Формирование мехатронной системы водогрейного котла

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА

Введение

Водогрейный котел предназначен для нагрева воды под давлением. Для увеличения производительности труда, а также повышение количества выпускаемой продукции, внедряют мехатронную систему.

Мехатроника - область науки и техники, основанная на системном объединении узлов точной механики, датчиков состояния внешней среды и самого объекта, источников энергии, исполнительных механизмов, усилителей, вычислительных устройств (ЭВМ и микропроцессоры).

Мехатронная система - единый комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, обладающей элементами искусственного интеллекта.

Управление водогрейным котлом в форме автоматического воздействия осуществляется лишь при наличии измерительной информации об отдельных параметрах, такие как: температура, разряжение, давление и расход. Физические параметры, определяющие ход технологического процесса, называются технологическими параметрами. Технологический параметр, который необходимо поддерживать постоянно или изменять его по определенному закону называется регулируемым параметром.

Внедрение мехатронной системы позволяет снизить участие человека на предприятии, а время на стабилизацию заданного и текущего сигнала уменьшить (сигнал рассогласования).

Таким образом, мехатронная система водогрейного котла, позволяет значительно повысить производительность труда, качество и количество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства, что, несомненно, ведет к экономической выгоде.

1. Описание технологического процесса мехатронной системы

Котел имеет башенную компоновку, стальной каркас, который опирается на фундамент. На каркас при помощи специальных подвесок - ригелей крепится трубная часть котла и обмуровка. В верхней части каркаса, на отметке 15м, с помощью перехода установлена дымовая труба диаметром 2,5м высотой 40м.

Трубная часть котла состоит из радиационной и конвективной поверхностей нагрева, расположенных одна над другой до отметки 13м. Топка имеет вид прямоугольной шахты с основанием 5х5 м и сформировано экранными трубами, которые образуют: левый боковой экран, правый боковой экран, передний (фронтовой) экран, задний экран топки.

Трубы боковых экранов вварены в нижний и верхний боковые коллекторы. В верхних боковых коллекторах установлены заглушки для обеспечения двухходового движения воды по экрану. Трубы боковых экранов имеют амбразуры для установки горелок, с каждой стороны по шесть штук, в два яруса (четыре вверху, две внизу). Каждая горелка оборудована индивидуальным дутьевым вентилятором, а горелки нижнего яруса - растопочные.

Вертикальные трубы фронтового экрана расположены в топке и вварены в нижний и промежуточный коллекторы. Трубы заднего экрана топки расположены симметрично фронтовому экрану. Конвективная поверхность нагрева расположена над топкой, по ходу движения газов, и сформирована четырьмя секциями в два яруса с расстоянием 600 мм.

Котел имеет легкую натрубную обмуровку толщиной 110 мм. Первый слой - шамотобетон по металлической сетке, второй - минеральная вата, третий - газонепроницаемая обмазка или штукатурка. Снаружи помещения котельной обмуровка котла покрывается влагонепроницаемым материалом. Котел имеет обмывочные устройства для удаления сажи с конвективной поверхности нагрева.

Топливо и воздух подаются в горелки, в свою очередь образуется факел горения. Теплота от топочных газов в топке, за счет радиационного и конвективного теплообмена, передается всем экранным трубам, от труб теплота передается воде, циркулирующей по экранам. Затем топочные газы проходят конвективную поверхность нагрева, где теплота передается воде, циркулирующей по секциям, проходят дымовую трубу, откуда с температурой 180-190^оС, топочные дымовые газы удаляются в атмосферу.

2. Выбор и обоснование параметров систем автоматического контроля и регулирования

Мехатронная система предназначена для поддержания горячей воды температурой 150^оС, используемой в системах отопления, горячего водоснабжения промышленного и бытового назначения.

Контролируются следующие параметры:

- Регулирование температуры воды в котле. В случае отклонения, мехатронная система сигнализирует о превышении/понижении температуры в котле, регулируя до заданного значения.

- Контроль давления воды на выходе из котла. Выдает информацию об образовании давления воды в системе отопления, которая не должна быть ниже 1 МПа.

- Контроль расхода воды на вход в котел. Выдает информацию расхода воды на вход в котел, которая варьируется в пределах 1235-2460 м³/ч.

- Контроль давления воды в котле. Выдает информацию о гидравлическом сопротивлении воды в котле, которая составляет 1,6 МПа.

- Контроль расхода газа на вход в котел. Выдает информацию о расходе газа в котел, которая должна составлять не более 3880 м³/ч.

3. Выбор и обоснование средств контроля и регулирования

1. Регулирование температуры в водогрейном котле.

В качестве первичного преобразователя устанавливается термопреобразователь сопротивления медный “Метран-203” (ТСМ).

Принцип действия термопреобразователя сопротивления основан на свойстве металлических проводников изменять электрическое сопротивление при изменении температуры.

Термопреобразователь сопротивления состоит из одного или нескольких чувствительных элементов сопротивления с подводящими проводами и защитной арматурой.

Таблица 1. Техническая характеристика термопреобразователя ТСМ.

В качестве вторичного прибора используется измеритель - регулятор ТРМ1. Предназначен для измерения, регистрации температуры воды в котле.

2. Контроль давления воды в котле и контроль давления воды в системе отопления.

В качестве первичного преобразователя для контроля давления воды в котле и контроля давления воды в системе отопления используется тензорезисторный преобразователь избыточного давления “Метран 100 ДИ”

Принцип действия тензорезисторного преобразователя избыточного давления основан на использовании пьезорезисторного эффекта в гетероэпитаксиальной пленке кремния, выращенной на поверхности монокристаллической пластины из искусственного сапфира. Устанавливается в трубопроводе. Под действием избыточного давления происходит деформация чувствительного элемента, в связи с этим изменяется электрическое сопротивление кремниевых пьезорезисторов мостовой схемы на поверхности этого чувствительного элемента. Электронное устройство датчика преобразует электрический сигнал в стандартный аналоговый сигнал постоянного тока 4-20 мА.

Таблица 2. Техническая характеристика тензорезисторного преобразователя избыточного давления “Метран 100 ДИ”

В качестве вторичного прибора используется измеритель 2ТРМ1. Измеритель 2ТРМ1 предназначен для измерения давления воды в трубопроводе. Так как измеритель двухканальный, его применение затрагивает два параметра. Один канал идет на контроль давления воды в котле, а другой на контроль давления воды в системе отопления.

Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового крепления. Все элементы прибора размещены на двух печатных платах. На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, цифровой индикатор и светодиоды, на задней - силовая и измерительная части, также присоединительный клеммник.

Таблица 3. Техническая характеристика измерителя 2ТРМ1.

3. Контроль расхода воды и газа на входе в котел.

Для контроля расхода воды и газа на входе в котел используется дифманометр - расходомер типа ДМЭ-МИ с компенсацией магнитных потоков.

Контроль расхода воды и газа на входе в котел осуществляется методом переменного перепада давления. Чувствительным элементом является бескамерная диафрагма, которая создает перепад давления.

Диафрагма (сужающее устройство) представляет собой тонкий стальной диск с круглым концентрическим отверстием. Отверстие имеет со стороны входа цилиндрическую кромку, а далее расточено на конце под углом от 30^о до 45^о.

Таблица 4. Техническая характеристика диафрагмы ДКН-10

Перепад давления поступает на дифманометр - расходомер, который присоединяется к сужающему устройству импульсными трубками. Стальные трубки представляют собой бесшовные стальные трубы с внутренним диаметром не менее 8 мм.

Таблица 5. Техническая характеристика импульсных трубок

В качестве преобразователя используется дифманометр - расходомер ДМЭ-МИ с компенсацией магнитных потоков.

В приборе измеряемый параметр преобразуется чувствительным элементом в пропорциональное перемещение магнита, который создает управляющее воздействие в виде магнитного потока и вызывает изменение намагниченности сердечников. При этом возникает сигнал рассогласования, который управляет выходным сигналом усилителя. Усиленный сигнал поступает в линию дистанционной передачи и одновременно в обмотку обратной связи, которая создает магнитный поток, компенсирующий воздействие управляющего магнитного потока.

Таблица 6. Техническая характеристика дифманометра - расходомера ДМЭ-МИ.

В качестве вторичного прибора используется измеритель 2ТРМ1. Измеритель 2ТРМ1 предназначен для измерения расхода воды и газа в трубопроводе. Так как измеритель двухканальный, его применение затрагивает два параметра. Один канал идет на контроль расхода воды на входе в котел, а другой на контроль расхода газа на входе в котел.

Прибор конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового крепления. Все элементы прибора размещены на двух печатных платах. На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, цифровой индикатор и светодиоды, на задней - силовая и измерительная части, также присоединительный клеммник.

4. Свойства объекта регулирования

В водогрейном котле существует определенная зависимость между входной и выходной величиной, характер связи между ними определяется статическим и динамическим свойствами объекта.

Статические свойства объекта определяют его способность сохранять состояние равновесия.

Динамические свойства объекта обуславливают характер протекания его переходного процесса.

Входной величиной является относительная температура на входе в водогрейный котел.

Выходной величиной является относительная температура на выходе водогрейного котла.

Статическая характеристика объекта управления показывает зависимость значения регулируемой величины от регулирующего воздействия в установившимся режиме.

Изменение регулируемой величины зависит от свойств объекта и характера возмущения. Поэтому параметры объекта принято определять по динамической характеристике, представляющей собой изменения регулируемой величины во времени при скачкообразном возмущении положения регулирующего органа. Такая характеристика, называется кривой разгона.

Отношение времени запаздывания к постоянной времени ф/т рассчитывается по формуле:

где, - транспортное (чистое) запаздывание, с;

T - постоянная времени, с.

По формуле определяется передаточный коэффициент объекта К_об

где, Дt - разность относительной влажности, %;

Дм - разность положения регулирующего органа, %.

Выбранный закон управления на основе расчетов - пропорциональный.

Заключение

мехатронный температура котел тензорезисторный

Автоматизация производственных процессов позволяет значительно повысить производительность труда, качество и количество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства, что, несомненно, ведет к экономической выгоде.

Для управления технологическими процессами зачастую недостаточно периодического измерения параметров, характеризующих их качество, поскольку возможно, что в момент измерения контролируемая величина принимает значение, не угрожающие нормальному ходу процесса, но меняется она настолько быстро, что необходимо принимать меры для предупреждения её отключения от доступных норм путём оперативного вмешательства в технологический процесс. В этих случаях требуется непрерывно действующие автоматические приборы контроля, информирующие о качественных показателях технологического процесса либо непрерывно, либо с короткими интервалами путём указания или регистрации значений измеряемой величины. Такая организация контроля существенно облегчает работу обслуживающего персонала, упрощает управление стекловаренной печью, предотвращает возникновение потерь из-за ухудшения качества обрабатываемого сырья и даёт экономический эффект за счёт улучшения производительного процесса. Кроме того, запись регистрирующего измерительного прибора является постоянным документом и может служить основанием для технологических и экономических расчётов.

Исходя из всего этого, подводится итог, что в данном курсовом проекте, средства автоматизации и оборудование которое применялось для регулирования и контролирования различных параметров паровой котел, хоть и были новыми и соответственно дорогими, но все же, являются оправданными, надежными, качественными устройствами и приборами.

Список используемой литературы

1. «Каталог продукции Элемер», 2015г.

2. Клюев А.С. «Проектирование систем автоматизации технологических процессов», Стройиздат, 2014г.

3. Нагибин Г.В. «Котельные агрегаты» 2013г.

4. Старостин В.А. «Технологические измерения и контрольно-измерительные приборы в промышленности строительных материалов», 2007 г.

5. А.С. Боронихин “Основы автоматизации производства”, 2008 г.

6. ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД “Основные надписи”

7. ГОСТ 2.105-2006 ЕСКД “Общие требования к текстовым документам”

8. ГОСТ 2.321-2008 ЕСКД “Обозначения буквенные”

Размещено на Allbest.ru