Автоматизированная система управления модульной котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

Объект управления представляет собой микропроцессорную систему управления котлом КВМ - 125 Гн, обеспечивающий требуемый алгоритм функционирования и отработку аварийных режимов. Блок питания обеспечивает систему управления питанием необходимого уровня и качества, а также включает элементы автоматики, блокировки и диагностики. Данная разработка относится к энергосберегающим технологиям и системам жизнеобеспечения.

Проведены патентные исследования в области аналогов технологического оборудования. Оценен экономический эффект при внедрении новой технологической установки и затраты на изготовление и эксплуатацию. Рассмотрены вопросы безопасности при эксплуатации и техническом обслуживании установки.

Введение

Решение современных задач науки и техники связано с широким применением цифровой аппаратуры, информационно измерительных комплексов, средств связи, управления, автоматики и телемеханики, которые в большинстве случаев получают электрическую энергию от промышленной сети переменного тока, а потребляемая ими мощность лежит, как правило, в пределах от одного до десяти киловатт.

Неотъемлемой частью перечисленной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) являются источники вторичного электропитания (ИВЭП), обеспечивающие ее электрической энергией требуемого вида и качества.

В настоящее время внимание специалистов в области электропитания РЭА сосредоточено на создании высокоэффективных ИВЭП с бестрансформаторным входом, которые строятся на основе высокочастотного инвертора напряжения. Включение инвертора, работающего на частотах 20--100 кГц, в структуру ИВЭП обеспечивает, во-первых, гальваническую развязку нагрузки от первичной сети, во-вторых, резко уменьшаются массогабаритные показатели трансформаторов и дросселей и, в-третьих, значительно повышается КПД ИВЭП за счет импульсного режима работы мощных транзисторов.

Вопросам проектирования и создания ИВЭП с бестрансформаторным входом в последнее время уделяется большое внимание. Это находит отражение в материалах ряда конференций и совещаний по проблемам вторичного электропитания и преобразовательной техники. Новизна и оригинальность таких источников электропитания подтверждаются целым рядом авторских свидетельств.

котел микросхема плата пайка

1. Патентное исследование

В процессе проектирования возникает необходимость в многократной оценке отдельных вариантов решений и сравнения их друг с другом или с базовым вариантом для дальнейшей разработки и оценки, поскольку окончательное решение должно соответствовать предъявленным требованиям.

Оцениваются и сравниваются прежде всего технические, технологические и экономические параметры возможных вариантов решения.

При оценке технических характеристик проверяется степень соответствия выбранного решения поставленной задаче. Для этого производится сравнение наиболее важных показателей с заданными значениями, содержащимися в техническом задании.

При оценке технологических параметров исследуют степень обеспечения низкой себестоимости изготовления, наладки, эксплуатации и высокой производительности.

Патентное исследование проводится с целью изучения последних достижений науки и техники в данном разделе, что помогает при проектировании выбрать наилучший вариант решения проблемы, поставленной в техническом задании.

1. Задание на проведение патентных исследований.

2. Тема патентного поиска: производственно-отопительные котельные и водогрейные котлы.

3. Назначение объекта поиска: производственно-отопительные котельные и водогрейные котлы предназначены для предназначены для децентрализованного теплоснабжения зданий и сооружений, оборудованных системами водяного отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя, а также для горячего водоснабжения с дополнительной установкой теплообменников (бойлеров).

4. Патентный поиск проведен по фондам стран: СССР, Россия, Япония.

5. Ретроспективность поиска - 25 лет.

6. Краткое обоснование регламента поиска.

Предмет исследования - производственно-отопительные котельные и водогрейные котлы. В МКИ использовались рубрики: F22 В 35/18 - применение счетно-решающих устройств при управлении парогенераторами. Задачей исследования является получение исходных данных для определения достигнутого технического уровня разработок производственно-отопительные котельных и водогрейных котлов.

Поиск проводился по странам - СССР, Россия, Япония. Глубина поиска принята 20 лет. Но максимум используемого материала приходится на последнее десятилетие, так как на этот период приходится разработка наиболее современного оборудования в соответствующем направлении техники.

7. Справка о поиске. Материалы поиска отражены в таблицах 1, 2, 3, 4.

8. Сравнительный анализ выявленных аналогов.

Целью патентных исследований является установление технического уровня разработок элементов производственно-отопительных котельных и водогрейных котлов, которые могут быть применены при дипломном проектировании.

2. Регламент поиска №1

Наименование темы патентного поиска: элементы производственно-отопительных котельных и водогрейных котлов. Тема проекта: автоматизированная система управления модульной котельной.

Таблица 1.

Таблица 2. Поиск проведен по следующим материалам

Таблица 3. Патентная документация, отобранная для последующего анализа

В данной части работы сначала были рассмотрены непосредственно производственно-отопительные котельные. Так, например, в а.с. N°20456699 рассматривается автономная котельная установка парового отопления, содержащая питательный бак, заполненный водой и снабженный регулятором уровня, парогенератор, соединенные с питательным баком, и нагревательный прибор с каналами для протекания теплоносителя, подключенным между парогенератором и питательным блоком.

Особенностью данного а.с. является то, что парогенератор установлен внутри питательного блока и выполнен в виде трубчатого испарителя, снабженного с внутренней стороны электродами, включенными в электрическую сеть, и отверстиями в нижней части - для выхода пара, каналы нагревательного прибора размещены один над другим, при этом верхний канал подключен к отверстию для выхода пара испарителя, а нижний соединен с питательным баком.

При проектировании систем управления производственно-отопительными котельными и водогрейными котлами необходимо учитывать такую особенность как перегрев воды, пара и т.д. Поэтому были рассмотрены приведенные ниже следующие авторские свидетельства, отражающие данный вопрос. В а.с. N°1758335 система автоматического регулирования температуры перегретого пара (содержащая регулирующий клапан впрыска охлаждающей воды в пароохладитель, соединенный через исполнительный механизм с выходом регулятора с блоком подстройки динамических параметров, датчик температуры пара за пароохладителем, подключенный к выходу регулятора через дифференциатор) с целью повышения точности регулирования дополнительно содержит последовательно соединенные между собой блоки прогнозирования и выделения экстремума, причем вход первого из них соединен с выходом датчика регулируемой температуры, а выход второго с выходом блока подстройки динамических параметров.

В а.с. N°20444216 рассмотрен автоматический регулятор температуры перегретого пара в парогенераторе, содержащий блоки определения количества теплоты, выделяемой разными видами топлива, соединенные с сумматором общей выделяемой теплоты, связанным с делителем, определяющим соотношения между разными видами топлива и подключенному к задатчику положения факела, подключенным к исполнительному механизму, датчик угла поворота горелки, связанный с регулятором положения факела, корректирующий регулятор температуры с задатчиком, входы которого связаны с датчиком температуры перегретого пара на выходе пароперегревателя и через дифференциатор - с датчиком температуры пара в промежуточной точке, а выход - с клапаном конечного впрыска, датчик нагрузки парогенератора, соединенный с задатчиком положения факела. Дополнительно регулятор температуры содержит блок запаздывания (модель парогенератора), причем второй выход регулятора положения факела подключен на вход блока запаздывания, выход которого подключен к выходу регулятора температуры перегретого пара.

Еще одно из подобных устройств приводится в а.с. N°2044215, где устройство для регулирования температуры пара котлоагрегата содержит задатчик, блок суммирования, регулятор, опережающий участок, инерционный участок, дифференциатор, демпфер, блок формирования динамического задания. Кроме того здесь дополнительно введены второй дифференциатор, умножитель, интегратор. Блок суммирования разделен на два сумматора, вход первого из которых связан с выходом задатчика и выходами инерционного участка и демпфера, а вход второго связан с выходами первого сумматора, интегратора и формирователя динамического задания. Вход первого сумматора также подключен к выходам второго дифференциатора и умножителя, выход второго дифференциатора подключен к входу умножителя, выход которого подключен к входу интегратора.

Кроме контроля за температурой в производственно-отопительных котельных и водогрейных котлах необходимо также контролировать и другие параметры (например, расход газа, воды, пара и т.д.), поэтому возникла необходимость рассмотрения патентов и авторских свидетельств, где описываются системы регулирования и системы управления котлов. Так, например, в а.с. N°1651018 рассмотрена система автоматического регулирования параметров пара за энерготехнологическом котлом, содержащая клапан впрыска, подключенный к регулятору температуры, первый сумматор, выходом соединенный с регулятором температуры, а входами связанный с первым задатчиком и датчиком температуры пара в выходном паропроводе, паровой клапан, подключенный к регулятору давления, и второй сумматор, выходом подключенный к регулятора, к первому входу которого через первый кусочно-линейный элемент подключен датчик температуры в выходном паропроводе, а к третьему подключен второй задатчик. Особенность данной системы в том, что с целью повышения качества регулирования параметров пара, система дополнительно содержит третий и четвертый линейно-кусочные элементы и датчик температуры пара перед паронагревателем, причем третий - линейный элемент установлен между вторым линейно-кусочным элементом и вторым сумматором и связан вторым входом через четвертый линейно-кусочный элемент с датчиком температуры пара перед паронагревателем.

Другой пример - а.с. N°1740859, где система управления режимом работы парового котла (содержащая верхний и нижний датчик уровня, орган подачи питательной воды и блок формирования управляющих воздействий) с целью повышения надежности в работе котла со встроенным электронагревателем орган подачи питательной воды выполнен в виде электромагнитного клапана, и блок формирования управляющих воздействий выполнен в виде двух усилителей, последовательно соединенных генератора импульсов и дешифратора, двух переключателей, двух RS-триггеров, двух логических элементов 2И-НЕ, трех инверторов, двух диодов и двух силовых тиристоров. Причем выход верхнего датчика уровня соединен через первый усилитель с катушкой электромагнитного клапана подачи питательной воды. Вход генератора импульсов соединен с сетью электропитания. Первая половина выходов дешифратора через первый переключатель с S-входом первого RS-триггера, вторая половина выходов дешифратора соединена через второй переключатель с S-входом второго RS-триггера. R-входы первого и второго RS-триггеров соединен через первый и второй конденсаторы с первым входом первого элемента 2И-НЕ, выход которого через последовательно соединенные первый инвертор и первый диод подключен к входу второго усилителя. Прямой выход второго RS-триггера соединен с первым входом второго элемента 2И-НЕ, выход которого через последовательно соединенные второй инвертор и второй диод подключен к входу второго усилителя, выходы которого подключены к управляющим выводам тиристоров, силовые выводы которых включены в сеть электропитания электронагревателя, а выход нижнего датчика уровня соединен со вторым входом второго элемента 2И-НЕ и через третий инвертор - со вторым входом первого элемента 2И-НЕ.

Способ управления работой паронагревателя методами газовой хромотографии рассмотрен в заявке N°52-18321 (Япония). Здесь определяют концентрацию дымовых газов нагревателя кислорода, аргона и др. Используя условия сохранения массы и энергии, с помощью вычислительной машины определяют производительность паронагревателя и вычисляют расход воды, пара, топлива, а также теплотворную способность топлива, энтальпию пара и воды.

В а.с. N°606032 рассмотрен способ оптимизации режима работы котлоагрегата путем определения среднеинтегрального значения КПД как отношение полезновыделенного тепла, накопленного в котлоагрегате, с помощью экстремального регулятора и регулятора воздуха. В данном а.с. с целью повышения экономичности, определяют сумму потерь энергии процесса горения, например по сумме потерь с теплом уходящих газов, с расходом электроэнергии на тягу и дутье, с химическим и механическим недожогом, полученный сигнал подают на дополнительный экстремальный регулятор, управляющие воздействия от обоих экстремальных регуляторов суммируют с определенными весовыми коэффициентами и в соответствии с полученной величиной сигнала изменяют задание регулятору воздуха.

2. Конструкторская часть