Автоматизация эксплуатации электрокотла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Характеристика технологического процесса

1.1 Характеристика технологического оборудования

2. Проектирование ИИС

2.1 Анализ технологического процесса как объекта управления

3. Разработка функциональной схемы ИИС

3.1 Выбор и обоснование технических средств автоматизации процесса

3.2 Описание универсального программируемого контролера SIMATIC S7-300

4. Разработка функциональной схемы ИИС

Библиографический список

Графическая часть

1. Характеристика технологического процесса

1.1 Характеристика технологического оборудования

Электрокотельная (ЭК) предназначена для обеспечения отопления и горячего водоснабжения комплекса зданий жилого и промышленного сектора. В состав электрокотельной входят несколько блоков - баки аккумуляторы, подпиточные насосы, сетевые насосы, электрические котлы.

Баки аккумуляторы предназначены для аккумулирования воды, прошедшей подготовку от сырой воды, поступающей от водоснабжающей организации до воды, прошедшей стадии предварительного подогрева, химической очистки от примесей и свободного кислорода и охлаждения до рабочей температуры подпиточных и сетевых насосов.

Подпиточные насосы предназначены для забора воды из баков аккумуляторов, компенсации расходуемой на горячее водоснабжение воды и поддержания в трубопроводе обратной сетевой воды необходимого по технологии давления. Характеристика насоса: насос центробежный, односекционный, с двухсторонней подачей рабочей жидкости на рабочее колесо и обратным клапаном. Марка- 200Д90, производительность 400 , напор 70 м, мощность двигателя 90 кВт.

Сетевые насосы предназначены для забора воды из трубопровода обратной сетевой воды, поднятия давления до рабочего и подачи воды через электрокотлы в трубопровод прямой сетевой воды из которого вода поступает для отопления и горячего водоснабжения. Характеристика насоса: насос центробежный, односекционный, с двухсторонней подачей рабочей жидкости на рабочее колесо и обратным клапаном. Марка 1Д630 - 90, производительность 630 , напор 90 м, мощность двигателя 250 кВт.

Электрические котлы предназначены для нагрева воды, поступающей от сетевых насосов, путем непосредственного нагрева электрическим током. Характеристика электрического котла: котел трехфазный электрический водогрейный, с регулировкой мощности, вертикального расположения. Марка КЭВ - 10000/6, теплопроизводительность 8,6 Гкал/ч, номинальная мощность 10 мВт, номинальное напряжение 6 кВ, температура воды на входе/ выходе 70/130°С, водяной объем 0,685. Котел состоит из трех фазных электродов, трех изолирующих электродов, нулевого экрана, разделительного экрана, корпуса с разъемной верхней крышкой и регулятора мощности. Водяной объем котла разделен на две части: нижняя - входная и рабочая, верхняя - выходная. В нижней части расположены фазные электроды, поверх них - изолирующие электроды. Фазные электроды разделены между собой нулевым экраном. Вода, поступая на вход котла, попадает в нижнюю зону фазных электродов, затем поступает в выходную зону котла, проходя между фазными и изолирующими электродами. Нагрев воды происходит при прохождении электрического тока между фазными электродами через нулевой экран. Регулирование мощности производится путем поднимания или опускания изолирующих электродов.

Технические характеристики котла электрического водогрейного типа КЭВ-10000/6.

2. Проектирование ИИС

2.1 Анализ технологического процесса как объекта управления

Основным аппаратом технологического процесса является электрокотел КЭВ 10000/6. Сетевым насосом в него подается обратная сетевая вода, поступающая от потребителей тепла. Для компенсации разбора воды потребителями служит питательный насос, подающий воду из бака- аккумулятора в трубопровод обратной сетевой воды. Во избежание поломки насосов необходимо контролировать температуру воды (не выше 70°С), обусловленную режимом эксплуатации насосов. В электрокотле необходимо регулировать нагрузку котла по току для получения необходимой температуры на выходе из котла, в зависимости от температуры наружного воздуха. Данная температура находится в интервале от 60 до 130°С. Так же нужно поддерживать в электрокотле давление от 0,95 до 1 МПа, так как при снижении давления и повышения температуры происходит закипание воды, что может привести к разрушению котла.

В качестве объекта регулирования выбираем электрокотел. В нем происходит нагрев воды до необходимой температуры в зависимости от температуры наружного воздуха. В котел подается вода давлением 0,95-1 МПа и температурой 40- 70°С. Анализируя процесс, как объект автоматизации можно выделить следующие параметры:

Регулирующие воздействия:

Температура прямой сетевой воды d Тпр

Давление прямой сетевой воды d Рпр

Давление обратной сетевой воды d Роб
Возмущения:

Температура наружного воздуха d Тнв

Давление обратной сетевой воды d Роб

Давление прямой сетевой воды d Рпр

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технологический обьект управления

3. Выбор и характеристика технических средств

3.1 Выбор и обоснование технических средств автоматизации процесса

Состояние объекта управления характеризуется значением величин, называемых параметрами управления технологического процесса. Информация об объекте получается путем измерения значений параметров, совокупность которых достаточно полно характеризует его состояние. Контрольно измерительные приборы в системах управления собирающие и передающие первичную информацию о состоянии объекта управления, называют датчиками системы управления. Выбор технических средств автоматизации осуществляется согласно перечня технологических параметров и норм технологического режима.

В связи с тем, что в последнее время наметилась тенденция на отказ от использования пневмоустройств при модернизации и проектировании систем контроля и автоматизации производств, я отказался от их использования в проекте из-за большой погрешности и необходимости бесперебойного обеспечения воздухом, соответствующего качества.

По условию максимальной взаимозаменяемости первичных преобразователей и других ТСА, а также из-за возможности дистанционной передачи данных и отказе от промежуточных нормирующих преобразователей выбираю ТСА с унифицированными входными и выходными сигналами 4-20 мА.

Измерение температуры.

Температура является основным параметром процесса, от качества её измерения зависит качество поставляемых услуг потребителям. Диапазон измерения температуры лежит в пределах -50 +50°С для наружнего воздуха, 60 - 130°С для прямой сетевой воды и воды нагреваемой в электрокотле, 0- 70°С для обратной сетевой воды. Поэтому выбираем в качестве датчиков температуры термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 4-20 мА ТСМУ Метран 274 НСХ - 100М, диапазоном измеряемых температур -50 +50°С для наружнего воздуха с классом точности 0,25 и диапазоном 0 - 150°С для обратной и прямой сетевой и котловой воды. Принцип действия основан на изменении сопротивления датчика при изменении температуры.

Измерение давления.

По технологии требуется измерение абсолютного давления. Для этой цели используем интеллектуальные датчики давления Метран 100 с выходным унифицированным сигналом 4 -20 мА и индикаторным устройством. Диапазон измерения давления для обратной сетевой воды 0,3-0,7 МПа, в зависимости от схемы водоснабжения, для прямой сетевой воды и воды через электрокотел не выше 1,0 МПа по эксплуатационным условиям электрокотла. Для всех параметров измеряемого давления выбираем датчики Метран 100-ДА-1050 на предел измерения до 1,6 МПа. Принцип действия датчика основан на использовании пьезорезисторного эффекта в гетероэпитаксиальной пленки кремния, выращенной на монокристаллической поверхности искусственного сапфира. Суть которого состоит в изменении электрического сопротивления кремниевых пьезорезисторов мостовой схемы на поверхности чувствительного элемента при его деформации под действием измеряемого давления.

Измерение расхода.

В данном технологическом процессе измерение расхода является важным параметром. В зависимости от схемы работы оборудования диапазон измерения может изменяться в пределе 200 -1200 т/ч для прямой и обратной сетевой воды и 65-200 т/ч для воды, проходящей через котел. В качестве расходомера используем Метран 350 - М, массового расхода, предназначенный для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления, а также в системах коммерческого учета (условие работы на рынке услуг теплоснабжения потребителей). Принцип действия основан на измерении расхода среды методом перепада давления. Основной элемент расходомера - осредняющая трубка Annubar Diamond 11+ на которой возникает перепад давлений.

Исполнительные механизмы.

В качестве ИМ используем МЭО-250/25-0,25 : механизм исполнительный электрический однооборотный с блоком токовой сигнализации положения БСПТ-10, выходной сигнал датчика 4-20мА.

Выбор контроллера.

На современном этапе развития производства особое внимание уделяется росту производительности труда и повышению технико - экономических показателей эффективности производства, путем широкого использования систем автоматического управления. Для выбора контроллера необходимо знать специфику производства. Данный технологический процесс является непрерывным, в котором нужно реализовать задачи контроля, регулирования, сигнализации, блокировки и логического управления. котел электрический измерительный контроллер

Для процесса выработки тепла и поставки качественных услуг потребителям используются разные схемы теплоснабжения, зависящие от различных условий (наружняя температура, количество потребителей, возможность подключения потребителей от других источников теплоснабжения при авариях на последних и другие).

Для нормального функционирования электрокотельной эффективней использовать комплексную автоматизацию, обеспечивающую требуемый уровень автоматизации при экономически обоснованном уровне оснащения аппаратурой контроля, регулирования и управления. Для данного процесса поставленные задачи целесообразно решать с помощью универсального программируемого контролера SIMATIC S7-300, реализованного на базе аппаратуры фирмы SIEMENS.

3.2 Описание универсального программируемого контролера SIMATIC S7-300

Модульный программируемый контроллер для решения задач автоматизации низкого и среднего уровня сложности.

Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.

Использование распределенных структур ввода-вывода и простое включение в сетевые конфигурации.

Удобная конструкция и работа с естественным охлаждением.

Свободное наращивание функциональных возможностей при модернизации системы управления.

Высокая мощность благодаря наличию большого количества встроенных функций.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 имеют:

сертификаты DIN, UL, CSA, FM, СЕ;

морские сертификаты АВS, ВV, DNV, GLS, LRS, PRS, RINA;

сертификат Госстандарта России № РОСС DE.АЯ46.В61141 от 14.03.2003г., подтверждающий соответствие программируемых контроллеров SIMATIC и их компонентов требованиям стандартов

ГОСТ Р 50377-92 (стандарт в целом), ГОСТ 29125-91 (п.2.8), ГОСТ 26329-84 (п.п. 1.2; 1.3), ГОСТ Р 51318.22-99, ГОСТ 51318.24-99;

метрологический сертификат Госстандарта России № 11994 от 4.04.2002г.

свидетельство Главного Управления Государственного Энергетического Надзора № А-0828 от 21.04.1999г. о взрывозащищенности модулей SIMATIC S7 Ех исполнения, их соответствия требованиям ГОСТ 22782.0, ГОСТ 227.5 и присвоения маркировки взрывозащиты Ехibllc.

* экспертное заключение о соответствии функциональных показателей интегрированной системы автоматизации SIMATIC S7 отраслевым требованиям и условиям эксплуатации энергопредприятий РАО "ЕЭС России";

* сертификат о типовом одобрении Российского Морского Регистра Судоходства на программируемый контроллер SIMATIK S7-300.

Области применения:

SIMATIC S7-300 находит применение для автоматизации машин специального назначения, текстильных и упаковочных машин, машиностроительного оборудования, оборудования для производства технических средств управления и электротехнического оборудования, в системах автоматизации судовых установок и систем водоснабжения и т.д.

Конструктивные особенности Программируемые контроллеры S7-300 могут включать в свой состав:

Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемых
задач в программируемом контроллере могут использоваться различные типы центральных процессоров.

Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов, в том числе и модули F- и Ех-исполнения.

Коммуникационные процессоры (СР) для организации обмена данными через Industrial Ethernet, PROFIBUS,AS-Interface ,PtP интерфейс.

Функциональные модули (FM) - интеллектуальные модули для решения задач скоростного счета, позиционирования, автоматического регулирования и других задач.

Интерфейсные модули (IМ) для подключения стоек расширения к базовому блоку контроллера.

Блоки питания (PS) для питания контроллера от сети переменного или постоянного тока.

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

Все модули устанавливаются на профильную шину S7-300 и фиксируются в рабочих положениях винтами.

Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливаемых на тыльную часть корпуса. Произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места должны занимать только блоки питания, центральные процессоры и интерфейсные модули. Наличие съемных фронтальных соединителей (заказываются отдельно), позволяющих производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Механическое кодирование фронтальных соединителей исключает возможность возникновения ошибок при замене модулей. Применение гибких и модульных соединителей ТОР Connect, существенно упрощающих выполнение монтажных работ и снижающих время их выполнения.

Центральные процессоры

Все центральные процессоры S7-300 характеризуются следующими показателями: высокое быстродействие, загружаемая память в виде микро карты памяти ММС (3В NFlash) емкостью до 8 Мбайт, развитые коммуникационные возможности, одновременная поддержка большого количества активных коммуникационных соединений, работа без буферной батареи, использование в системе ввода-вывода всей гаммы сигнальных, функциональных и коммуникационных модулей S7-300. ММС используется для сохранения данных при перебоях в питании СРU, хранения архива проекта с символьной таблицей и комментарии, а также для архивирования промежуточных данных. Центральные процессоры СРU 312, СРU314, СРU 315-2 DР, СРU 317-2 DР, СРU 317-2 РN/DР не имеют встроенных входов и выходов и не поддерживают на уровне операционной системы различных технологических функций. Центральные процессоры СРU-312С, СРU 313С, СРU 313С-2 DР, СРU 313С-2 РtР, СРП 314С-2 DР, СРU 314С-2 РtР, СРU 317Т-2 DР оснащены набором встроенных входов и выходов, а их операционная система дополнена поддержкой технологических функций. Указанные особенности позволяют использовать перечисленные центральные процессоры в качестве готовых блоков управления. Количество и вид встроенных входов и выходов, а также набор поддерживаемых технологических функций зависит от типа конкретного центрального процессора. Встроенные дискретные входы универсальны. Они могут использоваться для ввода входных дискретных сигналов или для выполнения встроенных функций. Часть дискретных выходов может работать в импульсном режиме. Типовой набор встроенных технологических функций позволяет решать задачи скоростного счета, измерения частоты или длительности периода, ПИД-регулирования, позиционирования, перевода части дискретных выходов в импульсный режим. Система локального ввода-вывода всех СРU S7-300С может расширяться любым набором модулей программируемого контроллера S7-300. Все центральные процессоры S7-300 оснащены встроенным интерфейсом МРI, который используется для программирования, диагностики и построения простейших сетевых структур. В СРU 317 первый встроенный интерфейс имеет двойное назначение и может использоваться для подключения либо к сети МРI, либо к сети РROFIBUS DР. Целый ряд центральных процессоров имеет второй встроенный интерфейс:

СРU 31... -2 DР имеют дополнительный интерфейс ведущего/ ведомого устройства РROFIBUS DР;

СРU 31.. .С-2 РtР имеют дополнительный интерфейс для организации РtР связи;

СРU 317-2 РN/DР оснащен встроенным интерфейсом Industrial Еthernet, обеспечивающим

поддержку стандарта РROFInet;

СРU 317Т-2 DР оснащен встроенным интерфейсом РROFIBUS DР/ Drive, предназначенный для обмена данными и синхронизации работы преобразователей частоты, выполняющих функции ведомых DР устройств.

Система команд центральных процессоров включает в свой состав более 350 инструкций и позволяет выполнять:

Логические операции, операции сдвига, вращения, дополнения, операции сравнения, преобразования типов данных, операции таймерами и счетчиками.

Арифметические операции с фиксированной и плавающей точкой, извлечение квадратного корня, логарифмические операции, тригонометрические функции, операции со скобками.

Операции загрузки, сохранения и перемещения данных, операции переходов, вызова блоков, и другие операции.

Для программирования и конфигурирования S7-300 используются пакеты SТЕР 7 или SТЕР 7 Lite. Пакет SТЕР применяется для программирования и конфигурирования контроллеров S7-300, используемых в качестве автономных систем управления, не содержащих СР и FМ. Кроме того, для программирования контроллеров S7-300 может использоваться также весь набор программного обеспечения Runtime, а также широкий спектр инструментальных средств проектирования.

Сигнальные модули

Широкая гамма модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов позволяет максимально адаптировать S7-300 требованиям решаемой задачи. В составе S7-300 используются сигнальные модули стандартного исполнения, модули с расширенным набором диагностических функций, модули Ех-исполнения.

Коммуникационные процессоры

Коммуникационные процессоры - это интеллектуальные модули, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач для промышленных сетей АS-Interface, PROFIBUS, Industrial Еthernet и интерфейс РtР. Применение загружаемых драйверов СР 341 позволяет расширить коммуникационные возможности контроллера поддержкой обмена данными в сетях МОDВUS RTU Data Highway. Для организации модемной связи в составе программируемого контроллера S7-300 могут использоваться коммуникационные модули семейства SINAUT SТ7.

Функциональные модули

Интеллектуальные модули ввода-вывода, оснащенные встроенным микропроцессором и способные выполнять задачи автоматического регулирования, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Функциональные модули способны продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора. Кроме того, в составе S7-300 могут использоваться модули систем взвешивания и дозирования семейства SIWAREX.

Интерфейсные модули

Большинство центральных процессоров S7-300 позволяет использовать в системе локального ввода-вывода до 32 модулей различного назначения. При этом для размещения модулей может потребоваться до 4 монтажных стоек. Связь между монтажными стойками осуществляется через интерфейсные модули. Модули IМ 365 позволяют создавать рядные конфигурации, модули IМ 360 и IМ 361 - 2-, 3- и 4-рядные конфигурации. При использовании интерфейсных модулей IМ 365 блок питания устанавливается только в базовую стойку контроллера. При использовании нтерфейсных модулей IМ 360/IМ 361 блоки питания устанавливаются в базовый блок и все стойки расширения контроллера.

Блоки питания

Каждый центральный процессор S7-300 оснащен встроенным блоком питания с входным напряжением =24В. Для питания центрального процессора и других модулей контроллера используются блоки питания РS 305 и РS 307. РS 305 используют для своей работы входное напряжение постоянного тока, РS 307 входное напряжение переменного тока промышленной частоты.

3.3 Таблицы технологических параметров

Таблица входных аналоговых сигналов контролера SIMATIC S7- 300

Таблица выходных сигналов контролера SIMATIC S7 - 300:

4. Разработка функциональной схемы ИИС

При разработке функциональной схемы информационной измерительной системы будем учитывать следующие условия:

Электрокотельная является одним из пяти объектов карьера Юбилейный

В данный момент времени происходит модернизация электрокотельной

Электрокотельную обслуживают два оператора

Удаленность объектов теплоэнергетического цеха друг от друга

Подчинение в оперативном отношении объектов карьера Юбилейный диспетчерской службе

На основании вышеперечисленных факторов выбираем децентрализованную структуру ИИС. Которая обеспечивает более высокую надежность и гибкость в управлении каждым объектом в отдельности. Децентрализованная ИИС включает в себя локальную, вычислительную систему непосредственно связанную с рабочим местом оператора, контроллером SIМАТ1С S7-300, получающим информацию от первичных преобразователей контролирующих течение технологического процесса и имеющую выход на АСУ «Производство».

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурная схема ИИС

Функциональная схема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на Allbest.ru