нагрев воды, ее испарение и перегрев образовавшегося пара. Теплоносителем являются продукты сгорания - дымовые газы. В качестве топлива используется природный газ, который поступает по газоводам из Уренгоя. Котел предназначен для работы в закрытых помещениях.
Котел оборудован
трубопроводами топлива, питательной воды и пара;
электрофицированной арматурой, исполнительными механизмами и электрическими двигателями (далее везде ИМ);
датчиками и приборами контроля теплотехнических параметров ИМ, которые образуют согласно функциональной принадлежности и пространственного расположения, следующие технологические (функциональные) подсистемы котла:
топливопроводов и газо - воздуховодов (ТГВ)
нижних газо-мазутных горелок (ГМГН)
верхних газо-мазутных горелок (ГМГВ)
трубопроводов питательной воды и пара (ТПВП)
1.1 Описание технологического процесса
Природный газ (8400 нм3/ч) поступает к горелкам по газопроводу при температуре 4 C и давлении 40 кПа. Природный газ по отдельному газопроводу при давлении 60 кПа поступает к запально-защитным устройствам.
Горение топлива происходит в вертикальной топочной камере, образованной экранными трубами. Верхние и нижние концы труб введены в сборные коллекторы. На фронтовой стенке топки на двух ярусах расположены по три газо-мазутных горелки типа ГМУ-10, с помощью которых сжигается топливо. В обогреваемых газами трубах, образующих топку и конвективную шахту, образуется насыщенный водяной пар. Пароводяная смесь поступает в верхние коллекторы, а из них в барабан-паросборник и выносные сепараторы-циклоны. В барабанах и циклонах происходит отделение пара от воды. По необогреваемым опускным трубам и стоякам котловая вода поступает в нижние коллекторы экранов. После барабанов и циклонов пар направляется в пароперегреватель, где он перегревается горячими дымовыми газами, а затем идет потребителю. Питание котла водой производится через экономайзер, в котором вода предварительно подогревается. Горячий воздух необходимый для горения, подается в топку через горелки из воздухоподогревателя, обогреваемого горячими дымовыми газами. Движение дымовых газов по трактам котла осуществляется за счет работы дымососа ДН-18. Подача воздуха производится высоконапорным вентилятором ВДН-20 ПУ. Воздух с напора дутьевого вентилятора поступает на первую ступень воздухоподогревателя, а затем направляется во вторую ступень воздухоподогревателя, где нагревается до 200 C и подается к горелкам котла (в топочную камеру). Поступая к котлу, питательная вода направляется в водяной экономайзер, из первой ступени экономайзера питательная вода подается в конденсатор далее во вторую ступень экономайзера, а затем в барабан. Насыщенный пар из барабана поступает в пароперегреватель, а далее через ГПЗ к потребителю. Разрежение продуктов сгорания в топке котла минус 2 мм. в. ст. Продукты сгорания с температурой 1180 C поступают на пароперегреватель. Затем с температурой 520 C, давлением 10 мм. в. ст. и 2-х процентным содержанием кислорода направляются к экономайзеру, на входе которого температура 300 C и давление 70 мм. в. ст. Продукты сгорания после воздухоподогревателя с температурой 130 C направляется в дымосос.
2. Описание существующей системы автоматизации
Паровой котел является объектом повышенной опасности с точки зрения безопасности работы производственного оборудования. Функционирование котла характеризуется информацией, поступающей от аналоговых и дискретных датчиков состояния теплотехнических параметров, датчиков положения ИМ и датчиков состояния (включено/отключено) электродвигателей.
Система управления котлом БКЗ-75-39ГМА выполнена на базе программируемого контроллера C200HG фирмы «OMRON». Схема представлена на рис. 2.
Оперативное управление котлом производится с промышленного терминала NT620C.
Техническая характеристика контроллера и промышленного терминала.
В качестве модуля управления применяется промышленный терминал NT620C. Терминал NT620C имеет широкие возможности. Применение такого терминала позволит:
отображать состояние оборудования и системы управления;
вводить необходимую информацию;
отображать в виде мнемосхем ход технологического процесса;
осуществлять ручное управление оборудованием и контуров контроля;
отказаться от большого числа сигнальных ламп и кнопок управления.
Техническая характеристика промышленного терминала NT620C.
Эффективный размер экрана 192143 мм
Разрешение 640480
Объем памяти 1 Mb
Встроенные интерфейсы Host Link, NT Link
Габариты 27519271 мм
Температура окружающей среды 0 - 55 C
Влажность окружающей среды 10 - 90 C
Степень защиты IP 65, NEMA 4
Вес 2 кг
Минимальный размер поля 6,0 мм * 6,0 мм
Техническая характеристика контроллера C200HG:
Число локальных дискретных вх./вых. 880 max
Число удаленных вх./вых. 1184 max
Число аналоговых вх./вых. 32/16
Число сигналов внешних прерываний 16
Встроенные интерфейсы RS232C
Память программ пользователя 61,2 Кслов
Память данных 6 Кслов
Язык программирования РКС
Время полной базовой команды 0,1 сек.
Время исполнения базовой инструкции 0,4 сек.
Расширенная память 3*6 К- 16*6 Кслов
Функции сохранения HR,AR,CNT,DM,EM,RTС сохраняются при пропадании питания
Функции диагностики ошибка процессора, памяти, шины, вх./вых, батареи, связи, удаление
Число кассет расширения 2-3 кассеты.
Станция оператора.
Станция оператора позволяет контролировать технологический процесс, графически изображенный на экране в реальном масштабе времени, получать и оценивать аварийную информацию, поступающую с процесса, просматривать в виде исторических трендов информацию о работе процесса в интересующий период времени, осуществлять дистанционное управление исполнительными механизмами и др. Оператор может также вызвать информацию из сети компьютера на экран монитора.
Для регистрации параметров технологических процессов (t,p и т.д.) и аварийных сообщений используется принтер. Вывод на печать параметров осуществляется во времени и по запросу оператора.
На месте оператора может использоваться РС:
просмотр информации
просмотр состояния оборудования
прием и подтверждение сигналов аварийных сообщений
архивирование информации
распечатка протоколов
вывод графиков
В основу построения унифицированной системы управления положен принцип конфигурирования систем из типовых модулей и блоков, позволяющих решать все многообразие задач контроля и управления технологическими процессами. Такими модулями являются:
модуль процессора;
модуль блока питания;
модуль дискретных входов/выходов;
коммуникационные модули;
модуль аналоговых входов/выходов;
модули ввода постоянного тока;
модули ввода переменного тока;
модуль температурных сенсоров;
модуль терморегуляторов;
модуль памяти;
модуль ПИД - регулятора и т.д.
Все модули связаны между собой высокоскоростной сетью и могут составлять любую конфигурацию.
Описание модулей.
Модуль дискретных входов C200Н-ID216.
Модуль предназначен для ввода 32 дискретных сигналов током до 4,1 mА и напряжением 24 В +10%/-15%. Длительность входного сигнала не менее 1,5 mс. Входное сопротивление 3 кОм. Внутреннее энергопотребление 120 mA max, 5 В.
В процессе работы модуль выполняет следующие задачи:
осуществляет обмен командами и данными с модулем управления;
осуществляет включение и выключение дискретных входов;
осуществляет обработку значения сигнала.
Модуль дискретных входов C200-ID217.
Модуль предназначен для ввода 64 дискретных сигналов током до 4,1 mА и напряжением 24 В +10%/-15%. Длительность входного сигнала не менее 1 mс. Входное сопротивление 5,6 кОм. Внутреннее энергопотребление 120 mA max, 5 В.
В процессе работы модуль выполняет следующие задачи:
осуществляет обмен командами и данными с модулем управления;
осуществляет включение и выключение дискретных входов;
осуществляет обработку значения сигнала.
Модуль аналоговых входов C200Н - AD002.
Модуль предназначен для ввода 8 аналоговых сигналов с входным сигналом по напряжению 1-5 В или по току 4-20 mA. Длительность входного сигнала не менее 1 mс. Внутреннее энергопотребление 120 mA max, 5 В.
В процессе работы модуль выполняет следующие задачи:
осуществляет анализ значения сигнала.
осуществляет обработку значения сигнала.
осуществляет обмен командами и данными с модулем управления;
осуществляет включение и выключение аналоговых входов;
Температурный модуль C200Н - TS101.
Модуль предназначен для ввода 4 сигналов термопар. Длительность входного сигнала не менее 1 mс. Скорость обращения к входам не менее 1,2 mс. Внутреннее энергопотребление 450 mA max, 5 В.
В процессе работы модуль выполняет следующие задачи:
осуществляет оценку и обработку значения сигнала.
осуществляет обмен командами и данными с модулем управления;
осуществляет включение и выключение аналоговых входов;
Температурный модуль C200 - TS001.
Модуль предназначен для ввода 4 сигналов по сопротивлению Pt 100 Ом. Длительность входного сигнала не более 1 mс. Скорость обращения к входам не менее 1,2 mс. Внутреннее энергопотребление 450 mA max, 5 В.
В процессе работы модуль выполняет следующие задачи:
осуществляет оценку и обработку значения сигнала.
осуществляет обмен командами и данными с модулем управления;
осуществляет включение и выключение аналоговых входов;
Модуль дискретных выходов C200Н-OD212.
Модуль предназначен для вывода 16 дискретных сигналов током от 0,3 до 2 mА и напряжением 24 В +10%/-15%. Длительность выходного сигнала 0,2-0,3 mс. Внутреннее энергопотребление 180 mA max, 5 В.
В процессе работы модуль выполняет следующие задачи:
осуществляет обмен командами и данными с модулем управления;
осуществляет включение и выключение дискретных выходов;
Модуль дискретных выходов C200Н-OD219.
Модуль предназначен для вывода 64 дискретных сигналов током до 16 mА и напряжением 4.5 В до тока 100 mA и напряжения 26,4 В. Длительность выходного сигнала 0,1-0,4 mс. Внутреннее энергопотребление 260 mA max, 5В.
В процессе работы модуль выполняет следующие задачи:
осуществляет обмен командами и данными с модулем управления;
осуществляет включение и выключение дискретных выходов;
Все модули обладают развитой системой самодиагностики. Осуществляется проверка исправности прохождения сигналов (проверка на наличие “1” при наличии входного сигнала, проверка на наличие “0”- при отсутствии сигнала), проверка на отсутствие влияния входов друг на друга.
Модули имеют индикаторы исправной работы. Зеленый светодиод информирует об исправном функционировании модуля. В случае неисправности загорается красный светодиод и информация о характере неисправности становится доступной модулю управления
Компонентная сеть.
CompoBus/D-открытая шина, поддерживаемая многими фирмами производителями, объединяющая передачу управляющих и информационных данных.
CompoBus/S-высокоскоростная шина для связи с удаленными входами/выходами. Позволяет уменьшить количество проводов. Сеть представляет собой двух или четырехпроводную линию с ответвлениями и терминалами ввода/вывода. Возможно подключение до 32 узлов. Время опроса 32 узлов происходит менее 0,5 сек. CompoBus/S позволяет работать с аналоговыми сигналами. Расстояние коммуникационного обмена до 500 метров.
Controller Link - является шиной реального времени, связывающая между собой станции оператора и станции управления участком. Станции оператора и станция управления участком могут располагаться на различных производствах за счет расширения сети Controller Link. Существует два способа передачи информации: передача сообщений (Message Service) и Data Link. Использование Data Link быстрое и удобное средство передачи больших объемов данных ( до 12000 слов).
Последовательные интерфейсы передачи данных.
RS-232-C-это один из наиболее распространенных последовательных интерфейсов, соответствующий стандарту EIA RS-232-C, известный также как интерфейс CCITT V.24. Первоначально разработанный для связи терминалов с центральным компьютером, в настоящее время этот интерфейс имеет очень широкую область применения.
Интерфейс RS-232-C предназначен для соединения двух устройств. Передатчик одного устройства соединяется с приемником другого, и наоборот, что обеспечивает полнодуплексный режим обмена данными. Для управления подключенным устройством можно использовать дополнительные линии порта RS-232 или специальные символы, добавляемые к передаваемым данным.
|
Стандарт |
EIARS-232-C, CCITT V.24 |
|
|
Скорость передачи |
19200 бит/с (по стандарту) |
|
|
Протяженность линии связи |
15 метров (по стандарту) |
|
|
Вид сигнала |
Потенциальный, с общим проводом |
Система обеспечивает прием:
60 аналоговых сигналов 4-20 мА;
192 дискретных сигнала 24 В.
Система обеспечивает так же:
управление 64 двигателями и клапанами по принципу “ открыт- закрыт”;
реализация 24 ПИД- регуляторов;
ввод команд управления с пульта управления на основе графического терминала;
вывод информации на графический терминал в цифровой и графической форме;
вывод текущей информации, статистических данных и аварийных сообщений на принтер;
связь через интерфейс RS422 с ПЭВМ типа IBM PC/AT на расстоянии 500 метров; в случае 1000 метров контроллер должен быть укомплектован кабелем SYSMAK-Link.
Контроллер можно подключить к многоуровневым информационным сетям: PC Link, Host Link, SYSMAK Link, SYSMAK Net и др.
Возможные режимы контроллера.
Режим RUN- используется для нормального выполнения программы.
Режим MONITOR- позволяет наблюдать за выполнением программы.
Режим PROGRAM- предусмотрен для создания и изменения программ, очистки областей памяти.
В данном случае автоматизация процесса управления разряжением в топке котла выполнена с помощью датчика «Метран - 45 ДИВ», контроллера фирмы «Омрон» С200НG, пускателя бесконтактного реверсивного ПБР - 3А, исполнительного механизма электрического однооборотного МЭО - 630/25 -0,25-87-Р и дымососа ДН-18.
Технические характеристики каждого из элементов АСР и выполняемые ими функции приведены ниже.
Датчик давления - разряжения «Метран - 45 ДИВ» с токовым унифицированным сигналом 4 20 мА, с пределом допускаемой основной погрешности = 0,5%. Верхний предел измерений +3,15 кПа. Нижний предел измерений +0,03 кПа. Диапазон температур измеряемой среды -40 +80С. Степень защиты от пыли и воды IP65. Взрывозащищенность Ех.
Устройство и работа датчика приведены в Приложении 1.
Пускатель бесконтактный реверсивный ПБР - 3А. Завод - изготовитель г. Челябинск, «Завод электроники и механики».
Механизм электрический однооборотный, номинальный крутящий момент на выходном валу 630 Нм, время полного хода выходного вала 25 с, полный ход выходного вала 0,25 оборота, датчик обратной связи токовый с сигналом 4 20 мА. Комплект с блоком питания БП - 10.
Дымосос ДН-18, производительность 143000 куб. м/ч, напор 236 мм вод. ст., 730 об/мин, мощность 250кВт.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. 1 Структурная схема одноконтурной АСР разряжения в топке котла
3. Обоснование требований к разрабатываемой системе автоматизации
Рассматривая систему, можно заметить, что средства автоматизации, используемые в ней устарели и система требует модернизации. В качестве ИМ в системе управления разряжением в топке котла предлагается использовать пневматический поршневой привод. Преимуществами привода являются: увеличенная работоспособность, надежность, отсутствие промежуточных силовых шкафов. Замена приведет к лучшему функционированию системы в целом. Для удобства обслуживания система должна быть оснащена дистанционным управлением (управление по месту необходимо), а также сигнализацией. Повышению надежности системы и ее безопасности будет способствовать точность регулирования, оперативное изменение настроек регулятора, и, вместе с тем, быстрый выход из аварийного состояния.
Требования:
1. Дистанционное управление оператором с пульта;
2. Управление по месту;
3. Световая и звуковая сигнализации на пульте оператора;
4. Отображение состояния технологического процесса и оборудования на пульте оператора;
5. Отображение процесса регулирования на пульте оператора;
6. Точность регулирования;
7. Оперативное изменение настроек регулятора;
8. Быстрый выход из аварийного состояния;
9. Повышение надежности и безопасности.
4. Выбор комплекса технических средств
автоматизация котлоагрегат технический производительность
Предлагается в качестве ИМ в системе управления разряжением в топке котла использовать пневматический поршневой привод компании “Neles - Jamesbury” серии BC. В качестве преобразователя сигнала используется электропневматический позиционер компании “Neles - Jamesbury” серии NE.
Обоснование выбора:
1. Нет промежуточных силовых шкафов, которые занимают большие площади в цехах.
2. Нет пускателей, нет токовых реле, нет тепловых реле.
3. Увеличенная работоспособность.
4. Надежность.
5. Замена приведет к лучшему функционированию системы в целом.
Техническая характеристика электропневматического позиционера серии NE.
Входной сигнал 4 20 мА.
Входное сопротивление макс. 190 Ом
Угол поворота оси обратной связи макс. 90 град.
Соотношение угла поворота к командному сигналу - линейное.
Давление питания 0,14…0,8 Мпа.
Температура окружающей среды -25…85С.
Влияние вибрации < 1%.
Защита IP54.
Вес 2,1 кг.
Материалы: алюминий, внутренние части из нержавеющей стали.
Подробное описание и принцип работы см в Приложении 2.
Обоснование выбора:
1. Большой расход воздуха дает возможность применять без использования промежуточной емкости в широком диапазоне размеров привода.
2. Настройка позиционера проста и состоит из одной стадии, обеспечивая тонкую настройку.
3. Конструкция абсолютно безопасна.
4. Стандартная комплектация включает узел манометров и фильтр - редуктор воздуха.
Техническая характеристика пневматического поршневого привода серии ВС.
Макс. давление питания 1 Мпа/850 кПа
Рабочий объем 4,3 л.
Номинальный момент 1800 Нм.
Диапазон температуры -40…+120С.
Материалы: алюминиевый сплав, ковкое железо, углеродистая сталь.
Вес 54 кг.
Подробное описание и принцип работы см в Приложении 3.
5. Описание технической структуры системы автоматизации
Аналоговый сигнал 4 20 мА с датчика МЕТРАН - 45ДИВ приходит на лицевую панель модуля аналоговых входов C200H - AD002, и по внутренней шине поступает на программируемый контроллер C200HG, где происходит обработка данных и из модуля аналоговых выходов C200H - DA212 через электропневматический преобразователь NELES JAMESBURY серии NE на пневматический исполнительный механизм NELES JAMESBURY серии BC идет сигнал управления. Состояние технологического процесса отображается на экране компьютера. Вывод на печать параметров осуществляется по запросу оператора.
Все схемы автоматического управления начинают функционировать после выдачи программируемым контроллером соответствующего сигнала на включение, причем каждая схема получает сигнал на включение в определенный момент.
6. Расчет статических и динамических параметров средств автоматизации
Датчик давления-разряжения МЕТРАН-45-ДИВ
Электропневматический позиционер серии NE. Фирма NELES-JAMESBURY Финляндия.
Пневматический исполнительный механизм серии ВС.
Фирма NELES-JAMESBURY Финляндия.
Заслонка шиберного типа. Изготовитель - Подольский машиностроительный завод им. Орджоникидзе.
Контроллер, ЭПП, ПИМ, совместно реализуют ПИ - закон регулирования.
Wpo(p) = k(1+(1/Tиp))
Динамические характеристики.
Датчик давления-разряжения МЕТРАН-45ДИВ
ЭПП
ПИМ
8. Основные выводы и рекомендации по проекту
В данном курсовом проекте рассмотрена система управления разряжением в топке котла БКЗ-75-39 ГМА.
Ввиду ряда причин, указанных в пункте 3 был предложен новый способ управления. Так же была разработана структурная схема по новому способу управления.
В частности, для автоматического управления процессом разряжения в топке котла предлагается система управления, выполненная на базе программируемого контроллера фирмы OMRON (существующая система). Этот контроллер выполняет все функции релейной автоматики и позволяет более точно реагировать на изменение параметров под воздействием возмущений, что позволяет увеличить длительность работы оборудования, снизить затраты на ремонт и увеличить КПД котла.
Разработанная система автоматизации в ближайшее время будет внедрена на котле №3 ТЭЦ-3 ОАО «Светогорск». Рекомендуется оснастить подобной системой автоматизации котлы БКЗ-75-39 ГМА ТЭЦ-3, ТЭЦ-4 на ОАО «Светогорск».
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Анализ технологического процесса как объекта управления. Комплекс технических средств, на базе которого реализована система регулирования. Структурная схема математической модели системы автоматического управления давлением пара в барабане котла.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 11.12.2014Общая характеристика технологического процесса и задачи его автоматизации, выбор и обоснование параметров контроля и регулирования, технических средств автоматизации. Схемы контроля, регулирования и сигнализации расхода, температуры, уровня и давления.
курсовая работа [42,5 K], добавлен 21.06.2010Основные понятия о системах автоматического управления. Выборка приборов и средств автоматизации объекта. Разработка схемы технологического контроля и автоматического регулирования параметров давления, расхода и температуры пара в редукционной установке.
курсовая работа [820,3 K], добавлен 22.06.2012Характеристика объекта автоматизации. Описание поточной линии для приготовления шоколадных масс. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации и выбор контролируемых параметров. Выбор технических средств и описание схемы автоматизации.
курсовая работа [170,4 K], добавлен 09.05.2011Краткое описание технологического процесса. Описание схемы автоматизации с обоснованием выбора приборов и технических средств. Сводная спецификация на выбранные приборы. Системы регулирования отдельных технологических параметров и процессов.
реферат [309,8 K], добавлен 09.02.2005Описание технологического процесса нагревания. Теплообменник как объект регулирования температуры. Задачи автоматизации технологического процесса. Развернутая и упрощенная функциональная схема, выбор технических средств автоматизации процесса нагревания.
курсовая работа [401,0 K], добавлен 03.11.2010Описание производственного процесса, нормализация молока, процесс заквашивания и сквашивания, упаковка и маркировка продукта. Выбор и обоснование параметров контроля, регулирования и сигнализации, технических средств автоматизации; функциональная схема.
курсовая работа [20,0 K], добавлен 11.04.2010Моделирование системы автоматического регулирования давления пара в пароводяном барабане судовых паротурбинных установок с пропорциональным гидравлическим регулятором. Построение диаграммы переходных процессов в зависимости от параметров регулятора.
курсовая работа [864,4 K], добавлен 12.03.2011Описание редукционной установки. Анализ статических и динамических характеристик редукционной установки. Расчет регулирующего органа для регулирования расхода пара. Главные предохранительные клапаны. Принципиальная схема включения и регулирования.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 22.11.2010Автоматизация технологического процесса на ДНС. Выбор технических средств автоматизации нижнего уровня. Определение параметров модели объекта и выбор типа регулятора. Расчёт оптимальных настроек регулятора уровня. Управление задвижками и клапанами.
курсовая работа [473,6 K], добавлен 24.03.2015
