Модернизация системы автоматического регулирования подачи общего воздуха в топку парового котла БКЗ-75/39

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Описание технологического процесса.

1.1 Котлотурбинный цех и система теплофикации.

1.1.1 Описание и устройство пылеугольного водогрейного котла КВ-ТК-100

1.2 Описание и устройство парогенеротора БКЗ-75/39ФБ.

1.2.1 Устройство барабана парогенератора.

1.2.2 Описание технологического процесса парогенератора БКЗ-75/39 ФБ.

2. Постановка задачи дистанционного контроля.

3. Параметрический синтез системы автоматического регулирования.

3.1 Идентификация объекта управления методом интегральных площадей.

3.2 Выбор закона регулирования.

3.3 Определение настроечных параметров методом расширенных АФЧХ и выбор оптимальной настройки.

4. Анализ существующих систем автоматизации.

4.1 Описание систем автоматического регулирования парового котла БКЗ- 75/39ФБ.

4.2 Описание систем автоматического регулирования водогрейного котла КВ-ТК-100.

5. Выбор технического обеспечения.

5.1 Описание внедряемой системы диспетчеризации.

5.1.1 Назначение и конфигурация системы.

5.1.2 Ввод сигналов.

5.1.3 Вывод сигналов.

5.1.4 Резервированная сеть Ethernet.

5.1.5 Программное обеспечение.

5.2 Выбор технического обеспечения.

5.2.1 Многофункциональный контроллер.

5.2.2 Модули сбора данных серии ICP CON-7000.

5.2.3 Автомат защиты Legrand Lexic10 033-92.

5.2.4 Коммутатор Surecom 10/100.

5.2.5 Источники (блоки) питания.

5.2.6 Компьютерное обрудование.

5.2.7 Выбор датчиков.

6. Экономическая часть.

6.1 Расчёт затрат на внедрение оборудования.

6.2 Расчёт затрат на обслуживание.

6.3 Расчёт экономической эффективности внедряемого проекта.

7. Безопасность жизнедеятельности.

7.1 Организация и оборудование рабочего места с ПЭВМ..

7.2 Освещение производственного помещения.

7.3 Расчет освещения рабочего места.

7.4 Особенности освещения рабочих мест с видеотерминальными устройствами.

8. Охрана окружающей среды.

8.1 Происхождение проблемы.

8.1.1 Теплоэнергетика.

8.1.2 Тепловые насосв.

8.2 Влияние вредных выбросовтеплоэлектростанций на человека и природу.

8.3 Снижение вредных выбросов в атмосферу на ТЭЦ.

8.4 Методы удаление отходов с территории ТЭЦ при сжигании твердых топлив.

8.5 Экологический ущерб от выбросов в атмосферу при работе ТЭЦ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России возникла ситуация, когда тепловые станции испытывают острую необходимость в модернизации технологического оборудования и особенно средств технологического контроля и управления. Оборудование большинства энергопредприятий эксплуатируется 15-20 и более лет, его физический ресурс исчерпан, оно морально устарело.

Наилучшим решением в этой ситуации является внедрение современного технологического оборудования, позволяющего максимально использовать возможности систем управления и тем самым добиться качественно нового уровня технологии.

Автоматизация производственных процессов, инженерного проектирования и многих функций управляющего персонала является одной из главных основ технического прогресса в отраслях промышленности. Именно автоматизация наряду с новыми технологиями способно многократно повысить производительность и качество на предприятиях, а также на всех этапах подготовки производства и в планово-экономических мероприятиях.

Комплексная автоматизация производства с применением робототехнических систем, с широким использованием вычислительной техники существенно облегчает человеческий труд. Благодаря автоматизации ликвидируется необходимость выполнения человеком однообразных, утомительных операций. Труд становится более интеллектуальным и интересным. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием.

Большое значение имеет также автоматизация с использованием роботов в аварийных ситуациях, при работе в экстремальной обстановке, где затруднено или опасно пребывание человека.

По уровню автоматизации теплоэнергетика занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности.

Теплоэнергетические установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка тепловой и электрической энергии в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на теплоэнергетических установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в тепловой энергетике.

Теплоэнергетика, отличающаяся широкой механизацией технологических процессов, высокими параметрами рабочей среды, требованиями к точности их регулирования, а также наличием собственного источника энергии, является той областью науки и техники, где постоянно находят приложения методы теории и новые технические средства автоматического управления.

Темой дипломного проекта является диспетчеризация и система автоматического управления Галачинской котельной.

Система диспетчерского контроля, а также и управления, в последнее время становится всё более востребованной на предприятиях теплоэнергетики и не только.

Значительное число тепловых электростанций на территории стран СНГ испытывают острую необходимость в модернизации систем контроля и управления (СКУ) основного технологического оборудования. Это обусловлено, помимо моральной деградации, исчерпанием физического ресурса средств КИП и А (как правило, оборудование находится в эксплуатации 15-20 и более лет), а также отсутствием запасных частей (большинство используемых приборов снято с производства). Радикальным решением проблемы является демонтаж существующей СКУ с заменой ее полномасштабной АСУ ТП (так называемый «бульдозерный » вариант). Однако он требует очень больших единовременных затрат, длительного простоя оборудования, серьезной подготовки персонала, что не всегда приемлемо, учитывая сегодняшние реалии в энергетике, а также ограниченный оставшийся срок эксплуатации основного оборудования. Вместе с тем существенное снижение остроты проблемы может быть достигнуто при внедрении относительно недорогих локальных наращиваемых информационно управляющих систем (ИУС), которые бы «вписывались» в существующие СКУ с постепенным вытеснением по мере освоения и развития ее наиболее слабых узлов («безударный» вариант). В данном дипломном проекте рассматривается один из возможных примеров ИУС на основе SCADA-системы TraceMode 5.12 и резервированного комплекса МФК (многофункциональный контроллер), который собственно и будет производить управление всеми котлами и собирать информацию. Также в качестве устройств для сбора информации будет использоваться модули ввода-вывода I-7000.

В дипломном проекте рассматривается диспетчеризация котлотурбинного цеха. Рассмотрение мнемосхем в SCADA-системе для всех котлоагрегатов ограничено рамками дипломного проекта, поэтому применение Trace Mode в проекте, как и параметрический синтез, осуществлено только для котла БКЗ-75/39ФБ и в частности для регулятора питания, как самого важного во всей автоматической системе парогенератора.

1. Описание технологического процесса

1.1 Котлотурбинный цех и система теплофикации

Галачинская котельная (далее РГК) производит выработку тепловой энергии, которая отпускается потребителям в виде горячей воды и пара.

Исходным сырьём является бурый уголь Ирша-Бородинского месторождения Канско-Ачинского бассейна, Мугунский и Азейский уголь Азейского месторождения. В качестве растопочного топлива используется малосернистый мазут марки М100.

Котлотурбинный цех вырабатывает тепловую энергию. В котельном отделении установлено 2 паровых котлоагрегата типа БКЗ-75-39ФБ и 3 водогрейных котлоагрегата типа КВТК-100.

Технология выработки пара и горячей воды:

Подпиточная сырая вода, поступающая через насосную станцию на котельную вначале проходит химическую очистку воды и направляется в деаэратор сырой воды. Далее подпиточным насосом она подаётся на систему подогрева воды, предварительно смешиваясь с обратной водой. Подогрев состоит собственно из котлоагрегатов КВ-ТК-100 и теплообменников. Вода поступающая на водогрейные котлы подогревается прямоточным способом и подаётся в сеть теплоснабжения. Вода поступающая в теплообменники, греется паром производимым паровыми котлами БКЗ-75/39ФБ и далее также подаётся в сеть теплоснабжения. Вода с теплообменников также расходуется на собственные нужды и на колорифер для предварительного подогрева холодного воздуха.

1.2 Описание и устройство пылеугольного водогрейного котла КВ-ТК-100

Пылеугольный водогрейный котел типа КВ-ТК-100 тепловой производительностью 100 Гкал/час предназначен для снабжения горячей водой промышленных и жилищно-бытовых объектов. Котлы типа КВ-ТК-100 изготавливаются для работы в основном режиме. Предусмотрена возможность перевода котла для работы в пиковом режиме путем реконструкции внешних трубопроводов. Котел выполнен однокорпусным П-образной компоновки и предназначен для работы на Ирша-Бородинском буром угле.

Технические характеристики котла

Теплопроизводительность 100 Гкал/час

Температура воды на входе в

основной / пиковый режим 70 / 110

Температура воды на выходе из котла: 150

Давление (избыточное) максимальное 24

Расход воды через котел:

основной / пиковый режим 1236 / 2475 т/час

КПД котла расчетный 89,9 %

Расход топлива 29,3 т/час

Топочная камера призматическая, вертикальная, открытого типа. Экраны топочной камеры собираются из 12 блоков. В нижней части фронтовой и задний экраны образуют скаты "холодной" воронки. Задний экран в верхней части разведен в пятирядный фестон. Объем топочной камеры 936 .

Потолок топки, промежуточной камеры и конвективной шахты экранирован трубами. Задний экран конвективной шахты является продолжением потолочного экрана. Боковые стены промежуточной камеры закрыты двумя вертикальными экранами.

Котел КВ-ТК-100 оборудован восемью промежуточными щелевыми тангенциально установленными горелками. Каждая горелка выполнена в виде двух смежных вертикальных щелей (аэросмеси и вторичного воздуха), плотно вписанных в трубные разводки экранов. Горелки расположены двумя ярусами с экранированным промежутком между ними. Каждый угловой двухярусный блок питается аэросмесью от одной из мельниц-вентиляторов, расположенных в непосредственной близости от данного угла топки.

В канал вторичного воздуха нижних горелок встроены мазутные форсунки, электрогазовые запальники с ионизационными датчиками и лючки для ручного розжига форсунок.

Суммарная производительность всех мазутных форсунок обеспечивает нагрузку котле не менее 30% номинальной.

Конвективная шахта представляет собой опускной газоход с размещёнными в нём поверхностями конвективной части и трубчатого воздухоподогревателя. Конвективная часть выполнена из блоков флажкового типа, змеевики которых, расположены параллельно фронту котла. Под конвективной частью расположен трубчатый воздухоподогреватель, скомпонованный по двухтопочной схеме. По воздушному тракту воздухоподогреватель выполнен 3-х ходовым.

Для удаления шлака, выпадающего из холодной воронки топочной камеры, под котлом размещена установка непрерывного механизированного шлакоудаления. Во время работы котла в установку шлакоудаления должна непрерывно подаваться вода.

Котельный агрегат оборудован четырьмя индивидуальными системами пылепреготовления с прямым вдуванием. Для подачи сырого топлива в мельницы применены 4 питателя сырого угля. Регулирование подачи топлива осуществляется изменением числа оборотов электродвигателя. Размол и сушка топлива производится в мельницах-вентиляторах типа МВ 1600/400/980. Сушка топлива производится топочными газами с присадкой уходящих газов. После мельниц аэросмесь поступает в инерционные сепараторы. В сепараторе из потока аэросмеси отделяются крупные фракции и возращаются на домол в мельницу. Изменение тонкости помола осуществляется с помощью поворота створок сепаратора. После сепаратора аэросмесь по пылепроводам подается в горелки.

Котельный агрегат оборудован одним дутьевым вентилятором типа ВДН-18. Регулирование производительности вентилятора осуществляется направляющим аппаратом осевого типа. Забор холодного воздуха производится из верхней части котельной или снаружи её.

Для отсоса дымовых газов на котле установлен один дымосос типа ДН-26*2-0,62. Для регулирования температуры сушильного агента на котле установлен дымосос рециркуляции уходящих дымовых газов типа ДН-21.

Кроме выполнения требований надежности необходимо организовать наиболее экономичную работу котлоагрегата. На экономичность в большей степени сказывается режим работы топки, т.е. организация процесса горения топлива. Для этого необходимо поддерживать на определенном значении несколько регулируемых параметров: нагрузку котла, разрежение в топочной камере, КПД котлоагрегата.

Непосредственное измерение КПД котлоагрегата - задача технически сложная и поэтому в практике применяют различные косвенные показатели, характеризующие экономичность технологического процесса. К таким косвенным показателям относятся: содержание кислорода или углекислого газа в дымовых газах, отношение расходов топлива и воздуха и другие.

Регулируемые параметры - нагрузка котла, КПД и разрежение в топке тесно связаны между собой. Регулирование этих параметров производится воздействием соответственно: на подачу топлива, воздуха, и эвакуацию продуктов сгорания.

1.3 Описание и устройство парогенератора БКЗ-75/39ФБ

Паровой котел в соответствии с ГОСТ 23172-78 - это конструктивно объединенный в одно целое комплекс устройств для получения пара или горячей воды под давлением за счет теплоты, получаемой от сжигания топлива.

Паровой котёл представляет собой систему, состоящую из поверхностей нагрева, вспомогательных устройств, арматуры, органов и аппаратуры системы управления. Одним из главных, или основных устройств, входящих в объединённое понятие котёл, является котлоагрегат (КА). Здесь описывается котлоагрегат типа БКЗ-75-39 ФБ. Первое число в обозначении парового котла после типа - паропроизводительность (т/ч), второе - абсолютное давление пара (Мпа, кгс/см2), далее - температура пара и промежуточного перегрева пара, затем проставляются буквы, обозначающие вид топлива и тип топки и, если котел работает с наддувом, добавляется буква Н.

Котельный агрегат БКЗ-75-39 ФБ однобарабанный, вертикально-водотрубный с естественной циркуляцией предназначен для сжигания Ирша-Бородинских бурых углей. БКЗ-75-39 предназначен для выработки перегретого пара давлением 39 кГс/см2, температурой 440 оС, производительность по пару 75 т/ч. Компоновка котла БКЗ-75-38 выполнена по П-образной схеме. Топочная камера размещена в первом (восходящем) газоходе. В верхнем (поворотном) газоходе расположен пароперегреватель, во втором (нисходящем) газоходе расположен водяной экономайзер (теплообменник для предварительного подогрева воды /подаваемой в паровой котел/ за счет теплоты отходящих газов) и воздухоподогреватель.

Котёл имеет один барабан, предназначенный для разделения пароводяной смеси и барботажной (пропускание через жидкость газа или пара под давлением) промывки насыщенного пара питательной водой. Для прогрева нижней образующей полусферы барабана в начальный период растопки предусмотрен коллектор парового разогрева; для равномерного расхолаживания верхней образующей полусферы барабана в период останова предусмотрен коллектор парового расхолаживания. Разогрев и расхолаживание обеспечиваются подводом насыщенного пара от любого работающего котла. Скорость разогрева и расхолаживания обеспечивается дросселированием пара в регулирующем вентиле на вводной линии разогрева (расхолаживания). Средний (нулевой) уровень воды в барабане находится на 200 мм ниже геометрической оси барабана. Отклонение уровня в период работы котла не должно превышать ±50 мм от среднего уровня. Для аварийного отвода воды при перепитках барабана предусмотрен трубопровод аварийного слива с установкой последовательно двух электрифицированных вентилей. Подвод котловой воды из барабана котла к нижним камерам экранных блоков осуществляется по водо-опускным трубам. Водо-опускные трубы идут вдоль топки и обмурованы заодно с ней. К каждой камере фронтовых и тыловых экранных блоков котловая вода подводится по 4 трубам. К камерам боковых средних блоков котловая вода подводится по 6 трубам: 2-ве в „чистый“ отсек и 4-ре в „солевой“ отсек от выносных циклонов. К каждой камере боковых крайних экранных блоков котловая вода подводится по 2 трубам. Отвод пароводяной смеси от верхних камер экранных блоков осуществляется соответствующим количеством пароотводящих труб такого же размера.

В паровом пространстве барабана происходит объемная сепарация пара (отделение капелек воды из потока пара). Под потолком барабана установлена решетка, предназначенная для равномерного парораспределения по пароотводящим трубам. Из барабана сухой насыщенный пар отводится по паро-перепускным трубам в камеры потолочного пароперегревателя.

Питательная вода в барабан котла подводится по трубам с фронтовой стороны. Внутри барабана вся питательная вода поступает в раздающий короб, откуда часть воды поступает непосредственно в водяной объем, а часть воды направляется на промывочный лист для барботажной промывки пара.

На котле имеется пароперегреватель (ПП), предназначенный для перегрева сухого насыщенного пара до номинальных параметров с целью получения максимального КПД на котле, турбоагрегате и всей паросиловой установки в целом. Конструктивно пароперегреватель расположен в верхней части КА: поверхности нагрева - в горизонтальном газоходе; паро-перепускные трубы, камеры, коллекторы, пароохладители - вне обогреваемой зоны над потолком КА.

За пароперегревателем расположена поворотная камера, соединяющая горизонтальный газоход с конвективной шахтой. Конвективная шахта представляет собой опускной газоход с расположенными в нем поверхностями нагрева водяного экономайзера и воздухоподогревателя. Водяной экономайзер предназначен для нагрева питательной воды до температуры близкой к температуре насыщения пара, воздухоподогреватель (ТВП) предназначен для подогрева воздуха, подаваемого в топку котла и необходимого для обеспечения процесса горения топлива. В целом подогрев питательной воды и воздуха обеспечивает максимальный к.п.д. котла.

Питание КА водой осуществляется через узел питания, расположенный на основной отметке обслуживания КА. Узел питания оснащен двумя регуляторами питания: основным Ду225 поворотного типа и байпасным Ду100 шиберного типа. Длительная эксплуатация котла допускается на клапане Ду225, клапан Ду100 используется как аварийный при выходе из строя основного клапана. Работа поворотных клапанов допускается на любых перепадах давления, на шиберных клапанах перепад допускается не более 50кГс/см2.

1.3.1 Устройство барабана парогенератора

Котёл имеет один барабан (рис. 1.1.), предназначенный для разделения пароводяной смеси и барботажной промывки насыщенного пара питательной водой. Барабан котла установлен краями на специальные катковые опоры. Барабан выполнен цельносварным из листового металла. К торцам цилиндрической части (обечайки) приварены днища, в которых предусмотрены лазы для осмотра и ремонта сепарационных устройств и внутренней поверхности. Разогрев и расхолаживание обеспечиваются подводом насыщенного пара от любого работающего котла. Скорость разогрева и расхолаживания обеспечивается дросселированием пара в регулирующем вентиле на вводной линии разогрева (расхолаживания).

Рис. 1.1 Устройство барабана парогенератора БКЗ -75/39

На рисунке:

1. Питательная вода

2. Промывочный лист

3. Линия ввода фосфатов

4. Циклон

5. Антикавитационная решетка

6. Водоопускная труба

7. Аварийный сброс

8. Сливной лоток

9. Линия разогрева барабана

10. Пароподводящая труба

11. Линия разогрева барабана

12. Жалюзийная решетка

13. Отвод пара.

Средний (нулевой) уровень воды в барабане находится на 200 мм ниже геометрической оси барабана. Отклонение уровня в период работы котла не должно превышать ±50 мм от среднего уровня. Для аварийного отвода воды при перепитках барабана предусмотрен трубопровод аварийного слива с установкой последовательно двух электрифицированных вентилей.

1.4 Описание технологического процесса парогенератора

Принципиальная схема технологического процесса, протекающего в барабанном паровом котле, показана на рис. 1. Топливо поступает через горелочные устройства в топку 1, где сжигается обычно факельным способом. Для поддержания процесса горения в топку подается воздух в количестве Qв. Он нагнетается с помощью вентилятора ДВ и предварительно нагревается в воздухоподогревателе 9. Образовавшиеся в процессе горения дымовые газы Qг отсасываются из топки дымососом ДС.

Рис. 1.2. Принципиальная технологическая схема барабанного котла.

ГПЗ - главная паровая задвижка; РПК - регулирующий питательный клапан.

Попутно они проходят через поверхности нагрева пароперегревателей 5, 6, водяного экономайзера 8, воздухоподогревателя 9 и удаляются через дымовую трубу в атмосферу. Процесс парообразования протекает в подъемных трубах циркуляционного контура 2, экранирующих камерную топку и снабжаемых водой из опускных труб 3. Насыщенный пар Dб из барабана 4 поступает в пароперегреватель, где нагревается до установленной температуры за счет радиации факела и конвективного обогрева топочными газами. При этом температура перегрева пара регулируется в пароохладителе 7 с помощью впрыска воды Dвпр. Этот пар используется для подогрева воды находящейся в резервуарах.

Основными регулируемыми величинами котла являются расход перегретого пара Dп. п., его давление pп.п. и температура tп.п. Расход пара является переменной величиной, а его давление и температура поддерживаются в пределах допустимых отклонений, что обусловливается требованиями заданного режима работы турбины или иного потребителя тепловой энергии.

Следует поддерживать в пределах допустимых отклонений значения следующих величин:

- уровня воды в барабане Hб - регулируется изменением подачи питательной воды Dп.в;

- разрежения в верхней части топки Sт - регулируется изменением производительности дымососов, отсасывающих дымовые газы из топки;

- оптимального избытка воздуха за пароперегревателем - регулируется изменением производительности дутьевых вентиляторов, нагнетающих воздух в топку;

- солесодержания котловой воды (в пересчете на NaCl) - регулируется изменением расхода воды Dпр, выпускаемой из барабана в расширитель непрерывной продувки.

Перечисленные величины изменяются в результате регулирующих воздействий и под действием внешних и внутренних возмущений, носящих детерминированный или случайный характер.

Следовательно, котел как объект управления представляет собой сложную динамическую систему с несколькими взаимосвязанными входными, и выходными величинами. Однако явно выраженная направленность отдельных участков по основным каналам регулирующих воздействий, таким как расход воды на впрыск Dвпр -- перегрев tп.п; расход топлива Bт -- давление рп.п и др., позволяет осуществлять стабилизацию регулируемых величин с помощью независимых одноконтурных систем, связанных лишь через объект управления. При этом регулирующее воздействие того или иного участка служит основным способом стабилизации его выходной величины, а другие воздействия являются по отношению, к этому участку внутренними или внешними возмущениями.

Система управления барабанным котлом включает автономные АСР процессов горения, и парообразования, температур перегрева пара, питания и водного режима.

Различают следующие режимы работы парового котла:

1. Растопочный режим работы котла - режим работы с начала растопки котла (включение в работу мазутных форсунок) и взятие расхода на продувку пароперегревателя до набора номинальных температуры и давления перегретого пара в пределах уставок технологических защит, с включением котла в общую магистраль и с вводом в работу авторегуляторов, технологических защит и блокировок.

2. Стационарный режим работы котла - основной режим нормальной работы котла на общую магистраль или, при котором все параметры работы оборудования находятся в пределах уставок технологических защит. Технологические защиты, блокировки и авторегуляторы введены в работу. Стационарный режим работы котла не должен отличаться частым и значительным отклонением регулируемых величин.

3. Работа котла на сниженных параметрах - не стационарная работа котла на пониженных параметрах перегретого пара, вызванная технологическими нарушениями в работе котельного или турбинного оборудования.

4. Котельный режим - одна из разновидностей стационарного режима, характерной особенностью которого является работа котла без турбогенератора.

5. Режим останова котла - в зависимости от вида останова котла различают режим останова без ускоренного расхолаживания котла, с ускоренным расхолаживанием котла и паропроводов, плановый останов котла в резерв или ремонт со сработкой или без сработки угля из ПСУ, в зависимости от сроков простоя котла и аварийный останов котла.

6. Аварийный режим работы котла - непродолжительная работа котла с возможными ограничениями по параметрам перегретого пара и паровой нагрузке, вызванная технологическими нарушениями в работе котла, с целью устранения нарушений или подготовки и включения в работу резервного котла.

2. Постановка задачи дистанционного контроля

Автоматизированная информационная система предназначена для организации сбора сигналов от датчиков нижнего уровня, последующей обработке сигналов и передачи их для организации контроля в диспетчерский пункт.

Для того чтобы обеспечить действенный контроль, необходимо своевременно получать информацию о значениях некоторых параметров.

Выход любого параметра за допустимые пределы сигнализируется визуально изменением цвета окна данного параметра на красный цвет и периодическое мигание на мониторе ЭВМ в диспетчерской, кроме того, это сопровождается звуковым сигналом.

При срабатывании сигнализации диспетчер принимает решение по устранению проблемы.

Помимо контроля состояния оборудования и параметров теплоносителя, оповещениях о сбоях в работе оборудования и нарушениях технологического режима автоматизированная система диспетчерского контроля также предназначена для накопления, хранения и оперативного предоставления всей полученной информации.

Немаловажным достоинством внедрения такой системы является сокращение обслуживающего персонала котлотурбинного цеха, что ведет к повышению годового экономического эффекта.

В последние годы быстрое совершенствование вычислительной техники привело к широкому использованию ее в различных отраслях промышленности. Большие возможности вычислительных устройств, выполненных на основе схем малой и средней интеграции, открыли перспективу построения контролирующих, регулирующих и управляющих систем.

К основным требованиям, предъявляемым к системам автоматического регулирования и контроля, относятся: простота, удобство использования, безотказность, гибкость и экономичность.

Простота и удобство использования связаны с необходимостью освоения систем без привлечения дефицитных высококвалифицированных специалистов.

Гибкость системы характеризуется ее способностью к модернизации.

Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени (или некоторой наработки).

Работоспособность - это такое состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, удовлетворяя требованиям нормативно-технической документации (это состояние объекта в некоторый момент времени).

Выбор технического обеспечения для реализации информационной системы диспетчерского контроля будет рассмотрен далее.

3. Параметрический синтез системы автоматического регулирования

3.1 Идентификация объекта управления методом интегральных площадей

В результате эксперимента получена переходная функция изменения уровня воды в барабане при скачкообразном изменении подачи питательной воды, которая представлена на рисунке 3.1.

Рис. 3.1. Экспериментальная переходная характеристика

Выделим на экспериментальной кривой участка чистого запаздывания и пренебрежём им мин. Выбираем = 0,5 мин. интервал разбиения кривой.

Строим переходную характеристику в безразмерном виде /кривая разгона/ , где . Для этого значения в конце каждого интервала делим на . Получившиеся значения заносим в графу 2 таблицы 3.1. По данным этого столбика заполняем графу 4 настоящей таблицы и подсчитываем её сумму .



Рис 3.2. Кривая разгона в безразмерном виде

Таблица 3.1

Расчетные данные

	t, мин					t, мин
1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
0	0	0	1	0	62,76	10,5	0,9806	0,0194	3,0262
1,11	0,5	0,0173	0,9827	0,1441	63,00	11	0,9844	0,0156	3,1703
6,27	1	0,0979	0,9021	0,2882	63,20	11,5	0,9874	0,0126	3,3144
13,28	1,5	0,2074	0,7926	0,4323	63,35	12	0,9899	0,0101	3,4585
20,63	2	0,3224	0,6776	0,5764	63,48	12,5	0,9919	0,0081	3,6027
27,58	2,5	0,4310	0,5690	0,7205	63,58	13	0,9935	0,0065	3,7468
33,79	3	0,5280	0,4720	0,8646	63,66	13,5	0,9948	0,0052	3,8909
39,16	3,5	0,6118	0,3882	1,0087	63,73	14	0,9958	0,0042	4,0350
43,69	4	0,6827	0,3173	1,1528	63,78	14,5	0,9966	0,0034	4,1791
47,48	4,5	0,7418	0,2582	1,2970	63,83	15	0,9973	0,0027	4,3232
50,60	5	0,7906	0,2094	1,4411	63,86	15,5	0,9978	0,0022	4,4673
53,15	5,5	0,8305	0,1695	1,5852	63,89	16	0,9982	0,0018	4,6114
55,24	6	0,8631	0,1369	1,7293	63,91	16,5	0,9986	0,0014	4,7555
56,93	6,5	0,8896	0,1104	1,8734	63,93	17	0,9989	0,0011	4,8996
58,30	7	0,9110	0,0890	2,0175	63,94	17,5	0,9991	0,0009	5,0437
59,41	7,5	0,9283	0,0717	2,1616	63,95	18	0,9993	0,0007	5,1878
60,31	8	0,9423	0,0577	2,3057	63,96	18,5	0,9994	0,0006	5,3319
61,03	8,5	0,9536	0,0464	2,4498	63,98	19	0,9996	0,0004	5,4760
61,61	9	0,9626	0,0374	2,5939	63,99	19,5	0,9998	0,0002	5,6201
	t, мин					t, мин
1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
62,08	9,5	0,9700	0,0300	2,7380	64,00	20	1	0	5,7642
62,45	10	0,9758	0,0242	2,8821

Найдём сумму столбца 4:

Определим площадь по формуле:

(мин). (3.1)

Строим вспомогательную функцию . /Значения берём из таблицы 3.1/

Рис. 3.3. Вспомогательная функция

Выберем шаг и заполним таблицу 3.2.

Таблица 3.2

1	2	3	4	5	6	7
0	1	1	1	1	1	1
0,144	0,9827	0,856	0,8411	0,7222	0,7096	0,7096
0,288	0,9021	0,712	0,6421	0,4651	0,4196	0,4195
0,432	0,7926	0,568	0,4499	0,2288	0,1813	0,1805
0,576	0,6776	0,424	0,2870	0,0133	0,0090	0,0049
0,721	0,5690	0,279	0,1590	-0,1815	-0,1033	-0,1165
0,865	0,4720	0,135	0,0639	-0,3555	-0,1678	-0,2006
1,009	0,3882	-0,009	-0,0034	-0,5087	-0,1975	-0,2656
1,153	0,3173	-0,153	-0,0485	-0,6412	-0,2034	-0,3276
1,297	0,2582	-0,297	-0,0767	-0,7529	-0,1944	-0,3992
1,441	0,2094	-0,441	-0,0924	-0,8438	-0,1767	-0,4893
1,585	0,1695	-0,585	-0,0992	-0,9140	-0,1549	-0,6030
1,729	0,1369	-0,729	-0,0998	-0,9634	-0,1319	-0,7420
1,873	0,1104	-0,873	-0,0965	-0,9920	-0,1096	-0,9053
2,017	0,0890	-1,017	-0,0906	-0,9998	-0,0890	-1,0894
2,162	0,0717	-1,162	-0,0833	-0,9869	-0,0708	-1,2897
2,306	0,0577	-1,306	-0,0754	-0,9533	-0,0550	-1,5002
2,450	0,0464	-1,450	-0,0673	-0,8988	-0,0417	-1,7148
2,594	0,0374	-1,594	-0,0595	-0,8236	-0,0308	-1,9273
2,738	0,0300	-1,738	-0,0522	-0,7277	-0,0219	-2,1316
2,882	0,0242	-1,882	-0,0455	-0,6109	-0,0148	-2,3225
3,026	0,0194	-2,026	-0,0394	-0,4734	-0,0092	-2,4957
3,170	0,0156	-2,170	-0,0339	-0,3152	-0,0049	-2,6475
3,314	0,0126	-2,314	-0,0291	-0,1361	-0,0017	-2,7753
3,459	0,0101	-2,459	-0,0248	0,0637	0,0006	-2,8775
3,603	0,0081	-2,603	-0,0211	0,2842	0,0023	-2,9532
3,747	0,0065	-2,747	-0,0179	0,5256	0,0034	-3,0024
3,891	0,0052	-2,891	-0,0151	0,7877	0,0041	-3,0258
4,035	0,0042	-3,035	-0,0128	1,0706	0,0045	-3,0246
4,179	0,0034	-3,179	-0,0108	1,3742	0,0047	-3,0005
4,323	0,0027	-3,323	-0,0090	1,6986	0,0046	-2,9555
4,467	0,0022	-3,467	-0,0076	2,0438	0,0045	-2,8922
4,611	0,0018	-3,611	-0,0063	2,4097	0,0042	-2,8122
4,756	0,0014	-3,756	-0,0053	2,7964	0,0039	-2,7188
4,900	0,0011	-3,900	-0,0044	3,2039	0,0036	-2,6141
5,044	0,0009	-4,044	-0,0037	3,6321	0,0033	-2,4995
5,188	0,0007	-4,188	-0,0031	4,0811	0,0030	-2,3790
5,332	0,0006	-4,332	-0,0026	4,5509	0,0027	-2,2544
5,476	0,0004	-4,476	-0,0017	5,0414	0,0019	-1,7073
5,620	0,0002	-4,620	-0,0010	5,5527	0,0012	-1,1788
5,764	0	-4,764	0	6,0848	0	0

Подсчитаем сумму столбцов 4, 6 и 7:

(3.2)

(3.3)

(3.4)

Определим интегральные площади:

(3.5)

(3.6)

(3.7)

Площадь оказалась отрицательной; следовательно её отбрасываем. Тогда структуру передаточной функции выбираем вида:

; (3.8)

где: ;

(3.9)

Переходная кривая характеризуется наличием транспортного запаздывания . Поэтому передаточную функцию объекта выбираем как произведение двух передаточных функций: , соответствующей запаздыванию и , соответствующей функции , для которой за начало отсчёта принято время . Тогда передаточная функция объекта запишется так:

(3.10)

Далее построим рассчётную переходную характеристику с помощью программы «Асотар» и определим погрешность.

Таблица 3.3

t	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5
	0,74	4,92	11,52	18,9	26,06	32,52	38,14	42,89	46,85	50,11
	1,1	6	13,3	21	27,58	33,8	39,16	43,7	47,48	50,6
,%	-0,58	-2,11	-2,75	-2,70	-2,38	-1,98	-1,59	-1,27	-0,98	-0,77

Расчёт погрешности производился по формуле (3.10):

 (3.11)

Вывод: Максимальная погрешность составила : , что ниже допустимой в 5%. Можно сделать вывод о том, что в данном случае метод интегральных площадей позволил найти точную передаточную функцию.

3.2 Выбор закона регулирования

Под выбором закона регулирования подразумевается выбор простейшего наиболее дешевого и простого в эксплуатации регулятора, обеспечивающего при различных возмущениях в заданных пределах динамическую ошибку, время регулирования и статическую ошибку. Следовательно, тип регулятора любой автоматической системы может быть определен либо по 3-м из этих показателей, либо по некоторым из них.

Тип автоматического регулятора (закон регулирования) выбирается с учетом свойств объекта регулирования и заданных параметров качества переходного процесса. К качеству регулирования каждого конкретного технологического процесса, имеющего присущие только ему особенности, предъявляются конкретные требования; в одних случаях оптимальным или заданным может служить процесс, обеспечивающий минимальное значение динамической ошибки регулирования, в других - минимальное значение времени регулирования, и т.д.

В данном случае это требование будет заключаться в минимальном значении времени регулирования. Для этого заранее выбирают в соответствии с требованиями технологии один из типовых переходных процессов:

Граничный апериодический.

С 20% перерегулированием.

С минимальной квадратичной площадью отклонения (40-45% перерегулирования.)

Выбор регулятора осуществляют в следующей последовательности.

Сначала проверяют - сможет ли простейший регулятор (И-регулятор) обеспечить заданное качество регулирования. Если да, то переходят к определению параметров его настройки. Если нет, то последовательно рассматривают регуляторы, имеющие более сложные законы. Выбор заканчивают, когда найден регулятор, обеспечивающий заданное качество регулирования. Затем находят значения параметров настройки этого регулятора.

Подбор регулятора начинают с определения максимального динамического отклонения регулируемой величины в замкнутом контуре -у1. При этом должны соблюдаться условия

у1<у1.доп (3.12.)

где у1.доп - максимально допустимое в системе регулирования динамическое отклонение выходной величины.

Для устойчивых объектов величина у1 определяется по равенству:

у1 = RдkoxВ, (3.13)

где Rд - динамический коэффициент регулирования в системах с устойчивыми объектами;

kо - коэффициент передачи объекта по каналу регулирующего воздействия;

хВ - регулирующее воздействие.

По значениям Rд, определенным сначала для И - регулятора, по равенству (3.2.3) вычисляют значение у1 и сравнивают их с допустимым по условию. При удовлетворении этого условия И - регулятор проверяют на время регулирования tр. Если он не обеспечивает заданного динамического отклонения регулируемой величины в заданном контуре или необходимое время регулирования, то последовательно проверяют более сложные законы регулирования до удовлетворения условию (3.2.2)

В случае выбора П - регулятора дополнительно проверяют величину статической ошибки регулирования уст на соблюдения неравенства:

yст < уст.доп (3.14)

Статическую ошибку регулирования определяют по равенству:

уст = у*ст • kо ...