Разработка парокотельной установки и ее микропроцессорного программируемого контроллера диспетчеризации

Курсовая работа

на тему: «Разработка парокотельной установки и его микропроцессорного программируемого контроллера диспетчеризации»

1. Разработка систем управления технологическими процессами

1.1 Описание процесса

Парокотельные установки предназначены для получения пара заданных параметров, путем испарения воды под действием тепла, полученного при сгорании топочных газов. Они имеются на многих химических предприятиях

Парокотельная установка состоит из двух основных частей: котла и топки. В котел непрерывно подаётся вода, компенсирующая потери при парообразовании, причём уровень питательной воды должен быть не менее чем на 100 выше, чем зона контакта котла с открытым пламенем. Процесс парообразование контролируется подводом тепла, образуемым при сжигании природного газа в топке. Для поддержания пламя в топку нагнетается воздух с коэффициентом избытка б=1,1. Пламя разжигается запальником. Продукты горения отводятся в дымовую трубу.

1.2 Технологические параметры, требующие автоматической стабилизации (построения АСР)

Показатель эффективности (критерий управления) — давление получаемого пара.

Цель управления — поддержание данного параметра на постоянном уровне

На объект управления будут действовать множество возмущающих воздействий. Представим их в виде неявной функции входных и режимных параметров.

К_у=Р=f (F_т; F_в; Т_т; Т_в; Т_ос; Т_п; Т_пв), где

F_т — расход топлива (природный газ);

F_в — расход воздуха;

F_пв — расход питательной воды;

Т_т — температура топлива;

Т_в — температура воздуха;

Т_ос — температура окружающей среды;

Т_п — температура пара;

Т_пв — температура питательной воды.

Чтобы при наличии возмущающих воздействий цель управления была достигнута и были стабилизированы параметры пара, следует в качестве главной регулируемой величины принять давление пара (для насыщенного пара существует определенная зависимость между давлением и температурой, поэтому стабилизация давления обеспечит и постоянство температуры), а регулирующее воздействие вносить изменением расхода топлива.

Одной из серьезных задач при регулировании процесса горения в топках парокотельных установок является экономичное сжигание топлива благодаря подаче определенного количества воздуха. Показателем соответствия расходов воздуха и топлива может служить коэффициент избытка воздуха б=G_в.д/G_в.т «1 (где G_в.д — действительное значение расхода воздуха; G_в.т — теоретическое значение расхода воздуха, обеспечивающего, полное сжигание топлива). При постоянной теплотворной способности топлива заданное значение коэффициента б (?1,1) может обеспечить простой регулятор соотношения расходов топлива и воздуха.

Схема регулирования построена таким образом, что изменение давления пара вызывает одновременно изменение подачи топлива и воздуха.

Поддержание материального баланса в схеме обеспечивается регулятором уровня, при этом регулирующее воздействие вносится изменением расхода питательной воды.

Знание значений выделенных выше параметров позволяет судить о том, как идет процесс и скорректировать задание при выходе этих параметров за рамки нормы, т. к. изменения являются возмущающими воздействиями, которые могут вывести систему из равновесия.

Данные контролируемые параметры являются основными, их необходимо знать для получения объективной информации о ходе технологического процесса. А также для обеспечения нормального режима работы парокотельной установки и проведения необходимых пуско-наладочных работ и обеспечение необходимых технико-экономических показателей.

В связи с тем, что процессы протекают в парокотельной установке при больших давления и являются взрывоопасными, надо выбирать приборы, запаздывание показаний которых как можно меньше. Средства автоматизации, с помощью которых осуществляется управление процессом, должны быть выбраны технически грамотно и экономически обоснованно. При выборе средств автоматизации в первую очередь принимают во внимание следующие факторы:

1. Взрывои пожароопасность объекта (повышенное давление 0,6 МПа);

2. Агрессивность среды;

3. Число параметров, участвующих в управлении, и их физические и химические свойства;

4. Требования к качеству контроля и регулирования;

5. Уровень температур;

6. Расстояние между технологическим объектом и щитом управления (сравнительно не велико);

7. Точность используемых средств измерения (электрические вторичные приборы более точные).

1.3 Параметры автоматического контроля, сигнализации и защиты

В процессе получения пара с заданными параметрами (давления) контролируют расход питательной воды, уровень воды в котле, расход топлива и воздуха, необходимого для поддержания процесса горения топлива, давление топочных газов на выходе из установки Сигнализации подлежит отклонение давления полученного пара, уровень питательной воды в котле, давление топочных газов на выходе из установки, т. к. при изменении этих параметров может возникнуть аварийная ситуация и серьезное нарушение технологического режима.

Параметром автоматической защиты являются: расход питательной воды, при недопустимом отклонении которого от допустимого значения автоматически перекрывается трубопровод подачи питательной воды, а так же давление полученного пара, при отклонении параметров от заданного значения перекрывается трубопровод подачи топлива, чтоб не допустить перехода в аварийное состояние.

1.4 Краткое описание заданной АСУ

МикроДАТ" - микропроцессорные программируемые контроллеры диспетчеризации, автоматики, телемеханики. Они предназначены для управления оборудованием массового производства (металлорежущие станки, кузнечно-прессовые машины, литейные комплексы и т. д.), автоматическими линиями и манипуляторами, а также технологическими процессами в различных отраслях промышленности (станкостроительной, автомобильной, приборостроительной, деревообрабатывающей, угольной, нефтехимической, легкой и т. д.).

ПК выполняют следующие функции:

* управление работой технологического оборудования в соответствии с заданной программой, реализующей технологический алгоритм;

* диагностирование управляемого технологического оборудования в соответствии с программой, разработанной пользователем на входном языке ПК;

* осуществление связи по каналу последовательного радиального интерфейса с сервисным оборудованием, обеспечивающим ввод, вывод и редактирование программы пользователя;

* осуществление связи с другими аналогичными ПК, с корректирующим микропроцессорным контроллером или ЭВМ верхнего уровня;

* диагностирование состояния ПК с локализацией и сигнализацией отказов.

Вышеперечисленные функции позволяют применять ПК в гибких автоматизированных производствах в качестве систем децентрализованного управления.

Вся гамма контроллеров компонуется на основе трех типов компоновочных каркасов: на 4, 8 или 16 модулей ввода-вывода.

Контроллеры с количеством входов-выходов до 152, 184 и 248 (соответственно МБ57.01, МБ57.02, МБ57.03) компонуются в виде одного блока управления с компоновочным каркасом на 16 модулей ввода-вывода и блока ввода-вывода на основе одного из трех компоновочных каркасов: на 4, 8 или 16 модулей ввода-вывода. Соединение двух блоков между собой в МБ57.04, МБ57.05, МБ57.06 осуществляется с помощью расширителя интерфейса (МС99.03), который состоит из двух плат и жгута связи этих плат. Длина жгута выбирается производителем.

В блоке размещаются микропроцессорный контроллер, модули ввода-вывода и модуль электропитания. Функциональная схема контроллера приведена на рис. 3.23. Все эти средства устанавливаются в соответствующие гнезда компоновочного каркаса. Модули ввода-вывода устанавливаются в одни и те же гнезда; адрес модуля определяется гнездом, в котором он устанавливается. Замена модулей ввода-вывода производится без отсоединения проводов от клеммника.

Микропроцессорный контроллер выполнен в виде двух субблоков. На лицевой панели контроллера размещены: переключатель «Под ключ» для выбора режимов работы, разъем для подключения сервисного оборудования, а также средства индикации режимов работы и диагностики неисправностей.

Микропроцессорный контроллер содержит память пользователя, в которой пользователь посредством сервисного оборудования размещает таблицу данных (ТД), программы пользователя (ПРП), буквенно-цифровые сообщения (БЦС).

Объем области памяти пользователя, отводимой для ТД, ПРП и БЦС, распределяется пользователем произвольно в режиме программирования и не должен превышать 4 Кбайт.

Принцип работы контроллера — циклическое выполнение ПРП. При этом контроллер обеспечивает возможность побайтного считывания состояния входных модулей, которое переписывается в ТД, обновляемую циклически, и побайтной записи информации в выходные модули.

Рис. 3.23. Функциональная схема программируемого контроллера «МикроДАТ»

Время обновления ТД для 128 дискретных входов-выходов — не более 2 мс. Среднее время выполнения 1000 логических операций — не более 6 мс.

В контроллере возможна программная организация таймеров и счетчиков. Информационное слово, соответствующее таймеру и счетчику, распределяется следующим образом: 12 бит — содержимое, 1 бит — мгновенный контакт для таймеров или значение счетного сигнала для счетчика, 1 бит — признак превышения уставки, 1 бит — признак переполнения разрядной сетки. Предусмотрено программное обращение к уставкам и текущим значениям таймеров и счетчиков. Уставка должна задаваться прямым десятичным числом.

Таймеры отсчитывают время от 0,1 до 99,9 с с точностью 0,1с и от 1 до 999 с с точностью 1 с.

ПК имеют три режима работы: «Программирование», «Тестирование», «Работа».

Электрическое питание контроллеров осуществляется однофазным переменным током с напряжением ПО или 220 В от разделительного трансформатора при допускаемом отклонении напряжения от -15 до + 10% с частотой (50±2) Гц. Потребляемая мощность контроллера, Вт, не более: МБ57.01 — 65, МБ57.02 — 80, МБ57.03 — 100. Максимальное количество дискретных входов и выходов — до 248.

Контроллер позволяет подключать входные сигналы постоянного и переменного тока различных уровней и формирует на выходе дискретные сигналы постоянного и переменного тока.

Система команд контроллера обеспечивает выполнение следующих функциональных операций: логических, операций счета времени и числа импульсов, операций с данными, арифметических, операций игнорирования зоны программы, экстренного обращения к вводу-выводу, условного и безусловного переходов и др.

Объем памяти пользователя, выделяемый для ТД, ПРП, БЦС, составляет 2000 слов (16 разрядов). Объемы области памяти пользователя, в которых размещаются ТД, ПРП, БЦС, задаются пользователем в режиме программирования. Область памяти пользователя, отводимая под ПРП, может быть (по выбору пользователя) оперативной энергонезависимой с подпиткой от резервного источника питания или перепрограммируемой со стиранием путем ультрафиолетового облучения.

Время сохранения информации в энергозависимой памяти с подпиткой при отключении модуля электропитания составляет не менее года.

Время выполнения операций, мкс: опрос входа — 7; возбуждение выхода — 9,5; счет времени и числа импульсов — 250; арифметические операции — 200.

Программирование контроллеров осуществляется на языке символьного кодирования или посредством языка, описанного с помощью алгебры логики; в обоих случаях исходное описание алгоритма работы системы управления рекомендуется выполнять по релейно-контактной схеме.

1.5 Обосновать выбор средств для измерения параметров

Микропроцессорный программируемый контроллер диспетчеризации Микродат работает с электрическими сигналами, поэтому необходимо выбирать приборы с унифицированными токовыми выходными сигналами (Сапфир) По заданию в системе управления устанавливаются регулирующие органы с пневматическими исполнительными механизмами, а управляющие сигналы электрические, поэтому следует предусмотреть электропневмопреобразователи, которые преобразуют электрический сигнал в пневматический,

Спецификация

2. Расчетная часть. Исследовать АСР 3-го порядка

2.1 Уравнение динамических характеристик объекта регулирования (ОР) и автоматического регулирования (АР) в общем виде и с заданными коэффициентами (Т_об, К_об, К_р, Т_и)

парокотельный стабилизация установка автоматический

ОР:

АР:

1)

2)

2.2 Кривые разгона ОР и АР по заданным коэффициентам их характеристик

ОР:

при Z (t)=1 (t)

Уравнение кривой разгона ОР:

Примем t по таблице, рассчитаем значения и по полученным данным построим график:

Кривая разгона одноемкостного статического объекта

АР:

При y (t)=1 (t)

Уравнение кривой разгона АР (ПИ-регулятора)

1) Кр=5,7; Ти=2,15

2) Кр=1,5; Ти=2,15

Примем значение t согласно таблице и по полученным данным сторим кривую разгона по 2-м точкам:

Кривая разгона ПИ-регулятора

Кривая разгона (переходная характеристика) — это характеристика элемента АСР при единичном скачкообразном изменении входного сигнала

2.3 Записать передаточные функции всех элементов АСР согласно задания

1) Кр=5,7 Ти=2,15

2) Кр=1,5 Ти=2,15

Киу=0,3

Объект регулирования (ОР):

Измерительный преобразователь (ИП)

ПИ — регулятор:

Исполнительное устройство (ИУ):

2.4 Структурная схема замкнутой АСР

2.5 Выражение эквивалентной передаточной функции АСР Wэкв (Р) коэффициенты b₀, b₁, a₀, a₂, a₃

По заданию

Т₁=0; Т₂=Тоб; К=1

1)

2)

Коэффициенты Вышнеградского:

1)

2)

В результате расчета получаем значения регулируемого параметра в переходном процессе с шагом 1 при Ти=5.7

А=1.721, В=3.977, S0 = 0.469;

Р₁ = -0,080; Р₂ = -0,208; Р₃ = 0,502

В результате расчета получаем значения регулируемого параметра в переходном процессе с шагом 1 при Ти=1.5

А=1.721, В=1.384, S0 = 0.469;

Р₁ = -0,360; Р₂ = -0,067; Р₃ = 0,248

парокотельный стабилизация установка автоматический

1. Голубятников В. А., Шувалов В. В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М.: Химия, 1985. — 352 с.

2. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / В. Я. Баранов и др. Под редакцией В. В. Черенкова. — Л.: Машиностроение, 1987. — 847 с.